En este artículo, presentaremos y discutiremos las aplicaciones de los ensayos no destructivos para la evaluación de la condición estructural. La Evaluación de la Condición Estructural generalmente se refiere al proceso de recopilar observaciones y datos sobre la condición actual de la estructura a través de métodos sistemáticos y científicos. Según la Guía de Ingenieros Profesionales de Ontario “Structural Condition Assessment of Existing Buildings and Designated Structures” (PEO, nov 2016), la evaluación de la condición estructural está dentro de la práctica de la ingeniería profesional. Esta se divide principalmente en dos categorías:
- Evaluación preliminar.
- Evaluación detallada de la condición.
Dependiendo de los objetivos de la evaluación de la condición, la condición física y la configuración de la estructura, la metodología de evaluación puede variar. Por ejemplo, la evaluación puede limitarse únicamente a una inspección visual no intrusiva (principalmente en la evaluación preliminar), o puede involucrar métodos intrusivos y destructivos para obtener muestras (principalmente en la evaluación detallada de la condición).
La realización de Ensayos No Destructivos para la Evaluación de la Condición Estructural es una práctica común. Un enfoque de tecnología múltiple que utiliza diferentes métodos de END puede ayudar a los ingenieros en diversas aplicaciones de ingeniería y en variadas maneras. En este artículo, revisaremos brevemente algunos de los desafíos más comunes que enfrentan los ingenieros en la evaluación de estructuras existentes. Luego revisaremos cómo varios métodos de END pueden ayudar a los ingenieros a obtener información sobre diferentes propiedades mecánicas y de durabilidad de los materiales y componentes estructurales.
Ensayos No Destructivos para la Evaluación de la Condición Estructural
Una evaluación confiable de la condición estructural depende en gran medida de observaciones rigurosas y de la recopilación de datos precisos que puedan describir adecuadamente la condición existente de la estructura. Al hacerlo, los ingenieros buscan signos de Defectos y Deterioros en Elementos Estructurales en primera instancia. La inspección visual de los elementos proporciona un método rentable para la evaluación rápida del sistema estructural. Sin embargo, esto no proporciona información sobre las propiedades de los materiales o defectos ocultos bajo la superficie. Lo siguiente resume algunos de los problemas más importantes que interesan a los ingenieros estructurales:
- END para Identificar Detalles Estructurales
Para evaluar la capacidad de carga del sistema estructural, los ingenieros deben obtener información precisa sobre el tamaño y la configuración de los elementos existentes. Algunos de estos detalles importantes se enumeran a continuación:
- Dimensiones de la Sección Transversal
- Tamaño de las Barras de Refuerzo
- Espaciado y Patrón de las Barras de Refuerzo
- Espesor del Recubrimiento del Concreto
- Espesor del Elemento de Concreto con acceso solo de un lado
- Ubicación de tendones de pretensado/postensado en vigas y losas de concreto.
La inspección visual y la medición con cinta métrica pueden ayudar a determinar las dimensiones generales de la sección transversal de los componentes estructurales accesibles. Sin embargo, no proporciona información sobre componentes bajo superficie.
Los ensayos no destructivos pueden usarse para ayudar a los ingenieros a obtener una mejor comprensión de estos detalles. Por ejemplo, el Georradar (GPR) puede usarse para localizar con precisión el refuerzo de acero. Este es un método rápido, rentable y 100% no intrusivo. El GPR puede ayudar a los inspectores e ingenieros a verificar el refuerzo construido, identificar las ubicaciones de las barras de refuerzo superior e inferior (es decir, en losas y paredes), y encontrar la configuración del refuerzo transversal. Por ejemplo, si los ingenieros estructurales necesitan verificar el espaciado del refuerzo en la zona potencial de articulación plástica, el GPR puede ayudar a verificar el espaciado de los estribos.
Otro grupo importante de pruebas son los ensayos ultrasónicos del concreto. Los métodos ultrasónicos, como el Eco de Pulso Ultrasónico, pueden usarse para predecir el espesor de elementos de concreto con acceso de un solo lado. Estos ensayos son importantes en revestimientos de túneles, alcantarillas troncales y muros de estribo. Evaluar el espesor del revestimiento puede ayudar a los ingenieros a evaluar la resistencia general con mayor precisión.
END para la Evaluación de la Integridad Estructural
Los defectos superficiales y bajo superficie pueden afectar la integridad estructural. Es importante obtener información sobre posibles problemas en los componentes estructurales. A continuación, se presenta una brlista de defectos importantes que pueden afectar el rendimiento estructural.
- Grietas en el Concreto
- Vacíos y Cavidades en el Concreto
- Delaminación en losas de concreto, tableros de puentes, etc.
- Problemas de adherencia (Concreto Viejo y Nuevo)
- Materiales de baja calidad (degradación y acabado superficial)
- Concreto deteriorado (Reacciones Álcali-Sílice, Concreto Meteorizado, etc.)
Los métodos de ensayos no destructivos para la evaluación de la condición estructural pueden usarse para evaluar la integridad estructural y localizar defectos potenciales en las estructuras. Los ensayos ultrasónicos del concreto ofrecen un enfoque rentable para evaluar el material del concreto y la profundidad de las grietas en las estructuras de concreto. La Velocidad del Pulso Ultrasónico (UPV) puede usarse para evaluar la calidad del material de concreto, así como para estudiar la profundidad de las grietas.
La prueba también puede usarse para identificar defectos bajo superficie y vacíos en elementos de concreto, como losas y muros de concreto. Si los ingenieros están interesados en evaluar la calidad del concreto en ubicaciones críticas, como la base de columnas o muros de corte, este método puede ayudar. Otra aplicación podría ser cuando las losas de concreto están sujetas a carga adicional o carga viva. La prueba proporciona una gran herramienta para estudiar la fiabilidad del elemento de concreto existente bajo una nueva condición de carga. En estructuras de acero, los ensayos ultrasónicos pueden usarse para evaluar la dureza, la calidad de la soldadura y la condición de las varillas de anclaje.
Evaluación No Destructiva de la Resistencia del Concreto
Un aspecto clave en la evaluación detallada de la condición estructural es evaluar la capacidad de los miembros estructurales. Además de las dimensiones de la sección transversal, los ingenieros a menudo buscan métodos que les ayuden a estimar la resistencia de los materiales. En estructuras de concreto, el desarrollo y uso de métodos in situ para estimar la resistencia del concreto ha sido un tema popular durante las últimas dos décadas. Se han realizado varios intentos para correlacionar la resistencia del concreto con los resultados obtenidos de diferentes métodos de END.
El método más utilizado es la prueba de Martillo de Rebote (Martillo de Schmidt). Aunque se ha reportado que no existe una correlación teórica entre la resistencia del concreto y el número de rebote, la prueba a menudo se utiliza para la evaluación comparativa de la resistencia. Además, al desarrollar una correlación específica del proyecto entre el número de rebote y la resistencia del concreto, el número de pruebas intrusivas puede reducirse significativamente.
Otra prueba importante que no es 100% no intrusiva es la prueba de extracción de testigos, donde los resultados de la prueba pueden usarse para evaluar la resistencia a la compresión del concreto.
Evaluación de la Corrosión
La corrosión se observa comúnmente en estructuras existentes de concreto reforzado. Al realizar evaluaciones de la condición estructural, los ingenieros necesitan encontrar respuestas adecuadas a las siguientes tres preguntas:
- ¿Cuál es el estado actual de la estructura?
- ¿Cuál es la tasa de corrosión? (cinética de la corrosión)
- ¿Cuál es la capacidad remanente y la vida útil restante?
Los ensayos no destructivos se han utilizado durante mucho tiempo en la inspección y monitoreo de la corrosión de estructuras de concreto reforzado (Métodos de END de Inspección de Corrosión). Los investigadores han desarrollado diversas herramientas y métodos para evaluar la actividad de la corrosión en estructuras de concreto reforzado.
El mapeo del Potencial de Corrosión de Media-Celda es un método no destructivo rápido para evaluar la probabilidad de corrosión en estructuras de concreto. Puede usarse para evaluar la probabilidad de tener corrosión activa. La simplicidad de la prueba la hace popular para la inspección de grandes áreas, como losas de garajes de estacionamiento y tableros de puentes. La prueba también puede usarse para verificar la calidad de una estructura de concreto reparada.
La medición de la Tasa de Corrosión agregará una nueva pieza de información a la ecuación. La medición de la tasa de corrosión puede usarse para evaluar qué tan rápido está ocurriendo la corrosión. Esto generalmente se informa como pérdida de sección transversal por año. La tasa de corrosión puede determinarse mediante procedimientos intrusivos y no intrusivos. La mayoría de los dispositivos comerciales se basan en la estimación de la resistencia a la polarización, donde el cambio en el potencial de media celda es medido bajo la aplicación de corriente/voltaje.
Durabilidad del Concreto
La Resistividad Eléctrica Superficial es una prueba no destructiva útil para evaluar el rendimiento de durabilidad del concreto. La prueba proporciona información sobre la conductividad de los materiales de concreto y ayuda a evaluar la resistencia del concreto contra agentes agresivos, como el ion cloruro. La información obtenida de estas pruebas puede usarse para determinar la vida útil restante de la estructura.
Enfoque de Tecnología Múltiple para la Evaluación de la Condición Estructural
El uso de una combinación de Ensayos No Destructivos para la Evaluación de la Condición Estructural puede ayudar a los ingenieros a recopilar información crítica sobre los defectos existentes con mayor precisión. La principal ventaja de estas pruebas es que son repetitivas y pueden usarse para inspección y monitoreo periódico. Si una o dos de las pruebas apuntan a un problema existente, se mejorará la precisión del diagnóstico. Además, estas pruebas pueden complementarse entre sí de diversas maneras. Por ejemplo, el escaneo GPR y la Tomografía Ultrasónica pueden combinarse para recopilar información sobre los detalles estructurales, como el espesor del elemento, la configuración del refuerzo y la presencia de defectos bajo superficie.
Otro gran ejemplo es el uso múltiple del mapeo del potencial de corrosión de media celda, la resistividad eléctrica superficial y la medición del espesor de recubrimiento, que puede ayudar a los ingenieros en la inspección de la condición de puentes.
Validación a través de Pruebas Intrusivas
Aunque los métodos no intrusivos son generalmente preferidos, hay algunos casos en los que los ingenieros necesitan examinar más de cerca los detalles. Tomar muestras de núcleos o cortar barras de refuerzo de estructuras de concreto se vuelve necesario para evaluar ciertas propiedades mecánicas de los materiales.
