Ingeniería geotécnica
Un ensayo sónico es un tipo de ensayo que usado para realizar una medición o verificación (directa o indirecta) de alguna magnitudfísica que emplea algún tipo onda mecánica (si esta onda se propaga al aire y es audible se habla propiamente de onda sonora).
Por ejemplo, este término es uno de los empleados en geotecnia, junto a sondeo sónico y "ultrasonic crosshole" en inglés americano, para referirse al ensayo de transparencia sónica en cimentaciones profundas y elementos de contención.
Ensayo sónico de integridad de pilotes
Descripción
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El Ensayo Sónico de Integridad (SIT, Sonic Integrity Testing) es un método no destructivo, rápido y económico que permite estudiar la continuidad física de los pilotes. No pretende reemplazar los ensayos estáticos de carga, ya que no suministra información alguna acerca de la capacidad portante del pilote, sino que constituye una fuente adicional de información sobre los pilotes construidos. El SIT resulta una potente herramienta de trabajo para poder determinar experimentalmente, con rapidez y economía, la existencia de defectos en los pilotes.
 Señal de pilote sano
Se basa en la propagación de una onda de tensión por el fuste del pilote, provocada por una excitación externa. A partir del análisis de la respuesta del elemento estructural, pueden deducirse las propiedades de la sección transversal a través de mediciones indirectas de las propiedades de transmisión de ondas elásticas de tensión en el elemento estructural. Es posible estimar la longitud del pilote a partir del tiempo transcurrido para la propagación de la onda a través del fuste.
 Señal de pilote con defecto
Consiste en golpear el pilote con un martillo manual y registrar, mediante un acelerómetro, el movimiento que la cabeza del pilote sufre como consecuencia de la onda de tensión generada en el impacto del martillo. El golpe del martillo envía una onda de compresión a lo largo del pilote. Dicha onda puede ser reflejada por las discontinuidades del fuste, por su punta, por cambios en la sección del pilote o por variaciones del terreno circundante. Los movimientos consiguientes de la cabeza del pilote son captados por un acelerómetro apoyado en ella. La señal del acelerómetro es amplificada, digitalizada y convertida en un registro de velocidad que se presenta inmediatamente en la pantalla de una computadora portátil. La curva obtenida se puede almacenar en la computadora portátil para su posterior análisis.
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Ventajas
- - No requiere ninguna preparación especial, únicamente se necesita que el pilote se encuentre descabezado
- - Presenta interferencia mínima en la marcha de la obra, ya que se pueden ensayar grupos de pilotes a medida que se van construyendo y descabezando.
- - Presenta un rendimiento elevado, en condiciones óptimas es posible controlar más de 100 pilotes en un día.
- - En general, es capaz de determinar en forma aproximada la longitud del pilote.
Limitaciones
- - No es capaz de detectar variaciones menores del 10% de la sección transversal
- - No siempre es posible identificar la punta del pilote
- - No suministra información alguna acerca de la capacidad portante del pilote
- - No detecta variaciones graduales de la sección transversal del pilote, ni desvíos en sus armaduras
Equipamiento
EL LCCF cuenta con 3 equipos PIT y con martillos de varios tamaños, para la realización de ensayos sónicos de integridad de pilotes.
Ensayos Sónicos de Integridad Mediante Martillo de Mano
Descripción de los ensayos a realizar para detectar posibles defectos del pilote.
Es un método económico y sencillo que detecta defectos importantes en la masa y calidad del pilote. Su inconveniente radica en que necesita la interpretación de un especialista.
Para efectuarlo se debe esperar a que el hormigón adquiera una cierta resistencia. Cuando la esbeltez del pilote es importante o tiene varios cambios en su sección, en la punta del pilote no se detecta claramente.
Tareas Previas
Conocer los datos del Estudio Geotécnico realizado previamente.
Los pilotes deben estar descabezados o accesibles y con la zona exenta de agua.
Debe haber pasado al menos una semana de construído el pilote para realizar el ensayo.
La cabeza del pilote debe ser de hormigón compacto y sano.
Conviene disponer de un plano para identificar cada pilote, su longitud, sección y las incidencias posibles durante el proceso de construcción.
Ensayo
En los ensayos sónicos se emplea un martillo de mano para producir una onda sónica en la cabeza del pilote, la misma se desplaza a lo largo del fuste haca abajo y es reflejada en la punta del pilote, o advierte de defectos o discontinuidades si las hay.
Esta onda es captada por un acelerómetro y luego enviada a un procesador portátil donde se visualiza de inmediato una gráfica para imprimir.
Aceptación o Rechazo del Pilote
Con este ensayo pueden detectarse reflexiones insignificantes de la onda sónica en puntos del fuste por encima de la punta y una reflexión más importante de la onda en la punta. Si ésto sucede, el pilote puede ser aceptado.
En el caso de no poder apreciar una clara reflexión de la onda sónica en la punta (ésto puede suceder en pilotes muy esbeltos), el ingeniero especialista decidirá a que profundidad de ensayo puede considerarse válido.
Cuando se detectan reflexiones significativas de la onda por encima de la punta del pilote, el especialista debe dar una interpretación evaluando los defectos del pilote. Para realizarlo se vale de las curvas en el dominio de frecuencia, de modelos matemáticos u otros métodos y de los datos aportados por el constructor o la dirección facultativa.
Cuando la evaluación efectuada llega a la conclusión que el defecto detectado reduce significativamente la capacidad estructural, éste es rechazado.
Si las gráficas obtenidas resultan complicadas y de difícil lectura, se califica al pilote como cuestionable.
Un pilote cuestionable puede ser sometido a otras pruebas y ensayos complementarios, como pruebasd e carga estáticas y dinámicas, sondeos con recuperación de testigo continuo de hormigón, ensayos ultrasónicoscross-hole o, en el caso en que el defecto no esté a gran profundidad, se efectúa una excavación perimetral.
Ensayo de transparencia sónica (sondas de ultrasonidos)
La transparencia sónica en cimentaciones profundas o sondeo sónico es un ensayo de integridad por ultrasonidos para cimentaciones profundas y elementos de contención (pilotes y módulos pantalla principalmente) de hormigón armado. Es el método más preciso que existe para la detección de anomalías.
Se basa en la detección de variaciones en la velocidad de propagación de una onda de compresión que atraviesa un medio por diferentes zonas. A distancias constantes, un aumento en el tiempo de propagación corresponde a un empobrecimiento de sus propiedades mecánicas. El ensayo necesita una instrumentación y preparación previa, consistente en la instalación de tubos de acero solidarios a la armadura que se llenarán de agua antes del ensayo.
Se realiza con un equipo portátil, que incluye un auscultador, un dispositivo de control de profundidad y dos sondas, emisora y receptora. Se introducen las mismas por los tubos, llenos de agua, y se va registrando la señal recibida a medida que suben. Los datos se almacenan digitalmente para su posterior tratamiento.
Para cada par de tubos se obtiene una diagrafía, que representa la propagación de la señal en función de la profundidad. Se puede recurrir a las visualizaciones 3D, que permiten analizar con gran precisión los registros obtenidos. En los equipos más avanzados se alcanza una resolución vertical de un centímetro.
La realización de este ensayo no destructivo por personal altamente especializado garantiza su calidad y permite emitir in situ un avance de resultados con una primera valoración del estado del elemento auscultado.
Detecta posibles anomalías mediante el análisis de la respuesta vibratoria del elemento ante un pequeño impacto con un martillo instrumentado. Es un método más completo que la simple detección de un eco. La impedancia mecánica es la relación entre la fuerza aplicada y lavelocidad registrada en cabeza. El método se basa en la analogía con la impedancia eléctrica (Fuerza y Tensión) y (Velocidad e Intensidad).
No requiere ninguna instrumentación previa pero sí una pequeña preparación de la cabeza del elemento. Se realiza con un equipo portátil, que incluye un auscultador, un martillo instrumentado que mide la fuerza del impacto y un geófono que mide la respuesta en velocidad. El geófono se acopla correctamente mediante un compuesto viscoso sobre la cabeza del elemento, y se golpea en su centro. Se almacenan digitalmente ambas señales para su posterior tratamiento.
Se obtiene una curva de movilidad que permite calcular los siguientes parámetros:
- Longitud (entre la cabeza y el reflector) que corresponde a la profundidad del elemento ó a una anomalía,
- Rigidez que permite cuantificar la interacción elemento/suelo,
- Admitancia que caracteriza la sección y las propiedades mecánicas del material.
El análisis conjunto de estos tres parámetros reales y su comparación con la respuesta teórica proporciona un diagnóstico preciso sobre la integridad del elemento.
La realización de este ensayo no destructivo por personal altamente especializado garantiza su calidad y permite emitir in situ un avance de resultados con una primera valoración del estado del elemento auscultado.
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