TOMOGRAFÍA DE HORMIGÓN ARMADO, UNA NUEVA …

Palabras clave: Construcciones civiles, estructuras, Ensayos no destructivos.Key words: Civil Constructions, Structures, Non-Destructive Testing.

TOMOGRAFÍA DE HORMIGÓN ARMADO, UNA NUEVA HERRAMIENTA PARA LA INGENIERÍA CIVIL

Mario Mariscotti, Joaquín Boselli, Teresita Frigerio, Marcelo Ruffolo y Peter Thieberger

THASA

E-mail: [email protected]

El 27 de Enero de 1992 cayó un balcón en Pinamar causando la muerte de 4 personas. Un elemento crítico determinante de la capacidad de carga de un balcón de hormigón armado es la posición y sección de las armaduras. La Tomografía de Hormigón Armado (THA) nació a raíz de ese accidente para contar con una tecnología no destructiva capaz de proporcionar esos datos críticos con la precisión requerida para una verificación estructural. Desde entonces esta técnica ha sido aplicada en miles de elementos estructurales, la mayoría en la Argentina, pero también en Uruguay, Brasil, Chile, Portugal, Reino Unido y EEUU. La THA usa rayos gamma para obtener imágenes del interior de las estructuras que, combinadas, dan luego lugar a la reconstrucción tridimensional de las armaduras en vigas, columnas, losas, etc. de hormigón armado y mampostería con elementos metálicos en su interior. Otras aplicaciones son la medición de corrosión en las barras de acero, la determinación de oquedades y los defectos de llenado en vainas de postensado usadas en grandes vigas. En este artículo se describe la técnica, se compara con otras y se dan ejemplos de su aplicación en casos especiales no convencionales.

On January 27, 1992 the collapse of a balcony in Pinamar, Argentina, caused the death of 4 people. A critical element in the load capacity of a balcony is the position and section of the reinforcing bars. The Reinforced Concrete Tomography (RCT) was developed following this accident to provide data of the rebars with the precision required for a structural verification, in a nondestructive way. Since then, this method has been applied to thousands of structural elements, most in Argentina but also in Uruguay, Brazil, Chile, UK, USA and Portugal. RCT uses gamma rays to obtain images of the interior of structures. By combining these images, 3D data of reinforcements in beams, columns, slabs, etc. are achieved. Other applications of this technology are corrosion measurements and detection of voids and grouting defects in pots tensioned ducts in large girders. In this article the methodology is described and compared with others and non-conventional applications are shown.

1. INTRODUCCIÓN

El uso de rayos gamma para exa-minar muestras de concreto se co-noce desde hace tiempo (Mullins L. and Pearson H.M (1949). A pesar de ello su aplicación en el campo de la construcción civil, es decir más allá del laboratorio, ha sido muy limita-da. La técnica no destructiva de la THA, basada en el uso de estos rayos gamma, fue desarrollada por THA-SA hacia 1992 y desde entonces se ha aplicado a miles de elementos

estructurales presentes en diversos tipos de construcciones civiles e in-dustriales, tales como puentes, edi-ficios, tesoros bancarios, muelles, silos, monumentos, etc.

Estos rayos son utilizados para “iluminar” secciones de vigas, co-lumnas, losas, etc., y los rayos trans-mitidos a través de estos elementos se registran en medios adecuados de detección. Cuando el registro es mediante películas lo denominamos método “gammagráfico” para dife-

renciarlo del método “gammamé-trico” que utiliza detectores de radiación gamma. La THA provee información esencial para verificar la capacidad de carga de las es-tructuras y diagnosticar patologías, y se caracteriza por: a) determinar posición y diámetro de las barras de armadura con la precisión reque-rida para evaluar su condición (di-cha precisión no es alcanzable con ninguna otra técnica no destructiva actual (Fig. 1A)); b) por la capacidad de resolver casos complejos de alta

CIENCIA E INVESTIGACIÓN - TOMO 71 Nº 5 - 202144

densidad de barras de acero y piezas de gran espesor usando una fuente radioactiva de baja energía y portá-til (Fig. 1A); y c) por la posibilidad adicional que brinda de detectar defectos de corrosión en elementos metálicos (Fig. 1B) y oquedades en el concreto (Fig. 1C).

En este sentido, la calidad de ima-gen de las gammagrafías hace que esta técnica no destructiva sea supe-rior a otras de uso corriente orien-tadas a estos mismos propósitos. En el presente trabajo se describen las generalidades de los métodos gam-magráficos y gammamétricos, y se presentan algunos ejemplos no con-vencionales de su aplicación.

2. MÉTODO GAMMAGRÁFICO

La THA es similar a la tomogra-fía computada en medicina, excepto que se utilizan rayos gamma en lu-gar de rayos-X y que no es necesa-rio tener acceso al objeto de estudio desde gran cantidad de ángulos.

Las tareas de campo para el de-sarrollo de la THA con este método sólo requieren de un bastidor para sostener las placas radio-sensibles de 35 x 43 cm y una fuente de ra-yos gamma contenida en un equipo estándar para la práctica de gamma-

grafía industrial. Los rayos gamma son radiación penetrante emitidos en forma espontánea por un radioisóto-po por lo que su uso no requiere de conexión a energía eléctrica. Cada exposición con rayos gamma de la sección de pieza a estudiar permite obtener imágenes de su interior. Co-múnmente la reconstrucción tomo-gráfica de la armadura se alcanza realizando múltiples exposiciones

de la mencionada sección de pieza en distintas direcciones. Luego los datos registrados en las gammagra-fías son analizados en programas de computadoras especialmente dise-ñados para este propósito.

Las precisiones alcanzadas por la THA en la reconstrucción tomográfi-ca de la armadura son 1 y 5 mm para diámetros y posiciones, respectiva-

Figura 1: Tomografía de armadura y gammagrafías. A) Armaduras de viga de ancho mayor a 1 m, obtenida con una fuente de Ir-192 de 32 Ci; se detectaron, en dos camadas, 43 barras Φ25 mm aletadas, además de la presencia de estribos, sus diámetros y disposición geométrica; B) Fragmento de una gammagrafía mostrando corrosión en una barra; C) Evidencia de vacíos tipo “nido de abeja” en una columna inclinada.

Figura 2: Estudio típico de un sector inferior de viga. El bastidor para el posicionamiento y registro de placas gammagráficas está fijado a la es-tructura (dentro del recuadro amarillo).

45Tomografía de hormigón armado, una nueva herramienta para la Ingeniería Civil

mente. Para esto es esencial el uso de un bastidor para posicionamiento de las placas gammagráficas, el cual se fija a la pieza a estudiar (Fig. 2) . Éste contiene elementos de referen-cias de materiales de alta densidad (como Pb o W) que bajo exposición imprimen marcas fiduciales en las gammagrafías las cuales proveen información precisa de posiciones de fuente y de todas las placas invo-lucradas en la medición referidas a la pieza en estudio, alcanzando así resultados tomográficos de las arma-duras con las precisiones señaladas.

Por otro lado, dado que las gam-magrafías proveen una imagen del interior del volumen irradiado, as-pectos adicionales de interés (ade-más de la ubicación de las barras) pueden ser investigados. En este sentido son de particular importan-cia la detección de corrosión en elementos metálicos como barras, perfiles estructurales, cordones de cables post-tesados, y de oquedades en el concreto o incluso dentro de las vainas de dichos cables.

En la práctica la fuente de rayos gamma de iridio-192 (192Ir) es la más utilizada para para la inspección de piezas estructurales de hormigón, aunque sus rayos sólo pueden atra-vesar un espesor máximo de 30 cm en tiempos razonables de medición (15-30 min con placas de pelícu-la convencional y 3-6 minutos con placas digitales). A pesar de esta li-mitación, estudios de vigas y colum-nas con dimensiones mayores a 1 m han sido hechos con 192Ir para apro-vechar la ventaja de su portabilidad y simplificado uso en términos de protección radiológica, aplicando el “modo fuente interna” que consiste en introducir la fuente en una pe-queña perforación en la pieza a es-tudiar e irradiar “hacia afuera” (caso mostrado en Fig. 2). Esta alternativa permite el estudio de armaduras en elementos de gran dimensión que

se encuentran a menos de 20 cm de profundidad de una dada cara, lo que es habitual en estructuras de hormigón armado. Inspecciones más profundas requieren una fuen-te de cobalto-60, o aceleradores de electrones, o alternativamente, la aplicación de un sistema donde la película radio-sensible es reempla-zada por un espectrómetro de rayos gamma (método gammamétrico), que se describe a continuación.

3. MÉTODO GAMMAMÉTRICO

La inspección de objetos embe-bidos en zonas profundas de grandes piezas estructurales no puede hacer-se mediante gammagrafías. Para cu-brir esta necesidad se desarrolló el sistema THATIR (esto es, Tomografía de Hormigón Armado en Tiempo Real) que consiste en usar un sen-sor (espectrómetro1) gamma en lugar de una placa gammagráfica para el registro de la radiación gamma que atraviesa un cierto elemento.

Figura 3: Esquema conceptual del dispositivo THATIR. Consiste en un bas-tidor que contiene al sistema de movimiento, esto es, un motor tipo paso-a-paso solidario a un tornillo que transforma el giro de dicho motor en avance lineal de un brazo el cual sostiene dos barras que a su vez tienen en sus extremos una fuente gamma y un sensor-espectrómetro, respecti-vamente. El bastidor es fijado a una de las caras accesibles de la pieza y en algunas ocasiones suele introducirse fuente y sensor en dos pequeñas perforaciones cuya separación define un sector de estudio (área rayada). El sistema se completa (no mostrado en esta figura) con una “caja de mo-vimiento”, que contiene controlador de potencia de motor y su fuente de alimentación, y un analizador multicanal que permite registrar las distin-tas energías de fotones gamma detectados por el sensor, y ambas conecta-dos a una computadora portátil.


En este método la fuente y el sen-sor se desplazan paso a paso a cada lado de la muestra que se quiere medir. En caso de requerirse la de-tección de elementos (p. ej. armadu-ras, vainas o perfiles) embebidos en volúmenes de hormigón muy gran-des se realizan dos perforaciones de poco diámetro (17 mm) por donde se desplazan la fuente y un sensor pequeño y se mide la variación de intensidad gamma debido a los ele-mentos que se encuentran entre am-bos (Fig. 3).

Los rayos gamma son atenuados y absorbidos por la materia, de for-ma tal que su intensidad transmitida a través de una muestra es una fun-ción de espesores y densidades de cada objeto en el interior de la mis-ma. El concepto de la gammametría (y también de la gammagrafía) con-siste en que las características de un objeto embebido en una matriz de determinado material (hormigón, mármol, etc.) se pueden determinar midiendo la absorción de un haz de rayos gamma que lo atraviesa si ese elemento tiene densidad diferente al de la matriz que lo contiene. Cual-quier elemento de densidad dife-rente al de la matriz producirá una absorción mayor o menor según su densidad sea mayor o menor, res-pectivamente, a la de la matriz.

THATIR fue desarrollado origi-nalmente para la detección de sarro en el interior de cañerías de agua de la red subterránea metropolita-na de Buenos Aires. Posteriormente se comenzó a aplicar esta tecno-logía en piezas de hormigón para la detección de armaduras, cables pos-tesados, elementos metálicos tipo anclajes y perfiles “Doble T”, y oquedades.

El método gammamétrico es un complemento del gammagráfico, y ambos ensayos “no destructivos” cubren necesidades esenciales de

diagnóstico e inspección de elemen-tos estructurales con la precisión re-querida para evaluar sus capacida-des, tanto en construcciones civiles, industriales, tales como puentes, edificios, estacionamientos, monu-mentos, entre otros.

Si bien la resolución espacial del sistema THATIR es inferior a la de las películas gammagráficas, éste provee una señal digital en tiempo real, y la eficiencia de detección es miles de veces superior a la de una película, tal que fuentes de muy baja actividad pueden ser usadas simpli-ficando su uso en términos de segu-ridad radiológica, y elementos de concreto de gran espesor pueden ser inspeccionados en tiempos razona-bles de medición.

El procedimiento de medición es controlado por una computado-ra que ordena el movimiento de un motor de tipo “paso-a-paso” permi-tiendo el desplazamiento del sistema en intervalos regulares de tiempo y distancia, y almacena la intensidad-gamma registrada por este sensor en las sucesivas posiciones. El resultado obtenido de las mediciones son per-files de distribución de intensidad gamma en función de la posición fuente-sensor en lugar de imágenes como en la THA convencional. Lue-go, el análisis matemático de estos perfiles permite determinar posición y tamaño de las barras de acero y tamaño de las oquedades que se en-cuentran en el espacio inspecciona-do.

4. COMPARACIÓN CON OTROS MÉTODOS

Existen otros métodos no des-tructivos para la detección de arma-duras y oquedades. Uno de ellos es el radar (se lo conoce como Ground Penetrating Radar, o GPR porque inicialmente se desarrolló para la detección de grandes elementos

subterráneos). Consiste en un emisor y un detector de ondas electromag-néticas entre 0,5 y 1 GHz. Las on-das sufren reflexión parcial cada vez que encuentran un cambio de cons-tante dieléctrica2 en el medio que atraviesan. Midiendo el tiempo que tarda la onda reflejada en ser detec-tada se puede deducir la distancia (profundidad) donde se encuentra el cambio de constante dieléctrica, por ejemplo por presencia de un hierro. El GPR es un instrumento práctico porque se puede cubrir extensiones importantes en poco tiempo. Su li-mitación es que no brinda precisión en la determinación de posiciones y diámetros de las armaduras. Es útil por ejemplo para definir áreas de una losa con una grilla uniforme de varillas de acero, donde hacer agu-jeros sin dañarlas, pero no lo es para una verificación estructural.

Otro método usado para la de-tección de armaduras es el de induc-ción magnética o pachómetro. En este caso, se trata de un instrumento con dos bobinas. La primera genera un campo magnético y la segunda detecta cambios en ese campo, pro-ducidos por la presencia de hierros. Es un equipo liviano y práctico para esa función, pero no distingue entre un hierro cercano de pequeño diá-metro y otro más alejado de mayor diámetro, es decir, la señal recep-tada es función de la posición y diámetro a la vez. Tampoco puede resolver casos de varias camadas de hierros (como sí lo puede hacer la THA).

5. EJEMPLOS DE ESTUDIOS GAMMAGRÁFICOS ESPECIALES

Estudio de cables de pos-tesado en vigas tipo “cajón” de un puente en Portugal

El objetivo de este estudio fue de-terminar las condiciones del relleno de vainas y de los cordones en ca-


bles de vigas tipo “cajón” del Puente N. S. da Guia, Ponte de Lima, Portu-gal (Fig. 4).3

Fueron obtenidas varias gamma-grafías en distintos sectores de tipo tabique y losa inferior (Fig. 4B). Para el estudio de este último tipo de sec-tor se construyó una herramienta es-pecial, que se introdujo a través de perforaciones preexistentes de 9 cm de diámetro en la losa, permitiendo el posicionamiento de la fuente bajo la misma en forma precisa y desde el lado interno del cajón, evitando así costosas y complejas formas de posicionamiento del equipo sobre el río.

La calidad de las imágenes ob-tenidas en este estudio permitió ver detalles tales como los “contornos corrugados” de las vainas, los cor-dones que conforman los cables, e incluso detalles de sus alambres in-dividuales (Fig. 5).

Evaluación del relleno de vainas de encastre de pilastras en central ter-moeléctrica.

Figura 4: Puente N. S. da Guia, Ponte de Lima, Portugal. A) Vista general del puente; B) Vista en corte mostrando la disposición fuente-placa utiliza-da para el estudio de sectores tipo tabique y losa. Las fuentes y las placas son indicadas con estrellas rojas y líneas celestes, respectivamente.

Figura 5: Gammagrafía de losa inferior del puente. La placa está vista desde su parte superior, ie, desde el lado opuesto al de la fuente. Se observan horizontalmente, tres cables, dos en forma parcial y uno (el central) en todo su ancho dentro del sector de estudio (se resaltaron sus vainas con líneas amarillas para facilitar su lectura). Se aprecia además una doble grilla de armadura ordinaria de Φ10 y Φ12. Dentro de la vaina central se pueden in-dividualizar sus cordones. A la derecha se muestra un detalle de dicha vaina; en ella se observan dos contornos corrugados superpuestos; por encima de ellos (dentro de la vaina) se aprecia un cordón y por debajo una barra Φ10. No se observan vacíos dentro de las vainas ni indicios de corrosión en cordones y armadura ordinaria.


La torre de enfriamiento de esta central termoeléctrica (Fig. 6A) está montada sobre pilastras de 60 x 60 cm de sección y de altura variable sobre las cuales a su vez se encas-tran columnas pre-armadas (Fig. 6B). Dicho encastre consiste en 8 extremos de barras de 25 mm de diámetro salientes de la parte in-ferior de la columna que se alojan individualmente en 8 cavidades de unos 10 cm de diámetro practicadas en la cara superior de la pilastra. Es-tas cavidades están conformadas por vainas, las cuales luego de la ope-ración de encastre fueron inyectadas

con mezcla cementicia para rellenar los espacios vacíos entre las barras y las respectivas vainas.

Con el objetivo de determinar la calidad del relleno de estas vainas inmersas en pilastras de hormigón se realizaron gammagrafías de las mis-mas (Fig. 6B), y luego sus imágenes fueron analizadas en forma cuanti-tativa. Como ejemplo del análisis llevado a cabo, la Fig. 7A muestra la gammagrafía G2. Sobre la línea de puntos rojos se registraron los valores de densidad fotográfica, los cuales son representados por los

puntos rojos en el gráfico de Fig. 7B. En el mismo gráfico las líneas continuas representan resultados de cálculos de densidad fotográfica en diversas situaciones. La línea fucsia representa la densidad fotográfica esperable para el caso de una vaina de 10 cm de diámetro sin barras de acero y completamente rellena con material de densidad semejante a la del hormigón (esperable 2 g/cm3), y a su vez inmersa en un volumen de hormigón de densidad homogé-nea. Ésta es una curva con forma de campana debida al hecho de que los rayos gamma provenientes de

Figura 6: A) Torre de enfriamiento; B) Estudio de pilastra, se alcanza a observar la placa G2 apoyada contra una de sus caras laterales; C) Sección transversal de pilastra donde se muestra la disposición de irradiación (fuente-estrella roja, gammagrafía-línea azul) y los resultados tomográficos obtenidos (círculos negros de #1 a 10 corres-ponden a barras de acero verticales, #11 y 12 tramos de estribos horizontales, los círculos vacíos representan las vainas detectadas).


la fuente puntual que caen sobre la placa en sus extremos recorren un camino mayor que aquellos que llegan perpendiculares a la placa, y por lo tanto sufren mayor absorción. La curva celeste corresponde a un cálculo suponiendo que la vaina está vacía. La curva verde supone la vaina completamente rellena y con las armaduras según la recons-trucción tomográfica. Finalmente, la “escalera” en línea azul muestra los valores de densidad que cabría es-perar si hubiera faltante en el relleno de la vaina en un 10, 25, 50 y 100% de su diámetro (de 10 cm).

El ajuste de la curva verde sobre los datos medidos (puntos rojos) en la gammagrafía muestra que la vaina está perfectamente rellena de mez-cla, y como se puede ver la preci-sión del cálculo está por debajo de la cota del 10% del diámetro de la vaina.

6. EJEMPLOS DE ESTUDIOS GAMMAMÉTRICOS (THATIR)

Determinación de armadura inferior de vigas de fundaciones

Uno de los primeros casos de aplicación de THATIR en “campo” y sobre piezas de hormigón fue la de-terminación de armadura inferior de viga de fundación en un estableci-miento industrial. El objetivo era co-nocer la armadura inferior de dicha estructura a profundidades que al-canzaban los 50 cm sin realizar “pi-cado” de la misma debido a todos los contratiempos que esto significa-ba. Debido a que en estos casos no es aplicable el método gammagrá-fico por las razones expuestas más arriba, se propuso el uso del sistema THATIR el cual sólo requería, para su aplicación, de unas pocas y pe-queñas perforaciones verticales en la estructura con el objeto de intro-ducir en ellas fuente y sensor, res-

pectivamente, según el esquema de la Fig. 8

La Fig. 8 muestra una vista en corte transversal del conjunto pla-tea-viga, cuya sección inferior de viga fue el objeto de estudio (5 áreas grises); esta viga era de unos 50 cm de altura y aproximadamente 40 cm de ancho. En dicha figura se apre-cian 6 perforaciones verticales (Φ 2.5 cm) que sobrepasan el fondo de viga. La separación entre perforacio-nes adyacentes define 5 espacios, cada uno de los cuales fueron me-didos introduciendo fuente (estrella roja) y sensor (cuadrado celeste) en los respectivos agujeros. Las medi-ciones se realizaron con pasos de 2 a 4 mm y el tiempo de adquisición por punto fue de 40 a 60 segundos. Cada espacio fue medido con fuen-te y sensor “enfrentados”, esto es, sin desplazamiento relativo en la dirección Y (D=0 cm) y con despla-zamiento del sensor de 2 cm hacia

Figura 7: A) Gammagrafía G2 vista desde el lado opuesto al de la fuente (ver Fig. 6B), corresponde al estudio de la vaina central de la respectiva cara de la pilastra. Hacia la izquierda de la imagen se observa el contorno “co-rrugado” de la vaina, el cual ha sido resaltado para mejorar su lectura. Las franjas claras verticales corresponden a las barras de la armadura indicadas con la numeración de la reconstrucción tomográfica (ver Fig. 6C), mientras que los estribos se observan como franjas claras horizontales delgadas; B) Densidad fotográfica medida (puntos rojos) a lo largo de la línea de trazos roja en A y densidades calculadas para diferentes situaciones: sin armadura y con vaina rellena en forma completa (fucsia); sin armadura y con vaina sin rellenar (celeste); con armadura y vaina rellena en forma eficiente (verde); vaina rellena en forma deficiente con faltante de relleno de 10, 25, 50 y 100% del diámetro de la vaina (azul).


+Y respecto de la fuente (D=2 cm). De este modo, variando la posición relativa sensor-fuente fue posible de-terminar las coordenadas (Z, Y) de las barras de acero detectadas.

La Fig. 9 muestra 5 gráficos de intensidad gamma en función de la coordenada Y correspondientes a cada intervalo en Z medido. La cur-vas azules corresponden a medicio-nes realizadas con fuente y sensor

enfrentados (D=0 cm) mientras que la fucsia lo es con sensor desplaza-do hacia abajo (D=2 cm). Los valles representan una mayor atenuación de la intensidad gamma registra-da lo que manifiesta la presencia

Figura 8: Vista en corte transversal de viga en platea de planta industrial, y tabla de posiciones y tamaños de ba-rras inferiores de la viga determinadas en este estudio. El origen de coordenadas Z se corresponde con la posición de un elemento de referencia propio del local.

Figura 9: Perfiles de intensidad gamma (número de fotones) en función de la coordenada Y (cm). Curvas azules corresponden a mediciones con D=0, y fucsia a D=2. Para el intervalo (14.5<Z<23.5 cm), donde no se detectaron valles, sólo se muestra medición con D=0.


de barras de acero (en el intervalo 14.5<Z<23.5 cm no se registraron valles). El análisis de estos perfiles de intensidad gamma permitió de-terminar la presencia de 4 barras de diámetro entre Φ 16 y Φ 20 a pro-fundidades promedio de 47 cm.

Otro estudio con el sistema THA-TIR se realizó en un estacionamiento subterráneo de la ciudad de Bs. As. En este caso se trató de una gran viga invertida en platea cuyas dimensio-nes eran 120 cm de altura y 80 cm de ancho (Fig. 10). Para su estudio se realizaron mediciones en 3 espacios sucesivos definidos por 4 perforacio-nes (P1-4) separadas entre 24 y 31 cm (sección de estudio indicada por 3 áreas grises en la Fig. 10). El sis-tema THATIR permitió determinar la presencia de 11 barras de diámetros entre 10 y 25 mm localizadas a 114 cm de profundidad promedio.

En ambos estudios la precisión de la mayoría de estas mediciones

Figura 10: Vista en corte transversal de viga en platea de estacionamiento, y tabla de posiciones y tamaños de barras inferiores de la viga determinadas en este estudio.

Figura 11: A) Foto del cabezal dentro del cual están los cables que se desean estudiar (puente sobre la ruta SR50 en el Estado de Florida); B) Diagrama de la disposición de los cables pos-tesados (indicados con lí-neas rojas).


fue de aproximadamente 1 cm para las posiciones de las barras y 1 mm para sus diámetros.

Defectos de llenado en vainas de cables pos-tesados en pieza de gran tamaño

En 2012 la firma Simpson, Gum-pertz & Heger (SGH) de Waltham MA, EEUU, consultó a THASA la posibilidad de detectar fallas en el llenado de vainas de cables pos-tesados en cabezales de pilas de un puente en el Estado de Florida (Fig. 11A). Las dimensiones de estos ca-bezales y la distancia de los cables a cualquiera de sus caras no permi-ten utilizar el método gammagráfico (Fig. 11B). Por lo tanto, se decidió realizar pruebas aplicando la tecno-logía THATIR.

Dichas pruebas se realizaron sobre seis muestras preparadas por SGH con distintas combinaciones

de volúmenes y densidades de le-chadas y de tendones (Fig. 12A) . Estas muestras que simulaban “vai-nas de cables pos-tesados” fueron preparadas en tubos de PVC de 11 cm de diámetro. La aplicación del sistema THATIR para la inspección de estas muestras fue como se ilustra en forma esquemática en la Fig. 3.

El arreglo experimental utilizado se muestra en la Fig. 12B. Bloques de hormigón fueron fabricados de modo de simular una situación re-alista, es decir, la de un cable ro-deado de una masa significativa de hormigón, ya que el hormigón pro-duce una apreciable cantidad de radiación dispersa que afecta la re-solución y sensibilidad del sensor de radiación gamma. Se ve, asimismo, el conjunto de bloques de hormigón rodeando una de las “vainas” medi-das en este trabajo, y arriba de estos, el sistema THATIR con las dos barras que contienen la fuente radioactiva

(barra roja) y el detector, casi al final de su recorrido a lo largo del eje Y.

Por razones de brevedad se mues-tra sólo una de las muestras medidas (Fig. 13A) que ilustra adecuadamen-te el alcance de esta tecnología. El resultado se presenta como un gráfi-co de intensidad gamma en función del desplazamiento vertical Y del sistema fuente-detector (Fig. 13B). Los puntos azules corresponden a las mediciones realizadas con pasos de 1 mm y el tiempo de medición por punto de 10 segundos. Estos da-tos fueron ajustados (línea magenta) usando una expresión matemática donde las variables de ajuste son los valores Y del nivel superior de las zonas de vacío, lechada de baja y alta densidad y tendones, que de-nominamos PT (por Punto de Tran-sición) y sus respectivas densidades. Estos PT´s son identificados con las letras a, b, c, d y e como se muestran en la Fig. 13.

Figura 12: A) Tipología de las muestras fabricadas por Simpson, Gumpertz & Heger; B) Disposición experimental desarrolla por THASA. Una de las muestras medidas se encuentra inserta en el centro del conjunto de bloques de hormigón. El sistema THATIR se encuentra sobre la cara superior del conjunto. La fuente y el detector están en el extremo inferior de sendas barras que se desplazan hacia abajo y que en la foto se los ve cerca del final de su recorrido.


El incremento de intensidad gamma a la izquierda de “a” se debe al inevitable espacio vacío que queda entre el borde superior de la vaina y el concreto en la disposición experimental usada en este trabajo. El hecho de que los datos no exhi-ban cambios abruptos en los PT´s es debido al tamaño del detector, pero esto no afecta la precisión de los re-sultados.

La precisión en la determinación de los PT´s y las densidades relati-vas es de 2 mm y 0,1 gr/cm3, res-

pectivamente. La mayor incerteza del método está en la determinación del PT “c” (interface lechada baja-alta densidades) cuando la posición de los tendones sobrepasa esta inter-face (i.e, cuando “e” se ubica a la izquierda de “c” en el gráfico (Fig. 13B). Dentro de las incertezas seña-ladas los resultados obtenidos coin-cidieron con los valores de fabrica-ción de SGH.

7. CONCLUSIONES

La técnica no destructiva de la

THA a través del método gamma-gráfico permite inspeccionar las ar-maduras y su condición como así también la de la matriz de concreto de piezas estructurales, con deta-lle y precisión no alcanzables con otros métodos no intrusivos. En este artículo se presentan ejemplos de aplicación no convencionales. El primer ejemplo muestra el estudio de viga “cajón” de un puente, cuyo método gammagráfico permite obte-ner imágenes de cables pos-tesados con detalles relevantes para apreciar la calidad del relleno de sus vainas

Figura 13: A) Tipología de la muestra #5; los puntos de transición utilizados como referencia en la presentación de los resultados son:a = punto superior de la vaina; b = interfase vacío-lechada de baja densidad; c = interfase lechada baja densidad-lechada alta densidad; d = punto inferior de vaina; e = nivel superior de tendones. B) Perfil de intensidad gamma medido sobre muestra #5 (puntos azules) y ajustados matemáticamente (línea magenta). Los datos han sido ajustados dando como resultado las densidades mostradas en las tablas inferiores.


NOTAS

1 Un espectrómetro de rayos gam-ma es un dispositivo capaz no solo de detectar fotones de este tipo sino también de medir su energía. Esto es importante en esta aplicación pues es entonces posible filtrar electróni-camente los fotones menos energéti-cos que han sido dispersados en su pasaje por el hormigón y que aten-tan contra la calidad de la medición.

2 La constante dieléctrica de un ma-terial es una magnitud que determi-na la variación de velocidad de una onda electromagnética respecto a su velocidad en el vacío (velocidad de la luz). Cuanto mayor es esta cons-tante menor es la velocidad de la onda. Más precisamente disminuye con la raíz cuadrada de la constate dieléctrica.

3 Este trabajo se llevó a cabo por iniciativa del Ing. Mario Pimentel del laboratorio LABEST, de la Facul-tad de Ingeniería de la Universidad de Porto y en colaboración con el grupo de dicho laboratorio dirigido por el Prof. Joaquim Figueiras, en el marco de un contrato con Estradas de Portugal, E.P.E.

y condiciones de sus cordones. El segundo ejemplo describe el estu-dio en una torre de enfriamiento de central termoeléctrica en cuyo caso se muestran resultados cuantitativos sobre la calidad del relleno de una vaina que embebida en una pilastra actúa como elemento del encastre entre ésta y una columna pre-arma-da.

Asimismo, se describe una técni-ca novedosa en el campo de la in-geniería civil que emplea detectores en lugar de placas gammagráficas para inspeccionar zonas profundas de piezas estructurales y otras que no pueden ser estudiadas con gam-magrafías. La técnica que denomi-namos THATIR utiliza un dispositivo que desplaza un pequeño sensor-espectrómetro y una pequeña fuente de rayos gamma a cada lado de la sección a estudiar. Los resultados obtenidos de este tipo de medicio-nes son perfiles de distribución de intensidad-gamma en función de la posición fuente-sensor en lugar de imágenes gammagráficas. Este artículo muestra dos tipos de apli-caciones como ejemplos de los al-cances de esa técnica. La primera de ellas es la determinación de arma-dura inferior de vigas en plateas de fundación. La segunda aplicación corresponde a la determinación de defectos de llenado de vainas de cables pos-tesados. En este último caso los resultados de las medicio-nes realizadas sobre muestras de prueba manifiestan que el método es apto para localizar vacíos, nivel y densidad de lechada y posición de tendones con la precisión requerida salvo en el caso que el nivel de la lechada esté por debajo del nivel del tendón en cuyo caso la imprecisión es algo mayor. De acuerdo a nuestro conocimiento no existe al presente otro método “no destructivo” capaz de determinar armadura profunda o defectos de llenado en vainas de ca-

bles pos-tesados en grandes piezas de hormigón.

8. REFERENCIAS

Frigerio T., Mariscotti M.A.J., Ruffo-lo M. and Thieberger P., (2004) ‘Development and application of computed tomography in the inspection of reinforced concre-te’, Insight, Vol 46, No. 12, pp. 742-745.

Halmshaw, R., (1954). The use and scope of Iridium 192 for the ra-diography of steel, British Journal of Applied Physics 5, pp. 238–243.

Mariscotti M.A.J., (1998), ‘Process for determining the internal three-dimensional structure of a body opaque to visible light by means of radiations from a sin-gle source, specially suitable for reinforced concrete parts’. U.S. Patent, 5,828,723, 1998.

Mariscotti M.A.J. and Husni R., (2006) ‘Reinforced Concrete To-mography and Its Application to Bridge assessment’, NDE Con-ference on Civil Engineering, St. Louis, MO, ASNT, Edited by Imad Al-Qadi and Glenn Washer, pp. 349-356.

Mariscotti M. A. J., Jalinoos F., Frige-rio T., Ruffolo M. y Thieberger P., (2009). Gamma-Ray Imaging for Void and Corrosion Assessment. ACI International, Vol. 31 No. 11 pp. 48-53.

Mariscotti Mario A.J., KellyPaul, Boselli Joaquín, Frigerio Tere-sita, Ruffolo Marcelo, Thieber-ger Peter (2014), Determination of Grouting Defects in “Deep” PT Ducts Using Gamma Rays. FHWA/ASNT SMT Conference 2014, Washington DC.

Mullins L. and Pearson H.M., (1949). ‘The X-Ray Examination of Con-crete’, Civil Engineering and Pu-blic Works Review, London, Vol. 44, No. 515, pp. 256-258.

Pimentel M., Figueiras J., Mariscotti M.A.J., Thieberger P., Ruffolo M. and Frigerio T. (2010) Gamma-ray inspection of post tensio-ning cables in a concrete bridge. Structural Faults & Repair 2010, Edinburgh, United Kingdom.

Documents

TOMOGRAFÍA DE HORMIGÓN ARMADO, UNA NUEVA …