MEDIDOR DE VELOCIDAD DE PULSO ULTRASÓNICO CONTROLS 58-E0048

MANUAL DE INSTRUCCIONES

1. Introducción El medidor de velocidad de pulso ultrasónico se usa para medir la velocidad de propagación de pulsos ultrasónicos a través del concreto para las siguientes determinaciones e informaciones: - La uniformidad y la homogeneidad del concreto, - La presencia de grietas o vacíos, - El deterioro debido al fuego, el hielo o el ataque químico,

- Determinación de las constantes elásticas dinámicas (E y n)

- El tiempo estimado para desencofrado. 2. Principio de operación El instrumento opera generando un pulso ultrasónico que es hecho pasar a través del concreto por medio de las dos cabezas de los transductores. El tiempo tomado por el pulso para penetrar en el concreto es mostrado en el panel de control. 3. Descripción del aparato El aparato incluye: - El medidor ultrasónico 58 E-48. - Una cabeza transmisora y un receptora de 54kHz., - Dos cables de conexión (CONECTOR BNC). - Un barra de calibración. - Una botella de pasta de contacto. - Un maletín para transporte. - El manual de instrucciones. - Dos baterías alcalinas de 1,5 V tipo D. 4. Especificaciones generales El panel frontal (Fig. 1) consta de:

- Una pantalla retroiluminada de 2 x 16 caracteres, - El tablero de mando de membrana con cuatro botones: ▲, MENU /MODE, CERO/ENTER, ▼, - interruptor ON/OFF, - “ receiver ” conector para conexión de la sonda del receptor, - “ signal ” conector para conexión del osciloscopio, - “ Trigger ” conector para conexión del osciloscopio,

- “ Stop ” conector para conexión del osciloscopio, - “ emitter ” conector para conexión de la sonda del emisor. el panel trasero (Fig. 2) consta de: - Un conector RS232 estandar de 9 pines para conexión a la PC o a la impresora, - "Jack" conector para sonda 58 E46/1S con botón de muestreo (opcional) - Alojamiento para dos baterías alcalinas de 1,5 V tipo D.

5. Como poner las baterías en el medidor El aparato es accionado por dos baterías que tienen que ser introducidas antes de que la unidad sea usada. Para acomodar las baterías proceda de la siguiente manera: Primero desconecte la unidad y quite la tapa trasera de la batería usando una moneda (u otra herramienta adecuada). Introduzca las dos baterías, una encima de la otra con el “ + “ hacia afuera de la unidad y luego vuelva a poner la tapa. Importante, si las baterías son introducidas al revés, la unidad no funcionará (el circuito es a prueba de tal evento). Se recomienda el uso de baterías alcalinas o baterías recargables. Al reemplazar baterías siempre use dos baterías nuevas (no mezcle baterías viejas y nuevas de características o marca diferente). Las baterías deben ser removidas si la unidad no va a ser usada por largos períodos.

FIG. 1 FIG. 2

FIG. 3 FIG. 5 FIG. 4

6. Set up e instrucciones de operación Conecte las dos sondas sin tener en cuenta la función (emitir o recibir) porque son intercambiables. Encienda el medidor. La imagen en pantalla mostrará por pocos segundos lo siguiente: Después de que algunos segundos este mensaje desaparecerá y la imagen en pantalla mostrará lo siguiente: si las sondas son separadas una de la otra por más que 20-25 cm, de lo contrario: Dónde el valor depende de la distancia entre las dos sondas. El medidor está ahora en condición de operar. Por favor recuerde que el medidor se entrega calibrado. Si los resultados están por fuera del rango esperado puede ser útil para comprobar la calibración seguir las instrucciones dadas en la sección 10. El medidor está provisto de una tasa de pulso estándar de un pulso por segundo, el cuál es considerado el más adecuado para el concreto convencional. Para cambiar la tasa de pulso de 1 hasta 10 pulsos por segundo proceda como se describe en el numeral 6.1.

1. Seleccione el área a ensayar recordando que la superficie debe ser preferentemente uniforme y sin hendiduras. El modo de ensayo podría ser directo, semidirecto o indirecto. 2. Coloque una capa delgada de pasta de contacto en ambos cabezas, emisora y receptora. 3. Coloque y presione las sondas en contra de las posiciones seleccionadas. El tiempo de tránsito mostrado puede cambiar dependiendo de la presión dada en las cabezas y en la uniformidad de superficies. El operador debe mover las sondas ligeramente manteniendo una presión constante para obtener el valor estable mínimo que sea considerado como correcto. 4. Registre el valor mostrado y repita los ensayos en otras áreas según se requiera.

6.1 Ajuste de la tasa de Pulso El medidor está usualmente colocado para un pulso por segundo el cual es normalmente conveniente para el concreto convencional y para minimizar perturbaciones eléctricas. Cuándo se usa el osciloscopio puede ser útil trabajar con una mayor tasa de pulso para actualizar el factor tiempo de tránsito más rápido. Para modificar la tasa de pulso proceda de la siguiente manera:

Ultrasonic Pulse Velocity Tester

Tp = OVERFLOW [Menu] [Zero]

Tp = XXXX.X µs [Menu] [Zero]

1. Presione el botón MENU/MODE hasta que la imagen en pantalla muestre:

2. Presiona botón ▲ para aumentar la tasa de pulso o viceversa ▼ para disminuir. El valor determinado se queda en la memoria aun si el medidor es desconectado.

3. Para regresar al menú principal presiona botón ENTER, la imagen en pantalla mostrará:

6.2 Uso de la función de la iluminación de fondo El medidor puede funcionar sin esta función que es útil en caso de condiciones medioambientales particulares, sin embargo, el consumo de la batería aumentará cuando esta función sea usada. Para activar esta función proceda la siguiente manera:

1. Presione el botón MODE. La imagen en pantalla mostrará:

Para activar la iluminación de fondo presione ▲.

2. Para regresar a la iluminación de fondo a la posición off presiona. 3. Presione botón ENTER para regresar al menú principal.

7. Uso de la salida RS232 Los estándares de transmisión son: 2400 baudios, 1 bit de parada, ninguna paridad. Para conexión de la PC, use un cable adecuado con conexión pin a pin (no suministrado). Para descargar a través de RS232/S (el tiempo de tránsito en ms es mostrado en la pantalla) presione el botón s. Para recibir datos en su PC, recomendamos el uso de Terminal (con sistema operativo Windows 3.1 y 3.11), Hyper Terminal (con Windows 95 y 98), XTalk Terminal o programas similares (DOS).

Pulse Rate = 1/s [Mode] [Enter]

Tp = XXXX.X µs [Menu] [Zero]

Backlight OFF [Mode] [Enter]

8. Uso del medidor con el osciloscopio Usando el osciloscopio (opcional extra código 58-E48/20) es posible evaluar el primer frente del pulso en relación a una escala de tiempo adecuada y facilitar el examen de la forma de la onda que puede ser ventajosa en situaciones complejas. Para conectar el osciloscopio proceda de la siguiente manera:

1. Conecte el conector “ signal ” en la posición Ch1 del osciloscopio, 2. Conecte el conector “trigger” para activar el input2 del osciloscopio, 3. Conecte el conector “stop” en la posición Ch2 del osciloscopio, 4. Coloque el osciloscopio de tal manera que se pueda operar con un activador externo. 5. Siga las instrucciones dadas con el osciloscopio. En términos generales en el Ch1 es

posible verificar la forma de la onda y en el Ch2 es posible ver el retraso.

9 Vida de la Batería Usando baterías alcalinas nuevas de buena calidad y trabajando con una tasa de pulso de uno por segundo e iluminación de fondo apagada el medidor puede trabajar continuamente por dieciocho horas al cabo de las cuales la imagen en pantalla mostrará “ BATTERY LOW ”. Desde este momento el usuario tendrá una autonomía adicional de tres horas. Usar tasas de pulso más grandes y la iluminación de fondo, hacen la vida de la batería obviamente más corta. 10 Verificación y calibración del medidor El medidor es suministrado con una barra de calibración marcada con el tiempo de tránsito que debería leerse en la pantalla cuando está calibrado. Para la verificación proceda de la siguiente manera:

1. Coloque una capa delgada de pasta de contacto en las sondas, presione luego contra los extremos de la barra.

2. La imagen en pantalla debería demostrar el mismo valor marcado en la barra +/- 1 µ s.

Si no está dentro de calibración proceda como sigue:

3. Presione el botón ZERO/ENTER (siga presionado el botón para aumentar el valor mostrado en pantalla, suelta el botón y presiónelo otra vez para disminuir el valor hasta que el valor marcado en la barra sea alcanzado).

4. Cuando el valor correcto sea alcanzado, presione el botón ▼por dos o tres segundos hasta que la imagen en pantalla muestre el mensaje “ STORED ” que confirma que la nueva calibración ha sido memorizada. Nota: En caso de que no almacenar el medidor mantiene la calibración vieja.

11 Interpretación de los resultados La información dada representa simplemente un resumen breve del procedimiento de ensayo y la interpretación. Para más información por favor refiérase a la literatura especializada y a las normas nacionales. La prueba de ultrasonido es un ensayo no destructivo basado en la lectura de la velocidad de pulso ultrasónico a través del concreto. 11.1 disposición del Transductor Aunque la dirección en la cual la máxima energía es propagada es perpendicular a la cara del transductor transmisor, es posible detectar pulsos que han viajado a través del concreto en otra dirección. Por consiguiente, es posible hacer medidas de velocidad de pulso colocando los dos transductores ya sea en caras opuestas (transmisión directa), o en caras adyacentes (transmisión semidirecta), o la misma cara (transmisión indirecta o de superficie). (Vea Figura 6) Figura 6. Posicionamiento del transductor NOTA 1: Puede ser necesario colocar los transductores en caras opuestas pero no directamente opuestos uno al otro. Tal configuración será evaluada como una transmisión semidirecta. (Vea Figura 6.b) NOTA 2: La configuración de transmisión indirecta es la menos sensible y debe ser usada, únicamente cuando una cara del concreto es accesible, o cuándo la calidad de la superficie del concreto es comparable a la calidad global. NOTA 3: La configuración semidirecta de transmisión tiene una sensibilidad intermedia entre las otras dos configuraciones y sólo debe ser empleada cuando la configuración directa no puede ser usada. 11.2 longitud de la trayectoria y medida de la velocidad de pulso Para la transmisión directa, la longitud de la trayectoria es la distancia entre los transductores y cuando sea posible, la exactitud de la medición de la longitud de la trayectoria deberá ser ± 1 % y esta debe ser registrada. Para la transmisión semidirecta, generalmente es suficientemente precisa para tomar la longitud de la trayectoria como la distancia medida de centro a centro de las caras del transductor. La exactitud

de estimar la longitud de la trayectoria es dependiente del tamaño del transductor comparado con la distancia de centro a centro y deberá ser estimada. Para transmisiones directas y semidirectas la velocidad de pulso se calculará a partir de la fórmula:

T

LV =

Donde: V es la velocidad de pulso, en km/s L es la longitud de trayectoria, en mm T es el tiempo tomada del pulso para atravesar la longitud, en µs La determinación resultante de la velocidad de pulso será expresada con aproximación de 0,01 km/s o tres cifras significativas. Con la transmisión indirecta hay alguna incertidumbre referente a la longitud exacta de la trayectoria de transmisión, por el tamaño significativo de las áreas de contacto entre los transductores y el concreto. Es por consiguiente preferible hacer una serie de medidas con los transductores a diferentes distancias separadas para eliminar esta incertidumbre.

1. Para hacer esto, el transductor transmisor será colocado en contacto con la superficie de concreto en un punto fijo P y el transductor receptor estará colocado a x incrementos fijos a lo largo de una línea escogida en la superficie. Los tiempos de transmisión registrados deberían ser graficados mostrando su relación con la distancia que separa los transductores. Un ejemplo de tal gráfico es demostrado en Fig. 7.

Figura 7. Determinación de la velocidad de pulso por transmisión indirecta.

2. La pendiente de la mejor línea recta dibujada a través de los puntos estará medida y registrada como la velocidad media del pulso a lo largo de la línea escogida en la superficie del concreto. Donde los puntos medidos y registrados de esta forma indiquen una discontinuidad, es muy probable que una grieta de superficie o una capa superficial de calidad inferior esté presente y la velocidad medida en tal instancia es poco confiable.

11.3 Evaluación de homogeneidad y uniformidad del concreto Dibujando una cuadrícula en el elemento a analizar y la midiendo el tiempo de tránsito en los puntos de la cuadrícula es posible evaluar la homogeneidad del concreto. Es importante hacer uso de diagramas para representar claramente los resultados de ensayo y demostrar la calidad promedio del concreto. 11.4 Presencia de grietas, vacíos, regiones deterioradas Cuando un pulso ultrasónico viaja a través del concreto se encuentra una interfaz de aire, allí hay una pérdida de transmisión de energía a través de esta interfaz (debido a la difracción y la reflexión) de forma que el tránsito de tiempo es necesariamente más largo que en un concreto similar sin defectos. Es posible hacer uso de estos resultados localizando defectos, vacíos, grietas y regiones deterioradas. Si la longitud del defecto es muy pequeña es imposible hacer una evaluación significativa (por ejemplo es imposible para revelar vacíos con longitud más pequeña que el diámetro de la cabeza). 11.5 Correlación de velocidad de pulso y resistencia Las propiedades físicas importantes del material que influencian la velocidad del pulso son el módulo elástico y la densidad. En el concreto estas propiedades están relacionadas con el tipo de agregado, su proporción en la mezcla y sus propiedades físicas, y las propiedades físicas de la pasta de cemento, que se relacionan principalmente, en la relación original agua /cemento de la mezcla y la madurez del concreto. Por otra parte, la resistencia del concreto está más relacionada a la relación A/C que al tipo de agregado y las proporciones de agregado y pasta, de tal manera que las correlaciones entre la velocidad de pulso y la resistencia del concreto son físicamente indirectas y tienen que ser establecidas para la mezcla específica de concreto. Para un concreto desconocido; La estimación de resistencia, con base en la velocidad de pulso hecha, no es confiable. 11.6 Estimación del tiempo para desencofrado y pretensando Si algunos pequeños portillos son preparados de antemano en el concreto modular, es posible controlar el proceso de endurecimiento en la estructura de concreto. 11.7 Estimación del módulo elástico dinámico A partir de mediciones de velocidad de ondas ultrasónicas es posible calcular el módulo elástico dinámico de la siguiente manera:

( )( )n

nnQVED −

−+=1

2112

Donde: V = velocidad en km/s Q = densidad del concreto en kg/m³ n = Relación de Poisson (para concreto de alta resistencia n = 0,15; Para concreto de baja resistencia n = 0,30)

ED= Módulo elástico dinámico en MN/m² Del diagrama en la figura 8 es posible evaluar el módulo elástico. Para la estimación del módulo elástico es suficiente saber la velocidad de pulso ultrasónico en km/s y entrar en el diagrama moviéndose verticalmente en el eje de velocidad. Los relacionados módulos elásticos Estático y Dinámico pueden ser leídos en el eje vertical en la intersección con las curvas “Estática“ y "Dinámica". 11.8 Profundidad de grietas Cuando una grieta ha sido localizada, haga dos lecturas como se indicada en la figura 9 (parte 1 y parte 2). Una lectura es tomada con las cabezas colocadas en posición simétrica con relación a la grieta (2), el otro con la misma distancia entre las sondas pero sin defectos entre ellas (1). La siguiente fórmula puede usarse para calcular la profundidad “ h ” de la falla, siempre y cuando la grieta no esté llena de agua:

2

2 1

s

c

t

txh

−=

Donde:

x = mitad de la distancia entre las sondas H = profundidad de la grieta Tc = tiempo de tránsito a través de la grieta (µs) Ts = tiempo de tránsito a lo largo de la superficie del mismo tipo de concreto sin defectos (µs), (fig. 9 parte 1). Las unidades de medida de h y x son las mismas. 12 Recomendaciones para el uso correcto del medidor ultrasónico - El medidor no está programado para ser usado por mucho tiempo, es esencial quitar las baterías, de otra manera el medidor podría dañarse y las baterías podrían perder la carga residual, así sería imposible encender el medidor y mostrar el mensaje “ Battery low ”. - Ambas sondas tienen que estar conectadas perfectamente para obtener lecturas confiables. - Si la lectura no es estable (cambios mayores que ± 1 µs), intente mejorar la lectura aplicando más pasta de contacto entre las sondas y el elemento. - En general, colocando las sondas en el aire a una distancia entre 23 y 25 cm una de la otra, la imagen en pantalla debe mostrar el mensaje “ Tp OVERFLOW” . El mismo mensaje se da cuando en el concreto a ensayar, la distancia entre las dos sondas es demasiado grande o cuando la calidad de concreto es muy pobre o la porosidad es muy alta. - Donde el concreto presenta superficies irregulares debe pulirse para hacerlas tan suaves como sea posible y usar una cantidad adecuada de pasta de contacto para asegurar el mejor contacto posible.