Más que una propiedad del concreto, la velocidad de pulso ultrasónico, es un método de ensayo que permite obtener propiedades del concreto, tales como uniformidad, así como detectar defectos como vacíos y cavidades, estimar profundidades de grietas superficiales, estimar el espesor de una capa de inferior calidad en el concreto, determinar cambios en las propiedades del concreto (S. Popovics, 1998; S Popovics et
al., 1990).
Se ha encontrado que la velocidad de pulso ultrasónico depende principalmente del tipo de agregado, tamaño de agregado y su porcentaje total dentro de la mezcla de concreto y en menor escala de las condiciones de curado, porcentaje de cemento, tipo de cemento, uso de adiciones entre otros (Hamid et al., 2010). En la literatura no se encuentra información sobre esta propiedad usando el FCC; sin embargo se encuentran reportes sobre concretos adicionados con humo de sílice, en los cuales se reporta una mejora de los valores de velocidad de pulso atribuido al llenado de los poros y efectos puzolánicos de humo de sílice (Sri Ravindrarajah, 1992).
La velocidad de pulso ultrasónico se evaluó sobre los mismos especímenes cilíndricos de diámetro 100 mm x 200 mm de altura, usados en el ensayo de la resistencia a la compresión, los ensayos se hicieron por triplicado para cada edad de curado, El ensayo está basado en la norma ASTM C597 - “Standard Test Method for Pulse Velocity
Through Concrete”.
En la Figura 5-17, se observa la disposición de la muestra y el equipo utilizado para la realización de este ensayo. El ensayo consiste en producir un pulso de vibraciones longitudinales mediante un transductor electroacústico puesto en contacto con una de las superficies del elemento de concreto de prueba, que luego de atravesar el concreto, es recibido y convertido en energía eléctrica por un segundo transductor colocado a una distancia L, que en este caso es la longitud del espécimen de prueba, y determinar electrónicamente el tiempo de recorrido. (T).
La velocidad de pulso ultrasónico es calculada como la relación entre L y T de acuerdo con la siguiente ecuación.
donde:
V = velocidad de pulso (m/s o pies/s) L = distancia entre transductores (m o pies)
T = tiempo de tránsito efectivo
Figura 5-17 Ensayo medición velocidad de pulso ultrasónico.
La velocidad de pulso ultrasónico se valoró hasta los 360 días. En la Figura 5-18, se observan los valores de las velocidades de pulso, registradas por triplicado para cada una de las mezclas en las diferentes edades de ensayo.
De acuerdo con estos resultados, se observa en los valores de esta propiedad un aumento constante a lo largo de las diferentes edades de ensayo encontrándose a los 360 días aumentos desde el 5 % hasta el 13 %, con respecto a los valores encontrados a los 28 días. Como se comentó, en la bibliografía solo se encontró referencia a esta propiedad en mezclas adicionadas con SF, concordando en este mejoramiento con lo reportado por (Sri Ravindrarajah, 1992).
Figura 5-18 Velocidad de pulso ultrasónico.
De otro lado existen unos criterios de aceptación del concreto con base en la medición de la velocidad de pulso ultrasónico, esta clasificación se basa en categorías delimitadas por intervalos de velocidad, en la Tabla 5-10, se pueden observar estos criterios de los estudios realizados por (Malhotra, 1985).
Tabla 5-10 Clasificación del concreto de acuerdo con los valores de velocidad de pulso
ultrasónico.
Velocidad
ultrasónica V (m/s)
Clasificación del
concreto
V > 4575
Excelente
3660<V<4575
Bueno
3050<V<3660
Cuestionable
2135<V<3050
Pobre
V<2135
Muy pobre
De acuerdo con los resultados encontrados para cada una de las mezclas de concreto, se observa que a partir de los 28 días todas las mezclas de concreto estudiadas, presentan una clasificación del concreto como bueno en todos los casos, indicando la densificación y la homogeneidad de estos; producto posiblemente debido a la finura del cemento y de las adiciones incorporadas en las diferentes mezclas de concreto.
Usualmente se correlaciona la velocidad de pulso con la resistencia a la compresión del concreto. En la Figura 5-19, se presenta la relación entre estas dos propiedades, donde es notable la diferencia en esta relación para todas las mezclas a un día de curado, atribuible al estado fresco del concreto, a medida que transcurre el tiempo se presenta la hidratación de los cementantes, lo cual disminuye la porosidad, permitiendo a las ondas propagarse más rápido en el medio sólido. Posteriormente, se mantiene la relación entre estas dos propiedades con pequeñas variaciones después de los 28 días de curado; presentando a largo plazo una similar relación, las muestras adicionadas con SF, MK y FCC al 10%, dada su mayor resistencia a la compresión, lo que hace la relación menor. Esta propiedad de variación de la velocidad con el tiempo es similar a la reportada por (Breysse, 2012).
Figura 5-19 Relación entre velocidad de pulso ultrasónico y resistencia a la compresión
A continuación mediante el análisis de varianza se trata de identificar los efectos causantes de las variaciones de la variable Velocidad del Pulso Ultrasónico; estableciendo la existencia de diferencias significativas entre la velocidad media con los distintos tipos de material, tiempo y la interacción.
50 100 150 200 250 300 UP V / f´ c 1 día 3 días 7 días 28 días 56 días 90 días 120 días 180 días 360 días CONTROL SF‐10% MK‐20% FCC‐10% FCC‐20% FCC‐30%
Al igual que en los casos anteriores, para el análisis de los resultados de este experimento se diseña un modelo Anova a dos vías, esto permitirá estudiar simultáneamente los efectos de la variable Día con 9 niveles, Material con 6 niveles; y la interacción entre ellos. El diseño contiene 54 unidades experimentales, cada uno con tres repeticiones; los resultados obtenidos se presentan en la siguiente Tabla 5-11.
Tabla 5-11 Anova velocidad de pulso ultrasónico.
Con los resultados de esta Tabla, para el caso de estudio, se puede concluir que el uso de diferentes materiales cementantes, de diferentes tiempos de permanencia y la interacción entre las dos variables materiales y tiempo; producirán tasas promedio diferentes en la variable respuesta, en este caso la velocidad de pulso ultrasónico. Por lo tanto, las variables material, tiempo y la interacción de estas dos variables, afectan la variable respuesta, rechazándose las hipótesis nulas planteadas inicialmente.
Se rechaza con un nivel de significancia mayor al 0,1%, infiriendo que diferentes tipos de material simbolizan valores promedio diferentes de la velocidad del pulso ultrasónico.
Se rechaza , con un considerable nivel de significancia, de tal forma que diferentes días de permanencia significan diferentes valores promedio en la velocidad del pulso ultrasónico.
Se rechaza ,, con un nivel de significancia superior al 0,1 %, así la interacción entre el factor día y el factor material es significativa.
Se aplica el test de Tukey, ver Tabla 5-12, con el fin de comparar las observaciones con distinta media debidos a los efectos de la variable material, la variable día y la interacción de las dos variables.
Analysis of Variance Table Response: VELOCIDAD
Df Sum Sq Mean Sq F value Pr(>F)
MATERIAL 5 1540111 308022 165.4939 < 2.2e‐16 ***
DIA 8 17840036 2230004 1198.1347 < 2.2e‐16 ***
MATERIAL:DIA 40 555046 13876 7.4554 3.232e‐16 ***
Residuals 98 182401 1861
Tabla 5-12 Prueba de tukey efecto del material en la velocidad de pulso ultrasónico.
Al evaluar los resultados del p-value mediante esta prueba, se observa que la variable material ejerce el mismo efecto sobre el resultado velocidad de pulso ultrasónico. Es decir, no hay diferencia en la variable respuesta debida al material utilizado en el presente experimento.