Un método rápido y no destructivo para detectar grietas en estructuras de hormigón

Las grandes estructuras de hormigón deben someterse a pruebas periódicas para detectar defectos que puedan comprometer su estabilidad. Aunque las pruebas acústicas realizadas por inspectores certificados suelen ser el método de inspección elegido, estas pruebas tardan más en realizarse a medida que aumenta el volumen de la estructura. En un nuevo estudio, los científicos han desarrollado un nuevo método para identificar defectos utilizando ondas de choque generadas por plasma inducido por láser. El nuevo método es más rápido, completamente no destructivo y permite evaluar a tiempo las infraestructuras de hormigón.

Nada está verdaderamente fijado en el hormigón, y esto es especialmente cierto para las estructuras hechas de hormigón. Cuando las estructuras de hormigón, como los puentes, los edificios y los túneles, se cargan repetidamente durante largos periodos de tiempo, desarrollan grietas que pueden progresar y provocar un fallo estructural. Por consiguiente, es necesario realizar inspecciones periódicas para detectar las grietas antes de que se conviertan en un motivo de preocupación.

Convencionalmente, los defectos en las estructuras de hormigón se detectan mediante la prueba acústica denominada “método del martillo”, realizada por inspectores de edificios certificados. Sin embargo, estas pruebas llevan tiempo y, como ocurre con la mayoría de las técnicas basadas en la habilidad, la eficacia de la prueba depende de la experiencia del inspector. Además, como el número de infraestructuras envejecidas sigue aumentando, un método de inspección que sea rápido y fiable es primordial para garantizar el funcionamiento seguro y el uso a largo plazo de la estructura.

Un método de inspección alternativo para las pruebas consiste en generar ondas de choque cerca de la superficie de la estructura de hormigón. Las ondas de choque inducen vibraciones en la estructura que pueden ser analizadas para detectar defectos. Sin embargo, en estas pruebas es necesario generar ondas de choque que no dañen la estructura. En este sentido, la excitación de ondas de choque por plasma inducido por láser (LIP) ha demostrado ser muy prometedora. Esta técnica se ha utilizado para detectar defectos en diversas estructuras, desde tuberías hasta superficies de frutas. En este método, las ondas de choque se generan al colisionar el plasma generado por el láser con el aire.

En un nuevo estudio, investigadores del Instituto de Tecnología Shibaura y de los Institutos Nacionales de Ciencia y Tecnología Cuántica de Japón probaron la efectividad de este método para detectar grietas en estructuras de hormigón. “Utilizamos ondas de choque LIP como excitación de impulso sin contacto y no destructiva. Esto permite detectar a distancia y de forma totalmente no destructiva los defectos de las estructuras de hormigón”, explica Naoki Hosoya, profesor del Departamento de Ciencias de la Ingeniería y Mecánica del Instituto Tecnológico de Shibaura y autor correspondiente del estudio. Sus resultados se han publicado en la revista International Journal of Mechanical Sciences.

Para evaluar el nuevo método, los investigadores expusieron un bloque de hormigón con un defecto creado artificialmente a una onda de choque generada por un láser pulsado de alta potencia. A continuación, se analizaron las vibraciones en varios puntos de la superficie de hormigón dentro y fuera del área del defecto. El análisis reveló la presencia de ondas Rayleigh en el lugar del defecto. Se trata de ondas superficiales que se mueven a mayor velocidad que otras ondas de choque. Los investigadores pudieron determinar con éxito las zonas defectuosas detectando los puntos en los que se reflejaban estas ondas Rayleigh. “Se pueden detectar los defectos en la muestra de hormigón y determinar la ubicación del límite aproximado utilizando la propagación de las ondas Rayleigh”, explica el profesor Hosoya.

Al visualizar las ondas Rayleigh, los defectos de una estructura pueden detectarse mucho más rápido que con otros métodos telemétricos que analizan las vibraciones, lo que lo convierte en un método útil para las pruebas no destructivas de estructuras de hormigón. “La ventaja de utilizar las ondas Rayleigh para detectar defectos es que se necesitan menos puntos de medición en comparación con la medición del modo natural. Además, se puede acortar el tiempo necesario para la detección de defectos. La visualización de la propagación de las ondas Rayleigh tiene potencial para la detección práctica de las configuraciones y los defectos del hormigón”, explica el profesor Hosoya.

En conclusión, el uso de las ondas de choque LIP para evaluar las grietas en las estructuras de hormigón es un método seguro y rápido que puede utilizarse para mantener las infraestructuras y prevenir los fallos estructurales.

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