Ondas ultrasónicas revelan daños en cemento

En los laboratorios del Centro Interdisciplinario de Investigación para el Desarrollo Integral Regional (CIIDIR) Unidad Oaxaca, se experimenta con ondas ultrasónicas para determinar, de forma rápida y económica, daños estructurales en el cemento causados por dióxido de carbono (CO₂) o cloruro de sodio (NaCl), presentes en el ambiente.

El doctor Francisco Castellanos León, catedrático del CIIDIR y especialista en dinámica de estructuras e ingeniería sísmica, trabaja en el estudio de la carbonatación en materiales basados en cemento a partir del análisis de ondas ultrasónicas. El investigador utiliza la técnica de procesado de señales que se emplea para el estudio de sismos, para analizar materiales basados en cemento.

El uso de ondas ultrasónicas tiene el propósito de evaluar el ingreso de dióxido de carbono en la pasta de cemento y estudiar cómo altera sus propiedades, sin necesidad de pruebas destructivas.

“Comúnmente, para evaluar el daño en construcciones por distintos agentes como el cloruro de sodio o carbonatación, se extraen núcleos de concreto mediante perforaciones, luego se llevan a cabo procesos químicos para conocer lo niveles de cloruro o dióxido de carbono, generalmente estas pruebas dañan las estructuras y son muy costosas”, explica el doctor Castellanos León.

¿Cómo se emplea esta técnica?

El doctor Castellanos León indica que esta investigación se encuentra en fase experimental, en donde se someten cilindros de pasta de cemento a pruebas de laboratorio. Algunos cilindros son expuestos a distintos niveles de dióxido de carbono y otros no, para luego aplicar la técnica de ultrasonido mediante transductores que son aparatos que convierten la electricidad en movimientos a frecuencias muy altas.

“Se registran las ondas que atraviesan el material a partir de procesados, para ello se toman en cuenta el dominio de frecuencia y el dominio de tiempo-frecuencia, y se obtiene una lectura de las características de las señales con lo que se puede estimar el índice de carbonatación en el material”, revela el investigador.

El cemento expuesto al dióxido de carbono presente en el ambiente se ve alterado en sus características, pues trastorna la matriz de pasta de cemento, evento que lo hace vulnerable a fracturas y, por consiguiente, al ingreso de otros agentes corrosivos como es el caso del cloruro de sodio —conocido como salitre— en zonas marítimas. Este proceso de corrosión también afecta el acero de refuerzo, lo que impacta en una menor durabilidad de las construcciones.

El investigador propone trasladar este proceso no destructivo a pruebas de campo en cualquier elemento de concreto, así en lugar de extraer núcleos de concreto se estaría utilizando solo un par de artefactos y softwareespecializado que evitaría un daño mayor en construcciones.

Para obtener la lectura se colocan dos transductores en la pieza, uno encargado de emitir las ondas y otro como receptor, y es así como se captan las ondas ultrasónicas que atraviesan el material. La onda recaba información sobre su medio de propagación que en este caso es el concreto, se interpretan las señales y con ello se determina el nivel de carbonatación.

“Se proponen ciertos algoritmos en los cuales captamos la variación de señales debido a cloruros o carbonato, y así proponemos los índices presentes de dichos agentes. Estos algoritmos los hemos estado desarrollando”, detalla Castellanos León.

Se estima que este proceso se llevaría un tiempo aproximado de cuatro minutos para arrojar resultados, al contrario de los procesos químicos que además de destructivos pueden tardar varios días. Esta investigación impacta de forma positiva la industria de la construcción, pues facilitará la evaluación de estructuras y la durabilidad del concreto, conocer en qué etapa se encuentra, todo lo anterior evitando dañar la construcción, de forma rápida y con resultados casi instantáneos.

Fuente: CONACYT.