Sistema portátil de ensayos no destructivos de probetas con simetría axial de materiales cementicios por imagen ultrasónica y procedimiento asociado.

Es un sistema diseñado para su utilización de forma autónoma en un ambiente exterior a los laboratorios, que permite crear mapas de parámetros ultrasónicos con el fin de proporcionar información tanto de la localidad como del estado de deterioro de testigos y probetas con simetría axial (10) de materiales cementicios, que comprende un subsistema de inspección (1), que incorpora a su vez medios de barrido mecánico (2) y medios electrónicos de control (3) y un subsistema de generación de imagen ultrasónica (4), que incorpora a su vez medios de emisión-recepción y adquisición de señales ultrasónicas (5) y medios de procesamiento y almacenamiento digital de la información (6), que genera la imagen ultrasónica para su evaluación.

SISTEMA PORTÍTIL DE ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS DE PROBETAS CON SIMETRÍA AXIAL DE MATERIALES CEMENTICIOS POR IMAGEN ULTRASÓNICA Y PROCEDIMIENTO ASOCIADO

OBJETO DE LA INVENCIÓN

El campo de aplicación de la presente invención se encuentra dentro del sector industrial dedicado a la construcción, y más específicamente, al control de calidad, rehabilitación y asistencia técnica.

El objeto principal de la presente invención es un sistema de evaluación no destructivo de estructuras de materiales cementicios tales como el hormigón, que se utiliza para certificar la calidad de las construcciones en general. El sistema está especialmente diseñado para su utilización “in situ”, en ambientes exteriores agresivos, por lo que se considera robusto, ligero, autónomo y portátil.

Para ello, el sistema propuesto comprende un conjunto de módulos conectados entre sí para proporcionar imágenes obtenidas mediante técnicas de ultrasonidos.

Adicionalmente, otro objeto de la invención es el procedimiento para generar y componer imágenes ultrasónicas a partir de las medidas obtenidas en ensayos no destructivos de testigos y probetas con simetría axial de hormigón y otros materiales cementicios.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En la actualidad, y como referencia al estado de la técnica, debe mencionarse que existen numerosos productos alternativos de evaluación de la calidad de las probetas de materiales cementicios, fundamentalmente métodos destructivos que mediante ensayos de laboratorio miden las resistencias mecánicas. En cuanto a otros métodos de Ensayos No Destructivos (END) podemos citar los basados en el esclerómetro de masas, medida de velocidad ultrasónica o medidas de resonancia acústica. En cuanto a los sistemas de generación de imagen existen sistemas automatizados de inspección que pueden permitir obtener imagen ultrasónica de probetas con simetría axial.

La numerosa normativa, que mediante los ultrasonidos evalúa de forma no destructiva el estado de estructuras y materiales de construcción, se limita a la medida de la velocidad ultrasónica, obtenida en la mayoría de los casos de forma manual. Así, la falta de automatización, implica una limitación en el número de medidas, haciendo muy costosa o poca atractiva la obtención de las imágenes. Las aplicaciones que pueden encontrarse en la literatura que hacen uso de la imagen acústica para la evaluación de testigos de hormigón y otros materiales cementicios son las siguientes:

• Tomografía acústica para la localización de objetos (barras de acero) , huecos o grietas mediante mapas de velocidad (Jalinoos et al., 1995, Schuller et al., 1995) .

• Generación de mapas de amplitud y tiempo de vuelo usando los formatos de representación C-SCAN y D-SCAN mediante sistemas automáticos de posicionamiento 3D instalados en laboratorio (Molero et al., 2009, Segura et al., 2009) .

• Imágenes acústicas reconstruidas usando la técnica de focalización de apertura sintética (synthetic aperture focusing technique, SAFT) (Schickert et al., 2003, Schickert, 2005) . Cabe mencionar que las tres aplicaciones han sido diseñadas para

la localización y detección de grietas o defectos internos, y no para informar sobre la calidad o el estado de deterioro de los materiales de construcción bajo inspección. Además de necesitar un gran número de transductores o fuentes de emisión así como también de receptores para llevar a cabo la reconstrucción de la imagen acústica. Por otra parte, aunque los resultados obtenidos por la segunda aplicación han sido satisfactorios, queda el inconveniente de sólo ser aplicable en laboratorio.

Aunque son conocidos múltiples tipos de sistemas de evaluación de la calidad, aplicables a probetas de hormigón y materiales cementicios, debe señalarse que, por parte del peticionario, se desconoce la existencia de alguno que presente las características técnicas, estructurales y de configuración semejante a las que describe el sistema objeto de la invención.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El sistema portátil de ensayos no destructivos de probetas con simetría axial de materiales cementicios por imagen ultrasónica es un sistema diseñado para la utilización en un ambiente exterior a los laboratorios, que permite crear una imagen radial o mapas de parámetros ultrasónicos con el fin de proporcionar información tanto de la calidad del material, como del estado de deterioro de testigos y probetas con simetría axial de hormigón. Mediante esta imagen se puede determinar la no uniformidad de las mismas debido a una incorrecta fabricación o por el avance de un proceso de degradación.

El sistema realiza la evaluación de forma no destructiva y permite estimar el estado de las probetas o testigos del material de construcción inmediatamente después de ser extraídos en obra, lo que permite mejorar la fase de extracción de testigos en función de los resultados de la evaluación. Si bien, debido a los procesos normalizados de certificación siempre será necesario realizar ensayos en el laboratorio, la invención permite tener un conocimiento previo de si el material está dentro de los parámetros básicos predefinidos para posteriormente corroborarlo mediante las técnicas usuales de laboratorio. El conocimiento “in situ” que proporciona este sistema puede servir también para realizar una posible inspección mediante otros sistemas de evaluación no destructiva.

Al ser un sistema de imagen digital permite utilizar todas las herramientas de tratamiento y clasificación de información para generar los informes de la inspección realizada.

El sistema portátil de ensayos no destructivos de testigos y probetas con simetría axial de hormigón por imagen ultrasónica comprende los siguientes elementos:

a) Subsistema de inspección, que incorpora a su vez medios de barrido mecánico y medios electrónicos de control.

b) Subsistema de generación de imagen ultrasónica, que incorpora a su vez medios de emisión-recepción y adquisición de señales ultrasónicas y medios de procesamiento y almacenamiento digital de la información.

El subsistema de inspección permite situar un par de transductores de manera que un haz ultrasónico atraviese cada uno de los diámetros de la probeta o testigo cilíndrico. La excitación de los transductores, así como la adquisición de la señal ultrasónica que ha atravesado la probeta la realizan los medios de emisión-recepción y adquisición de señales sincronizados convenientemente con el subsistema de inspección. Las señales ultrasónicas adquiridas se envían a los medios de procesamiento y almacenamiento digital de la información que se encargan de extraer y representar mediante imágenes la información ultrasónica obtenida de la probeta o testigo inspeccionado lo que permite una evaluación del mismo.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de figuras en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La figura 1 muestra una vista esquemática de un sistema de acuerdo con la presente invención, que comprende un subsistema de inspección y un subsistema de generación de imagen ultrasónica.

La figura 2 muestra un ejemplo de medios de barrido mecánico, pertenecientes al subsistema de inspección, de acuerdo con la presente invención.

La figura 3 muestra el alzado de un adaptador con sistema de agarre a la plataforma de apoyo de la probeta, perteneciente a los medios de barrido mecánico.

La figura 4 muestra la planta de un adaptador con sistema de agarre a la plataforma de apoyo de la probeta, perteneciente a los medios de barrido mecánico.

La figura 5 muestra otro ejemplo de medios de barrido mecánico, de acuerdo con la presente invención, que considera unos medios de emisiónrecepción y adquisición de señales ultrasónicas del tipo de acoplamiento agua trabajando en inspección por transmisión con dos transductores de un solo canal.

La figura 6 muestra el detalle de los medios electrónicos de control, que comprende dos fines de carrera, un decodificador de posición de motor y un controlador de movimiento, así como la integración...

1. Sistema portátil de ensayos no destructivos de probetas con simetría axial de materiales cementicios por imagen ultrasónica caracterizado porque comprende:

• un subsistema de inspección (1) que a su vez comprende:

o medios de barrido mecánico (2) que incorporan medios para fijar la posición de una probeta con simetría axial (10) e imprimirle un movimiento giratorio, así como de medios que facilitan el montaje y desplazamiento vertical de unos medios de emisión-recepción y adquisición de señales ultrasónicas (5) con respecto a la probeta (10) para inspección de la misma,

o medios electrónicos de control (3) que controlan el movimiento de la probeta (10) y de los medios de emisión-recepción y adquisición de señales ultrasónicas (5) , y

• un subsistema de generación de imagen ultrasónica (4) que a su vez comprende:

o los medios de emisión-recepción y adquisición de señales ultrasónicas (5) que incorporan al menos un transductor o sensor ultrasónico (37) y electrónica de emisión, recepción y digitalización,

o medios de procesamiento y almacenamiento digital de información (6) que procesan las señales recibidas por los medios de emisión-recepción y adquisición de señales ultrasónicas (5) y muestran las imágenes de las propiedades ultrasónicas de la probeta (10) .

2. Sistema portátil de ensayos no destructivos de probetas con simetría axial de materiales cementicios por imagen ultrasónica según la reivindicación 1 caracterizado porque los medios de barrido mecánico (2) comprenden:

• una estructura (7) que comprende a su vez

o un bastidor fijo (12) ,

o y una plataforma de apoyo (16) que permite ubicar la probeta (10) ,

• un motor eléctrico (11) acoplado a la estructura,

• un tornillo sinfín (13) accionado por el motor eléctrico (11) ,

• una transmisión mecánica que genera un movimiento de rotación en la plataforma de apoyo (16) de la probeta (10) al transmitir el movimiento de giro del tornillo sinfín (13) ,

• un brazo móvil (14) adaptado para tener acoplados los medios de emisión-recepción y adquisición de señales ultrasónicas (5) y que al estar acoplado al tornillo sinfín (13) , éste le determina un movimiento vertical con respecto al bastidor fijo (12) ,

• una o varias guías (15) , vinculadas al bastidor fijo (12) , que dirigen y acomodan el movimiento del brazo móvil (14) ,

• medios de sujeción y centrado de la probeta (10) en el eje de giro en la plataforma de apoyo (16) .

3. Sistema portátil de ensayos no destructivos de probetas con simetría axial de materiales cementicios por imagen ultrasónica según la reivindicación 2 caracterizado porque los medios de sujeción y centrado de la probeta (10) incorporan un adaptador (17) acoplable a la plataforma de apoyo (16) específico para los diferentes diámetros de probetas (10) .

4. Sistema portátil de ensayos no destructivos de probetas con simetría axial de materiales cementicios por imagen ultrasónica según la reivindicación 3 caracterizado porque el adaptador (17) comprende una cavidad con simetría axial centrada en su eje, de diámetro ligeramente superior a la de las probetas (10) a inspeccionar y de mínima altura pero suficiente para permitir situar centradas las probetas (10) , que

proporciona un agarre que hace que su movimiento sea solidario y coaxial a la plataforma de apoyo (16) de la probeta (10) .

5. Sistema portátil de ensayos no destructivos de probetas con simetría axial de materiales cementicios por imagen ultrasónica según la reivindicación 4 caracterizado porque la cavidad del adaptador (17) comprende una superficie adherente, rugosa o estriada de manera que presente un plano de apoyo para las probetas o testigos (10) y que mediante el rozamiento se impida su deslizamiento rotacional.

6. Sistema portátil de ensayos no destructivos de probetas con simetría axial de materiales cementicios por imagen ultrasónica según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5 caracterizado porque el adaptador (17) es homogéneo y tiene una velocidad ultrasónica parecida a la de las probetas (10) que se quieran inspeccionar, de forma que se utilice como patrón de referencia en las inspecciones ultrasónicas que se realicen.

7. Sistema portátil de ensayos no destructivos de probetas con simetría axial de materiales cementicios por imagen ultrasónica según la reivindicación 1 caracterizado porque los medios electrónicos de control (3) comprenden

• unos fines de carrera (20, 21) que son accionados por el brazo móvil

(14) para delimitar así los extremos del movimiento lineal vertical,

• un decodificador de posición (22) del motor (11) que genera una señal de la posición (27) del motor (11) , equivalente al número de vueltas del tornillo sinfín (13) , la cual es enviada a un controlador de movimiento (23) ,

• el controlador de movimiento (23) que recibe al menos las señales de los fines de carrera (20, 21) y del decodificador de posición (22) del motor (11) , para coordinar y sincronizar el movimiento de los medios

de emisión-recepción y adquisición de señales ultrasónicas (5) respecto a la probeta (10) ,

• un teclado (24) que permite a un operario introducir órdenes al controlador de movimiento (23) .

8. Sistema portátil de ensayos no destructivos de probetas con simetría axial de materiales cementicios por imagen ultrasónica según la reivindicación 2 caracterizado porque los fines de carrera (20, 21) están acoplados a la estructura (7) de tal manera que se permite colocar éstos en función de la altura de la probeta (10) que se quiera inspeccionar, siendo la posición del fin de carrera inferior (20) fija, correspondiente a la base de la plataforma de apoyo (16) de la probeta (10) , mientras que el fin de carrera superior (21) es móvil y se ajusta a la altura de la probeta (10) .

9. Sistema portátil de ensayos no destructivos de probetas con simetría axial de materiales cementicios por imagen ultrasónica según la reivindicación 2 caracterizado porque el brazo móvil (14) es un brazo móvil en forma de U (38) , que permite acoplar en cualquiera o en ambos de sus extremos, los medios de emisión-recepción y adquisición de señales ultrasónicas (5) .

10.Sistema portátil de ensayos no destructivos de probetas con simetría axial de materiales cementicios por imagen ultrasónica según las reivindicaciones 1 y 2 caracterizado porque los medios de barrido mecánico (2) incorporan adicionalmente una cubeta (8) , cuyas dimensiones son ligeramente superiores a la estructura (7) , con agua u otro líquido acoplante ultrasónico (9) , de tal forma que la probeta (10) a inspeccionar queda sumergida y los medios de emisión-recepción y adquisición de señales ultrasónicas (5) incorporan sensor/es ultrasónico/s (37) del tipo de Acoplamiento-Agua, por lo que la estructura (7) , los fines de carrera (20, 21) son resistente a la inmersión en líquidos, ya que gran parte de ellos sino todos, se sumergen, y el decodificador de posición (22) del motor (11) y el propio motor (11) están acondicionados para resistir la humedad y a las salpicaduras, ya que están situados cerca del líquido acoplante (9) .

11.Sistema portátil de ensayos no destructivos de probetas con simetría axial de materiales cementicios por imagen ultrasónica según las reivindicaciones 1 y 9 caracterizado porque los medios de emisiónrecepción y adquisición de señales ultrasónicas (5) comprende dos transductores de un solo canal (18, 19) enfrentados en cada uno de los extremos del brazo móvil en forma de U (38) , para que permita realizar el método de inspección por Transmisión.

12.Procedimiento de ensayo no destructivo de probetas con simetría axial de materiales cementicios mediante el sistema descrito en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

• posicionamiento de el/los sensor/es ultrasónico/s (37) en altura en correspondencia con uno de los finales de carrera (20, 21) ,

• accionamiento del movimiento giratorio del motor (11) y regulación de velocidad y sentido de giro, a través de al menos las siguientes señales:

o una señal de comienzo manual de la inspección (29) , proporcionada a través del teclado (24) ,

o una señal de alimentación del motor (34) que permite controlar la velocidad y el sentido de giro que el motor (11) imprime al tornillo sinfín (13)

• sincronizado de movimiento de el/los sensor/es ultrasónico/s

(37) respecto de la probeta (10) , a través de al menos las siguientes señales

o una señal de sincronismo (28) para permitir la posterior generación de un pulso ultrasónico (35) ,

o una señal del sentido de la marcha (31) que indica si la

inspección es ascendente o descendente, 5 o una señal de fin de la inspección (33) ,

• emisión del pulsos ultrasónicos (35) por el/los sensor/es ultrasónico/s (37) ,

• adquisición de señales ultrasónicas por el/los sensor/es

ultrasónico/s (37) correspondientes a diferentes secciones 10 axiales de la probeta (10) , • finalización del movimiento, a través de al menos las siguientes señales:

o un señales de accionamiento (25, 26) de los fines de carrera (20, 21) , • procesamiento de las señales recibidas para obtención de parámetros característicos tales como la atenuación, el tiempo de vuelo y la velocidad ultrasónica y posterior almacenamiento, • visualización de mapas indicadores tales como imágenes diametrales de la atenuación, el tiempo de vuelo y la velocidad 20 ultrasónica.