Detección de grietas mediante ultrasonidos: cómo localizar defectos internos en postes de hormigón

Las grietas, cavidades o porosidades tipo panal en el interior de un poste de hormigón a menudo no se ven desde el exterior. Cuando en la superficie aparecen grietas evidentes o el poste empieza a inclinarse, el daño interno suele haber alcanzado ya cierto grado de desarrollo. ¿Existe algún método que, sin destruir el poste, permita “ver” qué ocurre en su interior? El ensayo por ultrasonidos es una de las respuestas más utilizadas en ingeniería.

El ultrasonido es una onda acústica cuya frecuencia supera el límite superior de audición humana. El equipo de ensayo envía un haz de ultrasonidos al interior del hormigón; la onda se propaga por el material y, finalmente, es “escuchada” por el transductor receptor situado al otro lado. El hormigón no es un material homogéneo: en su interior se distribuyen áridos, mortero y pequeños poros. En un hormigón normal y compacto, el ultrasonido lo atraviesa en línea recta a una velocidad relativamente estable. Sin embargo, cuando en la trayectoria de propagación aparece una grieta, una cavidad o una zona porosa, la situación cambia: el ultrasonido se ve obligado a rodear el obstáculo recorriendo una distancia mayor, o bien, al encontrarse con una interfaz hormigón-aire, se refleja y se dispersa en gran medida, por lo que su energía se atenúa de forma notable. Lo que el personal de ensayo busca captar es precisamente ese cambio en la “forma de caminar” de la onda. Los tres indicadores más utilizados son la velocidad del sonido, la amplitud de la onda y la forma de onda. Cuando existe un defecto, la velocidad del sonido suele disminuir, la amplitud de la primera llegada recibida baja y la forma de onda, inicialmente clara y regular, puede volverse arrastrada o incluso distorsionada. Al unir los datos de cada punto de medición, las zonas anómalas emergen como “depresiones” en un mapa.

El poste de hormigón tiene una forma especial: una sección anular hueca, y además su superficie suele no ser lo bastante uniforme, por lo que durante el ensayo no puede utilizarse una sola posición de los transductores. En la práctica se emplean varios métodos según la colocación de los transductores. El método de transmisión directa es adecuado cuando se pueden encontrar dos superficies de ensayo enfrentadas. Por ejemplo, se colocan sendos transductores emisor y receptor en dos lados opuestos del cuerpo del poste para que el ultrasonido atraviese directamente la pared del poste. Antes del ensayo, normalmente se traza una cuadrícula sobre la superficie del poste con una separación determinada y se registran punto por punto el tiempo de propagación, la amplitud y la frecuencia. El método de transmisión inclinada es más flexible. Cuando los dos transductores solo pueden colocarse en superficies adyacentes, o cuando se necesita observar específicamente una grieta sospechosa, se puede hacer que los transductores emisor y receptor no estén sobre la misma línea recta, formando un ángulo de transmisión oblicua. El paso oblicuo del ultrasonido a través de la pared del poste resulta especialmente útil para evaluar juntas de construcción, superficies de unión de reparaciones y la profundidad de grietas. En elementos anulares como los postes de hormigón, la transmisión inclinada permite cubrir zonas a las que el método directo difícilmente llega. Existe además otro enfoque: el método de transmisión superficial en una sola cara. Cuando la sección del elemento es grande y no es posible realizar transmisión directa, o cuando solo se necesita estimar la profundidad de grietas superficiales, se pueden colocar los transductores emisor y receptor sobre una misma superficie; variando la distancia entre ambos, se observa cómo cambian los parámetros acústicos con la distancia para inferir el desarrollo de la grieta.

Una vez obtenidos los datos de velocidad del sonido, amplitud y forma de onda, la evaluación no consiste simplemente en ver qué valor es bajo y concluir que hay un defecto. El hormigón presenta una variabilidad natural; el tamaño del árido, la edad y el estado de humedad influyen en los parámetros acústicos. Por ello, la práctica normalizada consiste en comparar los datos de la zona sospechosa con los de una zona normal y compacta del mismo poste, buscando cambios bruscos en lugar de valores absolutos. Si en un punto de medición el tiempo de propagación se alarga claramente, la amplitud cae bruscamente y, al mismo tiempo, la forma de onda pierde ese inicio nítido de la primera llegada característico del hormigón normal, y varios indicadores apuntan a la misma ubicación, entonces la existencia del defecto es bastante fiable. Para las grietas existe otro enfoque más directo: cuando el ultrasonido se propaga rodeando la punta de la grieta, el recorrido se alarga y el tiempo de llegada se retrasa. Midiendo los cambios del tiempo de propagación a distintas distancias, puede estimarse inversamente hasta qué profundidad aproximada penetra la grieta en el cuerpo del poste. Para cavidades y porosidades tipo panal, la reflexión y dispersión de la onda en la interfaz del defecto reducen notablemente la energía de la señal recibida; la disminución de la amplitud suele dar la señal antes que el cambio de velocidad del sonido.

La mayor ventaja del ensayo por ultrasonidos es que no daña el cuerpo del poste. Tras el ensayo no se necesita reparación y no se afecta su uso posterior. El equipo es relativamente portátil, la operación en campo es bastante directa y permite emitir un juicio rápido sobre la uniformidad interna de un poste sin grandes obras. Antes, el personal de ensayo tenía que registrar manualmente los datos punto por punto y luego volver a la oficina a compararlos con calma. Ahora, algunos sistemas de campo integran transductores, posicionamiento y adquisición de datos, y en la pantalla puede generarse directamente un mapa de inspección tridimensional que señala de forma más intuitiva las posiciones anómalas dentro del cuerpo del poste. También se está probando el aprendizaje profundo para clasificar automáticamente grandes cantidades de señales ultrasónicas y ayudar a reducir el alcance que requiere interpretación manual prioritaria. Estos cambios no alteran la lógica básica del ultrasonido de “escuchar” el interior, pero hacen que todo el proceso, antes una tarea basada en la experiencia de operarios veteranos, sea gradualmente más rápido y trazable.

El poste de hormigón no habla y, cuando surge un problema interno, tampoco se queja activamente de dolor. El valor del ensayo por ultrasonidos radica en proporcionar al personal de operación y mantenimiento un par de “oídos” capaces de adentrarse en el interior del material. Sin desmontar ni romper, primero se escucha con claridad si dentro hay realmente cavidades y fracturas que no deberían existir, y luego se decide cómo actuar. Para una gran cantidad de postes de hormigón dispersos a la intemperie y que durante mucho tiempo soportan cargas en silencio, este método de cribado suave y eficaz constituye en sí mismo una forma pragmática de protección.