A ZHHIMG®, ens especialitzem en la fabricació de components de granit amb precisió nanomètrica. Però la veritable precisió va més enllà de la tolerància de fabricació inicial; abasta la integritat estructural a llarg termini i la durabilitat del material en si. El granit, tant si s'utilitza en bases de màquines de precisió com en construccions a gran escala, és susceptible a defectes interns com ara microesquerdes i buits. Aquestes imperfeccions, combinades amb l'estrès tèrmic ambiental, dicten directament la longevitat i la seguretat d'un component.
Això exigeix una avaluació avançada i no invasiva. Les imatges d'infrarojos tèrmics (IR) s'han convertit en un mètode crucial d'assaigs no destructius (NDT) per al granit, proporcionant un mitjà ràpid i sense contacte per avaluar la seva salut interna. Juntament amb l'anàlisi de distribució de la termotensió, podem anar més enllà de simplement trobar un defecte per comprendre realment el seu impacte en l'estabilitat estructural.
La ciència de veure la calor: principis d'imatge IR
La imatge tèrmica d'infrarojos funciona capturant l'energia infraroja irradiada per la superfície del granit i traduint-la en un mapa de temperatura. Aquesta distribució de temperatura revela indirectament les propietats termofísiques subjacents.
El principi és senzill: els defectes interns actuen com a anomalies tèrmiques. Una esquerda o buit, per exemple, impedeix el flux de calor, causant una diferència detectable de temperatura respecte al material sòlid circumdant. Una esquerda pot aparèixer com una ratlla més freda (que bloqueja el flux de calor), mentre que una regió altament porosa, a causa de diferències en la capacitat calorífica, pot mostrar un punt calent localitzat.
En comparació amb les tècniques convencionals d'assaig no destructius (NDT) com la inspecció per ultrasons o raigs X, la imatge per infrarojos ofereix avantatges clars:
- Escaneig ràpid de grans superfícies: una sola imatge pot cobrir diversos metres quadrats, cosa que la fa ideal per al cribratge ràpid de components de granit a gran escala, com ara bigues de pont o llits de màquines.
- Sense contacte i no destructiu: el mètode no requereix acoblament físic ni medi de contacte, cosa que garanteix zero danys secundaris a la superfície prístina del component.
- Monitorització dinàmica: Permet la captura en temps real dels processos de canvi de temperatura, essencial per identificar possibles defectes induïts tèrmicament a mesura que es desenvolupen.
Desxifrant el mecanisme: la teoria del termoestrès
Els components de granit inevitablement desenvolupen tensions tèrmiques internes a causa de les fluctuacions de la temperatura ambient o de les càrregues externes. Això es regeix pels principis de la termoelasticitat:
- Desajustament de l'expansió tèrmica: El granit és una roca composta. Les fases minerals internes (com el feldespat i el quars) tenen coeficients d'expansió tèrmica diferents. Quan les temperatures canvien, aquest desajustament provoca una expansió no uniforme, creant zones concentrades d'esforços de tracció o compressió.
- Efecte de restricció de defectes: Defectes com ara esquerdes o porus inherentment limiten l'alliberament d'estrès localitzat, causant altes concentracions d'estrès en el material adjacent. Això actua com a accelerador de la propagació de les esquerdes.
Les simulacions numèriques, com ara l'anàlisi d'elements finits (FEA), són essencials per quantificar aquest risc. Per exemple, sota una oscil·lació cíclica de temperatura de 20 °C (com un cicle típic de dia/nit), una llosa de granit que conté una esquerda vertical pot experimentar tensions de tracció superficials que arriben als 15 MPa. Atès que la resistència a la tracció del granit sovint és inferior a 10 MPa, aquesta concentració de tensions pot fer que l'esquerda creixi amb el temps, provocant una degradació estructural.
Enginyeria en acció: un estudi de cas en preservació
En un projecte de restauració recent relacionat amb una antiga columna de granit, les imatges d'infrarojos tèrmics van identificar amb èxit una banda freda anular inesperada a la secció central. La perforació posterior va confirmar que aquesta anomalia era una esquerda horitzontal interna.
Es va iniciar un modelatge de termotensió addicional. La simulació va revelar que la tensió màxima de tracció dins de l'esquerda durant la calor de l'estiu va arribar als 12 MPa, superant perillosament el límit del material. La remediació necessària va ser una injecció de resina epoxi de precisió per estabilitzar l'estructura. Una comprovació d'infrarojos posterior a la reparació va confirmar un camp de temperatura significativament més uniforme, i la simulació d'estrès va validar que la tensió tèrmica es va reduir a un llindar segur (per sota dels 5 MPa).
L'horitzó de la monitorització avançada de la salut
Les imatges d'infrarojos tèrmics, combinades amb una anàlisi rigorosa d'estrès, proporcionen una via tècnica eficient i fiable per al monitoratge de la salut estructural (SHM) de les infraestructures crítiques de granit.
El futur d'aquesta metodologia apunta cap a una major fiabilitat i automatització:
- Fusió multimodal: combinació de dades d'infrarojos amb proves ultrasòniques per millorar la precisió quantitativa de l'avaluació de la profunditat i la mida dels defectes.
- Diagnòstic intel·ligent: Desenvolupament d'algoritmes d'aprenentatge profund per correlacionar els camps de temperatura amb els camps d'estrès simulats, permetent la classificació automàtica de defectes i l'avaluació predictiva de riscos.
- Sistemes IoT dinàmics: Integració de sensors d'infrarojos amb tecnologia IoT per a la monitorització en temps real dels estats tèrmics i mecànics en estructures de granit a gran escala.
En identificar de manera no invasiva els defectes interns i quantificar els riscos d'estrès tèrmic associats, aquesta metodologia avançada allarga significativament la vida útil dels components, proporcionant garantia científica per a la preservació del patrimoni i la seguretat de les principals infraestructures.
Data de publicació: 05 de novembre de 2025