Análise do sinal ultrassônico com a propagação de ondas de cisalhamento para a avaliação do preenchimento de fendas induzidas em elementos de concreto

Abstract

A fissuração em elementos de concreto é praticamente inevitável e pode afetar negativamente a vida útil das estruturas. Visto isso, neste estudo, a fim de detectar a presença de danos em elementos concreto e posteriormente monitorar a eficiência de determinado tratamento nesses, utilizou-se a técnica de ultrassom. Nesse método, os pulsos são transmitidos e recebidos por um par de transdutores e as mudanças nos parâmetros relacionados à onda ultrassônica são registradas. Materiais como argamassa e concreto, quando utilizados para reparo de fissuras, não aderem bem a superfície do concreto antigo e apresentam resistência mínima. Por outro lado, muitas pesquisas relatam terem investigado o tratamento de estruturas fissuradas através do uso de materiais polímeros, como por exemplo a resina epóxi. Dois estudos realizados pelo Grupo de Pesquisa em Ensaios Não Destrutivos (GPEND) da UFSC avaliaram a eficiência de tratamentos com resina epóxi em elementos fissurados de concreto com o uso de ensaios de ultrassom. Todavia, tanto nesses estudos quanto em estudos similares existentes na literatura deram enfoque a propagação de ondas longitudinais e de superfície em seus ensaios. Em vista disso, o presente trabalho procurou avaliar a eficiência de percentuais de preenchimento (0%, 50% e 100%) com resina epóxi em fissuras de vigas de concreto através de ensaios de ultrassom realizados com transdutores de cisalhamento. Os parâmetros do sinal ultrassônico analisados foram tempo de chegada da onda-S, amplitude máxima, energia total e acumulada, janelas de tempo correspondentes à acúmulos de 25%, 50% e 75% de energia e tempo central, no domínio do tempo, e pico de frequência e frequência central no domínio da frequência. Para tal o programa experimental contou com a produção de oito corpos de prova prismáticos, nos quais foram induzidas fendas de mesma abertura e quatro diferentes profundidades. As variáveis do experimento incluiram quatro profundidades de fenda e cinco distâncias de leitura entre transdutores. Ao final dos experimentos pode-se observar que apenas os parâmetros de amplitude máxima e energia total foram sensíveis aos percentuais de preenchimento da fenda. Ademais, assim como em outros estudos, o tempo de chegada da onda-S mostou-se um parâmetro não sensível, uma vez que, a primeira onda-S do sinal tende a percorrer o menor caminho no concreto. No que se refere às leituras de referência realizadas na região de concreto íntegro, ainda que estas estevessem localizadas na mesma face de indução da fenda, notou-se que apresentaram resultados incoerentes aos esperados, sendo necessária a realização de novos estudos com maior aprofundamento.

Abstract: Cracking in concrete elements is essentially inevitable and can negatively impact their durability. In this sense, this work applied ultrasound techniques to detect the presence of damage in concrete elements and subsequently monitor the efficiency of a given repair in these elements. In this method, pulses are transmitted and received by a pair of transducers and changes ultrasonic signal parameters are recorded. When materials such as mortar and concrete are used to repair cracks, they do not adhere well to the surface and have minimal strength. On the other hand, many studies report the investigation of heal of cracked structures through the use of polymer materials, such as epoxy resin. Two studies carried out by the Research Group on Non-Destructive Testing (GPEND) at UFSC evaluated the efficiency of repair with epoxy resin in cracked concrete elements using ultrasound tests. However, both studies and other similar ones were focused on the propagation of longitudinal and surface waves in their tests. In view of this, in this present work, sought to evaluate the efficiency of filling percentages of 0%, 50% and 100% with epoxy resin in cracks of concrete beams through ultrasound tests carried out with shear wave transducers. The analyzed ultrasonic signal parameters were shear wave arrival time, maximum amplitude, total and accumulated energy, time windows for energy accumulation of 25%, 50% and 75%, central time, in the time domain, and peak frequency and central frequency in the frequency domain. In order to do so, the experimental program involved the production of eight prismatic specimens, in which cracks of the same opening and four different depths were induced. The experiment variables were: 4 crack depths and 5 reading distances between transducers. At the end of the experiments, we could observe that only the parameters of maximum amplitude and total energy were sensitive to the percentage of crack filling. Furthermore, as well as in other studies, the arrival time of the Swave proved to be a nonsensitive parameter, since that the first S-wave of the signal tends to take the shortest path in concrete. In regard to the reference readings carried out in the intact concrete region, even though it was located on the same induction face of the crack, it was noted that such readings presented inconsistente results to the expected, being necessary to carry out studies with greater depth.