Avaliação do preenchimento com sistema epóxi de fendas induzidas em estruturas de concreto utilizando o método de difusão da energia de ondas ultrassônicas

Abstract

Avaliação do preenchimento com sistema epóxi de fendas induzidas em estruturas de concreto utilizando o método de difusão da energia de ondas ultrassônicas. O objetivo desta pesquisa foi verificar se os parâmetros relacionados à equação da difusão da energia ultrassônica (difusividade e tempo de chegada da máxima energia ? ATME) são sensíveis às diferentes proporções de aplicação da resina epóxi a fim de avaliar se o preenchimento foi parcial ou completo. Para as análises foi desenvolvido um programa experimental por Souza (2017) com prismas de concreto contendo diversas profundidades de fendas superficiais induzidas que foram preenchidas com epóxi em diferentes frações da profundidade a fim de averiguar as alterações nos parâmetros difusos. Primeiramente, as medições ultrassônicas difusas foram realizadas nas amostras de concreto usando o aparelho de ultrassom com transdutores de frequência central 200 kHz. Isto feito, foi desenvolvida e validada uma rotina computacional em ambiente MATLAB visando realizar o ajuste entre a densidade de energia espectral experimental e as soluções analíticas disponíveis para a equação da difusão ultrassônica. Nesta rotina, uma análise Tempo-Frequência foi implementada nos sinais de onda difusa para calcular a densidade de energia espectral experimental. Como parâmetros de entrada foram adotadas janelas de tempo de 32 µs, com uma sobreposição de 90%, e janelas de frequência de 400 kHz centradas em 200 kHz. Os parâmetros ultrassônicos difusos foram então determinados por ajuste da curva de densidade de energia espectral experimental usando a técnica de mínimos quadrados não-linear baseada na solução da equação de difusão tridimensional finita (3D). Os resultados mostram a sensibilidade do método para avaliação a presença do epóxi nos preenchimentos parciais ou no preenchimento total, porém não permitem inferir sobre o valor da porcentagem preenchida. Acima de tudo, destaca-se o potencial do Ultrassom Difuso para avaliação não destrutiva de elementos de concreto.

Abstract: Evaluation of the epoxy filling of induced slits in concrete structures using Diffuse Ultrasound. The objective of this research was verifying if the parameters related to the diffusion equation (diffusivity and Arrival Time of the Maximum Energy ? ATME) are sensible to the different proportions of the applied epoxy resins in order to evaluate the full filling. For the analysis it was developed an experimental program by Souza (2017) with concrete prisms with induced superficial slits with different depth that was filled with epoxy in different depth fractions in order to investigate the changes of the diffuse parameters. First, the diffuse ultrasonic measurements were conducted in concrete specimens using the ultrasound and transducers with a center frequency of 200 kHz. Once this has been done, a computational MATLAB routine was implemented and validated to fit the experimental spectral energy density and the analytical solutions of the diffusion equation. In this routine, a Time-Frequency analysis was performed on this diffuse wave signals to calculate the experimental spectral energy density. The input parameters were time windows of the 32 µs, with 90% overlap, and bandwidth of the 400 kHz centered around frequency 200 kHz. Diffuse ultrasonic parameters were then evaluated by fitting the experimental spectral energy density curve using the nonlinear least squares fitting technique based on the solution of the three dimensional (3D) diffusion equation. The results show the method?s sensitivity to evaluations of different filling proportions of slits with epoxy and highlights the potential of Diffuse Ultrasound for concrete non-destructive evaluation.