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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.18.2022.tde-20122022-123424
Document
Author
Full name
Rafaella Moreira Lima Gondim
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2022
Supervisor
Committee
Haach, Vladimir Guilherme (President)
Barbosa, Cláudius de Sousa
Carrazedo, Ricardo
Ferreira, Gisleiva Cristina dos Santos
Lourenço, Paulo José Brandão Barbosa
Title in Portuguese
Investigação do efeito acustoelástico em elementos de alvenaria estrutural formados por blocos de concreto
Keywords in Portuguese
acustoelasticidade
alvenaria estrutural
Ensaios Não Destrutivos
ultrassom
Abstract in Portuguese
A teoria da acustoelasticidade relaciona a velocidade de propagação de ondas mecânicas ao estado de tensões do meio. Embora diversas pesquisas sobre o efeito acustoelástico em aço, rochas e concreto já tenham sido realizadas, a literatura sobre a acustoelasticidade na alvenaria ainda é escassa. O objetivo deste trabalho é investigar o efeito acustoelástico em elementos de alvenaria estrutural, com foco na alvenaria formada por blocos de concreto. Para tanto, o trabalho se divide em três etapas: simulação numérica estática, programa experimental e simulação numérica dinâmica. A primeira etapa de simulação numérica corresponde à modelagem dos elementos para determinação do comportamento de seus campos de tensões durante um ensaio de compressão uniaxial, com o objetivo de fornecer subsídios teóricos para o planejamento do programa experimental e auxiliar na discussão dos resultados. O programa experimental se divide em duas fases: caracterização dos materiais e avaliação da acustoelasticidade em blocos, prismas de dois e três blocos e pequenas paredes submetidos a compressão uniaxial por meio do ensaio de Velocidade de Pulso Ultrassônico (VPU). Mostrou-se que as curvas acustoelásticas são altamente influenciadas pela tensão máxima aplicada nos blocos. Observou-se também que a presença de argamassa contribuiu para a uniformização do efeito acustoelástico em prismas. Nos elementos preenchidos, a presença do graute torna o comportamento mecânico dos elementos mais complexo e aumenta a variabilidade dos resultados. A última etapa do trabalho equivale à simulação da propagação de uma onda ultrassônica por um bloco de alvenaria submetido a diferentes níveis de compressão. Concluiu-se que a não uniformidade na distribuição das tensões no bloco e a variação na direção de propagação da onda causada pela heterogeneidade do material dificultam a obtenção de coeficientes acustoelásticos consistentes.
Title in English
Investigation of the acoustoelastic effect in masonry elements of concrete blocks
Keywords in English
acoustoelasticity
masonry
Non Destructive Testing
ultrasound
Abstract in English
The theory of acoustoelasticity describes the relationship between the propagation velocity of elastic waves and the stress state of a medium. Although many works concerning the acoustoelastic effect in steel, rocks and concrete have already been conducted, literature on acoustoelasticity in masonry is still scarce. The aim of this work is to investigate the acoustoelastic effect in masonry elements, focusing on masonry of concrete blocks. Therefore, this work is divided in three stages: static numerical modelling, experimental program, and dynamic numerical modelling. The first numerical simulation stage corresponds to modeling elements to determine their stress fields during a uniaxial compression test, aiming to provide theoretical background to plan the experimental program and to assist in discussions. The experimental program is divided in two phases: material characterization and acoustoelasticity evaluation in units, prisms of two and three units and wallets, with and without grout filling, subjected to uniaxial compression using the Ultrasonic Pulse Velocity (UPV) method. It was showed that acoustoelastic curves in units are highly influenced by the maximum applied stress. Also, it was observed that the mortar contributed to decrease the variation of the acoustoelastic effect in prisms. With respect to grout filled elements, the grout made mechanical behavior more complex and increased variability in results. The last stage of this work is the simulation of the propagation of an ultrasonic wave through a masonry block subjected to different compression levels. It was concluded that the non-uniformity of stress distribution in blocks and that the variation in the direction of wave propagation due to material heterogeneities hinder the determination of consistent acoustoelastic coefficients.
 
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Publishing Date
2023-01-03
 
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