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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.18.2021.tde-31032021-185308
Documento
Autor
Nome completo
Karen Fernanda Bompan
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2021
Orientador
Banca examinadora
Haach, Vladimir Guilherme (Presidente)
Coda, Humberto Breves
Ferreira, Gisleiva Cristina dos Santos
Júnior, Auteliano Antunes dos Santos
Pinto, Roberto Caldas de Andrade
Título em português
Avaliação do efeito acustoelástico em elementos de concreto usando a propagação de ondas ultrassônicas pelos métodos de transmissão direta e indireta
Palavras-chave em português
Acustoelasticidade
Avaliação de tensões
Concreto
Ultrassom
Resumo em português
O desenvolvimento da teoria da acustoelasticidade por Hughes e Kelly (1953) revelou a possibilidade da avaliação de tensões nos materiais usando o ultrassom. O efeito acustoelástico no concreto vem sendo estudado, mas, ainda é preciso obter um conhecimento muito maior sobre este fenômeno neste material para que a avaliação de tensões em estruturas de concreto in situ possa se tornar factível. O efeito acustoelástico precisa ser avaliado usando os métodos de transmissão direta e indireta das ondas ultrassônicas. Afinal, na prática, nem sempre será possível emitir as ondas nos elementos pelo método direto. Apesar disto, faltam estudos sobre o efeito acustoelástico no concreto usando o método indireto. Portanto, o objetivo deste trabalho foi investigar o efeito acustoelástico no concreto usando os métodos de transmissão direta e indireta. Ensaios ultrassônicos foram realizados de 3 maneiras em prismas de concreto submetidos à diferentes níveis de carregamento uniaxial de compressão: usando apenas o método de transmissão direta; ambos os métodos de transmissão, direta e indireta, e apenas o método de transmissão indireta com diferentes distâncias entre os transdutores. Verificou-se que a curva da variação relativa da velocidade em função da tensão precisa ser estabilizada e que a aplicação de 10 ciclos sequenciais de carregamento e descarregamento garante a estabilização. A curva para a fase de descarregamento se mostrou mais favorável para ser utilizada na análise de tensões. O efeito acustoelástico observado com o uso do método indireto se revelou bem maior do que o obtido pelo método direto. Além disto, ele foi influenciado pela distância de percurso das ondas. Foram encontradas equações empíricas para a obtenção da tensão no concreto com o ultrassom e uma formulação para se obter a tensão por meio do tensor constitutivo sem depender das constantes de Murnaghan (l, m e n) foi proposta. Este trabalho contribui com o conhecimento teórico sobre a acustoelasticidade, proporciona um avanço no conhecimento sobre o efeito acustoelático no concreto e auxilia no desenvolvimento de procedimentos de ensaio mais confiáveis para o estudo do fenômeno neste material.
Título em inglês
Evaluation of acoustoelastic effect in concrete elements using direct and indirect transmission method of propagation of ultrasonic waves
Palavras-chave em inglês
Acoustoelasticity
Concrete
Stress analysis
Ultrasound
Resumo em inglês
The development of the theory of acoustoelasticity by Hughes and Kelly (1953) revealed the possibility of stress evaluation in materials using ultrasound. The acoustoelastic effect on concrete has been studied, but a significantly deeper knowledge on this phenomenon in this material is still necessary to enable stress evaluation in in situ concrete structures. The acoustoelastic effect is required to be evaluated using both direct and indirect wave transmission methods, because, in practice, not always is possible to emit ultrasonic waves in the elements via direct method. Nevertheless, there is a clear lack of studies on the acoustoelastic effect applied to concrete using the indirect transmission method in the literature. Therefore, this work aimed to investigate the acoustoelastic effect in the concrete using the direct and indirect transmission methods. Ultrasonic tests were performed on three different manners on concrete prisms subjected to different levels of compressive uniaxial loading: using only the direct transmission method, using both the direct and indirect transmission methods and using only the indirect transmission method with different distances between the transducers. The curve of the relative variation of velocity as a function of stress requires stabilization, and the application of 10 sequential loading-unloading cycles ensures stabilization. The curve at the unloading phase has proved to be more favorable for use in stress analysis. The acoustoelastic effect observed with the use of the indirect method proved to be much greater than that obtained using the direct method. Furthermore, the acustoelastic effect was influenced by the wave travel distance. Empirical equations to obtain the stress in the concrete with the ultrasound were found, and a formulation for obtaining the stress by means of the constitutive tensor without depending on the Murnaghan constants (l, m and n) was proposed. This work contributes with the theorical knowledge about the acoustoelastic theory, provides an advance in the knowledge about the acoustoelastic effect in the concrete and assists in the development of more reliable test procedures for the study of the phenomenon in this material.
 
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Data de Publicação
2021-06-15
 
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