Avaliação do preenchimento com resina epóxi de fendas induzidas em prismas de concreto pelo método de difusão da energia de ondas ultrassônicas

Abstract

O preenchimento eficaz de fendas em estruturas de concreto é crucial para garantir sua durabilidade e integridade. Este estudo investigou a avaliação do preenchimento de fendas em prismas de concreto com resina epóxi, empregando o método de difusão da energia de ondas ultrassônicas. Fendas de tamanho controlado foram induzidas nos prismas, seguidas pela aplicação da resina epóxi. A concretagem dos prismas foi dividida em duas séries: a primeira investigou a relação dos parâmetros relacionados à equação da difusão da energia ultrassônica (difusividade, dissipação e tempo de chegada da máxima energia ? ATME) para diferentes profundidades de fendas, dada uma mesma porcentagem de preenchimento; e a segunda analisou a relação desses parâmetros para diferentes porcentagens de preenchimento, dada uma mesma profundidade de fenda. Também foi avaliada a influência da distância entre transdutores, da posição de medição e dos prismas nesses parâmetros de difusão. Além disso, de forma exploratória, analisou-se o comportamento dos parâmetros difusos em função da solução analítica adotada para o ajuste entre as densidades de energia espectrais experimental e analítica. As medições ultrassônicas foram realizadas pelo modo indireto de transmissão, com frequência de transdutores de 200 kHz. O ajuste entre a densidade de energia espectral experimental e as soluções analíticas disponíveis para a equação da difusão ultrassônica foi realizado através de uma rotina computacional validada. Para a obtenção dos parâmetros difusos, foi aplicada uma análise Tempo-Frequência nos sinais de onda difusa, com o ajuste através da técnica de mínimos quadrados não-linear, fundamentada na solução da equação de difusão tridimensional infinita. Os resultados indicam que os parâmetros de difusividade e ATME são sensíveis à presença do epóxi nos preenchimentos, mas não permitem determinar com precisão o percentual de preenchimento. Observou-se ainda que, com o aumento da distância entre transdutores, os valores de difusividade tendem a crescer, enquanto os de ATME diminuem. Além disso, os achados ressaltam o potencial do Ultrassom Difuso como técnica de avaliação não destrutiva de elementos de concreto.

Abstract: Effective slits filling in concrete structures is crucial to ensure their durability and integrity. This study investigated the evaluation of slits filling in concrete prisms using epoxy resin, employing the diffusion method of ultrasonic wave energy. Controlled-size slits were induced in the prisms, followed by the application of epoxy resin. The prisms casting was divided into two series: the first examined the relationship between parameters related to the ultrasonic energy diffusion equation (diffusivity, dissipation, and Arrival Time of Maximum Energy ? ATME) for different slits depths, given the same filling percentage; the second analyzed the relationship between these parameters for different filling percentages, given the same slit depth. The influence of transducer spacing, the measurement position and the prisms on these diffusion parameters was also evaluated. Furthermore, an exploratory analysis was conducted to assess how the diffuse parameters behave according to the analytical solution adopted for fitting the experimental and analytical spectral energy densities. Ultrasonic measurements were conducted using the indirect transmission mode, with transducers operating at a frequency of 200 kHz. The adjustment between the experimental spectral energy density and available analytical solutions for the ultrasonic diffusion equation was performed through a validated computational routine. To obtain the diffuse parameters, a Time-Frequency analysis was applied to diffuse wave signals, with the adjustment carried out using the nonlinear least squares technique, based on the infinite three-dimensional diffusion equation solution. The results indicate that the diffusivity and ATME parameters are sensitive to the presence of epoxy in the fillings, but do not allow for an accurate determination of the filling percentage. It was also observed that as the transducer spacing increases, diffusivity values tend to rise, while ATME values decrease. Furthermore, the findings highlight the potential of Diffuse Ultrasound as a non-destructive evaluation technique for concrete elements.