Estudo do comportamento de ondas ultrassônicas no monitoramento do concreto em idades iniciais

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2019.A técnica de ultrassom é amplamente utilizada na avaliação indireta de propriedades mecânicas do concreto endurecido e na detecção de possíveis não homogeneidades internas. Este método também mostra potencial de aplicação no monitoramento dos processos de hidratação do cimento e do desenvolvimento das propriedades mecânicas do material. Mudanças físicas na estrutura interna do material resultam em alterações na propagação de ondas ultrassônicas e, além da velocidade de pulso, outros parâmetros ultrassônicos podem ser determinados a partir do formato de onda, podendo ser mais sensíveis a alterações internas do que a análise convencional (via velocidade de pulso). O programa experimental desta pesquisa foi definido tendo por objetivo analisar o desenvolvimento de parâmetros associados à propagação da onda de ultrassom no monitoramento de concretos em suas primeiras horas. Para isso, a partir do monitoramento ultrassônico de seis diferentes misturas de concreto, foram obtidos os parâmetros: velocidade de pulso ultrassônico, amplitude máxima, velocidade de grupo, energia total, janelas de tempo referentes à 25%, 50%, 75% e 90% da energia total, pico de frequência e frequência central. Além disso, foi realizado o ensaio de resistência à penetração nas misturas analisadas, de acordo com a NBR NM 9 (2003), a fim de que fossem obtidos os tempos de início e fim de pega e possibilitando a correlação ensaios. Com base nos resultados obtidos, percebeu-se que todos os parâmetros propostos se mostraram afetados pelo desenvolvimento da microestrutura do concreto. Da correlação entre os parâmetros ultrassônicos e os tempos de início e fim de pega, não foi possível obter padrões de comportamento ou intervalos dos parâmetros no domínio do tempo que pudessem ser utilizados como indicativos da ocorrência da pega do material. Por outro lado, os parâmetros analisados no domínio da frequência, pico de frequência e frequência central, permitiram estabelecer um intervalo de ocorrência do início de pega para o pico de frequência de 8,4 a 10 kHz, com desvio padrão relativo (DPR) de 7%, e 9,1 a 12,1 kHz (DPR=3%) para a frequência central, com atraso na identificação do início de pega da mistura a/c 0,50 de 12 minutos em comparação com o ensaio de resistência à penetração, para ambos os parâmetros. Além disso, com exceção da mistura a/c 0,55, através da frequência central, mostrou-se possível obter um resultado médio de 44,4±6,2 kHz (DPR=14%) no final de pega indicado pelo desenvolvimento da resistência à penetração.Abstract: The ultrasound technique is widely used to indirectly evaluate the mechanical properties of hardened concrete and to detect possible internal non-homogeneities. This method also shows potential application in the monitoring of cement hydration processes and the development of mechanical properties of the material. Physical changes in the material's internal structure result in changes in the ultrasonic waves propagation and, besides ultrasonic pulse velocity, other ultrasonic parameters can be determined from the waveform and may be more sensitive to internal changes than conventional analysis (with pulse velocity). The experimental program of this research was defined aiming to analyze the development of parameters associated with the propagation of the ultrasound wave in the monitoring of concretes in its early hours. For this, from the ultrasonic monitoring of six different concrete mixtures, the following parameters were obtained: ultrasonic pulse velocity, maximum amplitude, group velocity, total energy, time windows of 25%, 50%, 75% and 90% of total energy, peak frequency and center frequency. In addition, the penetration resistance test was performed in the mixtures analyzed, according to NBR NM 9 (2003), in order to obtain the initial and final setting times and allowing the correlation between tests. Based on the results, it was noticed that all the proposed parameters were affected by the development of the concrete microstructure. From the correlation between the ultrasonic parameters and the setting times, it was not possible to obtain behavioral patterns or ranges in time domain parameters that could be used as indicative of the occurrence of the setting of the material. On the other hand, the parameters analyzed in the frequency domain, frequency peak and center frequency, it was possible to establish a interval for initial setting of 8.4 to 10 kHz for frequency peak, with relative standard deviation (RSD) of 7%, and 9.1 to 12.1 kHz (RSD = 13%) for the center frequency, with delay of 12 minutes in identifying the initial setting time of w/c 0.50 mixture, compared to the penetration resistance test for both parameters. In addition, except for w/c 0.55 mixture, using the center frequency, it was possible to obtain an average result of 44.4 ± 6.2 kHz (RSD=14%) in the final setting indicated by the penetration resistance test