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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/81043| Tipo: | Dissertação |
| Título: | Proposal for experimental standardization of impact resonance tests for different materials |
| Título em inglês: | Proposal for experimental standardization of impact resonance tests for different materials |
| Autor(es): | Silva Filho, Mauro José da |
| Orientador: | Babadopulos, Lucas Feitosa de Albuquerque Lima |
| Coorientador: | Carret, Jean-Claude |
| Palavras-chave em português: | Ressonância por impacto;Propagação de onda;Função de resposta de frequência;Materiais de construção;Viscoelasticity;Dinâmica estrutural;Elasticidade |
| Palavras-chave em inglês: | Impact resonance;Wave propagation;Frequency response function;Building materials;Viscoelastic materials;Structural dynamics;Elasticity |
| CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL |
| Data do documento: | 2025 |
| Citação: | SILVA FILHO, Mauro José da. Proposal for experimental standardization of impact resonance tests for different materials. 2024. 107 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil-Construção Civil) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024. |
| Resumo: | A caracterização de parâmetros de rigidez em materiais de construção, como concreto de cimento Portland e misturas asfálticas, é fundamental para controle, qualidade e desenvolvimento de métodos de projeto. Técnicas vibracionais são alternativas de baixo custo para testes de materiais. Embora procedimentos padronizados existam internacionalmente para materiais perfeitamente elásticos, como o concreto de cimento Portland, isso não ocorre para materiais viscoelásticos, como concretos asfálticos. Recentemente (agosto de 2024), um comitê técnico da União Internacional de Laboratórios e Especialistas em Materiais de Construção (RILEM) foi formado abordando o tema “Propagação de Ondas Mecânicas para caracterizar misturas betuminosas” (TC MWP). Este estudo de mestrado propõe a padronização experimental para realização de testes de ressonância por impacto (IRT) com o objetivo de determinar parâmetros de rigidez em diferentes materiais utilizando técnicas não destrutivas (ND). A metodologia de pesquisa foi dividida em quatro etapas: (i) revisão da literatura sobre técnicas tradicionais e ND; (ii) seleção de materiais e execução de testes experimentais, focando nos modos de vibração (longitudinal e flexural); (iii) análise dos resultados dos testes por meio de modelagem de vibração em sólidos 3D e criação de um banco de dados; e (iv) desenvolvimento de um protocolo padrão para IRT, que ainda não é padronizado no Brasil. Após uma introdução geral e revisão da literatura (Capítulos 1 e 2), a dissertação é estruturada com os Capítulos 3 a 5 apresentados como artigos sobre aspectos específicos da pesquisa, e Capítulo 6 apresentando as conclusões gerais. O Capítulo 3 discute os IRTs realizados em corpos de prova cilíndricos de alumínio, concreto convencional de cimento Portland e asfáltico. A influência de várias configurações de teste foi examinada, incluindo força de impacto, posição do impacto, técnicas de fixação do acelerômetro e o uso de espuma sob o corpo de prova. Foram observadas variações significativas nas funções de resposta em frequência (FRF) e nas frequências ressonantes, dependendo da configuração do teste, destacando a importância de padronizar as condições experimentais. O Capítulo 4 investiga o efeito da temperatura no sistema, especialmente a fixação do acelerômetro em corpos de prova de concreto de cimento e asfáltico durante os IRTs. As propriedades de rigidez foram analisadas em temperaturas de - 30°C a 50°C, utilizando cola ou elásticos com cera. Os resultados mostraram que o método de fixação influencia nas medições de rigidez, especialmente em materiais viscoelásticos. O Capítulo 5 examina o modo de vibração flexural (simétricos e antissimétricos) nas propriedades dos materiais. Corpos de prova de concreto de cimento e asfálticos foram testados sob diversas condições, incluindo diferentes forças de impacto, posições do impacto e temperaturas (~22°C e -20°C). Os resultados enfatizaram a necessidade de padronização para garantir a reprodutibilidade dos valores de módulo. Conclui-se que técnicas ND, como IRT, oferecem grande potencial para a caracterização de materiais elásticos e viscoelásticos, proporcionando maior precisão e menores custos comparados a métodos tradicionais. A padronização proposta neste estudo visa preencher lacunas nas normas brasileiras para IRT em misturas asfálticas. Esta pesquisa contribui para o avanço dos métodos de teste na engenharia civil, promovendo maior eficiência e confiabilidade nos processos de controle de qualidade e dimensionamentos. |
| Abstract: | The characterization of stiffness parameters in construction materials, such as cement concrete and asphalt mixtures, is critical for quality control and the development of mechanistic design methods. Vibrational techniques offer a cost-effective alternative for material testing. While standardized procedures exist internationally for perfectly elastic materials, like Portland cement concrete, this is not the case for viscoelastic materials such as asphalt concrete. Recently (August 2024), a technical committee from the International Union of Laboratories and Experts in Construction Materials (RILEM) was formed to address the topic “Mechanical Wave Propagation to characterize bituminous mixtures” (TC MWP). This MSc study proposes experimental standardization for performing impact resonance test (IRT) to determine stiffness parameters in different materials using non-destructive (ND) techniques. The research methodology was divided into four main stages: (i) a literature review on traditional and ND techniques for the characterization of cementitious and asphalt materials; (ii) material selection and execution of experimental tests, focusing on vibration modes (longitudinal and flexural); (iii) analysis of test results through 3D solid vibration modeling and creation of a database; and (iv) development of a standard protocol for IRT, which are not yet standardized in Brazil. After a general introduction and literature review (Chapters 1 and 2), the thesis is structured with Chapters 3 to 5 as papers on specific aspects of the research, with Chapter 6 presenting general conclusions. Chapter 3 discusses IRT conducted on cylindrical specimens of aluminum, conventional concrete, and asphalt concrete. The influence of various test configurations was examined, including impact force, accelerometer attachment techniques, and the use of foam under the specimen. Significant variations in frequency response functions (FRF) and resonant frequencies were observed depending on the test configuration, highlighting the importance of standardizing experimental conditions. Chapter 4 investigates the effect of temperature on the test system, particularly the attachment of the accelerometer to cement and asphalt concrete specimens during IR tests. Stiffness properties were analyzed at temperatures from -30°C to 50°C, using glue or elastic bands with wax for attachment. Results showed that both temperature and attachment method significantly affect stiffness measurements, especially in viscoelastic materials. Chapter 5 examines the effect of different flexural vibration modes (symmetric and antisymmetric) on material properties determined through IRT. Cement concrete and asphalt mixture specimens were tested under varying conditions, including different impact forces, sensor positions, and temperatures (room temperature of ~22°C and - 20°C). The results emphasized the need for standardized methods to ensure reproducibility of modulus values derived from different vibration modes. In conclusion, non-destructive techniques like impact resonance offer significant potential for characterizing elastic and viscoelastic materials, providing greater accuracy and lower costs than traditional methods. The standardization proposed in this study aims to address gaps in Brazilian standards for ultrasonic tests and, more generally, IRT for asphalt mixtures. This research contributes to advancing testing methods in civil engineering, improving the efficiency and reliability of quality control processes and material design. |
| Descrição: | Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas. |
| URI: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/81043 |
| Currículo Lattes do(s) Autor(es): | http://lattes.cnpq.br/5224116929697764 |
| ORCID do Orientador: | https://orcid.org/0000-0002-9250-2635 |
| Currículo Lattes do Orientador: | http://lattes.cnpq.br/4032413277446483 |
| ORCID do Coorientador: | https://orcid.org/0000-0002-2081-5165 |
| Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
| Aparece nas coleções: | DECC - Dissertações defendidas na UFC |
Arquivos associados a este item:
| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
|---|---|---|---|---|
| 2024_dis_mjsilvafilho.pdf | Dissertação de MAURO JOSÉ DA SILVA FILHO | 6,88 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
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