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Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Monitoramento de Integridade Estrutural Utilizando a Técnica da Impedância Eletromecânica Aplicada em Estruturas de Concreto.
Alternate title (s): Electromechanical Impedance Based Structural Health Monitoring Technique Applied on Concrete Structures.
Author: Silva, Raquel Naiara Fernandes
First Advisor: Steffen Jr., Valder
Second member of the Committee: Cavallini Jr., Aldemir Aparecido
Third member of the Committee: Lima, Maria Cristina Vidigal de
Fourth member of the Committee: Moura Jr., José dos Reis Vieira
Fifth member of the Committee: Donadon, Lázaro Valentim
Summary: O mau funcionamento de uma estrutura civil pode levar a uma considerável perda econômica, além de um grande transtorno na vida da população que a utiliza. Nesse sentido, estudos e experimentos devem ser conduzidos a fim de fornecer meios para uma avaliação confiável a respeito de seu estado, permitindo assim estabelecer critérios para garantir sua utilização dentro de padrões de segurança. Em vista disto, torna-se interessante e necessário realizar o monitoramento contínuo da saúde estrutural e, eventualmente, estudar como aumentar sua vida útil. Os métodos não destrutivos facilitam essas análises por não serem invasivos e, também, por não interferir no funcionamento das estruturas. Esta Tese de Doutorado pretende avaliar a aplicação do método de monitoramento de integridade estrutural baseado na impedância eletromecânica para a detecção de danos em estruturas de concreto, o que se caracteriza como uma metodologia que se enquadra na categoria apresentada anteriormente. Para isso, a técnica da impedância eletromecânica foi explorada e testada para esse tipo de composto (concreto) levando em consideração alguns parâmetros que podem influenciar no diagnóstico do dano, como por exemplo a temperatura e a umidade. Aplicações da técnica da impedância eletromecânica foram realizadas em diferentes elementos estruturais de concreto, tais como corpos de prova prismático e cilíndrico, além de uma laje, com o intuito de compreender adequadamente o processo de monitoramento, como também refinar a metodologia proposta. Essa técnica utiliza transdutores piezelétricos (inteligentes) que atuam simultaneamente como sensor e atuador acoplados à estrutura analisada, ou incorporados a ela. Como estes materiais inteligentes são frágeis, foi desenvolvida uma Cápsula Inteligente para incorporar o sensor à estrutura base. Esta cápsula consiste de um transdutor piezelétrico revestido com resina epóxi, visando a proteção e integridade do sensor/atuador durante o monitoramento. Implementou-se técnicas de compensação de temperatura a fim de evitar diagnósticos falsos, como também foi utilizado um modelo estatístico para estabelecer índices de threshold (limiar de dano) de acordo com um nível de confiança previamente definido. Ao analisar os resultados obtidos, constata- se que esta pesquisa permitiu verificar que a técnica da impedância eletromecânica na detecção de danos é plenamente satisfatória, dada sua eficiência e robustez. Finalmente, esta Tese de Doutorado oferece importantes contribuições com destaque no domínio e aprimoramento da metodologia proposta, tornando-a promissora na aplicação em estruturas civis de grande porte, conjuntamente com as técnicas de monitoramento e controle estrutural já consagradas.
Abstract: The malfunctioning of a civilian structure can lead to considerable economic loss, as well as a great inconvenience in the everyday life of the population that uses it. In this sense, studies and experiments should be conducted in order to provide a mean for a reliable evaluation of their condition, thus allowing establishing criteria to guarantee their use within safety standards. In this context, it is interesting and necessary to carry out a continuous monitoring of the structural health and, eventually, to study how to increase its useful life. Non-destructive methods facilitate such analyzes as they are not invasive, and they do not interfere on the functioning of the structure. This PhD thesis intends to evaluate the application of the method of monitoring the structural integrity of the structure as based on the electromechanical impedance technique for the detection of damage in concrete structures. This approach is a non-destructive technique. For this aim, the electromechanical impedance technique was explored and tested for this type of composite structure taking into account parameters that can influence the diagnostics, such as temperature and humidity. Applications of the electromechanical impedance technique were performed on different concrete structural elements, such as prismatic and cylindrical concrete specimens, and a concrete slab, in order to adequately understand the monitoring process, as well as to refine the proposed methodology. This technique uses piezoelectric transducers (intelligent) acting simultaneously as sensor and actuator coupled to the host structure. Since these smart materials are brittle, a so-called Smart Capsule was developed to incorporate the sensor to the host structure. This capsule consists of a piezoelectric transducer coated with epoxy resin, aiming at protecting the integrity of the transducer during the monitoring process. Temperature compensation techniques were implemented in order to avoid false diagnoses. Furthermore, a statistical model to establish threshold indices according to a defined level of confidence was utilized. When analyzing the obtained results, one can verify that this research reached a satisfactory evaluation of the electromechanical impedance technique in the detection of damage in concrete structures. Finally, this PhD thesis offers important contributions with emphasis on the expertise and improvement of the proposed methodology, making it promissory regarding its application in large civil engineering structures, together with conventional techniques.
Keywords: Monitoramento da Integridade Estrutural
Structural Health Monitoring
Impedância Eletromecânica
Electromechanical Impedance
Estruturas de Concreto
Concrete Structure
Estruturas Inteligentes
Smart Structures
Compensação da Temperatura
Temperature Compensation
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOS
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: SILVA, R. N. F. Monitoramento de Integridade Estrutural Utilizando a Técnica da Impedância Eletromecânica Aplicada em Estruturas de Concreto. 146 f. 2017. Tese de Doutorado, Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia.
Document identifier: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2018.1
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/20889
Date of defense: 28-Nov-2017
Appears in Collections:TESE - Engenharia Mecânica

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