Desenvolvimento de redes neurais artificiais para interpretação de ensaios de velocidade de propagação de pulso ultrassônico no concreto

Lorenzi, A.; Silva Filho, L. C. P.; Campagnolo, J. L.

doi:10.1590/S1983-41952011000500008

Resumos

Os ensaios não destrutivos servem como uma importante ferramenta para a análise de estruturas de concreto armado. A utilização de ensaios de velocidade de propagação do pulso ultra-sônico (VPU) permite realizar um acompanhamento das características do material ao longo de sua vida útil. No entanto, as técnicas atuais para análise dos resultados coletados são, em grande parte, baseadas na sensibilidade dos profissionais que as aplicam. Para facilitar o controle e inspeção de estruturas de concreto armado é fundamental desenvolver estratégias para tornar esta análise mais simples e precisa. Este trabalho se baseou na hipótese de que a aplicação de Redes Neurais Artificiais (RNAs) pode gerar modelos de relacionamento úteis e acurados entre as características do concreto, sua compacidade e sua resistência à compressão. Os resultados indicam que as RNAs podem ser usadas para gerar métodos numéricos robustos e flexíveis para estimativa da resistência à compressão a partir de dados de VPU.

redes neurais artificiais; ensaios não destrutivos; estimativa da resistência do concreto

Nondestructive Testing (NDT) techniques are useful tools for analyzing reinforced concrete (RC) structures. The use of Ultrasonic Pulse Velocity (UPV) measurements enables monitoring changes in some critical characteristics of concrete over the service life of a structure. Nonetheless, the current techniques for UPV data analysis are largely based on the sensitivity of the professionals who apply these tests. For accurate diagnosis it is necessary to consider the different factors and conditions that can affect the results. In order to properly control and inspect RC facilities it is essential to develop appropriate strategies to make the task of data interpretation easier and more accurate. This study is based on the idea that using Artificial Neural Networks (ANNs) is a feasible way to generate workable estimation models correlating concrete characteristics, density and compressive strength. The study shows that this goal is achievable and indicates that neural models perform better than traditional statistical models.

artificial neural networks; nondestructive testing; concrete compressive strength estimate

^ILaboratório de Modelos e Ensaios Estruturais (LEME), Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil (PPGEC), Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), alexandre.lorenzi@ufrgs.br, Av. Osvaldo Aranha, 99 - Térreo, Porto Alegre/RS, Brazil

^IILaboratório de Modelos e Ensaios Estruturais (LEME), Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil (PPGEC), Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), lcarlos66@gmail.com, Av. Osvaldo Aranha, 99 - Térreo, Porto Alegre/RS, Brazil

^IIILaboratório de Modelos e Ensaios Estruturais (LEME), Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil (PPGEC), Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), campagnolo@ppgec.ufrgs.br, Av. Osvaldo Aranha, 99 - Térreo, Porto Alegre/RS, Brazil

RESUMO

Os ensaios não destrutivos servem como uma importante ferramenta para a análise de estruturas de concreto armado. A utilização de ensaios de velocidade de propagação do pulso ultra-sônico (VPU) permite realizar um acompanhamento das características do material ao longo de sua vida útil. No entanto, as técnicas atuais para análise dos resultados coletados são, em grande parte, baseadas na sensibilidade dos profissionais que as aplicam. Para facilitar o controle e inspeção de estruturas de concreto armado é fundamental desenvolver estratégias para tornar esta análise mais simples e precisa. Este trabalho se baseou na hipótese de que a aplicação de Redes Neurais Artificiais (RNAs) pode gerar modelos de relacionamento úteis e acurados entre as características do concreto, sua compacidade e sua resistência à compressão. Os resultados indicam que as RNAs podem ser usadas para gerar métodos numéricos robustos e flexíveis para estimativa da resistência à compressão a partir de dados de VPU.

Palavras-chave: redes neurais artificiais, ensaios não destrutivos, estimativa da resistência do concreto.

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Received: 13 Jun 2011

Accepted: 06 Sep 2011

Available Online: 28 Nov 2011

[01] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto de Estruturas de Concreto. - NBR 6118, Rio de Janeiro, 2002.
[02] COMITÉ EURO-INTERNATIONAL DU BÉTON. CEB-FIP Model Code 1990. London: Thomas Telford, 1993.
[03] ISAIA, G. C. Sustentabilidade do Concreto ou das Estruturas de Concreto? Uma Questão de Durabilidade. In: Congresso Brasileiro do Concreto, 44º, Belo Horizonte, 2002, Anais, São Paulo, 2002, V024, 16p, 1 CD-ROM.
[04] NEVILLE, A. M. Propriedades do Concreto. São Paulo: PINI, 1997. 828 p.
[05] ANTOCHEVES, R. C. A. Investigação do comportamento de concretos em altas temperaturas, Porto Alegre, 2005, Tese (doutorado) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Escola de Engenharia, 241p.
[06] HASPARYK, N. P. Investigação de concretos afetados pela reação álcali-agregado e caracterização avançada do gel exsudado, Porto Alegre, 2005, Tese (doutorado) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Escola de Engenharia, 326p.
[07] BITTENCOURT, G. Inteligência Artificial: Ferramentas e Teorias. Florianópolis: Editora da UFSC, 2001, 2ed.
[08] LORENZI, A. Aplicação de redes neurais artificiais para estimativa da resistência à compressão do concreto a partir da velocidade de propagação do pulso ultra-sônico, Porto Alegre, 2009, Tese (doutorado) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Escola de Engenharia, 196p.
[07] BOUKERCHE, A., NOTARE, M. S. M. A., Behavior- Based Intrusion Detection in Mobile Phone Systems. Journal of Parallel and Distributed Computing, v.62, n. 9, 2002; p. 1476-1490.
[08] KOMLOS, K., POPOVICS, S., NÜRNBERGEROVÁ, T., BABÁL, B., POPOVICS, J. S., Ultrasonic Pulse Velocity Test of Concrete Properties as Specified in Various Standards. Cement and Concrete Composites. [s.l.], v.18, p.357-364, 1996.
[09] MACHADO, M. D., Curvas de Correlação para Caracterizar Concretos usados no Rio de Janeiro por Meio de Ensaios Não Destrutivos. 2005. 265p. Dissertação (Mestrado) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia da Universidade Federal do Rio de Janeiro. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2005.
[10] NOGUEIRA, C. L., Análise Ultra-Sônica da Distribuição dos Agregados no Concreto através de Wavelets. In: XXI CONGRESSSO NACIONAL DE ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS, 2002, Salvador. Anais....São Paulo: ABENDE, 2002. 1 CD-ROM.
[11] BERRIMAN, J., PURNELL, P., HUTCHINS, D. A., NEILD, A., Humidity and Aggregate content Correction Factors for Air-coupled Ultrasonic Evaluation of Concrete. Ultrasonics. [s.l.], v.43, p. 211-217, 2005.
[12] PUNURAI, W., JARZYNSKI, J., QU, J., KIM, J., JACOBS, L. J., KURTIS, K. E., Characterization of Multi-Scale Porosity in Cement Paste by Advanced Ultrasonic Techniques. Cement and Concrete Research. [s.l.], v.37, p.38-46, 2007.
[13] LORENZI, A., SILVA FILHO, L.C.P., Estudo Comparativo entre Sistemas Inteligentes para Auxílio da Análise de Estruturas de Concreto através de Ensaios Não Destrutivos. In: CONFERÊNCIA SOBRE TECNOLOGIA DE EQUIPAMENTOS (COTEC 2003), 7, 2003, Florianópolis. Anais.... São Paulo: Associação Brasileira de Ensaios Não Destrutivos e Inspeção, 2003. 9p.. 1 CD-ROM.
[14] FIGUEIREDO, E. P., Inspeção e Diagnóstico de Estruturas de Concreto com Problemas de Resistência, Fissuras e Deformações. In: ISAIA, G. C. (Editor), Concreto: Ensino, Pesquisa e Realizações. São Paulo: IBRACON, 2005. cap.33, vol.2, p.985-1015.
[15] AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM E 114-95: Standard Practice for Ultrasonic Pulse-Echo Straight-Beam Examination by the Contact Method. In: Annual Book of ASTM Standards, Vol. 03.03: Nondestructive Testing. West Conshohocken: 1995, 920 p., p. 12-15.
[16] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8802: Concreto Endurecido - Determinação da Velocidade de Propagação da Onda Ultra-sônica: Método de Ensaio. Rio de Janeiro: 1994b.
[17] DORNELLES, F. L., PINTO, R. C. A., PADARATZ, I. J., Detecção de Falhas Internas de Concretagem através do uso do Ultra-som. In: CONGRESSSO BRASILEIRO DO CONCRETO (COBRACON 2005), 47, 2005, Recife. Anais.... São Paulo: Instituto Brasileiro do Concreto, 2005. Volume VII, p.229-239. 1 CD-ROM.
[18] LORENZI, A. Aplicação de testes ultra-sônicos para avaliação de estruturas de concreto utilizando elementos de inteligência artificial. 2000. 157p. Dissertação (Mestrado) - Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal de Santa Maria. Santa Maria, 2000.
[19] HAMASSAKI, L. T., Ensaios não-destrutivos: um diagnóstico completo. Téchne - Revista de Tecnologia da Construção. São Paulo, Brasil, n. 06, p. 30-33, 1993.
[20] MENEGHETTI, L. C., PADARATZ, I. J., STEIL, R. O., Use of Ultrasound to Evaluate Concrete Strength in the Early Ages. In: INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON NONDESTRUCTIVE TESTING CONTRIBUTION TO THE INFRASTRUCTURE SAFETY SYSTEMS IN THE 21^ST CENTURY(NDTISS 99), 1999, Torres. Proceedings.... Santa Maria: UFSM, 1999. p. 42-47.
[21] EVANGELISTA, A. C. J., Avaliação da Resistência do Concreto usando Diferentes Ensaios Não Destrutivos. 2002. 219p. Tese (Doutorado) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia da Universidade Federal do Rio de Janeiro. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2002.
[22] NAIK, T. R., MALHOTRA, V. M., The Ultrasonic Pulse Velocity Method. In: MALHOTRA, V. M., CARINO, N. J. (Editores), Handbook on Nondestructive Testing of Concrete. Boca Raton: CRC Press, 1991. cap.7, p.169-201.
[23] RODRIGUES, G. S. S. Módulo de deformação estático do concreto pelo método ultra-sônico: estudo da correlação e fatores influentes. 2003. 187p. Dissertação (Mestrado) - Mestrado em Engenharia Civil, Universidade Federal de Goiás. Goiânia, 2003.
[24] POPOVICS, S., Effects of uneven moisture Distribution on the Strength of and Wave Velocity in Concrete. Ultrasonics. [s.l.], v. 43, p.429-434, 2005.
[25] MENEGHETTI, L. C., Avaliação da Resistência à Compressão de Concretos nas Primeiras Idades através do Ultra-som. 1999. 163p. Dissertação (Mestrado) - Curso de Pós Graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal de Santa Catarina. Florianópolis, 1999.
[26] NOGUEIRA, C. L., WILLAN, K. J., Ultrasonic Testing of Damage in Concrete under Uniaxial Compression. ACI Materials Journal. [s.l.], v.98, p. 265-275, 2001.