Sistema sónico

No ensaio realizado com a tecnologia sónica começou por se utilizar um sistema sónico do fabricante Dytran®. Trata-se de um sistema bastante completo que inclui dois acelerómetros de características diferentes, um martelo e dois condicionadores de sinal. Este sistema é idêntico ao utilizado no Politécnico de Milão, Itália.

O martelo pesa 100 gramas, podendo induzir frequências de vibração na estrutura de diferentes valores, dependendo do tipo de ponteira que se utiliza: borracha, plástico ou alumínio. É instrumentado por uma célula de carga que informa o utilizador sobre a força que é aplicada no martelo em cada instante.

A frequência de vibração induzida pelo emissor é um factor muito importante no sucesso do ensaio. Como foi referido no Ponto 2.4.4, se a frequência for baixa propaga- se melhor no material já que consegue ultrapassar vazios e outras descontinuidades com maior facilidade. Contudo, se a frequência for demasiado baixa é necessário que a míni- ma dimensão lateral da amostra seja elevada (como se viu anteriormente). A título de cu- riosidade apresentam-se na Figura 3.1 as curvas de comportamento do martelo com dois tipos de ponteira (alumínio e plástico) na gama de frequências (Hz) do pacote de onda induzido pelo impacto do martelo; nas abcissas apresenta-se o valor das frequências e nas ordenadas a respectiva amplitude.

Através da análise dos gráficos constata-se que com a ponteira de alumínio (Figura 3.1 a)) é possível enviar uma gama de frequências mais alargada para os materiais (pelo menos até 2kHz) enquanto com a ponteira de plástico as frequências acima de 1kHz são transmitidas com menor amplitude. O sistema sónico utilizado contém ainda uma ponteira de borracha que apresenta uma gama de frequências mobilizadas ainda mais baixa do

que a ponteira de plástico (Figura 3.1 b)). Assim, como se pretendia um sinal com uma gama de frequências elevada, utilizou-se a ponteira de alumínio.

a) _b)

Figura 3.1 – Gama de frequências emitidas pelo martelo com ponteira: (a) de alumínio; (b) de plástico.

Um parâmetro que se pode também controlar com o martelo utilizado é a energia do impacto. Para aumentar essa energia o martelo dispõe de uma massa suplementar que se pode colocar na sua extremidade posterior. Com essa massa o martelo gera im- pactos de maior amplitude mas de frequência mais baixa, já que o aumento da massa é também responsável pelo aumento do seu tempo de contacto. Na Figura 3.2 apresenta- se o martelo utilizado com a ponteira de alumínio, a massa suplementar e a conexão BNC visível.

Figura 3.2 – Martelo Utilizado.

Os dois pontos mais delicados do martelo são a conexão BNC e a ponteira de alu- mínio. Após cerca de 3 anos de utilização do martelo a ponteira considerou-se danificada. Por outro lado, a conexão BNC degradou-se com o tempo e passou a não garantir a es- tabilidade do sinal. Após os 3 anos, foi mesmo necessário proceder à substituição do martelo, já que a conexão BNC gerava ruído no sinal do martelo que inviabilizava a reali-

conexão BNC

ponteira de alumínio massa suplementar

zação do teste. Para além, o martelo deixou de garantir a solidez na ligação da ponteira, já que a ligação roscada deixou de funcionar de forma eficaz.

A necessidade de garantir uma maior quantidade de energia de impacto levou a que, na aquisição de um novo martelo instrumentado, se procurasse um equipamento com maior massa, tendo o cuidado de escolher aquele que garantisse a gama de fre- quências mais elevada. Adquiriu-se então um martelo com uma massa de cerca de 320gramas com a possibilidade de aumentar até às 520gramas através da utilização da massa suplementar. Este novo martelo possui também uma ligação BNC e quatro tipos de ponteiras, tendo-se optado nos testes pela ponteira de alumínio, já que esta garantia tempos de contactos menores e por isso maiores frequências. Na Figura 3.3 pode ver-se o martelo utilizado e um gráfico com as características das diferentes ponteiras; a pontei- ra dura (“ponteira utilizada”) é a que consegue emitir uma gama de frequências mais ele- vada, até cerca de 6kHz.

a) b)

Figura 3.3 – Martelo de maior massa: a) imagem do martelo; b) comportamento do martelo com os diferen- tes tipos de ponteiras.

Para além dos martelos instrumentados foram utilizados acelerómetros com 2.5gramas de massa e capacidade para ler acelerações até 500g. Na Figura 3.4 pode ver-se o acelerómetro utilizado e: a sua pequena dimensão que permite uma boa adapta- ção às irregularidades da superfície dos materiais. Nos testes realizados e nos casos em que se entendeu ser útil, o acoplamento do acelerómetro fez-se com vaselina entre a su- perfície ensaiada e o acelerómetro, como é sugerido por outros autores (Carino, 2004).

A curva da amplitude de resposta do acelerómetro utilizado na maior parte dos en- saios, apresenta-se na Figura 3.5. A resposta do acelerómetro em regime estável vai até aos 10kHz, o que garante a qualidade dos sinais recebidos dentro dessa gama de fre- quências. Por outro lado, a frequência de ressonância do acelerómetro, 45kHz, encontra- se fora do intervalo de leitura do acelerómetro, havendo assim a garantia que o aceleró- metro não seria influenciado por essa frequência. Note-se que o acelerómetro podia re- gistar acelerações superiores a 10kHz. Contudo, a partir desses valores a frequência é

afectada por factores de amplificação/redução desconhecidos (o eixo “% deviation” no gráfico deixaria de ser zero).

Figura 3.4 – Acelerómetros utilizados.

Figura 3.5 – Zona estável do acelerómetro utilizado.

O fornecimento de energia, o condicionamento e a amplificação de sinal do martelo e dos acelerómetros foram conseguidos por condicionadores de sinal fornecidos pelo fa- bricante. Ajustando o ganho dos equipamentos foi possível uma confrontação mais fácil dos sinais provenientes do martelo e do acelerómetro já que em muitos casos a amplitu- de dos sinais das leituras são muito díspares. Na Figura 3.6 apresenta-se um condicio- nador de sinal semelhante aos utilizados.

Figura 3.6 – Imagem do condicionador de sinal utilizado.

Na transformação dos sinais analógicos, recebidos pelo acelerómetro e pelo marte- lo, em sinais digitais, utilizou-se uma placa de aquisição NI6210 da National Instru-

ments®. A taxa de aquisição desta placa de aquisição é de 250kHz a dividir pelo número de canais utilizados.

A prática mostrou que, por vezes, o isolamento dos sinais dos diferentes canais não era feito convenientemente pela placa NI6210 e, por esse motivo, passou-se a utili- zar a placa de aquisição NI9233. Esta placa possui uma taxa de aquisição de 50kHz por canal, independentemente do número de canais utilizados. Dispõe de 4 ligações BNC e pode ser ligada à porta USB de um computador através de um dispositivo denominado de “carrier” cuja referência é NI-USB-9162. A Figura 3.7 apresenta uma imagem da placa utilizada, bem como do esquema de ligação adoptado.

Figura 3.7 – Placa NI9233 e esquema de ligação da placa ao “carrier” NI USB-9162 e deste ao computador.

Os sinais do sistema sónico foram adquiridos no domínio do tempo através de um programa construído em LabView®. Todo o procedimento foi idealizado pelo autor da presente dissertação e materializado pelo Laboratório de Engenharia Sísmica e Estrutural da (LESE) da FEUP. Na Figura 3.8 pode ver-se o aspecto do programa utilizado que, refi- ra-se, tem sido alvo de contínuas melhorias.

Figura 3.8 – Interface gráfica do programa utilizado na visualização e tratamento de resultados. “carrier”

NI 9233 NI 9233

Esse programa calcula automaticamente os instantes de início de impacto e de re- cepção do sinal pelo acelerómetro. Contudo, em alguns casos esses instantes não são calculados correctamente, sendo por isso imprescindível que um utilizador com experiên- cia em ensaios deste tipo, valide os resultados gerados automaticamente ou, se for o ca- so, proceda, manualmente, às alterações necessárias.

Sempre que se considerou útil, foi utilizada uma grelha de 6x6 pontos, para assina- lar os locais a testar de uma forma fácil e rápida, garantindo assim o mesmo espaçamen- to entre esses pontos e melhorando a correspondência que se pretendia nos ensaios di- rectos. A grelha utilizada apresenta-se na Figura 3.9 e é semelhante à utilizada pelo Poli- técnico de Milão, era composta por 36 pontos espaçados 15cm entre si 15cm (na vertical e na horizontal) distribuídos numa matriz de 6 linhas e 6 colunas.

Figura 3.9 – Grelha utilizada na marcação dos pontos testados em alguns ensaios.

O programa informático reproduzia também a grelha apresentada na Figura 3.9. Trata-se de um quadro interactivo, que se apresenta na Figura 3.10, através do qual o utilizador pode escolher o ponto que pretende registar. Cada um dos pontos analisados passava pelo controlo de um técnico que os aprovava ou reprovava, consoante os casos. A reprovação de um teste implicava a nova leitura no ponto em causa.

Figura 3.10 – Esquema utilizado na escolha dos pontos de leitura.

15cm 15cm