Ultrassonografia agora revela o que há no interior das estruturas de concreto

Ultrassom do concreto

A grande maioria de nós já tirou proveito das imagens de ultrassom, e isto desde antes de nascermos, nas ultrassonografias que nossas mães fizeram. Mas o uso do ultrasso é mais amplo, com várias técnicas sendo baseadas no envio de ondas sonoras para um material e captura das ondas que ecoam de volta, para criar imagens do que está dentro e encontrar defeitos.

Seria muito bom fazer isto nas estruturas de concreto, como estradas, pontes e edifícios, por meio de métodos de ensaios não-destrutivos para identificar defeitos internos sem danificar a própria estrutura. O problema é que, ao contrário dos tecidos humanos, o concreto contém uma diversidade de materiais, incluindo cimento, pedra, argila, giz, ardósia, minério de ferro e areia, que dispersam as ondas sonoras e dificultam a obtenção de imagens nítidas.

Mas isto acaba de mudar graças ao trabalho de um trio de pesquisadores dos EUA e do Japão.

Eles criaram um sistema de imagem ultrassônica 3D de alta resolução para concreto que se adapta automaticamente aos diferentes tipos de componentes e estruturas, lidando de maneira inédita com a densidade dos diferentes materiais que compõem o concreto.

“Em nossa abordagem, a onda ultrassônica é de banda larga, utilizando uma ampla gama de frequências ultrassônicas, em vez de operar em torno de uma única frequência fixa,” explicou Yoshikazu Ohara, da Universidade Tohoku. “O receptor é capaz de aceitar uma gama ainda mais ampla de frequências. Ao adaptar automaticamente a frequência ao material, nosso sistema melhora o contraste entre defeitos e o material de fundo no concreto.”

Vibrômetro

Capturar imagens de alta qualidade do interior de peças de concreto é complexo porque as ondas acústicas perdem intensidade ao atravessá-lo, devido à absorção ou dispersão. E é quase impossível saber de antemão quais frequências de ondas sonoras sobreviverão à travessia do material.

Para lidar com essa incerteza, a equipe utilizou dois dispositivos: Um para gerar uma ampla gama de frequências para serem enviadas ao material, e outro, um vibrômetro, para capturar as ondas refletidas que retornam. A capacidade de lidar com uma ampla gama de frequências acústicas significa que, mesmo que as ondas ultrassônicas sejam dispersas pelos componentes do concreto, aquelas que conseguem atravessá-lo ainda são detectadas, independentemente da frequência.

“Não é necessário ajuste manual,” contou Ohara. “À medida que o concreto filtra certas frequências, o vibrômetro laser Doppler simplesmente captura as frequências restantes. Ao contrário dos sistemas convencionais, não precisamos trocar transdutores ou ajustar a frequência previamente. O sistema se adapta automaticamente.”

As ondas que saem do concreto são processadas usando algoritmos de imagem que a equipe havia desenvolvido em trabalhos anteriores envolvendo o uso de laser para detectar trincas em estruturas de concreto. Aqueles algoritmos originais foram agora adaptados especificamente para dados ultrassônicos de banda larga. O resultado é uma imagem 3D de alta resolução do defeito e sua localização no concreto.

“Para um planejador de reparos ou técnico de campo, isso fornece informações concretas: A profundidade do defeito em relação à superfície, seu tamanho e sua extensão em três dimensões,” disse Ohara. “Isso possibilita um planejamento de reparos mais eficiente. O método gera um mapa 3D nítido dos danos internos, que pode ser usado diretamente para decisões de manutenção e reparo.”