The deteriorating condition of civil infrastructure worldwide, due to factors like aging, earthquakes, and climate change necessitates urgent attention. In the last four years, more than forty structures have collapsed worldwide, while, in the last ten years, 80 structures collapsed. Thus, there is a need for reliable condition assessment techniques.
Currently, nondestructive evaluation (NDE) methods such as ultrasonic techniques are widely employed. However, their reliability for civil infrastructure has been a critical concern. The determination of damage extent often relies on visual inspection and changes in ultrasonic wave velocity.
If more reliable NDE techniques were available, they could yield substantial cost savings compared to traditional invasive tests.
Our research program aims to improve the reliability of NDE techniques and soil dynamic characterization (SDC) methods by using a) new technologies, b) robust experimental and numerical programmes, and c) statistical signal processing techniques including AI.
Our work focuses on first understanding the complex wave-material interaction to ultimately improve NDE and SDC methods. The wave propagation complexity steams from multiple factors such as material heterogeneity, geometry and boundary conditions, interaction of multiple wave modes, dissipative effect, noise, and interference to name a few.
This work uses a combination of innovative technologies and numerical models. Complementary technologies such as ultrasonics, ultrasonic photoelastic imager (UPI), and a high-frequency laser vibrometer equipped with fibre optics are used to improve the reliability of NDE of civil infrastructure. Using ultrasonic methods, we measure changes in wave velocity and attenuation for damage detection, while the UPI and the laser-vibrometer are used to correlate experimental measurements with different levels of damage using numerical models.
Our research program focuses on three key long-term goals:
i) Advancing fundamental understanding of wave-material interaction.
ii) Developing reliable NDE methods to extend infrastructure lifespan.
iii) Enhancing current SDC methods.
This presentation covers the basics of wave propagation methods, the importance of transducer characterization, and the use of numerical simulations to explain wave-material interaction. Typical experimental results from nondestructive tests on concrete plates, asphalt pavements, wood poles and an earth embankment will be discussed.
Experimental results show the importance of proper ultrasonic equipment characterization to avoid significant errors in wave-velocity and attenuations measurements. Experimental and numerical results show that ultrasonic waves can be successfully used to determine the internal condition of civil infrastructure.
El deterioro de la infraestructura civil en todo el mundo, debido a factores como el envejecimiento, los terremotos y el cambio climático, requiere atención urgente. En los últimos cuatro años, más de cuarenta estructuras han colapsado en todo el mundo, mientras que, en los últimos diez años, 80 estructuras colapsaron. Por tanto, existe la necesidad de técnicas fiables de evaluación del estado.
Actualmente, se emplean ampliamente métodos de evaluación no destructiva (END), como las técnicas ultrasónicas. Sin embargo, su confiabilidad para la infraestructura civil ha sido una preocupación crítica. La determinación de la extensión del daño a menudo depende de la inspección visual y de los cambios en la velocidad de las ondas ultrasónicas.
Si se dispusiera de técnicas de ECM más fiables, se podrían producir ahorros sustanciales de costes en comparación con las pruebas invasivas tradicionales.
Nuestro programa de investigación tiene como objetivo mejorar la confiabilidad de las técnicas NDE y los métodos de caracterización dinámica del suelo (SDC) mediante el uso de a) nuevas tecnologías, b) programas experimentales y numéricos robustos, yc) técnicas estadísticas de procesamiento de señales, incluida la IA.
Nuestro trabajo se centra en comprender primero la compleja interacción onda-material para, en última instancia, mejorar los métodos NDE y SDC. La complejidad de la propagación de las ondas surge de múltiples factores, como la heterogeneidad del material, la geometría y las condiciones de contorno, la interacción de múltiples modos de onda, el efecto disipativo, el ruido y la interferencia, por nombrar algunos.
Este trabajo utiliza una combinación de tecnologías innovadoras y modelos numéricos. Para mejorar la confiabilidad de las END de infraestructura civil se utilizan tecnologías complementarias como ultrasonidos, un generador de imágenes fotoelástico ultrasónico (UPI) y un vibrómetro láser de alta frecuencia equipado con fibra óptica. Utilizando métodos ultrasónicos, medimos los cambios en la velocidad de la onda y la atenuación para la detección de daños, mientras que el UPI y el vibrómetro láser se utilizan para correlacionar mediciones experimentales con diferentes niveles de daño utilizando modelos numéricos.
Nuestro programa de investigación se centra en tres objetivos clave a largo plazo:
i) Avanzar en la comprensión fundamental de la interacción entre las olas y el material.
ii) Desarrollar métodos NDE confiables para extender la vida útil de la infraestructura.
iii) Mejorar los métodos actuales de COSUDE.
Esta presentación cubre los conceptos básicos de los métodos de propagación de ondas, la importancia de la caracterización de transductores y el uso de simulaciones numéricas para explicar la interacción onda-material. Se discutirán los resultados experimentales típicos de ensayos no destructivos en placas de hormigón, pavimentos asfálticos, postes de madera y terraplenes de tierra.
Los resultados experimentales muestran la importancia de una adecuada caracterización de los equipos ultrasónicos para evitar errores significativos en las mediciones de velocidad de onda y atenuaciones. Los resultados experimentales y numéricos muestran que las ondas ultrasónicas se pueden utilizar con éxito para determinar el estado interno de la infraestructura civil.
Participa
en Campus San Joaquín UC
Centro de Innovación del Hormigón UC
hormigon@uc.cl