Dynamiczny moduł sprężystości materiału

Dynamicznym modułem sprężystości materiału jest wielkość Ed, która występuje w równaniach dynamicznych. Jest ro zupełnie inna wartość niż statyczny moduł sprężystości betonu.

Moduł dynamiczny to stała adiabatyczna (nauka do uprawnień architektonicznych). Charakteryzuje się on odkształceniem szybkim, które zachodzi bez wymiany ciepła z otoczeniem. Z kolei moduł statyczny otrzymuje się metodami statycznymi, który jest stałą izotermiczną. Wiąże się on z powolnymi odkształceniami, które zachodzą przy stałej temperaturze ośrodka.

Dynamiczny moduł sprężystości jest najczęściej większy od statycznego. Różnica pomiędzy tymi modułami wiąże się z charakterystyką tłumienia materiału. Z uwag wynika, że mimo tego, iż wzory na prędkość fal są identyczne dla ośrodka idealnie sprężystego i lepko-sprężystego, to występujące w tych wzorach moduły są różne.

Ustalenie zależności pomiędzy wytrzymałością betonu

Podczas badania betonu, który jest różny od tego opisanego powyżej, to za każdym razem należy ustalić zależność, która zachodzi pomiędzy wytrzymałością betonu. Na skutek doświadczeń udało się stwierdzić, że wprowadzony do betonu impuls ultradźwiękowy lub dźwiękowy przebiega określoną drogę z prędkością zależną od jakości betonu.

Pierwsze badania tego typu przeprowadzono w latach 1946-1950. Ich autorami byli J. R. Leslie i W. J. Cheesman oraz przez R. Jones. Badania te przeprowadzono niezależnie od siebie. Dzięki tym badaniom zauważono, że istnieją związki między wytrzymałością betonu a dynamicznym modułem sprężystości. Dynamiczny moduł sprężystości jest funkcją prędkości rozchodzenia się fal ultradźwiękowych.

W późniejszych pracach R. Jonesa, J. Chefdeville’a, G. Dawance’a, M. E. Kapłana, A. Sawczuka i wielu innych wskazano, że związki, które zachodzą pomiędzy wytrzymałością betonu a prędkością fal ultradźwiękowych nie są jednoznaczne. Zauważono, że zależą one od:

– składu betonu,

– pielęgnacji betonu,

 – wielu czynników zewnętrznych (egzamin na uprawnienia budowlane).

Są to zastrzeżenia, które ogólnie przyjęto. Ograniczają one zakres stosowania metod impulsowych. Dodatkowo wskazują one na konieczność ostrożnego interpretowania wyników pomiaru prędkości rozchodzenia się impulsów w betonie.

Podział metod impulsowych

Metody impulsowe dzieli się na metody ultradźwiękowe i młoteczkowe. Podział ten wiąże się z częstością generowanych impulsów.

W sytuacji, kiedy stosuje się aparaturę, która generuje impulsy o częstości powyżej 20 kHz, to mówi się o metodach ultradźwiękowych. Z kolei metoda młoteczkowa lub impulsowo-młoteczkowa ma miejsce wtedy, kiedy stosuje się impulsy, które wywołano uderzeniami młotka elektromechanicznego. Zasady stosowania obu metod impulsowych są takie same.

Metoda ultradźwiękowa

Dzięki metodzie ultradźwiękowej można pozwolić sobie na dokładniejszy pomiar prędkości fal. Dodatkowo ułatwia ona interpretację obrazu impulsu, który otrzymano po przejściu przez badany beton. Dzięki temu zaczęto stosować tę metodę coraz częściej (programy do uprawnień budowlanych).

Głównym kryterium oceny jakości betonu z zastosowaniem metody ultradźwiękowej jest prędkość rozchodzenia się fali podłużnej. Parametry aparatury należy dobrać tak, żeby zagwarantowany był jak najbardziej dokładny pomiar tej prędkości.

Dokładność pomiaru prędkości fal zależy od:

a) dokładności pomiaru drogi impulsu,

b) dokładności pomiaru czasu przejścia impulsu.

Błąd pomiaru drogi w badaniach laboratoryjnych wynosi ok. 1%. Błąd ten może być większy. Zależy to przede wszystkim od wymiarów elementu badanego.

Dokładność pomiaru czasu

Dokładność pomiaru czasu zależy przede wszystkim od:

– zastosowanej częstości pomiarowej przetwornika drgań elektrycznych na mechaniczne i związanej z tym kierunkowości fal,

– charakterystyki tłumienia materiału.

Dokładność badania zależy od sposobu sprzężenia przetworników nadawczego i odbiorczego z betonem.

Istotne jest, żeby dążyć do zapewnienia kontaktu na całej powierzchni przetwornika. Jest to możliwe dzięki wygładzeniu powierzchni styku, a także zastosowaniu środków sprzęgających. Odpowiednimi środkami są szare mydło, towot, pasta kaolinowa lub bentonitowa czy plastelina (program jednolite akty prawne na egzamin uprawnienia). Jednak niezależnie od tego, aparatura musi mieć dokładnie wyznaczone wskaźniki czasu oraz system, który gwarantuje ich stabilność podczas pomiarów.

W praktyce jest jednak tak, że w przypadku przeciętnego betonu zwykłego najczęściej wykorzystuje się przetworniki:

– o częstości 500 kHz w przypadku drogi impulsu mniejszej od 20-30 cm,

– o częstościach niższych w przypadku, kiedy droga impulsu jest większa od podanych wartości.

Dzięki przetwornikom o częstości 40 kHz można wystarczająco dokonać dokładnego pomiaru przy drodze impulsów, która wynosi nawet do 8 m. Jednocześnie należy pamiętać o tym, że prędkości rozchodzenia się fal, otrzymywane przy różnych częstościach pomiarowych, mogą się od siebie odrobinę różnić.

W sytuacji, kiedy występują wyższe częstości, prędkości nie mogą być większe. Wynika to z teologicznego modelu betonu. Najczęściej jednak jest tak, że te różnice się mieszczą w granicach błędu pomiarowego.

Badania ultradźwiękowe betonu

Aparaturę do badań ultradźwiękowych betonów produkuje się w wielu krajach. Najczęściej jest tak, że jest ona do siebie podobna, a różnice są niewielkie i dotyczą wyłącznie konstrukcji. Wszystkie aparatury tego typu składają się z następujących zespołów:

– nadajnik impulsów,

– odbiornik,

– wzmacniacze impulsów,

– czasomierz do określenia czasu przejścia impulsu przez odcinek drogi (program na uprawnienia budowlane w wersji android).