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Reliability and repeatability are fundamental concepts in ultrasonic nondestructive testing. An inspection technique must be able to accurately detect, characterize, position and size any defect indication. In manual ultrasonic inspection, however, the operator can be a frequent source of error. Mistakes often arise due to the volume of information the operator must memorize and process. Existing solutions require mechanical probe manipulators that restrict the operator's movements and often require changes to trusted methods and procedures. The aim of this research programme was to investigate the potential of a computer system that assists the operator in the analysis of echodynamic patterns. The system allows the operator to record A-scan sequences, store them to disk, and recall them for review. The system's flexible user interface gives the operator freedom to retain existing inspection practices, in addition to the benefits of computer recording. A novel feature of the system was a speech recognition system to provide hands-free control, which minimizes disruption to the flow of the inspection. Trials were conducted to assess the recognizer's reliability under various conditions. The trials showed that focusing upon echodynamic pattern analysis is a valid and useful approach. Only a limited trial was conducted, however, so the research program was not able to conclusively show that the system will reduce operator errors or improve inspection reliability. In user testing sessions, operators agreed that such a system would be helpful during a manual inspection and there were few objections to the imposition of new hardware. Users quickly became used to the speech recognizer, and the speed of interaction and 'flow' of inspection were greatly enhanced. The author suggests that a computerized assistant is worthy of further development, and has the potential to be a valuable tool in manual ultrasonic inspection.

Four sections of continuously reinforced concrete pavement (CRCP) were constructed at the University of São Paulo campus in order to introduce this kind of pavement structure to Brazil\'s technical transportation community. Sections were designed as 50 m long concrete slab, short in comparison to traditional CRCP, in order to simulate bus stops and terminals - locations of critical interest for public infrastructure. The thesis presented herein concludes this research project initiated in 2010. As the initial goal of this study was the development of coherent, reliable and intuitive design recommendations for the use of CRCP technology in Brazil, a profound understating of its structural and performance peculiarities was needed. For that, the cracking process of the experimental CRCP sections was recorded over a span of seven years. Due to the sections\' short length and lack of anchorage, the experimental \"short\" CRCP presented a cracking behavior quite different than traditional CRCP. There were much less visible cracks than expected. To address this issue, a novel technology in ultrasonic non-destructive testing of concrete structures was applied. Through ultrasonic signal interpretation it was possible to discover several incipient non-visible cracks within the slabs - many of these became apparent on the slab surface in later crack surveys - and to characterize visible and non-visible cracks regarding crack depth. The updated crack map with non-visible cracks showed similarities with traditional CRCP. Additionally, the ultrasonic data analysis provided important information on thickness variation, reinforcement location and concrete condition that were applied in theoretical simulations (finite element software) of the short CRCP. Simulations were attempted considering different slab geometries, firstly with transverse cracks as joints with high load transfer efficiency (LTE) and secondly with a continuous slab without cracks or joints. The latter simulation was more accurate reaching a shift factor between field and simulated stresses in the order of 0.7 to 1.0. Deflection data and LTE analysis from cracks and panels in between cracks further attested the slab continuous behavior, which contradicts current CRCP design models and performance predictors. Furthermore, critical traffic and environmental loading conditions concerning Brazil\'s climate and bus traffic characteristics were investigated and related using a selected fatigue model resulting in design recommendations in a chart format for the short CRCP aimed at long-term projects for over 20 years of operation. The design chart was successfully applied to investigate three failures presented by the experimental short CRCP due to thickness deficiencies pointed out by the ultrasonic testing. / Quatro seções de pavimento de concreto continuamente armado (PCCA) foram construídas no campus da Universidade de São Paulo, com o objetivo de introduzir esta estrutura, de reconhecido sucesso internacional, à comunidade técnica de engenharia de transportes brasileira. As seções foram projetadas com uma placa de concreto de 50 m de extensão, curta em comparação ao PCCA tradicional, com a finalidade de simular paradas e terminais de ônibus - locais de grande interesse para a infraestrutura pública. A tese aqui apresentada conclui este projeto de pesquisa iniciado em 2010. Como o objetivo inicial deste estudo foi o desenvolvimento de recomendações de projeto coerentes, confiáveis e intuitivas para a utilização do PCCA no Brasil, foi necessário um profundo entendimento de suas peculiaridades estruturais e de desempenho. Para isso, o processo de fissuração das secções experimentais foi acompanhado durante sete anos. Devido à curta extensão e falta de ancoragem das seções, o PCCA \"curto\" apresentou um padrão de fissuração diferente do PCCA tradicional com muito menos fissuras visíveis na superfície do que o esperado. Para abordar esta questão, uma nova tecnologia ultrassônica para ensaios não destrutivos de estruturas de concreto foi aplicada. Pela interpretação do sinal de ultrassom, foi possível descobrir várias fissuras incipientes (não visíveis) dentro das placas - muitas dessas foram observadas na superfície da placa em levantamentos de fissuras posteriores - e caracterizar fissuras visíveis e não-visíveis quanto à profundidade da fissura. O mapa de fissuração atualizado com fissuras não visíveis mostrou semelhanças com PCCA tradicional. Além disso, a análise dos dados de ultrassom forneceu informações importantes sobre a variação da espessura, localização da armadura longitudinal e condição do concreto, que foram aplicados em simulações teóricas (software de elementos finitos) do PCCA curto. Simulações foram propostas considerando diferentes geometrias, primeiramente com fissuras transversais como juntas com alta eficiência de transferência de carga (LTE) e posteriormente com uma placa contínua, sem fissuras ou juntas. Esta última simulação foi mais precisa alcançando um fator de conversão entre tensões de campo e simuladas na ordem de 0,7 a 1,0. Dados de deflexão e análise de LTE em fissuras e placas entre fissuras atestaram novamente o comportamento contínuo das placas, o que vai em contradição com os modelos atuais de dimensionamento e de previsão de desempenho para o PCCA. Ademais, o tráfego crítico e condições de carga ambiental correspondentes ao clima e tráfego de ônibus típicos brasileiros foram investigados e relacionados usando um modelo de fadiga resultando em recomendações de projeto para o PCCA de curta extensão sendo direcionado para projetos de longo prazo para mais de 20 anos de operação. O gráfico de projeto foi aplicado com sucesso para investigar três falhas apresentadas pelo PCCA curto experimental devido a deficiências de espessura apontadas pelo teste ultrassônico.

Four sections of continuously reinforced concrete pavement (CRCP) were constructed at the University of São Paulo campus in order to introduce this kind of pavement structure to Brazil\'s technical transportation community. Sections were designed as 50 m long concrete slab, short in comparison to traditional CRCP, in order to simulate bus stops and terminals - locations of critical interest for public infrastructure. The thesis presented herein concludes this research project initiated in 2010. As the initial goal of this study was the development of coherent, reliable and intuitive design recommendations for the use of CRCP technology in Brazil, a profound understating of its structural and performance peculiarities was needed. For that, the cracking process of the experimental CRCP sections was recorded over a span of seven years. Due to the sections\' short length and lack of anchorage, the experimental \"short\" CRCP presented a cracking behavior quite different than traditional CRCP. There were much less visible cracks than expected. To address this issue, a novel technology in ultrasonic non-destructive testing of concrete structures was applied. Through ultrasonic signal interpretation it was possible to discover several incipient non-visible cracks within the slabs - many of these became apparent on the slab surface in later crack surveys - and to characterize visible and non-visible cracks regarding crack depth. The updated crack map with non-visible cracks showed similarities with traditional CRCP. Additionally, the ultrasonic data analysis provided important information on thickness variation, reinforcement location and concrete condition that were applied in theoretical simulations (finite element software) of the short CRCP. Simulations were attempted considering different slab geometries, firstly with transverse cracks as joints with high load transfer efficiency (LTE) and secondly with a continuous slab without cracks or joints. The latter simulation was more accurate reaching a shift factor between field and simulated stresses in the order of 0.7 to 1.0. Deflection data and LTE analysis from cracks and panels in between cracks further attested the slab continuous behavior, which contradicts current CRCP design models and performance predictors. Furthermore, critical traffic and environmental loading conditions concerning Brazil\'s climate and bus traffic characteristics were investigated and related using a selected fatigue model resulting in design recommendations in a chart format for the short CRCP aimed at long-term projects for over 20 years of operation. The design chart was successfully applied to investigate three failures presented by the experimental short CRCP due to thickness deficiencies pointed out by the ultrasonic testing. / Quatro seções de pavimento de concreto continuamente armado (PCCA) foram construídas no campus da Universidade de São Paulo, com o objetivo de introduzir esta estrutura, de reconhecido sucesso internacional, à comunidade técnica de engenharia de transportes brasileira. As seções foram projetadas com uma placa de concreto de 50 m de extensão, curta em comparação ao PCCA tradicional, com a finalidade de simular paradas e terminais de ônibus - locais de grande interesse para a infraestrutura pública. A tese aqui apresentada conclui este projeto de pesquisa iniciado em 2010. Como o objetivo inicial deste estudo foi o desenvolvimento de recomendações de projeto coerentes, confiáveis e intuitivas para a utilização do PCCA no Brasil, foi necessário um profundo entendimento de suas peculiaridades estruturais e de desempenho. Para isso, o processo de fissuração das secções experimentais foi acompanhado durante sete anos. Devido à curta extensão e falta de ancoragem das seções, o PCCA \"curto\" apresentou um padrão de fissuração diferente do PCCA tradicional com muito menos fissuras visíveis na superfície do que o esperado. Para abordar esta questão, uma nova tecnologia ultrassônica para ensaios não destrutivos de estruturas de concreto foi aplicada. Pela interpretação do sinal de ultrassom, foi possível descobrir várias fissuras incipientes (não visíveis) dentro das placas - muitas dessas foram observadas na superfície da placa em levantamentos de fissuras posteriores - e caracterizar fissuras visíveis e não-visíveis quanto à profundidade da fissura. O mapa de fissuração atualizado com fissuras não visíveis mostrou semelhanças com PCCA tradicional. Além disso, a análise dos dados de ultrassom forneceu informações importantes sobre a variação da espessura, localização da armadura longitudinal e condição do concreto, que foram aplicados em simulações teóricas (software de elementos finitos) do PCCA curto. Simulações foram propostas considerando diferentes geometrias, primeiramente com fissuras transversais como juntas com alta eficiência de transferência de carga (LTE) e posteriormente com uma placa contínua, sem fissuras ou juntas. Esta última simulação foi mais precisa alcançando um fator de conversão entre tensões de campo e simuladas na ordem de 0,7 a 1,0. Dados de deflexão e análise de LTE em fissuras e placas entre fissuras atestaram novamente o comportamento contínuo das placas, o que vai em contradição com os modelos atuais de dimensionamento e de previsão de desempenho para o PCCA. Ademais, o tráfego crítico e condições de carga ambiental correspondentes ao clima e tráfego de ônibus típicos brasileiros foram investigados e relacionados usando um modelo de fadiga resultando em recomendações de projeto para o PCCA de curta extensão sendo direcionado para projetos de longo prazo para mais de 20 anos de operação. O gráfico de projeto foi aplicado com sucesso para investigar três falhas apresentadas pelo PCCA curto experimental devido a deficiências de espessura apontadas pelo teste ultrassônico.

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Este trabalho descreve o desenvolvimento de um algoritmo para avaliar o grau de corrosão em paredes de oleodutos, através de ultrassom. O algoritmo desenvolvido será implementado em um circuito digital, fazendo parte de um sistema que poderá ser embarcado em pigs ultrassônicos para inspeção de dutos à procura de corrosão. O modelo matemático conhecido como filtro casado é usado como base do algoritmo, além de um método de detecção de picos para localização dos sinais de eco de ultrassom, provenientes das reflexões do sinal nas paredes dos dutos. Um dos problemas é a definição do sinal (e do filtro) que será utilizado, mas por meio de sinais sintetizados (signal design) uma grande gama de alternativas foi analisada e apenas algumas foram selecionadas para testes em experimentos. Por último os melhores sinais foram utilizados na inspeção de um corpo de prova feito à partir de um duto corroído, e os resultados são analisados. A detecção da primeira parede do oleoduto apresenta resultados promissores em comparação com a medição tridimensional das mesmas paredes. O sistema foi capaz de reconstruir o perfil da parede interna do duto com elevada verossimilhança, mesmo em regiões severamente corroídas. A detecção da segunda parede apresenta resultados satisfatórios para baixos níveis de corrosão, porém alguns problemas foram encontrados para níveis mais altos de corrosão, prejudicando a medição direta da espessura da parede nestas condições. / This work describes the development of an algorithm to evaluate the degree of corrosion in pipeline walls, using ultrasound. The developed algorithm will be implemented in a dedicated digital circuit that can be embedded in ultrasonic pigs for pipeline corrosion inspection. The algorithm is based on the mathematic model known as matched filter, besides a peak detection method for the location of ultrasound echoes, originated from the signal reflections in the pipeline walls. One problem is the determination of the signal (and filter) that should be used, but using a signal design approach a large number of possibilities could be analyzed and only a few was tested in experiments. Finally, the best signals were used to inspect a test specimen made of a corroded pipeline section, and the results were analyzed. The first wall detection shows promising results when compared to the results of a three-dimensional inspection of the same walls. It was possible to reconstruct the profile of the internal wall with good likelihood, even at badly corroded areas. The second wall detection shows some satisfactory results on low corrosion levels, but show some problems with high corrosion levels, compromising the direct measurement of the wall of the pipeline.

Este trabalho descreve o desenvolvimento de um algoritmo para avaliar o grau de corrosão em paredes de oleodutos, através de ultrassom. O algoritmo desenvolvido será implementado em um circuito digital, fazendo parte de um sistema que poderá ser embarcado em pigs ultrassônicos para inspeção de dutos à procura de corrosão. O modelo matemático conhecido como filtro casado é usado como base do algoritmo, além de um método de detecção de picos para localização dos sinais de eco de ultrassom, provenientes das reflexões do sinal nas paredes dos dutos. Um dos problemas é a definição do sinal (e do filtro) que será utilizado, mas por meio de sinais sintetizados (signal design) uma grande gama de alternativas foi analisada e apenas algumas foram selecionadas para testes em experimentos. Por último os melhores sinais foram utilizados na inspeção de um corpo de prova feito à partir de um duto corroído, e os resultados são analisados. A detecção da primeira parede do oleoduto apresenta resultados promissores em comparação com a medição tridimensional das mesmas paredes. O sistema foi capaz de reconstruir o perfil da parede interna do duto com elevada verossimilhança, mesmo em regiões severamente corroídas. A detecção da segunda parede apresenta resultados satisfatórios para baixos níveis de corrosão, porém alguns problemas foram encontrados para níveis mais altos de corrosão, prejudicando a medição direta da espessura da parede nestas condições. / This work describes the development of an algorithm to evaluate the degree of corrosion in pipeline walls, using ultrasound. The developed algorithm will be implemented in a dedicated digital circuit that can be embedded in ultrasonic pigs for pipeline corrosion inspection. The algorithm is based on the mathematic model known as matched filter, besides a peak detection method for the location of ultrasound echoes, originated from the signal reflections in the pipeline walls. One problem is the determination of the signal (and filter) that should be used, but using a signal design approach a large number of possibilities could be analyzed and only a few was tested in experiments. Finally, the best signals were used to inspect a test specimen made of a corroded pipeline section, and the results were analyzed. The first wall detection shows promising results when compared to the results of a three-dimensional inspection of the same walls. It was possible to reconstruct the profile of the internal wall with good likelihood, even at badly corroded areas. The second wall detection shows some satisfactory results on low corrosion levels, but show some problems with high corrosion levels, compromising the direct measurement of the wall of the pipeline.