The GARVEE Transportation Program started by the Idaho Transportation Department has improved parts of I-84 in Boise, Idaho. These desired improvements led to the widening of a bridge over the New York Canal (NYC) in 2009. To support the wider road, additional bridge columns were installed. The new bridge columns had a larger diameter than the existing columns and raised the number of columns from 28 to 60. Construction was completed just before the irrigation season began. During the first irrigation season it was observed that waves and oscillations were occurring within the canal immediately adjacent to the bridge structure. Throughout the irrigation season, it was observed that the intensity of the oscillations would vary. It was also observed that the wave oscillations propagated upstream and downstream from the bridge structure. Both longitudinal and transverse waves were observed. The waves appeared to originate in the section of the canal that was under the I-84 Bridge. A physical model was built in 2010 at Utah State University's (USU) Utah Water Research Laboratory (UWRL) in an attempt to simulate the oscillation phenomenon and to develop potential solutions to the problem. During the original modeling work, a thorough investigation to the causes of this phenomenon was not accomplished due to time constraints. The objective of the follow-up research presented in this thesis was to qualitatively determine the causes of the oscillations. Laboratory tests were performed using the original physical model used in the original 2010 testing.

The GARVEE Transportation Program started by the Idaho Transportation Department has improved parts of I-84 in Boise, Idaho. These desired improvements led to the widening of a bridge over the New York Canal (NYC) in 2009. To support the wider road, additional bridge columns were installed. The new bridge columns had a larger diameter than the existing columns and raised the number of columns from 28 to 60. Construction was completed just before the irrigation season began. During the first irrigation season it was observed that waves and oscillations were occurring within the canal immediately adjacent to the bridge structure. Throughout the irrigation season, it was observed that the intensity of the oscillations would vary. It was also observed that the wave oscillations propagated upstream and downstream from the bridge structure. Both longitudinal and transverse waves were observed. The waves appeared to originate in the section of the canal that was under the I-84 Bridge. A physical model was built in 2010 at Utah State University's (USU) Utah Water Research Laboratory (UWRL) in an attempt to simulate the oscillation phenomenon and to develop potential solutions to the problem. During the original modeling work, a thorough investigation to the causes of this phenomenon was not accomplished due to time constraints. The objective of the follow-up research presented in this thesis was to qualitatively determine the causes of the oscillations. Laboratory tests were performed using the original physical model used in the original 2010 testing.

Peu d’outils ont été développés pour le contrôle qualité industriel de textures sur des lignes de production. L’utilisation de techniques sans contact, à base d’ondes acoustiques, présente un avantage évident dans les secteurs agroalimentaire et cosmétique. L’acousto-élasticité dynamique (DAET) est une technique d’interaction entre une onde pompe basse-fréquence de compression/dilatation et une onde sonde ultrasonore, conduisant à l’estimation des propriétés viscoélastiques de la matière. Nous avons développé un modèle décrivant les variations du module viscoélastique : quantification des paramètres non linéaires élastiques (B/A,. C/A...) et visqueux (ωηB/A, ωηC/A...). La méthode DAET et le modèle ont ensuite été validés dans des milieux homogènes (eau, huiles et gels) conduisant à des non-linéarités viscoélastiques faibles (B/A < 15 et (ωηB/A <1). essentiellement liées à la composition du fluide ou un changement d’état. Les résultats les plus probants ont été obtenus dans des milieux granulaires ou constitués d’air (poudres sèches, mousses et billes creuses ): valeurs élevées des non-linéarités viscoélastiques (quadratiques, cubiques). Cette méthode pourra s’avérer être une alternative intéressante à la rhéométrie conventionnelle, en particulier pour la caractérisation de ces fluides complexes. / Few tools have been developed for industrial quality control of textures on production lines. The use of contactless techniques. based on acoustic wavcs, offers an obvious advantage in food-processing industry and cosmetics. The dynamic acoustoelastic testing (DAET) is based on the interaction between a low-frequency compressionlexpansion pump wave and an ultrasound probe wave. leading to the quantification of the viscoelastic properties of the matter. We have initially developed a model describing the variations of the viscoelastic modulus: quantification of nonlinear elastic (B/A, C/A...) and viscous (ωηB/A. ωηC/A...) parameters. The DAET method and related model were then validated in homogeneous media (water, oils and gels) leading to low values of viscoelastic nonlineaiities (B/A<15 and ωηB/A<1), essentially governed by the fluid nature or state change. However, the most significant results were obtained in granular or air-based media (dry powder, foam and hollow beads): high values of quadratic and cubic nonlinearities due to microinhomogeneitics. This method appears to be an interesting alternative to conventional rheometry, especially for the characterization of these complex fluids.

En sciences et dans l’industrie pour limiter le nombre de maquettes expérimentales dans les projets R&D afin de mieux comprendre et de bien interpréter les phénomènes ultrasonores complexes observés sur site, des simulations de contrôles ultrasonores sont effectuées. Ces simulations sont d’autant plus réalistes que la description des structures à contrôler est précise, en particulier au niveau des constantes d’élasticité et d’atténuation intrinsèque. Les objectifs de cette étude sont d’améliorer d’une part les connaissances sur l’influence des caractéristiques métallurgiques des matériaux anisotropes et hétérogènes sur la propagation ultrasonore et d’autre part les performances des codes de calcul (logiciel ATHENA d’EDF) qui nécessitent de disposer des données d’entrée pertinentes, notamment en ce qui concerne les constantes d’élasticité et l’atténuation ultrasonore. Cette étude est dédiée à la caractérisation des matériaux à gros grains, comme les aciers austéno-ferritiques moulés par centrifugation et les soudures en acier inoxydable austénitique ou en alliages à base nickel. Un système expérimental unique permettant de mesurer les constantes d’élasticité et l’atténuation en incidence oblique à été mis au point. Le point fort de ce dispositif est qu’il permet de travailler au-delà de l’angle critique longitudinal et donc de mesurer les propriétés d’atténuation des ondes transversales. Les constantes d’élasticité sont déduites des vitesses ultrasonores à partir d’un processus d’optimisation basé sur la résolution de problème inverse. Nous avons montré les potentialités d’algorithmes d’optimisation globaux tels que les algorithmes génétiques moins susceptibles de converger vers des minima locaux de la fonction à minimiser. Les résultats obtenus à partir des mesures expérimentales sont en accord avec la littérature. Des résultats de l’atténuation des ondes longitudinales et transversales par décomposition du faisceau en spectre d’ondes planes sont présentés. / In industry, to limit the number of experimental models in R&D projects, to better understand and to well interpret the complex ultrasonic phenomena observed du ring controls on site, simulations of ultrasonic controls are carried out. These simulations are all the more realistic as the description of structures to control is accurate, especially in terms of elastic constants, and intrinsic attenuation. The objectives of this study are firstly to improve knowledge about the influence of the metallurgical properties of anisotropie and heterogeneous materials on the ultrasonic propagation and secondly the performance of the computation codes (software ATHENA EDF) which need to have the relevant inputs, particularly as regards the elastic constants and ultrasonic attenuation. This study is dedicated to the characterization of coarse materials such as austenitic-ferritic steel centrifugally cast and the welding in steel austenitic stainless or in alloy nickel-based. A unique experimental system for measuring the elastic constants and attenuation at oblique incidence has been developed. The strong point of this device is that it can work beyond the longitudinal critical angle and thus to measure the attenuation properties of transversal waves. The elastic constants are deduced from ultrasonic speed from an optimization process based on the resolution of Inverse problems. We have shown the potential of global optimization algorithms such as genetic algorithms Jess likely to converge to local minima of the function to minimize. The results obtained from experimental measurements are in agreement with literature. Results of the attenuation of the longitudinal and transverse waves by beam decomposition into spectrum of plane waves are represented.

El hormigón armado compuesto de cemento Portland fue inventado hace algo más de un siglo aproximadamente y se ha convertido en el material más utilizado en la construcción. La durabilidad de este hormigón es una de las consideraciones más importantes a ser tenidas en cuenta en el diseño de nuevas estructuras y en la evaluación estructural de las ya existentes. Cuando un hormigón sujeto a un ambientes o cargas que puede degradarlo, como puede ser su uso en puentes y ambientes marinos o si contiene grandes cantidades de alúmina o áridos reciclados, el conocimiento o predicción de su durabilidad es una aspecto crítico para su comportamiento en servicio. Los ensayos no destructivos se han mostrado como unos de los ensayos preceptivos con una importancia económica y social más relevante desde que se han aplicado para la auscultación de la durabilidad de las estructuras de hormigón pertenecientes a la ingeniería civil, donde estos materiales son ampliamente utilizados. En cualquier caso, el uso de las técnicas no destructivas en estos materiales no está suficientemente implementado, hecho este motivado por las características heterogéneas de su microestructura. De todos los métodos no destructivos aplicables para el hormigón, el uso de pulsos ultrasónicos es de gran interés para la caracterización de la microestructura y las propiedades de materiales heterogéneos. El objetivo del presente trabajo es obtener un procedimiento de evaluación del ciclo de vida del hormigón preparado y puesto en servicio para ambientes marinos. Además, será estudiado y analizado la incorporación de varias metodologías (destructivas y non destructivas) para caracterizar el proceso de degradación de morteros y hormigones expuestos a disolución de sulfato de sodio y a exposición en disolución de nitrato amónico. Con esta finalidad, una integración adecuada de diferentes técnicas será usada para la caracterización de propiedades y el seguimiento del proceso de degradación que afectan al hormigón. Como objetivos adicionales, destaca que fueron estudiadas las relaciones entre los parámetros destructivos y no destructivos, así como la relación entre los distintos parámetros no destructivos entre sí. Muchos de los estudios anteriores que han usado la inspección ultrasónica las cuáles fueron utilizadas para determinar la relación agua/cemento del mortero, de la pasta de cemento y del hormigón, o para monitorizar los cambios estructurales, para diferentes relaciones a/c, en el proceso de curado. En este trabajo de investigación fue analizado el efecto que tiene para diferentes relaciones a/c en los parámetros ultrasónicos durante el proceso de degradación. Para este objetivo, se utilizaron un Cemento Portland tipo II A L 42.5 (LPC), y otro sulforresistente tipo I 42.5R/SR (SRPC) que fueron usados en la fabricación de dos marcos de hormigón, los cuales fueron utilizados como hormigón en servicio (caso real). Para el estudio del efecto de la variación de a/c en los parámetros ultrasónicos durante la degradación se utilizaron muestras de mortero con deferentes relaciones agua cemento 0.525- 0.45- 0.375 and 0.30 a partir de LPC para obtener diferentes niveles de degradación. Para monitorizar el proceso de degradación se utilizó la inspección por pulso/eco (1 y 3.5 MHz) para la obtención del parámetro del área del perfil de atenuaciones (APA) el cual fue estimado por L Vergara et al., 2003 y usado por Fuente et al, 2004. Para seguir el proceso de curado de pasta de cemento y morteros, este parámetro ha demostrado una alta sensibilidad para caracterizar los cambios microestructurales de materiales derivados del cemento a lo largo de su curado. El método de transmisión se ha utilizado para la determinación de las velocidades de ondas longitudinales con la frecuencia de 1MHz y transversales con la frecuencia de 500 kHz. La velocidad ultrasónica también ha demostrado la capacidad para seguir los cambios microestructurales de un modo sencillo porque dicho parámetro está relacionado con la variación de las propiedades mecánicas, y bajo ciertas premisas, con la variación de la porosidad. El análisis con la imagen ultrasónica con 2 MHz fue también usada para la consecución de los mismos objetivos. Como métodos destructivos, los ensayos de resistencia a la compresión y flexión fueron los utilizados para determinar la pérdida de actividad resistente de morteros y hormigones, y la porosidad conectada al agua para analizar los cambios en la matriz porosa por el efecto de la difusión de elementos agresivos que penetran en el material provocando su degradación. La porosimetría de mercurio (MIP) fue usada para observar las variaciones del volumen y tamaño de poro y, por último, la microscopía electrónica de barrido (MEB) que fue utilizada para cuantificar y detectar los cambios en la microestructura por el ataque de elementos agresivos. Los resultados obtenidos muestran que, la degradación producida por exposición a sulfato de sodio, tiene dos etapas, en la primera etapa se forma la etringita que llena los poros pero que no produce microfisuración. En esta etapa se observó una variación en los parámetros obtenidos por ejemplo, incremento de la velocidad de la onda ultrasónica, de las resistencias a compresión y a la flexión o la disminución de la porosidad. Esta variación en los parámetros podría indicar una mejora en las prestaciones mecánicas del material objeto de la investigación, pero en realidad esto no es cierto porque los poros están llenos de etringita, provocando una expansión, que es la causa de la degradación en la segunda etapa. En dicha segunda etapa, se produce una microfisuración generalizada por la expansión de la etringita e incrementando su volumen dentro de los poros. Este hecho produjo un cambio en los parámetros medidos que contrastan con la evolución en la primera etapa, disminución de la velocidad de las ondas ultrasónicas, y de las resistencias mecánicas y consecuentemente un aumento de la porosidad. Por otro lado, la degradación por ataque de nitrato amonio tiene una única etapa debida al proceso de descalificación que comienza desde el principio del proceso de exposición y es lineal durante todo el periodo de exposición. Para ambos casos, la integración de las diversas técnicas se revela como satisfactoria para el seguimiento del proceso de degradación, encontrando buenas correlaciones entre los parámetros no destructivos y los parámetros destructivos de técnicas de análisis físico-químico. / Mahmoud, TI. (2013). Evaluation of the degradation process of cement-based materials exposed to aggressive environment by using ultrasonic techniques and physical characterisation [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/27550 / TESIS

Объектом исследования являются 3 образца нанокерамики на основе Al2O3, и 4 образца кварцевых стекол: КИ, КВ, КУ, КС-4В. Цель данной работы – исследование акустических свойств, обусловленных особенностями микро- (нано)структуры двух категорий материалов микро- и оптоэлектроники – нанокерамики на основе Al2O3 и оптических кварцевых стекол. В процессе работы были: исследованы акустические свойства материалов микро- (нанокерамика на основе Al2O3) и оптоэлектроники (кварцевые стекла), исследованы оптические параметры кварцевых стекол и установлена корреляция между акустическими и оптическими параметрами. В результате исследования был создан оригинальный измерительный стенд и разработана методика измерения значений скоростей поперечных ультразвуковых волн, определены упругие характеристики нанокерамики на основе Al2O3 и кварцевых стекол, а также оптические параметры стекол. В данной работе удалось установить корреляцию между акустическими и оптическими параметрами. Используя измерения скоростей ультразвука и оптического поглощения, были определены фундаментальные характеристики образцов. Это способствует пониманию структурно-чувствительных свойств, а значит, в дальнейшем и влиять на них, создавая материалы с нужными параметрами для лучшей работы приборов микро- и оптоэлектроники. / Objects of research are 3 samples of nanoceramiсs based on Al2O3 and 4 samples of quartz glasses: KI, KU, KV, KS-4V. The aim of this work is the study of the acoustic properties due to the peculiarities of micro- (nano)structures of the two categories of micro- and optoelectronics materials: nanoceramics based on Al2O3 and optical quartz glass. The acoustic properties of materials micro- (nanoceramics based on Al2O3) and optoelectronics (quartz glass) were studied, the optical parameters of quartz glass were investigated, and a correlation between acoustic and optical parameters was found. The original test stand and the method of measuring the transverse ultrasonic waves velocities were created, the elastic characteristics of nanoceramics based on Al2O3 and optical quartz glass and the optical parameters of glass were determine. In this paper we determined a correlation between acoustic and optical parameters. Using measurements of the velocity of ultrasound and optical absorption fundamental characteristics of the samples were determined. This contributes to an understanding of structure-sensitive properties that will help create materials with the necessary parameters for the best performance of micro- and optoelectronics.