Estudo da resistência mecânica e detecção de defeitos em estruturas de concreto a partir de funções de resposta em frequência e técnicas de aprendizado de máquina

dc.contributor.advisorSantos, Fábio Lucio
dc.contributor.co-advisorPereira, Rodrigo Allan
dc.contributor.refereeVelloso, Nara Silveira
dc.contributor.refereeLima Júnior, Paulo de Oliveira
dc.contributor.refereeAbreu, Lucas Henrique Pedrozo
dc.contributor.refereeBorges, Paulo Roberto
dc.creatorLima, Cássio Humberto
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/6874726827477007
dc.creator.orcidhttps://orcid.org/0000-0003-1234-302X
dc.date.accessioned2026-01-29T13:54:27Z
dc.date.issued2025-12-12
dc.description.abstractThe mechanical performance and durability of concrete are essential for ensuring the safety and longevity of structures used in civil and agricultural engineering. In response to the increasing incidence of pathological manifestations and the need for more precise monitoring methods, this study investigates the integrated application of experimental modal analysis and machine learning techniques to evaluate mechanical strength, identify defects, and compare the dynamic behavior of conventional concrete and bioconcrete incorporating macaúba endocarp (Acrocomia aculeata). Impact excitation tests were performed on specimens of different strength classes, recording frequency response functions (FRF) at two standard instrumentation positions to extract natural frequencies and damping ratios. The dynamic data were used in supervised machine learning models, particularly Artificial Neural Networks and Random Forest, to predict compressive strength and classify defect severity using an information- leakage-free pipeline. The results showed that dynamic properties—especially natural frequencies and damping—are sensitive to microstructural variations caused by both integrity loss and compositional changes in the concrete. The machine learning models exhibited robust performance in predicting strength and assessing integrity, highlighting the effectiveness of FRF as non-destructive predictors. The comparison between conventional concrete and bioconcrete revealed systematic dynamic differences, indicating that the partial replacement of coarse aggregate with macaúba endocarp influences dynamic stiffness without compromising structural behavior within the evaluated limits. This study therefore advances non-destructive evaluation techniques, demonstrates the feasibility of combining computational models with modal analysis, and proposes a methodological foundation for future applications in structural health monitoring and in the development of environmentally sustainable alternative materials.
dc.description.areastematicasdaextensaoEducação
dc.description.areastematicasdaextensaoMeio ambiente
dc.description.areastematicasdaextensaoTecnologia e produção
dc.description.notesArquivo retido a pedido da autoria, até dezembro de 2026.
dc.description.odsODS 4: Educação de qualidade
dc.description.odsODS 9: Indústria, inovação e infraestrutura
dc.description.odsODS 11: Cidades e comunidades sustentáveis
dc.description.odsODS 12: Consumo e produção responsáveis
dc.description.odsODS 13: Ação contra a mudança global do clima
dc.description.resumoO desempenho mecânico e a durabilidade do concreto são aspectos essenciais para a segurança e longevidade das estruturas utilizadas na engenharia. Diante do aumento de manifestações patológicas e da necessidade de métodos mais precisos de monitoramento, este trabalho investiga a aplicação integrada da análise modal experimental e de técnicas de aprendizado de máquina para avaliar a resistência mecânica, identificar defeitos e comparar o comportamento dinâmico entre concreto convencional e bioconcreto com adição de endocarpo de macaúba (Acrocomia aculeata). Foram realizados ensaios de excitação impulsiva em corpos de prova de diferentes classes de resistência, registrando-se as funções de resposta em frequência (FRF) nas duas posições usuais de instrumentação para extração das frequências naturais e do coeficiente de amortecimento. Os dados dinâmicos foram empregados em modelos supervisionados de aprendizado de máquina, especialmente Redes Neurais Artificiais e Random Forest, para prever a resistência à compressão e classificar a severidade de defeitos. Os resultados demonstraram que propriedades dinâmicas, sobretudo as frequências naturais e o amortecimento, são sensíveis às variações microestruturais decorrentes tanto da perda de integridade quanto das mudanças composicionais do concreto. Os modelos de aprendizado de máquina apresentaram desempenho robusto na previsão da resistência e na classificação da integridade, destacando-se o uso das FRF como preditores não destrutivos eficientes. A comparação entre concreto convencional e bioconcreto revelou diferenças dinâmicas sistemáticas, indicando que a substituição parcial do agregado graúdo pelo endocarpo de macaúba influencia a rigidez dinâmica sem comprometer o comportamento estrutural dentro dos limites estudados. Assim, este trabalho contribui para o avanço das técnicas de avaliação não destrutiva, demonstra a viabilidade do uso de modelos computacionais em conjunto com a análise modal e propõe uma base metodológica para futuras aplicações em monitoramento da integridade estrutural e no desenvolvimento de materiais alternativos de menor impacto ambiental.
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.description.tipodeimpactoSociais
dc.description.tipodeimpactoTecnológico
dc.description.tipodeimpactoEconômicos
dc.description.tipodeimpactoOutros
dc.identifier.citationLIMA, Cássio Humberto. Estudo da resistência mecânica e detecção de defeitos em estruturas de concreto a partir de funções de resposta em frequência e técnicas de aprendizado de máquina. 2025. 167 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Agrícola) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2026.
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufla.br/handle/1/60560
dc.language.isopt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Lavras
dc.publisher.collegeEscola de Engenharia (EENG)
dc.publisher.countrybrasil
dc.publisher.initialsUFLA
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola
dc.subjectDinâmica estrutural
dc.subjectAnálise modal
dc.subjectIntegridade estrutural
dc.subjectEnsaios não destrutivos
dc.subjectFrequências naturais
dc.subjectAmortecimento
dc.subjectMateriais alternativos
dc.subjectStructural dynamics
dc.subjectModal analysis
dc.subjectStructural integrity
dc.subjectNon-destructive testing
dc.subjectNatural frequencies
dc.subjectDamping
dc.subjectAlternative materials
dc.subject.cnpqENGENHARIAS
dc.titleEstudo da resistência mecânica e detecção de defeitos em estruturas de concreto a partir de funções de resposta em frequência e técnicas de aprendizado de máquina
dc.title.alternativetudy of mechanical resistance and defect detection in concrete structures using frequency response functions and machine learning techniques
dc.typedissertação

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