Avaliação estrutural não destrutiva

Os ensaios não destrutivos qualificam a deflexão recuperável máxima na superfície do revestimento e são bastante apropriados para avaliação da capacidade estrutural, principalmente se utilizados em conjunto com o inventário de defeitos, utilizando a medição da deflexão que representa a resposta das camadas estruturais e do subleito à aplicação de um carregamento (BRASIL, 2006, p. 83).

Há três tipos de equipamentos mais utilizados em avaliações não destrutivas: • Vigas de deflexão;

• Equipamentos dinâmicos de impacto.

Os dois equipamentos mais utilizados no Brasil e que serão objeto de estudo neste trabalho são a Viga Benkelman e o Falling Weight Deflectometer (FWD). De acordo com BERNUCCI et al. (2006, p. 446), ambos permitem a medição dos seguintes parâmetros:

• Deflexão máxima: deslocamento vertical sob o centro das rodas de um eixo simples para a Viga Benkelman, ou sob o centro da carga para o FWD; • Bacia deflectométrica: medida de deslocamento vertical recuperável em

vários pontos a partir do centro do carregamento e,

• Raio de curvatura: círculo ou arco de parábola que passa por dois pontos da deformada na Viga Benkelman. São considerados críticos, raios de curvatura inferiores a 100 m (BRASIL, 2006).

A Viga Benkelman é um equipamento que permite medir a deformação causada por uma carga elástica, sendo composta por uma viga horizontal apoiada sobre três pés, um traseiro e dois dianteiros, acoplados a um caminhão com eixo traseiro simples de roda dupla carregado com 8,2 t (carga de prova). Esse teste é regulamentado pelas normas DNER – ME 24/94, DNER – PRO 175/94 e DNER – ME 061/94 (BRASIL, 2006, p. 84).

Figura 14 - Posicionamento da Viga Benkelman e da prova de carga.

Fonte: BRASIL (2006, p. 84).

O ensaio consiste em colocar a ponta de prova da viga entre os pneus da roda traseira do caminhão, exatamente sob o eixo; fazer uma leitura inicial (𝐿𝑖) do extensômetro que se situa a uma distância segura para o operador, sobre o braço móvel da viga; fazer o caminhão se afastar lentamente mais de 5 m de distância da ponta de prova ou até que o extensômetro não

acuse mais variação de leitura, e por fim, fazer a leitura final (𝐿𝑓) (BERNUCCI et al., 2006, p. 446).

A figura 15 mostra, respectivamente, o posicionamento do caminhão, a colocação da Viga Benkelman para leitura inicial e afastamento do caminhão e leitura final.

Figura 15 - Passos do ensaio com a viga Benkelman.

Fonte: BERNUCCI et al. (2006, p. 448).

A deflexão máxima é obtida pela equação 7.

𝑑 = (𝐿𝑖 − 𝐿𝑓) 𝑥 𝐹 (7) Onde, F é a constante da viga obtida através da relação entre o braço maior e o braço menor.

Para a determinação da bacia deflectométrica, afasta-se o caminhão a pequenos intervalos fazendo leituras intermediárias a cada parada. A definição das deflexões intermediárias é obtida de modo semelhante ao empregado para cálculo da deflexão máxima. Uma vez calculadas todas as deflexões, é possível fazer o traçado e a análise da bacia de deformação, esquematizado na figura 16 (CNT, 2017).

É um processo trabalhoso e de pouca precisão quando executado com uma viga convencional, no entanto é possível encontrar vigas automatizadas, onde as leituras são feitas com medidores elétricos tipo transdutor de deslocamento variável linear (LVDT), dispositivos que convertem um fenômeno físico em um sinal elétrico mensurável (BERNUCCI et al., 2006, p. 447).

Figura 16 - Esquema de leituras com a Viga Benkelman para obtenção da deformada.

re

Fonte: BERNUCCI et al. (2006, p. 449).

Já o FWD é um equipamento dinâmico de impacto, ou seja, transfere ao pavimento uma carga dinâmica de impacto que simula a influência de uma roda em movimento, conforme ilustrado na figura 17, sendo um dos mais atuais para medida de deformações elásticas. Figura 17 - Deflectômetro de impacto.

Fonte: BALBO (2007).

O ensaio baseia-se na elevação de um peso a uma altura pré-estabelecida e em seguida solto em queda livre para atingir um sistema de amortecedores que transmitirá a força aplicada para uma placa apoiada sobre a superfície do pavimento. Ao longo desta placa há sensores

posicionados longitudinalmente, que captam as ondas resultantes dos deslocamentos recuperáveis da superfície em vários pontos. O equipamento é montado em um reboque, figura 18, e comandado automaticamente por meio de um microcomputador instalado em um veículo de apoio (BRASIL, 1996, p. 2).

Figura 18 - Equipamento FWD sendo rebocado.

Fonte: http://dynatest.com.br/.

As deflexões são obtidas através de geofones (LVDT) instalados na placa, que registram as velocidades vibratórias geradas pelo impacto da carga no pavimento (CNT, 2017, p. 76).

Para a medição da temperatura na superfície do pavimento e do ar ambiente, há um termômetro que está vinculado ao sistema computacional e um distanciômetro ou odômetro, equipamento que permite definir o local exato das estações. O equipamento registra os deslocamentos superficiais (deflexões), a distância percorrida e as temperaturas do pavimento e do meio ambiente (SANDOVAL, 2001, p. 23).

Tanto a Viga Benkelman como o FWD, são equipamentos destinados a mensurar deslocamentos elásticos dos pavimentos partindo do mesmo princípio de aplicação de carga vertical e, apesar disso, as medidas não são iguais. Isso se deve ao fato de como as leituras são feitas (manual ou por sensores) e como são aplicadas as cargas (estática ou dinâmica).

Provavelmente, a Viga Benkelman é o ensaio de campo para determinação de deflexões de pavimentos mais comum entre projetistas, mas decorrente da inevitabilidade de otimização fez-se necessário o desenvolvimento de equipamentos como o FWD, que registra os resultados através de testes automatizados, descartando qualquer ingerência do operador, resultando em maior acurácia das medições. Há de se considerar ainda, a possibilidade de aplicação de

diferentes cargas e de simular de forma mais precisa os impactos de uma carga real dinâmica, a determinação completa das bacias deflectométricas e maior produtividade, visto que os testes com a viga despendem de mais tempo para serem realizados (CNT, 2017, p. 74).

Devido a diferença nos resultados, foram estabelecidos vários modelos de correlações entre ambos os equipamentos com o objetivo de permitir o emprego das deflexões obtidas com o FWD nos métodos do Departamento Nacional de Estradas de Rodagem (DNER) de projeto de restauração de pavimentos (BRASIL, 2006, p. 51).

O manual de restauração do DNIT aponta que as correlações entre deflexões características obtidas por Viga Benkelman e FWD, dependem de variados fatores e principalmente, da resposta elástica da estrutura do pavimento que está sendo avaliado. Apesar de vários projetistas terem desenvolvido diferentes correlações, estas não podem ser generalizadas, mas sim estabelecidas e aplicadas de acordo com estudos baseados em pesquisas locais e de valores relacionados a cada situação específica, mostradas no quadro 10.

Quadro 10 - Modelos de correlação entre FWD e Viga Benkelman.

Fonte: Adaptado de BRASIL (2006, p. 89).

O FWD traz a possibilidade de obter-se medidas com acurácia da bacia deflectométrica, o que permite que sejam estimados os módulos de resiliência das camadas do pavimento e do subleito favorecendo a avaliação estrutural. Essa técnica é denominada retroanálise. A figura 19 mostra os elementos que envolvem tal conceito.

Figura 19 - Esquema de dados para realização da retroanálise.

Fonte: BERNUCCI et al. (2006, p. 453).

Com o conhecimento da carga vertical aplicada geradora da bacia de deflexão, das características básicas dos tipos de materiais contidos em cada camada e suas espessuras, é possível chegar aos módulos de resiliência.