Equipamentos de Carregamento por Impulso

Segundo CARDOSO (1992) a necessidade de melhorar os métodos de avaliação não destrutiva de pavimentos promoveu o desenvolvimento de diferentes tipos de equipamentos para ensaios defletométricos visando: aumentar a acurácia das medidas; aumentar a produtividade em termos de número de ensaios por dia de trabalho; simular, de forma mais real possível, as condições de carregamento do tráfego (magnitude, forma e tempo equivalente de carregamento); simplificar a operação e interpretação dos resultados; e procurar reduzir o custo dos ensaios.

De acordo com MEDINA e MOTTA (2005), uma categoria de equipamento de medida de deflexão foi desenvolvida na década de 1980, como um resgate e uma melhoria do ensaio de placa tradicional: os equipamentos por impacto. Estes utilizam o carregamento dinâmico transiente em que um peso batente em queda choca-se contra uma placa circular inteiriça ou segmentada e se medem as deflexões segundo um alinhamento que passa pelo centro da placa. Utilizam-se sensores – geofones ou LVDTs – presos a uma barra transversal de suporte. Este equipamento se designa por FWD ou deflectômetro de impacto (Figura 2.11).

18

Figura 2.11: Exemplos de deflectômetro de impacto tipo FWD e esquema das medições de deformações elásticas (MEDINA E MOTTA, 2005).

Neste trabalho serão estudados equipamentos tipo FWD utilizados para controles deflectométricos no Brasil e por ser o objeto principal desta pesquisa resolveu-se dedicar um capítulo para este tipo de equipamento detalhando também os procedimentos de calibração dos sensores, repetibilidade e reprodutibilidade.

19

3 Falling Weight Deflectometer (FWD)

O Falling Weight Deflectometer (FWD) é um deflectômetro de impacto projetado para simular o efeito da passagem de uma carga de roda em movimento no pavimento. A medida de deflexão é obtida pela queda de um conjunto de massas, a partir de alturas pré-fixadas, sobre um sistema de amortecedores de borracha. Este sistema foi especialmente projetado para tornar o pulso de carga recebido pelo pavimento, o mais próximo possível de uma senóide. Igualando- se a energia potencial da massa, antes de sua queda, com o trabalho desenvolvido pelos amortecedores de borracha, depois da queda, pode-se conhecer a força de pico exercida sobre o pavimento (CARDOSO, 1995).

O impacto causado pela carga no pavimento (Figura 3.1) simula a passagem de uma carga de roda a uma velocidade entre 60 e 80km com uma duração de 25 a 33 milissegundos.

Figura 3.1: Deflectômetro de Impacto (DNIT, 2006)

Os deslocamentos recuperáveis gerados na superfície do pavimento (bacia de deflexões) são medidos por sensores instalados ao longo de uma barra metálica (Figura 3.2) e um na própria placa circular. Estes sensores podem ser sismômetros, que são

20

transdutores de deslocamento, geofones, que são transdutores de velocidade, ou acelerômetros (MACEDO E RODRIGUES, 2003).

Figura 3.2: Sensores de medida de deflexão de um FWD.

O veículo de teste do FWD conta com um computador que, além da distância percorrida mensurada por um odômetro de precisão, simultaneamente armazena as deflexões medidas, temperatura da superfície do revestimento, temperatura do ar, altura de queda, massa e rigidez do pavimento. (CARDOSO, 1995).

A força de pico aplicada ao pavimento, por meio da placa de carga pode ser calculada pela fórmula seguinte:

Mghk

F 2 (1)

Onde:

F = Força de pico

M = Massa do peso que cai g = Aceleração da gravidade h = Altura de queda

21

Deve-se distinguir o nível de carga nominal do nível de carga real. O nível de carga nominal é determinado através da expressão (1), e o nível de carga real é medido pela célula de carga sendo função da massa, da altura de queda, rigidez e temperatura do pavimento.

A introdução no Brasil de um deflectômetro FWD Dynatest foi em 1988, e foi determinante para o avanço das análises mecanísticas dos pavimentos em uso, por permitirem medidas automáticas, rápidas e precisas das bacias deflectométricas. Desde então dois modelos principais têm sido utilizados no país: Dynatest e Kuab.

De acordo com FONSECA (2013), até 2003, haviam nove equipamentos FWD disponíveis no Brasil. Entretanto, após 2005, com a contratação de várias empresas para realização de projetos do CREMA 1ª e 2ª ETAPAS, em especial após 2009, quando foram contratados mais de 40.000 quilômetros de projetos de rodovias do tipo CREMA 2ª ETAPA, várias empresas adquiriram equipamentos FWD, porque houve remuneração diferenciada nestes contratos baseada no prazo menor para realização dos levantamentos de campo. É possível que existam operando no país cerca de 30 equipamentos deste tipo atualmente.

Em 2010, a Norma DNIT 132/2010 - PRO foi preparada pelo Instituto de Pesquisas Rodoviárias e estabelece a sistemática a ser empregada na calibração e controle de deflectômetro do tipo “Falling Weight Deflectometer” (FWD). Foi elaborada tomando como base a norma AASHTO-R32-03 (2008/1): Standard recommended practice for calibrating the load cell and deflection sensor for a “Falling Weight Deflectometer”.

Segundo MACEDO E RODRIGUES (2003), pode-se citar como vantagens e limitações na utilização do FWD:

Vantagens

• As deflexões por ele produzidas são as que mais se aproximam das geradas por um caminhão em movimento obtidas por medidas a partir de acelerômetros instalados no pavimento.

22

• Permite avaliar a não linearidade dos materiais constituintes do pavimento, através da variação da carga aplicada.

• Apresentam acurácia e repetibilidade em qualquer tipo de estrutura de pavimento.

• Registro automático da temperatura (ambiente e revestimento) e da distância do ponto medido.

Limitações

• A presença de uma camada rígida no subleito pode alterar a bacia de deflexões, embora também possa influenciar os resultados de quaisquer outros ensaios não destrutivos de medida de deflexões.

• A aceleração produzida pela carga do FWD é maior que a de uma carga de roda em movimento, podendo a inércia da massa do pavimento desempenhar um papel importante para o FWD, sendo desprezível para uma roda em movimento embora aparentemente este fato não pareça influenciar a boa concordância das deflexões medidas.

• Necessidade de calibração frequente. • Custo de aquisição.

Deve-se ter uma atenção especial com a aferição dos equipamentos, principalmente com os sensores de carga e dos sismômetros / geofones.

De acordo com CLEMÉN (2010), a fim de melhorar a análise de medições, os equipamentos FWD mais modernos tem-se frequentemente o uso de até 18 geofones.

23

Figura 3.3: Posicionamento de 17 geofones no FWD (CLEMÉN, 2010).

Figura 3.4: Bacia de deflexão obtida por 17 geofones (CLEMÉN, 2010).