GPR – Ground Penetrating Radar

Reforçando a tendência de utilização de técnicas não destrutivas para avaliação de pavimentos a Engenharia buscou nas investigações geofísicas a ferramenta do radar de penetração no solo ou Ground Penetrating Radar (GPR).

Segundo Rodrigues (2004) o método utilizado pelo GPR teve início de aplicação na década de 1930 com objetivos voltados à caracterização de ambientes com gelo. A utilização desta tecnologia ficou limitada por restrições instrumentais até o final da década de 1950 e apenas a partir da década de1960, os interesses relacionados ao uso do método do GPR foram retomados associados às investigações e desembarques lunares. Da década de 1980 até os dias atuais, o método GPR se consolidou, passando a ser utilizado como uma ferramenta auxiliar vinculada a diversos objetivos, tais como: testes não destrutivos para caracterização de estruturas enterradas (tubulações, containers), estudo de sítios arqueológicos, avaliação de túneis e estradas, estudo de contaminação ambiental, mapeamento estratigráfico detalhado, localização de corpos enterrados, entre outras (Daniels4, 1996; Conyers e Goodman5, 1997 apud Rodrigues, 2004).

No campo da pavimentação a utilização do GPR, segundo registros na literatura, iniciou na década de 1990 e se presta à identificação das espessuras das camadas do pavimento, a verificação das condições dos materiais das camadas, a investigação da presença de vazios sob placas de cimento entre outros aspectos. Na figura 2.8 pode-se verificar o princípio de atuação de um GPR na estrutura do pavimento.

O método GPR baseia-se na propagação de ondas eletromagnéticas em altas freqüências (1 MHz a 2500 MHz). Uma antena transmissora dipolar disposta sobre a superfície emite pulsos eletromagnéticos para dentro da Terra; ao encontrar mudanças nas propriedades físicas (elétricas e magnéticas) entre os materiais em subsuperfície, o sinal é refletido e registrado em tempo duplo (tempo de ida e volta) por outra antena receptora, também disposta na superfície. As ondas refletidas recebidas pela antena receptora são convertidas em sinais elétricos e transmitidas para a unidade de controle, amplificadas, registradas e

4 _{Daniels, D.J (1996). Surface penetrating radar. The instruction of Electrical Engineers. London, United}

Kingdom, 300 p.

5 _{Conyers, L.B.. & Goodman, D. (1997).Ground Penetrating Rasar: An introduction for archacologiscts.}

gravadas em um computador. As medidas de tempo de percurso das ondas eletromagnéticas são efetuadas ao longo de uma linha e, quando justapostas geram uma imagem detalhada do perfil estudado.

Figura 2.7 - Princípio de funcionamento do GPR na estrutura do pavimento Fonte: Gonçalves e Ceratti (1998)

É importante ressaltar que o GPR por si só não quantifica e avalia as estruturas sondadas, sendo este trabalho de inteira responsabilidade do avaliador que através de metodologia adequada apoiada num programa computacional específico, traduz os sinais do radar em um diagnóstico do perfil de solo. Na figura 2.9 está apresentado um exemplo de radargrama (posição em m versus tempo de viagem da onda em ns) com identificação das camadas do pavimento (Revestimento, base e subleito) feita pelo avaliador da imagem Eumar Dantas Júnior da Strata Engenharia.

A penetração do sinal de radar está condicionada primeiramente pelas propriedades elétricas dos materiais (condutividade/resistividade elétrica) e também pela freqüência do sinal emitido. Em situações de baixa condutividade elétrica o sinal do radar pode atingir profundidade superiores a 20,0m, porém em materiais como argilas condutivas a penetração pode estar limitada a profundidades inferiores a 1,0m. A freqüência também está diretamente ligada à capacidade de penetração dos sinais do radar, quanto maior é a freqüência é maior a acurária dos resultados e menor a capacidade de penetração, caso o objetivo seja penetração em maiores profundidades deve-se utilizar freqüências menores, na faixa de 10 a 200MHz.

Figura 2.8 - Radargrama (tempo de viagem da onda eletromagnética em ns versus a posição horizontal em m) do perfil de um pavimento rodoviário

Fonte: Strata Engenharia

No caso dos pavimentos, equipamentos que usam duas antenas de frequência variadas podem ser mais efetivos visto que uma delas pode atingir profundidades maiores e a outra apresentar mais detalhes das pequenas profundidades onde se encontra o revestimento, por exemplo, camada de grande interesse na interpretação da qualidade de um pavimento (Motta et al., 2009).

No que diz respeito a utilização do radar em pavimentação pode-se citar os estudos realizados por Maser et al. (1994)6 apud Gonçalves e Ceratti (1998) que apresentam avaliação dos resultados obtidos com o GPR e da metodologia de interpretação adotada em 46 diferentes seções de pavimentos localizados em 12 estados americanos, apontando uma acurácia em torno de 7,5% para espessuras das camadas de revestimentos asfálticos e em torno de 12% para espessuras da camadas granulares de base quando os resultados do

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Maser, K.R.; Scullion, T., Roddis, W.M., Fernando, E. (1994). Radar for Thickhess Evaluation”, Nondestructive Testing of Pavements and Backcalculation of Moduli. 2nd _{ASTM, Philadelphia¸ p. 343-360.}

levantamento com GPR foram correlacionados com as espessuras obtidas através da extração de corpos de prova do pavimento.

O GPR é muito útil na Engenharia de pavimentos porque consiste numa forma não destrutiva de determinação das espessuras das camadas do pavimento sem que haja interferência significativa com o tráfego da rodovia. Também possibilita a inspeção da estrutura do pavimento de forma contínua melhorando a demarcação dos segmentos homogêneos. Deve-se ressaltar que quando duas camadas apresentam materiais semelhantes, como duas camadas asfálticas ou sub-base e subleito de materiais semelhantes, a detecção da interface entre elas é mais difícil, por apresentarem constantes dielétricas parecidas.

Na figura 2.10 estão apresentados partes de um sistema completo semelhante ao que foi utilizado na presente pesquisa que será mostrado no Capítulo 3.

Segundo Gonçalves e Ceratti (1998) e Margarido et al. (1998) os resultados obtidos pelo GPR podem ser utilizados pelo Engenheiros de pavimentos como complemento das seguintes atividades:

• Inventário de pavimentos em nível de rede;

• Retroanálise de levantamentos deflectométricos realizados com FWD ou viga Benkelman;