Medidores de recalques

I) Medidor de recalques telescópico (IPT)

Consiste em um tubo galvanizado de 25 mm de diâmetro, chumbado em rocha sã – considerada incompressível, em termos práticos, em relação às cargas atuantes. Possui também uma ou mais placas solidárias a tubos também galvanizados de diâmetros variados, dispostos de tal modo que tubos de diâmetros crescentes são associados a placas situadas em cotas crescentes (Cruz, 1996), como ilustrado na Figura 2.10.

Os tubos são sucessivamente instalados durante a construção do aterro, a partir do indeslocável. Cada placa é soldada a um tubo de aço que envolve outro de menor diâmetro e colocada sobre a superfície da camada. Os recalques são calculados pela variação da distância vertical entre os topos destes tubos.

Figura 2.10 – Medidor de recalques de tubos telescópicos (Cruz, 1996)

Entre as principais desvantagens, têm-se: limitações associadas à fase de construção, uma vez que esses tubos se tornam passíveis a danos nas etapas de terraplenagem; limite de quatro placas, pela necessidade de aumento crescente do

diâmetro dos tubos (maior tubo com diâmetro de 100mm); e limitação na distância vertical entre as placas, em virtude do atrito lateral e dos esforços de compressão no tubo externo.

Esta última limitação, segundo (Cruz, 1996) é minimizada pelo envolvimento dos tubos externos com graxa e fita de material plástico. Procede-se também à colocação de anel de material deformável (isopor, por exemplo) sobre as luvas de emenda dos vários segmentos. Suas principais vantagens são: a simplicidade, construtiva e de leitura; a confiabilidade; e a sua durabilidade.

II) Medidor de recalques tipo KM

Possuem o mesmo princípio de funcionamento do tipo anteriormente citado, com a substituição dos tubos telescópicos por hastes conjugadas. O tubo de referência, galvanizado, de 25 mm de diâmetro é chumbado em rocha sã. Cada placa é solidária à um segmento da haste de 10 mm de diâmetro, que é adicionado em torno do tubo de referência, à medida que o aterro é construído. Essa haste tem sua verticalidade assegurada por discos perfurados, que funcionam como espaçadores, e são mantidas livres do contato com o solo por um conjunto de segmentos de tubos galvanizados, emendados por juntas telescópicas que as envolve, Figura 2.11.

As leituras são feitas com um paquímetro específico, cujo corpo se encaixa no tubo de referência e com bico que se apoia na extremidade superior de cada haste. O cálculo dos recalques é semelhante ao do medidor de tubos telescópicos, mas para o tipo KM o número de placas pode chegar a 12 em uma única vertical. Para um número maior de placas, aumentam-se os efeitos do atrito lateral e das tensões de compressão no tubo externo.

Figura 2.11 – Medidor de recalques tipo KM (Cruz, 1996)

III) Medidor de recalques magnético

É constituído por um conjunto de anéis magnéticos dispostos ao longo de um tubo vertical de PVC rígido com emendas telescópicas. Estes anéis são também conhecidos como “aranhas magnéticas” Figura 2.12.

As leituras são feitas com um sensor eletromagnético que desce ao longo do tubo de PVC, suspenso por uma trena metálica. Ao atingir a posição de um anel, o campo magnético aciona um contato no interior do sensor e faz soar o alarme na superfície.

Cada anel permite dois pontos de leitura, um acima e outro abaixo deste, de modo que se pode optar pela leitura em relação ao ponto superior, ao inferior, ou ainda à média entre eles. Os recalques obtidos podem ser relativos, quando se relacionam as leituras obtidas em anéis consecutivos; ou absolutas, quando a leitura obtida é comparada à posição do ímã de referência, que é instalado em zona indeslocável.

Figura 2.12 – Medidor de recalques magnético (Cruz, 1996)

Suas principais vantagens consistem em: facilidade construtiva e de instalação; sensor acessível para reparos eventualmente necessários; baixo custo (o mesmo sensor pode ser usado em diversos tubos); durabilidade; e número de placas ilimitado.

IV) Medidores de recalque tipo USBR

Desenvolvido pelo United States Bureau of Reclamation (USBR, 1987), possui funcionamento semelhante ao medidor magnético. Entretanto, as leituras são feitas nas juntas telescópicas do tubo-guia, por um sistema de cunhas móveis. Essas cunhas são estruturas que se encaixam nas juntas, o que indica o ponto de leitura.

As leituras são feitas de cima para baixo e, na base do tubo-guia, é instalada uma conexão diferenciada. Esta conexão possibilita a retração das cunhas e a retirada do torpedo pelo tubo.

V) Medidores de recalques tipo caixa sueca

O funcionamento desses instrumentos é baseado no princípio dos vasos comunicantes. São instalados nos pontos onde se deseja identificar os deslocamentos verticais, tanto no interior do maciço, como nos espaldares. São constituídos por tubos protegidos por uma célula metálica, ou de PVC, inserida em uma caixa de concreto armado, esquema da Figura 2.13.

Figura 2.13 – Esquema da caixa sueca (Fonseca, 2003)

Os tubos instalados na parte superior e inferior da caixa são responsáveis, respectivamente, por sua aeração e pela drenagem da água que eventualmente transborde do tubo de leitura para o interior da caixa. Os tubos de leitura funcionam como a popularmente conhecido “mangueira de nível”. Estes tubos são saturados com água deaerada e têm uma extremidade fixa no interior da caixa e a outra conectada a um painel de leitura, com uma régua graduada afixada a ela.

Os tubos de leitura se encontram em elevações diferentes e o nível de referência para o cálculo da cota da célula situa-se na cabine de leitura. Esta cota é obtida a partir dos dois tubos, de forma independente. O que possibilita a aferição do desempenho da célula ao longo de sua vida útil.

Esse desempenho depende também da aferição do nível topográfico da cabine; da integridade do instrumento; e da ausência de bolhas e obstáculos no interior do tubo, como lodo, por exemplo.

VI) Medidores pneumáticos tipo Hall

São instrumentos que utilizam um processo análogo ao do piezômetro pneumático. São constituídos por um transdutor de pressão, conectado por dois tubos flexíveis a um painel com buretas e dotado de uma membrana de aço (diafragma). Um dos tubos é preenchido com água e pelo outro tubo é injetado o gás, sob pressão controlada.

O tubo preenchido com água é conectado a um dos lados do diafragma, sobre o qual exerce a pressão equivalente à esta coluna de água. O tubo com gás é conectado do lado oposto, com um outro responsável pelo retorno do gás à cabine de leitura e a indicação de sua pressão.

O gás é então injetado até que supere a pressão da água do outro lado da membrana e retorne para a cabine. Quando ocorre o equilíbrio de pressões, determina-se a pressão injetada, que é a mesma atuante na água. Como o peso específico da água é conhecido, pode-se calcular a altura da coluna d’água que representa a diferença entre a cota do instrumento e a cota do painel de leitura.

Destaca-se a necessidade de corrigir os valores lidos de acordo com os recalques da própria casa de leituras, que podem ser obtidos por nivelamento topográfico.

VII) Inclinômetros

A medição de recalques utilizando inclinômetros é feita de forma semelhante ao medidor do tipo USBR. O inclinômetro possui um tubo guia de alumínio, aço ou PVC, dividido em segmentos. Esses segmentos são unidos por luvas telescópicas e rebites, que impedem inicialmente a movimentação entre eles.

Após algum tempo, os rebites se rompem, devido aos recalques sofridos pelo tubo-guia. Por isso é necessário o envolvimento do tubo com manta geotêxteis, com o intuito de impedir a entrada de solo neste. As leituras são feitas por “torpedos” e

enviadas para unidades de leituras. Os “torpedos” são equipamentos que possuem dois pares de rodas opostos diametralmente, que se abrem quando alcançam as luvas telescópicas, indicando o ponto de leitura.

A instalação deste instrumento é feita continuamente, desde o início da construção, com a fixação do primeiro tubo-guia em um ponto indeslocável. Os inclinômetros podem ser instalados na horizontal, na vertical, ou inclinados. Seu tubo- guia possui quatro ranhuras diametralmente opostas, pelas quais passam os rolamentos do torpedo.

Quando na horizontal ou em planos inclinados, os recalques são determinados pela soma dos deslocamentos calculados a partir das leituras de deflexões em relação à horizontal. O deslocamento vertical em um dado segmento é dado por:

𝛿_𝑖 = 𝐿. 𝑠𝑒𝑛𝜃_𝑖

Sendo L o segmento de leitura e θi é o valor do ângulo dado pelo sensor, como

ilustrado na Figura 2.14. Dessa forma, o deslocamento vertical total na seção estudada é igual à soma dos deslocamentos verticais calculados para seus segmentos (𝛿i).

Figura 2.14 – Esquema de funcionamento do inclinômetro instalado na horizontal (Fonseca, 2003)

Quando o inclinômetro é instalado na vertical, o recalque em cada segmento é medido por um equipamento conhecido como “pescador”. Quando é instalado em um plano inclinado, o equipamento é conhecido como “aranha”. Quando instalado em um plano inclinado, o recalque é calculado pela relação entre as inclinações obtidas pelo torpedo e as leituras obtidas pelos sensores (“aranhas”).

Com o inclinômetro na posição vertical, o “pescador” desce pelo tubo, suspenso por uma trena. Quando alcança a base de cada segmento do tubo, esta sonda se prende à estrutura (posição de leitura), Figura 2.15. O recalque é determinado pela variação da cota de cada segmento do tubo-guia.

Figura 2.15 – Inclinômetro na posição vertical e posicionamento do “pescador” (Fonseca, 2003)

VIII) Marcos superficiais

São instrumentos utilizados como referência para a obtenção de deslocamentos verticais e horizontais. São instalados na superfície do aterro, em pontos de interesse, regiões da crista, talude de jusante e bermas.

Os marcos superficiais são constituídos por barras de aço chumbadas em blocos de concreto com 0,3m de diâmetro e 1,2m de profundidade. Na parte superior da barra é instalada uma semiesfera, como ilustrado na Figura 2.16.

Figura 2.16 – Marcos superficiais

A medição dos deslocamentos é feita por meio de levantamentos topográficos. Os pontos de referência são marcos instalados em pontos considerados indeformáveis, fora da área da barragem. Por serem de fácil acesso e ficarem expostos, esses instrumentos são susceptíveis a danos. Entretanto, suas leituras são satisfatórias e o seu custo é relativamente baixo para um número não muito elevado de instrumentos.