Tensões

A concepção do plano de monitoramento comprendeu ainda a avaliação do comportamento da solução de estabilização implantanda na encosta, composta por um sistema ancoragens passivas (grampos) e uma tela metálica, cuja descrição será apresentada no Capítulo 3. Foram

analisados os sensores disponíveis para medir carregamentos e deformações nos grampos bem como a viabilidade da medição de deslocamentos na tela metálica.

Os principais instrumentos utilizados para medição de carga e tensão nas estruturas são as células de carga e os strain gages. Ambos utilizam transdutores para medir pequenas extensões e compressões. A utilização de células de carga consiste em posicioná-las dentro de uma estrutura de modo que os esforços existentes naquele elemento necessariamente passem por ela, possibilitando assim sua medição. Os strain gages, por sua vez, podem ser posicionados diretamente na superfície da estrutura, ou incorporados dentro da mesma (DUNNICLIFF, 1988).

Na geotecnia, as células de carga são amplamente utilizadas em provas de carga em estacas, poços perfurados e tirantes. Podem ainda ser utilizadas para monitorar cargas permanentes e temporárias em protensão. Os extensômetros são normalmente utilizados onde as células de carga não podem ser interpostas na estrutura, por razões de geometria, capacidade, economia ou onde a carga e a tensão podem ser calculadas com precisão adequada a partir do conhecimento da relação entre tensão e deformação, ou seja, o módulo de elasticidade e geometria do material em que estão instalados (DUNNICLIFF, 1988).

Existem diversos modelos de strain gages, dentre os quais pode-se citar: portáteis com indicadores (ou mecânicos), “telltales”, de corda vibrante e os sensores de resistência elétrica.

Todos estes modelos têm seu princípio de funcionamento baseado na Lei de Hooke, ou seja, em uma relação entre tensão e deformação, considerando ainda que os metais sofrem alteração em sua resistência elétrica quando submetidos a uma deformação. Com base nesse contexto, é possível obter uma relação entre a variação de resistência e a deformação.

Os sensores mecânicos têm como vantagens sua simplicidade, baixo custo, facilidade para procedimentos de calibração, que podem ser realizados a qualquer momento, e desing robusto (Figura 23). Além disso, estes modelos não necessitam de cuidados para fixação de peças delicadas na estrutura de medida, bem como não precisam ser impermeabilizados. Por se tratar de um medidor portátil, entretanto, sua instalação limita-se a locais de fácil acesso, além de não serem necessários maiores cuidados durante a leitura. Quanto às dimensões, normalmente apresentam um comprimento entre 50-2000 mm, podendo realizar leituras acima de 50.000 microstrain com uma precisão que varia entre ±5-200 microstrain.

(a) (b) Figura 23 - Strain gage mecânico – (a) modelo analógico e (b) digital

FONTE: ATICO, 2012

Os strain gages tipo “telltales” são compostos por cordas, fios ou tubos tensionados, fixos na extremidade interna (ponto de medida) e livres na superfície externa (face dos taludes), montados ao lado ou dentro de um membro estrutural para indicar mudança no comprimento do membro. Classificam-se normalmente como medidores de deslocamentos, porém suas alterações de comprimento podem ser convertidas em deformações, sendo então classificados como strain gages. Consistem de dispositivos simples e de baixo custo, cujas leituras podem ser manuais ou remotas. Apresentam uma faixa de leituras ilimitada, com precisão variando entre ± 25 e 400 microstrain.

Cita-se ainda os strain gages de resistência elétrica, que são dispositivos utilizados para medir deformação a partir da variação da resistividade. Permitem a automação das leituras, bem como o monitoramento de deformações dinâmicas. Como limitações, são afetados tanto pela sua deformação como pela variação de temperatura. A variação da resistência devido à dependência da resistividade do material com a temperatura acarreta numa "deformação aparente induzida termicamente", que produz erro no valor da deformação real. O processamento das leituras é feito convertendo variações de tensão muito pequenas (em V) em carga, dificultando a determinação da carga com uma precisão desejada. Além disso, ao utilizar comprimentos de cabos de maior extensão para sua conexão a unidades remotas de leitura, ocorre queda de tensão no cabo, gerando erros de leituras. Ressalta-se que esses

sensores devem ser impermeabilizados e protegidos contra descargas elétricas podem ser utilizados, entretanto, para leituras de deformações dinâmicas de alta frequência.

Cada sensor possui comprimento variando entre 50-350 mm, com uma faixa de leituras típica de 3000 microstrain e precisão de ±5-50 microstrain.

Os modelos de célula de carga disponíveis são bastante semelhantes aos de strain gages dentre as quais pode-se citar: mecânicas, hidráulicas, de resistência elétrica e de corda vibrante. As células de carga mecânicas são compostas por um sistema de alavanca de torção ou por uma mola elástica copo. Assim como nos strain gages mecânicos, a deformação é detectada por um indicador analógico, que deve ser previamente calibrado. Como desvantagens cita-se a necessidade de acesso ao local para leituras, baixa precisão (± 2-10%) e eventuais perdas de elasticidade da mola com o tempo.

Os modelos hidráulicos consistem em uma câmara plana cheia de líquido conectada a um transdutor de pressão. Apresentam a desvantagem de sofrer interferências devido à expansão e contração do líquido quando expostas a variações de temperatura. Além disso, a precisão desses modelos é reduzida (± 2-10%).

As células de carga de resistividade elétrica apresentam as mesmas características descritas para os strain gages de resistência elétrica, sendo o principal fator limitante para o presente estudo de caso o sinal de saída em tensão (V). Existem ainda células de carga fotoelétricas, cujas leituras não são diretas (numéricas) e sim baseadas em faixas de luz, representando uma maior dificuldade aos usuários.

Quando comparadas aos demais modelos, as células de carga de corda vibrante têm como vantagem a possibilidade de automação de suas leituras, que pode ser realizada mesmo com grandes comprimentos de cabos, sem perder a precisão dos dados, pois são obtidas em forma de frequência.