O teste de balanço e o que pode ser observado com ele

Como foi descrito no Capítulo 2, o teste de balanço de um perfilômetro, conhecido nas normas em inglês por “bounce test”, é uma maneira simples e rápida de se testar o funcionamento de algumas partes do equipamento de uma só vez e por isso, sua execução é recomendada, antes de levantamentos com perfilômetros. O teste de balanço é realizado com o equipamento devidamente montado no veículo, que deve estar parado. Sob os lasers normalmente coloca-se uma superfície lisa para evitar qualquer efeito da textura do pavimento e para realizá -lo normalmente ativa-se um software específico ou uma função determinada no

software de coleta de dados, que permite o funcionamento do sistema com o veículo

Passa-se então a balançar verticalmente o veículo, fazendo sua suspensão trabalhar por alguns segundos, enquanto o sistema grava os dados normalmente, como se o veiculo estivesse deslocando-se.

Em outras palavras, trata-se de uma coleta de dados normal em que é feita uma simulação eletrônica do hodômetro do equipamento, ou seja, simula-se que o veículo esteja realmente se deslocando a uma certa velocidade e a partir daí a coleta de dados é realizada como em uma situação normal de levantamento.

Este teste permite que se verifique de uma só vez o funcionamento dos módulos laser, dos acelerômetros e do software que controla o sistema, pois um teste de balanço correto não gerará resultados bons se algum destes três componentes estiver com seu funcionamento ou calibração comprometidos.

Este teste não sofre a influência relativa à limitação de velocidade de operação de perfilômetros, pois o software simula internamente uma velocidade adequada a seu uso, enquanto o balanço forçado do veículo representa eventuais irregularidades no pavimento.

Dentre as quatro normas analisadas no item anterior, apenas a norma do estado do Texas não inclui o teste de balanço entre os procedimentos para verificação rápida de um perfilômetro. Abaixo estão dispostas as especificações desse teste para as outras três normas e para uma pesquisa que tratou do tema.

De acordo com a norma ASTM E 950-98, um perfilômetro estaria validado se as diferenças entre as amplitudes do perfil gerado durante o processo de balanço forem menores que 1% das amplitudes nas quais o veículo foi balançado. Por exemplo, para um balanço que moveu o veículo 40 mm para baixo e 40 mm para cima, seria aceitável no perfil gerado pelo perfilômetro amplitudes menores do que 0,4 mm. Normalmente, antes da execução de um teste de balanço, os módulos laser devem ter sido checados com blocos de altura padrão. Sendo assim, poder-se-ia partir do princípio de que os próprios módulos laser estariam medindo as amplitudes corretas do deslocamento do veículo durante o teste de balanço, assim, para se executar a verificação da norma bastaria subtrair, ponto a ponto coletado, o valor registrado pelo módulo laser do valor do deslocamento vertical obtido pelas integrações

sucessivas da aceleração vertical. Esta diferença absoluta deve ser menor do que 1% do valor medido pelo módulo laser.

A norma do estado do Michigan, MTN 730-02, estabelece exatamente o mesmo critério da ASTM, ou seja, a diferença máxima de 1% entre as amplitudes do balanço e o perfil registrado pelo perfilômetro. Adicionalmente essa norma solicita que a amplitude do balanço do veículo seja registrada em papel, ou seja, com algum dispositivo mecânico ligado à carroceria do veículo que possa marcar independentemente do perfilômetro qual foi a amplitude dos movimentos desenvolvidos pela carroceria. Esta norma ainda menciona que deve ser executado também o teste de balanço previsto pelo fabricante do equipamento e que o perfilômetro deve passar em ambos os testes.

A norma AASHTO PP 49-03 usa um critério diferente das anteriores. Ao invés de comparar as amplitudes, essa norma prescreve a verificação através do cálculo do IRI. O veículo deve ser balançado, como nos demais procedimentos, enquanto o sistema deve registrar o perfil que, em tese, deveria ser um perfil plano ou muito próximo disso, como se pode perceber pelo limite de 1% estabelecido pelas normas anteriores.

Neste caso, a norma prevê que deve ser calculado o IRI do perfil coletado durante o período em que o veículo tinha sido balançado. O valor do IRI deve ser muito próximo de zero, levando em conta que a superfície para onde o laser está apontado é lisa e não está se movimentando. Como naturalmente existem alguns ruídos de medição, é aceito como bom um IRI máximo de 0,095 m/km.

A pesquisa do FHWA-LTPP Technical Support Services Contractor (2004) apresenta um critério próprio para o teste de balanço que é bastante interessante. Além de prescrever o teste de balanço nos moldes dos anteriores, essa pesquisa prescreve também um teste estático.

Em síntese, o operador deve registrar um perfil com o veículo totalmente parado – de preferência inclusive com o motor desligado e em ambiente fechado para evitar efeito de ventos, e em seguida registrar outro perfil com o veículo sendo balançado.

Em ambos os casos o documento estabelece que seja calculado o IRI tal qual a norma da AASHTO. Os limites estabelecidos de IRI são: 0,08 m/km para o teste estático e 0,10 m/km para a diferença entre os valores de IRI determinados pelos testes dinâmico e estático. Trata-se de um critério mais permissível que aquele da norma AASHTO, entretanto, com a verificação estática ele aumenta o nível de informação a respeito do equipamento, o que pode ser útil na identificação de problemas.

O teste estático, se realizado sem qualquer movimento no veículo, representa apenas os ruídos internos das medições dos sensores do sistema e a eficácia dos filtros incluídos no software, enquanto o teste dinâmico verifica se realmente está havendo a compensação correta dos acelerômetros para o movimento da carroceria, levando-se em conta já ter sido executado um teste prévio de verificação dos medidores laser.

A conclusão parcial a que se pode chegar a respeito do teste de balanço é que ele realmente é uma ferramenta simples e útil para de diagnóstico da capacidade básica de um perfilômetro em realizar medições, sendo que existem pelo menos duas formas comuns de executá-lo: através do cálculo de um índice ou através da simples comparação entre amplitude movimentada e amplitude gerada no perfil resultante . Cabe uma análise a respeito dos diferentes métodos de execução deste método de verificação rápida de perfilômetros.

Os dois últimos procedimentos relatados, que apregoam o cálculo do IRI ao invés de uma comparação entre a amplitude do balanço e a amplitude do perfil gerado, são aparentemente mais práticos que os anteriores, mas podem ser considerados um pouco pior que eles, pois nem sempre os resultados de um perfilômetro serão usados para o cálculo de um índice específico de irregularidade longitudinal. Como o IRI é um filtro para o perfil, seu cálculo pode eventualmente deixar de perceber alguma deficiência do sistema.

Um ponto que é de suma importância para quando essa verificação for realizada mediante o cálculo de um índice de irregularidade, como prescrevem as duas últimas fontes citadas, diz respeito à velocidade de simulação do veículo durante a execução do balanço. Conforme foi mencionado no início deste item, um teste de

balanço implica necessariamente em simular via software ou mesmo girando-se o hodômetro em algum sistema motorizado, o deslocamento do veículo.

É fácil perceber a importância da velocidade simulada para o teste de balanço no caso da verificação do resultado através de algum índice de irregularidade. Levando- se em conta que ao balançar um veículo uma pessoa média não consegue mudar muito a freqüência de oscilação normal dele, pois ela é limitada pelas características da suspensão, se a velocidade de deslocamento simulada no equipamento for lenta, digamos 35 km/h, a oscilação provocada representará apenas comprimentos de onda mais curtos de um perfil real; enquanto que se a velocidade simulada no veículo for muito rápida, digamos 110 km/h, a mesma oscilação representará apenas comprimentos de onda mais longos.

Dependendo das condições e das características do equipamento, seria possível em tese, que ele fosse aprovado em uma velocidade de simulação e reprovado em outra. Para o IRI, levando-se em conta as diversas informações bibliográficas existentes, um exemplo numérico desse efeito pode ser pensado de forma rápida.

Figura 4.1 – Gráfico que representa o ganho embutido no índice IRI para os diversos comprimentos de onda. Fonte: Karamihas (2002).

Considerando uma freqüência comum para a oscilação de uma suspensão veicular seja 1,5 Hz e verificando no gráfico da figura 4.1 que o maior ganho para do cálculo

do IRI seja para os comprimentos de onda de 2 metros, a velocidade mais crítica para simulação no teste de balanço seria: 2 / (1 / 1,5) x 3,6 = 10,8 km/h.

Supondo que em um determinado teste de balanço o veículo tenha sido movimentado 50 mm para cima e 50 mm para baixo e tenha gerado como saída do perfilômetro um perfil com 1% dessa elevação, ou seja, 0,5 mm para cima e para baixo, de modo que ele fosse aprovado no limite do teste de balanço da ASTM. O valor do IRI determinado para tal perfil de saída, com velocidade de simulação igual a 10,8 km/h, seria dado pelo ganho máximo (4,8), multiplicado pela amplitude do perfil de saída (0,5 mm), multiplicado por (0,64), que representa a amplitude média de uma senóide, segundo Karamihas (2002). O resultado do IRI é 1,536 m/km, ou seja, muito, mas muito maior, que o limite estabelecido pela norma AASHTO.

Suponha-se agora que a velocidade simulada no teste seja 120 km/h. Neste caso o cálculo revela que o comprimento de onda provocado pelo balanço de 1,5 Hz será de 22,2 m. Pelo gráfico, fica até difícil estimar qua l é o ganho para esse comprimento de onda, mas vamos supor que seja 0,21. O resultado do IRI seria então 0,5 x 0,64 x 0,21 = 0,0672 m/km.

Ou seja, com esse resultado o equipamento seria aprovado com tranqüilidade pelo critério da norma da AASHTO. Fica evidente assim a deficiência das normas que se baseiam no resultado de um índice, sem apresentar uma velocidade definida de simulação.

Caso realmente se deseje basear um teste de balanço em um índice de irregularidade, o melhor a se fazer é determinar qual a faixa de velocidade mais adequada para a simulação do deslocamento do veículo, tendo em vista a sensibilidade do índice de irregularidade e a freqüência de oscilação da suspensão do veículo – tarefa esta que não é muito prática.

Vale frisar que a velocidade de simulação do veículo só importa quando o resultado do teste de balanço é calculado por meio de algum índice de irregularidade. Quando o teste é feito com base na comparação de amplitudes, como especificam as normas ASTM E 950-98 e MTN 730-02, a velocidade simulada não importa, desde que ela esteja dentro da velocidade operacional indicada pelo fabricante do equipamento.

Uma última crítica em relação aos documentos analisados diz respeito à falta parâmetros para a execução desse teste. Nenhum dos documentos mencionados estabeleceu um tempo mínimo para o teste, o número de balançadas, tampouco uma amplitude mínima para os balanços. A falta de tal parametrização, embora não inviabilize o teste, pode diminuir seu significado na medida em que poderia ser possível “facilitar” a aprovação de um equipamento.

Por fim, falta ao teste prescrito pela norma ASTM a fixação de um valor fixo de ruído aceito pelo teste, pois se o veículo for balançado apenas 5 mm, o próprio ruído do sistema será provavelmente maior que 1%, o que poderia causar uma reprovação indevida do equipamento.

Com base na análise acima, conclui-se que são preferíveis testes de balanço validados pelo critério da amplitude, por serem mais abrangentes do que àqueles realizados mediante o cálculo de alg um índice de irregularidade.

Visando elaborar e verificar no equipamento desenvolvido um teste padronizado de balanço que fosse ao mesmo tempo prático, rápido e representativo para poder compor uma norma, foram imaginadas as seguintes condições:

• Veículo desligado, estacionado em superfície plana, livre de vibrações, de preferência sem ocupantes, posicionado em ambiente livre de ventos.

• Sensores laser apontados para uma superfície lisa, não reflexiva, não brilhante, de preferência com tonalidade similar ao pavimento que se irá medir.

• Teste estático (opcional) com duração aproximada de 30 segundos.

• Teste dinâmico também com duração aproximada de 30 segundos, tempo em que o veículo deve ser pressionado para baixo em pelo menos uma de suas extremidades mais próxima a um módulo laser com acelerômetro, por pelo menos 10 vezes, sendo que a amplitude sugerida para cada balançada deve ser de 30 mm.

• Caso o equipamento a ser testado não possua previsão via software para a realização dos testes, o hodômetro pode normalmente ser girado

manualmente. Isso pode ser feito levantando-se a roda do veículo que tem o hodômetro instalado e girando-se tal roda, ou mediante a retirada do hodômetro e o giro de seu eixo com a mão ou com o auxílio de uma furadeira manual, por exemplo.

• O perfil de saída usado na validação dos resultados do perfilômetro, deve ser aquele já com o cálculo da média móvel efetuada. Sugere-se o uso de média móvel com 150 mm de comprimento.

• Critérios de validação:

o Para o teste estático, o perfil resultante deve ter amplitudes menores ou iguais a 0,1 mm, ou seja, a própria resolução dos módulos laser. o Para o teste dinâmico, o perfil resultante deve ter amplitudes menores

ou iguais a 1% da amplitude em que o veículo foi balançado ou a 0,1 mm, o que for maior.

No gráfico da figura 4.2 estão dispostos os resultados de um teste de balanço realizado com a última versão do equipamento desenvolvido no âmbito desta pesquisa.

No mencionado gráfico são apresentadas quatro informações diferentes. As linhas de cor azul escuro e magenta, representam a oscilação do veículo efetivamente medida via acelerômetro e através do módulo laser, com base na escala à esquerda do gráfico. Praticamente não se vê a linha azul escuro, pois a linha magenta está sobreposta a ela, o que demonstra a boa capacidade do equipamento em compensar as oscilações da suspensão.

A linha vermelha, representa justamente a diferença entre os valores do acelerômetro e do módulo laser. Como este valor é de magnitude muito menor que o valor da oscilação, ele é representado no gráfico com a escala que está do lado direito do gráfico. Essa linha representa portanto o perfil longitudinal medido pelo perfilômetro durante o teste de balanço.

Ainda com base na escala à direita do gráfico existe a linha azul clara, que representa o perfil longitudinal obtido resultante do teste estático, que no caso, foi

realizado em um local onde houve a incidência de vento, que mesmo assim, não prejudicou o resultado. -30 -20 -10 0 10 20 30 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Distância (m) Oscilação (mm) -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Perfil Resultante (mm) Oscilação Acelerômetro Oscilação Laser

Perfil Resultante Oscilação Perfil Resultante Estático

Figura 4.2 – Gráfico que representa os resultados do teste de balanço estático e dinâmico acompanhado da amplitude de balanço.

A análise da figura 4.2 evidencia que o perfilômetro atende os critérios da norma ASTM e também o critério proposto nesta pesquisa, que é um pouco mais completo. Quando o equipamento apresentar resultados de teste de balanço muito diferentes do esperado, provavelmente existe alguma parte do equipamento que não está funcionado bem. Nesses caso pode ser útil uma limpeza nas lentes dos módulos laser a verificação da fixação do equipamento como um todo e a realização de um teste estático para ver se mesmo no teste estático o equipamento está sendo reprovado. Caso seja aprovado no teste estático, o teste dinâmico deve ser refeito para verificar se os procedimentos de limpeza e verificação surtiram efeito positivo. Quando o equipamento for aprovado no teste de balanço, o teste estático não precisa necessariamente ser executado.

Pequenas diferenças no teste de balanço podem ser devidas à calibração dos acelerômetros, à calibração dos módulos laser ou ao fato da fixação de tais sensores

não estar bem nivelada em relação ao pavimento. Caso tais diferenças pequenas ocorram, é importante verificar todas essas possibilidades e testar novamente.

4.1.3 As diferenças causadas por medidas de elevação dos perfis com