Os levantamentos deflectométricos têm por objetivo auxiliar na análise do comportamento dos pavimentos por meio da avaliação de sua condição estrutural, sendo a deflexão da superfície uma das respostas do pavimento quando sujeito a aplicação de cargas temporárias.
Durante a fase inicial do uso das deflexões como parâmetro para a avaliação da vida útil de um pavimento, procurou-se associar a magnitude da deflexão máxima com a vida de um pavimento, geralmente expressa em número de repetições permitidas e expressa por meio de um critério empírico de falha/ruptura.
Posteriormente, pesquisas realizadas concluíram que a deflexão máxima era insuficiente para caracterizar a condição estrutural dos pavimentos, ficando evidente que uma única relação entre a vida do pavimento e a deflexão máxima não seria válida para todos os tipos de revestimentos flexíveis. Os estudos realizados demonstraram que o processo de deterioração dos pavimentos não dependia somente da deflexão máxima, mas também de como ocorria a distribuição das tensões na estrutura da rodovia. Sendo assim, foram desenvolvidos e incorporados outros parâmetros na avaliação do comportamento estrutural do pavimento: o raio de curvatura e a bacia de deflexão.
O Raio de curvatura (Rc) surgiu como elemento complementar nas análises dos levantamentos com a viga Benkelman para indicar a capacidade do pavimento em distribuir as tensões das cargas do tráfego. Trata-se de um importante parâmetro de análise, pois diferentes estruturas de pavimento podem apresentar a mesma deflexão máxima e possuírem condições estruturais bem distintas. A forma da bacia indica a aptidão da estrutura em receber e distribuir as tensões para as camadas subjacentes.
Entre os diversos métodos existentes para a determinação do Raio de Curvatura,o mais utilizado é o método da parábola do segundo grau adotado pelo DNER-ME 61/79 e que é dado pela seguinte equação:
Rc= 3125
D0 D25 (2.19)
Onde:
Rc= Raio de Curvatura, m
D0= Deflexão máxima, sob o ponto de aplicação da carga, (10-2mm) D25= Deflexão a 25 cm do ponto de aplicação da carga, (10-2mm)
Valores baixos de raios de curvatura indicam que a estrutura de pavimento apresenta baixa capacidade de distribuição de tensões, ou seja, que a mesma está sujeita a deformações elevadas. Valores de raio de curvatura elevados indicam boa capacidade de distribuição de tensões, o que significa que a estrutura de pavimento está sujeita a deformações reduzidas. De maneira geral, considera-se que raios maiores que 100m (DNIT, 2006a) indicam boa capacidade estrutural, enquanto valores abaixo deste indicam problemas estruturais no pavimento.
Uma bacia de deflexão consiste num conjunto de deflexões medidas a diferentes distâncias do ponto de aplicação da carga, como mostra a Figura 2.15. Como se verá adiante, a bacia de deflexão pode ser utilizada, através de técnicas de retroanálise, para a estimativa dos módulos resilientes médios dos materiais empregados na estrutura do pavimento.
Figura 2.15 – Bacia de deflexão (FABRÍCIO et al, 1988).
O formato das bacias de deflexão é função tanto do carregamento aplicado na superfície como das características geométricas e elásticas das diversas camadas que compõem o pavimento. Como mostra a Figura 2.15, durante o carregamento, a pressão vai se distribuindo na estrutura de pavimento, formando um cone de distribuição. Desse modo, a deflexão no ponto de aplicação da carga depende de todas as camadas do pavimento, enquanto que as deflexões referentes aos pontos intermediários são função das camadas de base, sub-base e subleito. Quanto aos pontos mais afastados da carga, as deflexões dos mesmos correspondem praticamente somente à resposta do subleito ao carregamento imposto.
Existe uma grande variedade de equipamentos para levantamentos deflectométricos. Geralmente, os equipamentos existentes para medida da deflexão são classificados de acordo com o modo de aplicação da carga em:
• Equipamentos estáticos;
• Equipamentos vibratórios;
• Equipamentos por impulso; e,
• Equipamentos por método de propagação de ondas
Os equipamentos estáticos caracterizam-se por medirem as deflexões do pavimento sob uma carga estática ou sob a passagem lenta de uma carga de roda. Enquadram-se nesta categoria a viga Benkelman, o La Croix deflectometer, o California travelling deflectometer, sendo estes dois muito semelhantes à viga Benkelman, diferindo no processo automatizado de medição e registro de leituras.
A viga Benkelman é composta essencialmente de uma parte fixa e uma viga móvel. A parte fixa é apoiada no pavimento por meio de três pés, sendo um regulável. A viga é acoplada a parte fixa por meio de uma articulação, ficando uma extremidade da viga em contato com o pavimento (ponta de prova). A outra extremidade é dotada de um extensômetro com sensibilidade de centésimo de milímetro. A viga também é equipada com um pequeno vibrador, cuja função é vencer o atrito entre as peças móveis e evitar eventuais inibições do ponteiro do extensômetro. Maiores informações sobre o funcionamento da viga Benkelman podem ser encontradas em DNIT (2006a).
Figura 2.16 – Esquema da Viga Benkelman (DNIT, 2006a).
No Brasil, a maior parte dos levantamentos deflectométricos são realizados com a viga Benkelmann devido à sua simplicidade operacional e ao seu baixo custo de aquisição e manutenção. No entanto, as medidas realizadas com a viga apresentam um grande problema que é a falta de repetibilidade de suas leituras, as quais são fortemente influenciadas por fatores como (ROCHA FILHO e RODRIGUES (1996)):
• habilidade do motorista;
• condições mecânicas do veículo (embreagem e freios),
• experiência, habilidade e coordenação da equipe responsável pelas leituras;
• temperatura ambiente e temperatura do revestimento, tendo a camada asfáltica um forte componente viscoelástico no seu comportamento reológico;
• irregularidade na superfície das camadas, principalmente nas medidas sobre camadas granulares;
Os equipamentos vibratórios são caracterizados por aplicarem cargas dinâmicas, produzindo uma vibração harmônica estável no pavimento e medirem as deflexões sísmicas em vários pontos da superfície do mesmo por meio de sensores sísmicos (geofones), desse modo permitindo a determinação dos módulos de elasticidade dinâmicos dos materiais das camadas, por retroanálise das bacias medidas. Nessa categoria, enquadram-se o Dynaflect, o Road Rater e o WES-16 Kip.
Nos equipamentos por impulso, o carregamento aplicado na superfície do pavimento é obtido através do impacto de um peso em queda livre. O peso cai sobre uma placa, a qual transmite a força ao pavimento. Um exemplo de equipamento dessa categoria é o Falling Weight Deflectometer (FWD). Trata-se de um equipamento de alta precisão, cujo princípio de funcionamento é bastante simples: um conjunto de pesos cai em queda livre de uma altura especificada sobre um sistema de amortecedores de borracha, que transmitem a força aplicada a uma placa circular apoiada no pavimento, causando deflexões que são automaticamente registradas por sensores posicionados radialmente na superfície do pavimento. O equipamento foi projetado para que o pulso de carga gerado pelo impacto da carga no pavimento possa simular uma deflexão no pavimento semelhante ao efeito causado pela passagem de uma carga de roda a uma velocidade de 70 à 80 km/h. Sete sensores sísmicos, dispostos radialmente em relação ao ponto de aplicação da carga, registram a superfície deformada do pavimento e uma célula de carga especialmente projetada registra o carregamento real a que foi submetido o equipamento. A Figura 2.17 apresenta uma representação esquemática do equipamento em funcionamento
O FWD tem sido cada vez mais utilizado devido à sua versatilidade, rapidez, grande produtividade e exatidão dos dados obtidos. Outra de suas vantagens diz respeito ao registro automático das deflexões e bacias de deformação, facilitando a coleta de informações.
Figura 2.17 – Representação esquemática do equipamento FWD (DNIT, 2006a).