Aspectos a serem considerados na monitorização de deslocamentos e estruturas
A determinação e o controle de deslocamentos em estruturas de obras civis de grande porte envolve, na maioria das vezes, o uso de diversas tecnologias, técnicas e metodologias de medição. Quando são analisados de forma sistêmica todos os detalhes que envolvem um projeto de determinação de deslocamentos, a utilização de instrumentos de alta precisão e o emprego de uma rede adequada de pontos fixos de referência não são suficientes para se obter medidas precisas.
Assim, em um projeto deste tipo se realizará um planejamento verificando a viabilidade de se obter dados com a precisão definida pelo projetista para o caso em estudo, bem como o intervalo de tempo do fenômeno que deve ser medido. Com estas premissas acrescidas de um estudo do local pode-se definir qual, ou quais, tecnologias deverão ser empregadas para construir um sistema de mensuração, desenvolvendo-se a partir daí um projeto onde devem ser considerados: uma metodologia de medição adequada ao tipo de estrutura e ao ambiente, a logística das diversas campanhas de medições, custos, etc.
O período em que ocorrem os deslocamentos a serem medidos em uma dada estrutura é fundamental na metodologia a ser empregada. Por exemplo, no controle de deslocamentos de uma barragem, as medições são realizadas com intervalos de semanas a meses, enquanto no teste de carga de uma ponte o intervalo pode ser um curto período de tempo, quando a carga é estática, ou de frações de segundos quando a carga é dinâmica. Outro fator que requer especial atenção é a interpretação dos resultados obtidos com as medições observadas através de metodologias e equipamentos.
As tecnologias disponíveis na construção civil para a avaliação desses deslocamentos apresentam métodos convencionais de monitoramento, utilizando instrumentação constituída por extensômetros de armadura e termômetros elétricos, células de carga e extensômetros de protensão embutidos na estrutura de concreto. Quando os deslocamentos são provenientes de cargas dinâmicas gerando movimento oscilatório podem ser utilizados acelerômetros embutidos na estrutura, interferômetro laser, estações totais, etc.
Mais recentemente, tem-se verificado pesquisas sobre a viabilidade de uso da tecnologia GPS, a qual vem proporcionando resultados promissores e demonstrando versatilidade na sua aplicação no caso de cargas estáticas, estando ainda em pesquisa quanto à aplicação em cargas dinâmicas. O rápido desenvolvimento desta tecnologia tem apresentado perspectivas otimistas neste campo da engenharia de mensuração, acenando com a possibilidade de maior taxa de amostragem, automatização e determinação de deslocamentos absolutos compatíveis com aquelas obtidas com métodos convencionais.
Os deslocamentos em uma estrutura são gerados pela ação de esforços que nela atuam; provenientes, na maioria das vezes, de:
peso próprio;
variações de temperatura;
cargas ativas (estáticas e móveis), tais como o trânsito de veículos e o vento;
reações de apoio (reativas) e outras.
A transmissão desses esforços é feita através das moléculas da própria estrutura, havendo então a solicitação do material que a constitui. Neste momento pode haver alteração da posição relativa dessas moléculas, ocorrendo um deslocamento. Os deslocamentos acarretam geralmente uma deformação, que poderá ser momentânea ou permanente. Se ao cessarem ou diminuírem esses esforços, a posição relativa entre as moléculas, retornar ao estado original fica caracterizado que houve apenas um deslocamento; se por outro lado, se alterarem, de forma permanente, a posição relativa entre as moléculas, ocorreu uma deformação do material.
Partindo-se destes conceitos iniciais pode-se verificar que a primeira providência a ser tomada num projeto de determinação de deslocamentos em estruturas consiste em conhecer certas características, que devem ser fornecidas pelo projetista, tais como: a freqüência máxima modo de vibração, a magnitude esperada, a precisão na determinação das observações e os pontos, na estrutura onde devem ser realizadas as observações.
A influência do meio ambiente, do relevo e da geologia no entorno da estrutura devem ser avaliadas de forma que possam ser compreendidos seus efeitos sobre cada uma das tecnologias a empregar. No caso do GPS é necessário, por exemplo, verificar questões tais como:
Visibilidade para um número suficientemente adequado de satélites;
Fontes de multicaminhamento dos sinais;
Fontes de interferência.
A mensuração de deslocamentos requer o uso de referenciais estáveis adequadamente definidos de forma que as medidas possam manter a acurácia necessária, tanto em curto como em longo período de tempo, considerando que:
a estrutura tem longo período de duração e necessita ser monitorada durante sua vida útil;
os fenômenos que provocam os deslocamentos podem se prolongar ou ter reincidência;
medidas desconexas no tempo têm difícil interpretação e agregam incertezas nas determinações subseqüentes.
No caso da tecnologia GPS o emprego de referenciais estáveis e vinculados ao referencial terrestre é uma das necessidades para determinações de alta precisão.
Figura: Esquema de um "bench mark"
De um ponto de vista genérico, devem ser construídos "bench marks" nos casos de medições de recalque através de nivelamento geométrico e pilares com dispositivos de centragem forçada para as medições lineares, angulares e de posicionamento tridimensional (GPS), para um emprego adequado dessas tecnologias.
A referência deve ser constituída por uma monumentação estável e com centragem forçada.
Os pontos a serem observados na estrutura devem estar também, monu-mentados de forma adequada. Estes dispositivos devem ser projetados de acordo com as características de cada projeto. Essa monumentação pode ser constituída de:
Alvos dimensionados para as condições de observação e magnitude das grandezas observadas;
Prismas fixos ou removíveis, com dispositivos de centragem forçada;
Pinos com cabeça esférica para nivelamento;
Hastes e mastros para fixação de antenas.
As observações realizadas nestes casos se caracterizam por exigir condições extremas tanto dos equipamentos quanto daqueles que os operam devido ao caráter de alta precisão envolvido. Verifica-se, portanto, a necessidade de profissionais capacitados de forma que estes proporcionem um acompanhamento rigoroso e com maior sensibilidade e conhecimento na fase de coleta e tratamento dos dados, para que estes sejam confiáveis mesmo que automatizados.
Régis Fernandes Bueno é mestre em Engenharia pela EPUSP, engenheiro agrimensor pela FEAP, professor adjunto da Unisantos e diretor da Geovector Engenharia Geomática. E-mail: rfbueno@attglobal.net
