Marka Değeri Bileşenleri

Uma pergunta recorrente sobre os perfilômetros inerciais é a respeito de calibração. Tal preocupação, embora plenamente justificável, deve-se ao estigma que sempre sondou os medidores de irregularidade do tipo resposta, que têm um processo de calibração moroso e por isto dispendioso.

A calibração de um perfilômetro inercial é muito diferente da calibração de um medidor do tipo resposta. Enquanto em um medidor do tipo resposta a calibração é uma correlação entre a medida gerada pelo equipamento e o resultado da irregularidade obtida por um método estático, em um perfilômetro inercial isto não faz sentido algum.

Como o próprio nome diz, um perfilômetro inercial é um medidor de perfil, enquanto um medidor do tipo resposta não é. Isto faz toda a diferença no aspecto calibração. Outro aspecto que faz muita diferença e não permite uma calibração por correlação, nem que seja uma correlação do perfil, diz respeito às diferenças que existem entre os perfis medidos com este tipo de perfilômetro e os perfis obtidos estaticamente – simplesmente não é possível obter um modelo de correlação para corrigir um perfil obtido por um perfilômetro.

É justamente por isto que se costuma dizer que ou um perfilômetro inercial funciona e gera perfis bons o bastante para se calcular os índices de irregularidade corretamente, ou simplesmente ele não funciona. Corrigir valores medidos por um perfilômetro é algo praticamente inexeqüível.

Isto tudo não quer dizer que um perfilômetro inercial não possa ser calibrado. Em um perfilômetro o que pode ser calibrado, individualmente , são seus componentes: módulos laser, acelerômetros e hodômetro.

Os módulos laser (sensores de distância entre o veículo e o pavimento ) podem ser calibrados como qualquer outro instrumento dimensional, ou seja, pela comparação com outro instrumento calibrado. Um paquímetro digital acoplado a um dispositivo específico pode ser uma boa escolha para calibrar um medidor a laser com resolução de 0,1 mm.

Os sensores de aceleração podem ter uma parte do seu curso facilmente verificada com o uso de um inclinômetro/transferidor, uma vez que quando apontado perpendicularmente para baixo, um sensor de aceleração vertical deve marcar a força gravitacional; quando apontado perpendicularmente para cima, deve registrar um valor negativo da força gravitacional, sendo que os valores intermediários são naturalmente relacionados ao seu ângulo de inclinação. Outras possibilidades de calibração mais complexas para os acelerômetros, dependem de simuladores que possuam acelerômetros calibrados.

Finalmente, a calibração do sensor de deslocamento é realizada trafegando-se com o veículo por um trecho de comprimento conhecido.

Com todos os sensores calibrados e funcionando corretamente, o que se pode fazer para verificar o funcionamento do perfilômetro como um todo é uma correlação entre um perfil gerado por ele e uma outra medição do mesmo perfil realizada por outro equipamento padrão. Tal comparação deve ser executada dentro de um processo padronizado, que possui nuances que podem afetar bastante os resultados, por isso um item todo do Capítulo 4 será dedicado a este assunto, sendo que na mesma oportunidade se abordará também a verificação de perfilômetros quanto à repetitividade de seus resultados.

Embora seja possível uma verificação inicial de perfilômetros inerciais através da simples comparação dos resultados de algum índice de irregularidade medido com equipamentos diferentes, tal qual a comparação efetuada em bases na Rodovia Anhangüera (item 3.3), estudos posteriores evidenciaram que a correlação entre perfis é um tipo de verificação muito mais completa, na medida em que perfis com

conformações diferentes podem apresentar eventualmente os mesmos resultados de determinado índice de irregularidade.

É importante frisar que índices de irregularidade obtidos a partir do perfil medido por um perfilômetro inercial não podem e não devem ser corrigidos, sob pena de piorar ou falsear os resultados. Esta impossibilidade de correção dos perfis se deve ao fato de que cada ponto do perfil medido depende da medição efetuada por pelo menos dois sensores diferentes e da resposta desses sensores a determinada condição instantânea do pavimento no momento em que os dados foram capturados. Se um perfilômetro foi verificado quanto a seu funcionamento geral e também quanto à exatidão das medidas de seus sensores, e tudo estava adequado, não há nada que possa ser feito depois que um perfil foi medido para corrigi-lo. Em caso de dúvida, o recomendável seria verificar o equipamento outra vez e medir o trecho novamente. Há registros também da utilização de simuladores de vibrações visando verificar o funcionamento de perfilômetros inerciais, como explica Schwartz et al. (2002). Naturalmente este tipo de verificação é mais complexo e demanda equipamentos especiais de simulação, sendo aplicável somente em estudos específicos.

Os resultados finais de um bom perfilômetro inercial quando verificados, devem se mostrar repetitivos e sem tendência pronunciada em relação a um perfil medido com equipamento padrão ou ao valor da irregularidade resultante de tal perfil. Se isto acontecer, quer dizer que se trata provavelmente de um bom equipamento.

Normalmente, além dos tipos de calibração e verificação informados, que podem ser feitos em espaços mais largos de tempo, ou quando houver alguma dúvida em relação ao bom funcionamento do equipamento, um perfilômetro inercial geralmente permite pequenas verificações dos sensores que podem ser feitas mais freqüentemente , ou mesmo antes de cada avaliação.

Este tipo de checagem normalmente pode ser feita em cada um dos módulos laser do equipamento de forma independente , com o uso de blocos padrão de dimensões conhecidas, que podem ser colocados sob cada laser, para verificar a exatidão das medidas geradas.

Além disso, perfilômetros inerciais em geral permitem nos softwares de coleta de dados que um operador bem treinado possa observar qualquer anomalia imediatamente durante o levantamento, acompanhando as medições e eventuais erros de todos os sensores, além de ser possível verificar a velocidade de deslocamento e o valor de algum índice de irregularidade. Todas estas informações diminuem a possibilidade de erros do equipamento passarem despercebidos.

Ainda em comparação com os medidores do tipo resposta, os componentes de um perfilômetro inercial levam vantagem por não possuírem partes móveis, ou seja, a menos que sofram algum impacto ou mau uso, dificilmente perdem a calibração ou se desgastam facilmente.

Por fim, é importante mencionar um método de verificação do funcionamento de boa parte de um perfilômetro inercial que está presente na norma ASTM E 950-98, no item que trata dos procedimentos a serem adotados antes de qualquer medição – trata-se do “teste de balanço”.

Este teste é feito com o veículo parado e consiste em ativar uma função especial do

software de coleta de dados, que passa a simular internamente as leituras do

hodômetro como se o veículo estivesse trafegando a determinada velocidade, por exemplo, 80 km/h. Normalmente coloca-se uma superfície plana e lisa sob o laser dos sensores e o sistema passa a registrar a medida de todos eles como em um levantamento normal, enquanto um dos operadores balança o máximo possível a parte do veículo onde estão instalados os módulos laser e acelerômetros.

Isso deve ser feito por alguns segundos e em seguida o teste deve ser finalizado e o

software deve mostrar o resultado. Como o veículo estava parado e o laser estava

apontando para uma superfície lisa, o correto seria que o perfil gerado pelo equipamento para este trecho simulado fosse uma linha reta, ou seja, todo o deslocamento medido pelos sensores laser seria descontado pelos acelerômetros. Entretanto, como podem existir pequenos desvios devido a arredondamentos, a norma mencionada prevê como bom o resultado em que as amplitudes do perfil gerado sejam menores do que 1% das amplitudes nas quais o veículo foi balançado. Como se pode perceber trata-se de um teste rápido que é capaz de verificar todos os módulos laser e todos os acelerômetros de um perfilômetro em uma situação

dinâmica, próxima da realidade, além de verificar também toda a parte de registro e cálculo do equipamento.

Ao invés de comparar amplitudes, como diz a norma ASTM, alguns equipamentos para facilitar a avaliação dos resultados, calculam um determinado índice de irregularidade. É esta inclusive a recomendação da norma AASHTO PP 49-03, que estabelece como limite do IRI calculado com o veículo parado sendo balançado valor de 6 polegadas por milha, ou seja, 0,095 m/km.

O IRI ou QI, por exemplo, poderiam ser calculados para duas situações, dentro deste teste de balanço: em uma situação inicial sem o veículo balançar e depois com o veículo balançando. Ambos os resultados têm significado, pois no primeiro se está medindo somente a estabilidade de todo o sistema, a presença de ruídos etc; na segunda parte do teste, a medida é de todo o mecanismo de compensação do sistema em funcionamento. No Capítulo 4 o teste de balanço será abordado experimentalmente.

Se em termos de facilidade de calibração e de exatidão dos resultados as vantagens dos perfilômetros inerciais já são grandes, em termos operacionais são maiores ainda. Enquanto em um medidor do tipo resposta o operador deve trafegar em uma velocidade fixa, na qual o equipamento foi calibrado, no perfilômetro inercial essa necessidade não existe. Desde que se trafegue acima de 30 km/h (ou outra velocidade limite informada pelo fabricante), a velocidade de passagem do perfilômetro pode variar na medida do necessário, sem prejuízo na qualidade dos dados, conforme já publicado por Barella et al. (2004).

O ponto operacional levantado é também uma vantagem do ponto de vista da segurança da operação de avaliação da irregularidade longitudinal quando se usa um perfilômetro inercial, pois em determinadas rodovias mais rápidas, pode ser bastante perigoso trafegar à velocidade fixa de 60 ou 80 km/h, que são normalmente as velocidades mais usadas com os medidores do tipo resposta.

Ainda pontuando as vantagens de um perfilômetro inercial em relação a um medidor do tipo resposta, vale registrar que em um perfilômetro inercial não existe a preocupação na natural mudança das características do veículo com o uso, tampouco existe problema em instalar o equipamento em outro veículo. Estes

procedimentos, desde que feitos de acordo com as prescrições do fabricante não alteram a calibração do equipamento, pois ela é totalmente independente do veículo onde o perfilômetro está instalado. Apenas pela variação no perímetro dos pneus, o único sensor que realmente precisaria de uma nova calibração se houvesse uma mudança do veículo seria o hodômetro. Em um medidor do tipo resposta, qualquer mudança nas características do veículo (peso, uso da suspensão, uso dos pneus), pode afetar o resultado da medição, e por isso requerer uma nova calibração.

Sobre as características técnicas que deve possuir um perfilômetro inercial, como o Brasil não possui nenhuma referência normativa nacional, é preciso recorrer mais uma vez à norma norte-americana ASTM E 950-98, que foi publicada pela primeira vez em 1983 e serviu de base para a maioria das normas posteriores que trataram deste tema, como por exemplo, a norma AASTHO MP 11, entre outras.

A norma ASTM E 950-98, embora não seja muito extensa, é bastante abrangente quando trata das características mínimas esperadas em um perfilômetro inercial. A seguir as principais características dos componentes de um perfilômetro serão descritas, sendo que os testes de repetitividade e exatidão que também estão presentes na norma, serão descritos em seguida.

Após descrever de forma genérica os componentes de um perfilômetro, conforme já foi feito neste item, a norma prescreve que quando se estiver usando 2 módulos laser, eles devem estar fixados entre 1,5 e 1,8 m distantes um do outro, visando capturar as informações do perfil de cada trilha de roda. Embora não pareça, esta já é uma informação importante, pois aqui no Brasil, pela falta de norma, muitos preferem que os módulos fiquem apenas a 1,4 m um do outro, visando manter as condições anteriores de medição de um equipamento do tipo resposta.

A respeito dos acelerômetros utilizados, não há uma especificação clara de suas características. A norma menciona que devem ser de boa qualidade. Preferiu-se adotar termos mais subjetivos para classificá-los, mas menciona-se neste item que os acelerômetros devem ser bons o bastante para atender os requisitos de repetitividade e exatidão para as diferentes classes de perfilômetros estabelecidas na norma.

Sobre os módulos de medição da distância entre o veículo e o pavimento, a norma não menciona qual curso eles devem ter, nem qual deve ser sua tecnologia (laser, ultra-som, contato etc). Por outro lado ela fixa a freqüência na qual eles devem medir e também sua resolução. Isto é feito na forma de classes, que são numeradas de 1 a 4, sendo que a mais exigente é a classe 1.

Por se tratar de uma norma relativamente antiga, atualmente não se vê no mercado internacional nenhum equipamento destes que não seja anunciado pelo fabricante como sendo classe 1, por este motivo, serão informados apenas os requisitos para esta classe de equipamento, sabendo-se de antemão que as demais classes são menos exigentes.

A freqüência mínima de medição da distância entre veículo e pavimento prescrita pela norma é de uma medida a cada 25 mm de deslocamento do veículo e a resolução da medida deve ser menor ou igual a 0,1 mm.

Sobre o hodômetro do equipamento a norma estabelece apenas que ele deve ser suficientemente bom para gerar sinais referentes ao deslocamento do veículo na velocidade de uso do equipamento, com erro de medição longitudinal menor do que 0,1%.

Como se pode notar a norma não foi muito específica nas características dos componentes do equipamento, entretanto, ela foi bastante restrita nos resultados finais que um perfilômetro deve gerar para poder ser classificado como pertencente à classe 1. Essa postura adotada pela norma é realmente a mais correta para este caso, pois não limita a criatividade nem a tecnologia a ser adotada pelos possíveis interessados em fabricar este tipo de equipamento, desde que eles gerem resultados bons o bastante.

Ainda segundo a norma ASTM E 950-98, os perfis medidos pelos perfilômetros inerciais devem ser filtrados para retirada dos grandes comprimentos de onda desde que tal filtragem não altere os comprimentos menores que 60 metros, antes de serem utilizados para os cálculos do IRI. A norma não justifica tal procedimento, mas possivelmente ele foi incluído visando tornar visualmente mais similares os perfis obtidos a diferentes velocidades. É importante salientar que o uso desse filtro não deve produzir mudança apreciável no valor do IRI.

Conhecidas as características dos principais componentes de um perfilômetro inercial de acordo com a norma norte-americana, deve -se conhecer também como tal norma prescreve a verificação dos perfilômetros nos quesitos repetitividade e exatidão, para que eles possam ser classificados como pertencentes à classe 1. Segundo a norma, a repetitividade das medidas de elevações de um perfil de pavimento está relacionada à concordância dos resultados entre diversas medições de um mesmo perfil. Ela está relacionada, portanto, ao desvio padrão da média dos valores de elevação observados em certos pontos ao longo do perfil.

No final, o que se obtém para a classificação do equipamento em termos de repetitividade é um valor que representa a média de múltiplos desvios padrão de elevações obtidas através da repetição de medidas em um mesmo trecho.

Parece mais complicado do que realmente é. O método prescrito prevê que se meça com o perfilômetro em análise, o perfil longitudinal em um segmento de 1056 pés, sendo que o número de medidas efetuadas deve ser igual a 1057, ou seja, uma medida a cada pé (~30 cm). Tal segmento deve ser medido pelo menos 10 vezes. Para diminuir a influência da variação de posicionamento transversal do veículo, que naturalmente pode variar entre uma passagem e outra do perfilômetro, deve-se escolher um segmento com o mínimo de variação transversal de irregularidade, podendo-se ainda, para auxiliar o motorista, marcar bem a rota que ele deve seguir. É preciso também tomar bastante cuidado com a marcação correta do trecho no sentido longitudinal, o início e o fim dos 320 m. Para isto, pode ser usado algum dispositivo de disparo automático do equipamento quando ele passar por uma marcação especial, ou, pode ser usado um pequeno obstáculo no meio da faixa de rolamento, por onde um módulo laser central que não estará participando dos testes passará. Com isto, na posterior verificação dos perfis fica fácil fazer os cortes no mesmo ponto.

Feitas todas as medidas, deve ser calculado o desvio padrão das 10 medições, para cada um dos 1057 pontos do perfil. Por fim, tira-se a média dos 1057 desvios padrão e para ser classificado como classe 1, este valor obtido deve ser menor do que 0,38 mm.

O segundo teste, chamado de teste de exatidão, visa comparar as elevações de um perfil médio medido após algumas passadas de um perfilômetro, com o mesmo perfil medido com um equipamento de referência, como por exemplo, o nível e mira, visando verificar se o perfilômetro produz resultados com alguma tendência.

Neste caso a recomendação sobre o tamanho do trecho é a mesma: 320 m, medidos a cada 30 cm, ou seja, pode ser usado o mesmo trecho do teste de exatidão.

Para que se obtenha um perfil de referência muito confiável, a norma recomenda que ele seja medido algumas vezes, visando obter uma média e um desvio padrão de cada ponto de medição. Há a recomendação ainda para que este perfil estático seja processado da mesma maneira que o perfilômetro sob análise o fará.

Caso se deseje, é possível utilizar os mesmos 10 perfis medidos para o teste de exatidão. Basta calcular um único perfil médio a partir da média de cada uma das elevações dos 10 perfis usados no teste de repetitividade.

O perfil médio determinado pelo perfilômetro deve ser comparado com o perfil médio de referência, também ponto a ponto. O resultado do teste de tendência será a somatória do valor das 1057 diferenças absolutas entre as elevações do perfil médio e do perfil de referência, dividido pelo número de pontos (1057). Portanto, o que se calcula é a média das diferenças absolutas.

Este resultado deve ser menor do que 1,25 mm para que o equipamento seja classificado como pertencente à classe 1.

Muito embora tais limites de repetitividade e exatidão sejam aparentemente bastante exigentes, o procedimento prescrito por esta norma é falho e inadequado, conforme evidenciam alguns autores como Karamihas (2002, 2005a), Perera et al. (2006), Wang (2006) e Li e Delton (2003). No Capitulo 4 a inadequação desta e de outras normas será analisada em detalhes.

Finalizados os pontos principais da norma que, ao que tudo indica, é uma das mais utilizadas pelos fabricantes de perfilômetros, é ainda importante discorrer um pouco sobre as possibilidades da utilização de um perfilômetro inercial, que não eram possíveis com um medidor do tipo resposta.