O equipamento laser realiza as medidas de deslocamentos relativos entre os muros por intermédio de um aparato de sustentação, que consiste, basicamente, em uma viga, onde uma das extremidades está engastada em um dos muros e a outra é livre e utilizada para suportar o equipamento laser próximo ao outro muro.
No entanto, alguns detalhes devem ser levados em consideração para o perfeito funcionamento do aparato de medição, como a influência da temperatura na dilatação térmica do material de sustentação do equipamento.
O conjunto dos componentes utilizados para sustentar o equipamento de medição a laser é chamado de aparato de sustentação. O aparato de medição, citado no texto, é o aparato de sustentação já com o equipamento laser e com os sensores de temperatura.
Intensas pesquisas foram realizadas na busca de um material que satisfizesse as condições de resistência e temperatura requeridas. A conclusão foi pela utilização de uma viga treliçada de aço comum em combinação com aço invar, com algumas peculiaridades. Uma barra maciça de invar foi apoiada sobre uma viga metálica treliçada e o equipamento laser está fixado na barra de invar, devido ao baixo coeficiente de dilatação térmica linear (α) deste material e ao comportamento linear apresentado frente às variações de temperatura. Uma das extremidades da barra está engastada em um dos muros e a outra suporta o sensor laser, próximo ao outro muro. A viga metálica treliçada tem a função de suporte da barra de invar, que por sua vez recebe o equipamento de leitura.
A sistemática utilizada para o aparato de medição permite realizar o monitoramento dos deslocamentos de abertura e/ou fechamento que ocorrem entre os muros.
O aço invar é uma liga metálica especial, constituída, principalmente, de 36% de Níquel, o
que fornece ao material um coeficiente de dilatação térmica linear (α) da ordem de 1,5 *10-6
ºC-1 (GIECK, 1975). Este material é tido, para a maioria das aplicações, como referência de
calibração para outros materiais por possuir um α considerado muito baixo. No entanto, para a
utilização desejada e considerando condições extremas para o local, uma estimativa da variação da dimensão longitudinal da barra de invar, causada pela dilatação térmica linear, forneceu o valor de 0,28 mm. Este valor é maior que a resolução do equipamento e a ordem de grandeza esperada para os deslocamentos dos muros, no período inicial de leituras. Portanto, as leituras de deslocamentos realizadas pelo laser estão compostas de duas parcelas, uma referente à variação térmica do invar e outra ao deslocamento relativo dos muros. Como a leitura de interesse é o deslocamento relativo entre os muros, é descontado da leitura do laser o efeito da dilatação térmica linear do material.
Os cálculos da dilatação térmica linear e dos deslocamentos dos muros são realizados, simplificadamente, pelas fórmulas (1), (2) e (3), respectivamente.
∆L = L0 * α * ∆T (1)
Lt = Llaser -0,30 (2)
L = Lt - ∆L (3)
Sendo:
∆L – parcela referente à dilatação térmica linear.
L0 – comprimento inicial da barra de invar.
∆T – variação de temperatura (Tf – T0).
Tf – temperatura final, no instante da leitura de deslocamento.
T0 – temperatura inicial. Lt – deslocamento total. Llaser (ou D1) – leitura do laser.
Para a obtenção da parcela referente à dilatação térmica, existem três sensores monitorando a temperatura na barra de invar, detalhados no item 5.3.3.6. A medida de temperatura utilizada nos cálculos de dilatação térmica linear é referente à média dos três pontos de monitoramento.
No ato da instalação do aparato de medição, foram feitas as medidas iniciais de
temperatura (T0 = 24,6ºC, correspondente à média de três sensores de temperatura), e
comprimento inicial (Lo = 6201 mm) do ponto de fixação do laser na barra de invar ao ponto
de engaste, no outro muro.
O equipamento laser foi posicionado na barra de invar para ficar o mais próximo possível do ponto zero. No Laboratório CESP de Engenharia Civil foi elaborado um dispositivo de fixação e ajuste do equipamento no local que permitiu o feito. Mesmo com um ajuste mais fino o equipamento laser ficou deslocado de + 0,3 mm do zero, o que pode ser corrigido pela fórmula (2). Este valor é considerado baixo e não deverá prejudicar o campo de medida do equipamento, visto que este é de ± 25 mm.
Para realizar o ajuste fino foi necessário instalar o sistema de aquisição de dados para avaliar o posicionamento do equipamento laser.
O sistema de aquisição de dados fornece a leitura realizada pelo laser (Llaser ou D1) e os
três pontos de monitoramento da temperatura da viga no instante da leitura realizada pelo equipamento laser. Uma programação simplificada das fórmulas (1), (2) e (3) em planilhas eletrônicas permite obter os resultados dos deslocamentos relativos entre os muros.
A obtenção indireta dos deslocamentos relativos possui incertezas embutidas nos resultados, tanto na leitura com o laser, o qual já é determinado pelo fabricante, quanto no cálculo da dilatação térmica do material. A ordem de grandeza esperada para os deslocamentos referentes à RAA é muito pequena (centésimos de mm), portanto, deve ser verificado se as incertezas de medição estão compatíveis com os deslocamentos esperados para os muros.
Utilizando a teoria de erros de Aquino (2007), a estimativa das incertezas na medição indireta dos deslocamentos relativos entre os muros guia da grade é de 0,01 mm, ou seja, é compatível com os deslocamentos que se esperam medir. Os cálculos realizados para encontrar a incerteza estão descritos, com detalhes, no apêndice A.
A análise das incertezas foi realizada também para utilização de barra de aço comum, considerando α =12 * 10-6, conforme consta em Gieck (1975), em substituição à barra de invar. O deslocamento decorrente da dilatação térmica do material, nas mesmas condições extremas consideradas para o invar, foi de (2,23 ± 0,01) mm e a obtenção da medida do deslocamento entre os muros forneceu uma incerteza de 0,02 mm. Devido à ordem de grandeza dos deslocamentos decorrentes da RAA, considerada para a ocasião, a incerteza ideal para a obtenção imediata dos valores dos deslocamentos é de 0,01 mm. Se esta incerteza for superior, o tempo para a aquisição dos dados de deslocamentos relativos confiáveis poderá ser demasiadamente alto. Além disso, as condições de instalação e exposição do aparato de medição, como umidade, insolação, utilização de soldas e chumbadores, também influenciam para os deslocamentos e incertezas, mesmo que em pequena grandeza. Em virtude do exposto, a opção foi trabalhar a favor da segurança e utilizar o invar para apoio do medidor laser, por ser um material com comportamento linear em relação às variações de temperatura, inoxidável e possuir baixo coeficiente de dilatação térmica linear.