O sistema de aquecimento do novo equipamento de fluência foi dimensionado para elevar e manter a temperatura de ensaio acima da temperatura ambiente. Esse sistema é composto por três resistências elétricas, cada uma com potência igual a 1.500 W, adquiridas de INTI Equipamentos Termoelétricos Ltda., dois termopares do tipo J, um controlador com interface computacional e uma cobertura em poliestireno expandido. Os termopares e o controlador de temperatura foram fornecidos por Flyever Equipamentos LTDA.
Como pôde ser visto na Figura 3.13, parte do sistema de aquecimento foi instalada no compartimento inferior da câmara de ensaio. Nela encontram-se as resistências elétricas e um dos termopares (TP-1). O espaço vazio entre as paredes do compartimento inferior e as resistências elétricas foi preenchido com areia fofa lançada manualmente sem compactação, de forma a produzir uma continuidade maior na propagação de calor. Testes realizados durante a montagem do equipamento mostraram que a variação em torno da temperatura
programada é menor quando o compartimento inferior é preenchido com areia. A Figura 3.24 ilustra o preenchimento do compartimento inferior com areia e a localização do termopar 1 (TP-1), posicionado a 10 mm da resistência elétrica central. Por fim, o compartimento inferior é fechado com uma tampa, que serve como fundo do compartimento superior. Inversamente ao TP-1, o segundo termopar (TP-2) é inserido na porção superior da câmara durante a montagem de cada ensaio, 20 mm acima do corpo de prova de geossintético.
Figura 3.24 – Preenchimento do compartimento inferior com areia e localização do termopar 1 (TP-1).
Cada termopar é utilizado para um propósito diferente. O termopar 1 (TP-1) controla a temperatura nas proximidades das resistências elétricas e é usado para ativá-las quando a temperatura registrada é menor que a temperatura programada no controlador. Assim, o termopar 1 é considerado ativo e controla a temperatura do compartimento inferior da câmara de ensaio. O termopar 2, por sua vez, é passivo, pois é utilizado apenas para registrar a temperatura nas proximidades dos corpos de prova durante os ensaios no novo equipamento. Assim, a temperatura de ensaio é considerada igual àquela registrada pelo termopar 2.
Testes preliminares indicaram a necessidade de programar temperaturas mais elevadas no compartimento inferior da câmara de ensaio (TP-1) para atingir as temperaturas desejadas nas proximidades dos corpos de prova (TP-2). Este comportamento é esperado, uma vez que a execução de ensaios de fluência em temperaturas elevadas induz a ocorrência de perdas de energia térmica para o ambiente ao longo dos mesmos. Duas medidas foram tomadas para mitigar esse empecilho. Primeiramente, o procedimento para ensaios aquecidos realizados no novo equipamento prevê a utilização de uma cobertura em poliestireno
Resistências elétricas
10 mm Termopar 1
expandido para a câmara de ensaio, com o propósito de reduzir as perdas de energia térmica. Em segundo lugar, um processo de calibração foi realizado para verificar a diferença entre as temperaturas medidas pelos dois termopares. Assim, identificou-se a temperatura nas proximidades do corpo de prova para uma dada temperatura programada no compartimento inferior da câmara de ensaio.
O procedimento de calibração das leituras dos termopares foi realizado para dois geossintéticos utilizados nesta pesquisa, um geotêxtil não tecido e uma geogrelha, ambos manufaturados com poliéster. Estes testes seguiram uma mesma metodologia. Primeiramente, procedeu-se o preenchimento do compartimento superior da câmara de ensaio com o meio confinante (areia) e o posicionamento do corpo de prova de geossintético. Em seguida, posicionaram-se o termopar 2 e a bolsa de ar pressurizado. Finalmente realizou-se o fechamento do compartimento superior da câmara de ensaio e a colocação da cobertura em poliestireno expandido. Assim, foram simuladas execuções reais de ensaios conduzidos em temperatura elevada com o novo equipamento. Após a preparação dos testes, a temperatura programada para o termopar 1 foi estabelecida e mantida constante até a obtenção de leituras constantes no termopar 2. Esse primeiro estágio levou cerca de 20 horas nos testes com os dois materiais. Em seguida, um acréscimo máximo de 15°C foi programado para o termopar 1, esperando-se novamente a constância nas leituras do termopar 2. Esse procedimento foi repetido até a obtenção de uma temperatura igual ou maior que 80°C no termopar 2 e é ilustrado na Figura 3.25 a partir dos resultados obtidos usando a geogrelha de poliéster.
Figura 3.25 – Variação de temperatura nos termopares 1 e 2 durante calibração (a) e curva de calibração típica do sistema de aquecimento (b) obtidas a partir dos testes realizados com a geogrelha de poliéster.
Percebe-se claramente na Figura 3.25a que a temperatura do termopar 1 varia consideravelmente em torno do valor programado. Este comportamento também foi percebido
durante os ensaios. Contudo, verificou-se que a temperatura no termopar 2, próximo ao corpo de prova, tem uma variação pequena. O coeficiente de variação das leituras de temperatura registradas pelo termopar 2 é menor que 1,30% em todos os ensaios realizados com o novo equipamento. Portanto, a temperatura nas proximidades dos corpos de prova é apropriadamente estável durante os ensaios de fluência conduzidos com o novo equipamento. Não foi verificada nenhuma relação entre os coeficientes de variação de temperatura e alguma característica do ensaio (confinado ou não, tipo de geossintético, solo etc.).
O procedimento de calibração da temperatura foi repetido empregando-se corpos de prova da geogrelha em isolamento. Assim, esse material foi testado novamente em uma montagem semelhante, porém sem a utilização do meio confinante. Após o fechamento da câmara de ensaio, o acréscimo da temperatura em estágios foi iniciado e as leituras do termopar 2 foram acompanhadas. A calibração da temperatura com corpos de prova em isolamento foi realizada duas vezes, com corpos de prova diferentes. A primeira delas foi conduzida com a climatização do laboratório acionada, enquanto a segunda foi executada sem climatização no local. Portanto, o procedimento de calibração da temperatura foi conduzido em quatro condições distintas, explicitadas na Tabela 3.5.
Tabela 3.5 – Características dos testes realizados para a calibração da temperatura. Teste Geossintético Meio confinante N ΔT Variação de temperatura
no TP-1
Equação de calibração
A não tecido Geotêxtil Areia 18 5°C 25 a 110°C , ,
B1 Geogrelha Areia 5 15°C 45 a 105°C , ,
B2 Geogrelha (climatizado) Nenhum 6 15°C 35 a 110°C , ,
B3 Geogrelha (não climatizado) Nenhum 6 15°C 10 e 35 a 105°C , , Nota: N é o número de estágios; ΔT é o incremento de temperatura entre estágios.
Conforme apontado na Tabela 3.5, as equações de calibração obtidas são bastante próximas entre si. Por este motivo, optou-se por utilizar a média dos coeficientes angulares e lineares para obter uma equação média (y = 0,716x + 4,852) entre os resultados como referência inicial para determinar a temperatura a ser programada no termopar 1, próximo às resistências elétricas. Salienta-se que a variável independente na equação média, x, é a
termopar 2. Adicionalmente, verificaram-se coeficientes de determinação das equações de calibração bastante satisfatórios, com o mínimo igual a 0,999.
3.3.3.1. Verificação da temperatura ambiente
As normas vigentes para realização de ensaios de fluência em geossintéticos prescrevem que a temperatura do ensaio seja mantida constante, estabelecendo uma variação máxima de ± 2°C (e.g. ASTM D 5262). Apesar do uso de uma sala climatizada por um aparelho de ar condicionado, optou-se por verificar a temperatura ambiente do laboratório onde o novo equipamento de fluência foi montado e os ensaios conduzidos. Essa verificação foi realizada duas vezes, em momentos distintos: início dos primeiros ensaios-teste (julho/2009) e término da primeira série de ensaios válidos (março/2010). A temperatura ambiente foi mensurada com o termopar 2, instalado temporariamente no exterior da câmara de ensaio.
A primeira verificação da temperatura ambiente do laboratório foi conduzida por cerca de 54 horas, sem a utilização do aparelho de ar condicionado do laboratório de forma a simular uma pane no mesmo. A temperatura média obtida foi de 20,9°C, com valores máximo e mínimo iguais a 21,4 e 19,6°C, respectivamente. O coeficiente de variação das leituras tomadas neste procedimento foi igual a 1,78%. A segunda verificação durou aproximadamente 23 horas e apontou valores de temperatura média, máxima e mínima iguais a 21,7, 22,0 e 20,8°C, respectivamente, e coeficiente de variação igual a 0,99%. Assim, considera-se o local de instalação do novo equipamento adequado para sua utilização.