Viga Benkelman

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Viga Benkelman é um equipamento que possibilita realizar medições deflectométricas de um pavimento.

A Viga Benkelman é composta por um conjunto de sustentação em que se articula uma alavanca interfixa, cuja relação entre os comprimentos dos braços é conhecida. Idealizada pelo engenheiro A.C. Benkelman, do Bureau of Public Roads, foi utizada pela primeira vez nas pistas experimentais do WASHO em 1953. A Viga Benkelman, dentre os vários instrumentos disponíveis para medições defletométricas em pavimentos, foi o aparelho que mais se difundiu em todo o mundo e até hoje tem um importante papel no meio rodoviário nacional.

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 reguláveis, sendo a viga móvel acoplada a esta por meio de uma articulação, ficando uma das extremidades (ponta de prova) em contato com o pavimento, e a outra extremidade acionando um extensômetro com precisão de 10-2 mm.

É equipada com um vibrador, que tem a função de vencer o atrito entre as peças móveis e evitar eventuais inibições do ponteiro do extensômetro.

Aplicações

Por ser um aparelho de baixo custo e versatilidade e de operação simples, de fácil capacitação do pessoal para sua operação, é um equipamento utilizado na maioria dos casos em que se deseja realizar a medição de deflexões de um pavimento, seja ele rígido, semirrígido ou flexível.

Inicialmente, a Viga Benkelman era unicamente utilizada para determinação da deformação reversível máxima. No entanto, com o passar do tempo, passou-se a utilizar este equipamento também para a definição da bacia de deformação, visto a importância deste parâmetro, para a caracterização do estado de tensão da estrutura de pavimentos rodoviários e aeroportuários.

Normatização e padronização

A Viga Benkelman é um equipamento regulamentado no Brasil:

• Pelo método de ensaio DNER-ME 24/94 – Determinação das deflexões pela Viga Benkelman;
• Pelo procedimento DNER-PRO 175/94 – Aferição da Viga Benkelman.

Procedimentos

De acordo com a DNER-PRO 175/94, antes da realização de qualquer medição com a Viga Benkelman esta deve ser aferida da seguinte forma:

a)    Posicionar a Viga Benkelman em uma mesa de madeira ou similar;

b)    Liberar a trava da viga;

c)    Apoiar a ponta de prova no centro do prato da prensa de modo a receber os movimentos verticais do conjunto de articulação;

d)    Ligar o vibrador;

e)    Fixar o extensômetro no tirante de aço da prensa, de tal forma que sua ponta apalpadora toque no prato da prensa e zerar o extensômetro;

f)     Ajustar e zerar o extensômetro da viga;

g)    Acionar a manivela da prensa com o dispositivo micrométrico a uma velocidade de aproximadamente 0,5 mm/min (carga) e fazer as leituras no extensômetro posicionado na prensa a cada 0,1 mm até 0,8 mm, e a cada 0,2 mm até 2,2 mm, num total de 15 leituras. Fazer as leituras correspondentes no extensômetro da viga;

h)   Repetir essas operações mais uma vez com o objetivo de caracterizar melhor a constante de aferição.

Características e Especificações da Viga Benkelman

A aparelhagem para a determinação das deflexões deverá ser constituída pelos seguintes equipamentos:

a) Viga Benkelman convencional, com relação de braço (constante da Viga), a : b, igual a 2 : 1 ou 3 : 1 ou 4 : 1 ou treliçada, com relação de braço a : b, igual a 3 : 1;

b) Caminhão com 8,2 tf de carga no eixo traseiro simples, igualmente distribuída entre as duas rodas duplas, contendo pneus tipo “900 x 20” ou “1.000 x 20”, com 12 (doze) lonas com câmaras, frisos na banda de rodagem e calibragem de 80 lb./pol.2 (5,6 kgf/cm2) de pressão;

c) Régua de madeira com 1,50 m de comprimento, graduada nas posições de 25 centímetros, 50 centímetros, 75 centímetros, 100 centímetros e 125 centímetros;

d) Termômetro de mercúrio, graduado de 0 à 100º C, sensível a 0,5 ºC.

Ensaio Viga Benkelman

O ensaio completo consiste das seguintes etapas:

• Colocar a ponta de prova da viga Benkelman entre os pneus de uma das rodas geminadas do eixo traseiro do caminhão, colocando-a exatamente sob o seu eixo;
• Fazer uma leitura inicial () no extensômetro, que se situa sobre o braço móvel da viga;
• Fazer o caminhão se afastar lentamente até 10 m de distância da ponta de prova, ou até que o extensômetro não acuse mais variação de leitura;
• Ler no extensômetro a leitura final

A leitura final corresponde ao descarregamento do pavimento e todo o deslocamento recuperado é associado à deformação elástica do pavimento (deflexão).

Análise dos resultados

O cálculo das deflexões é realizado pela expressão:

Cálculo Deflexão

Onde:

Do = deflexão real ou verdadeira, em centésimos de milímetro;

Lo= leitura inicial, em centésimos de milímetro;

Lf = leitura final, em centésimos de milímetro;

a e b = dimensões da Viga Benkelman.

O raio de curvatura da bacia de deformação no ponto de prova é calculado por meio da fórmula:

Raio de curvatura – Viga Benkelman

Onde:

• R = raio de curvatura, em metros;
• D0 = deflexão real ou verdadeira, em centésimos de milímetro;
• D25 = deflexão a 25 cm do ponto de prova, em centésimos de milímetro.

Com as leituras a diferentes distâncias do ponto de aplicação da carga é possível determinar a linha de influência longitudinal da bacia de deformação e o cálculo do raio de curvatura.

A viga deve ser periodicamente aferida em laboratório. O DNER-PRO 175/94 descreve o procedimento para aferição da viga. A cobertura de isopor da viga é recomendada para evitar deformações diferenciais de origem térmica das peças da viga. A leitura de deflexão elástica que se segue a um determinado deslocamento do caminhão não deve ser realizada imediatamente a fim que se manifestem as deformações dependentes do tempo.

Preços e Custos

A Viga Benkelman é um equipamento de baixo custo e versatilidade, mais fácil de adquirir e colocar a disposição de estudos e obras do que outros equipamentos disponíveis no mercado.

A operação é simples e facilmente se consegue capacitar o pessoal para seu manejo, baseado sempre em metodologias de fácil obtenção, normalizadas por praticamente todas as entidades rodoviárias.

Na tabela de preços unitários para projetos do DAER, referente à data-base de abril de 2015, é definido um preço de R$ 468,47 por km.pista sendo o levantamento por pista feito de 20 em 20 m alterando a faixa.