Varredura Infravermelha Móvel – Uma Alternativa de Alta Tecnologia e Precisa para os Métodos Tradicionais de Inspeção de Pontes

Os engenheiros civis têm um grande problema em suas mãos: dezenas de milhares de pontes nos Estados Unidos estão em uso há bem mais que sua vida útil projetada de 50 anos. Segundo a Federal Highway Administration (FHWA), cerca de um quarto das 611.845 pontes ao longo dos EUA são estruturalmente deficientes ou estão funcionalmente obsoletas. Essas pontes irão requerer manutenção, reparos ou substituições significativas, a um custo estimado de US$ 20,5 bilhões por ano ao longo dos próximos 12 anos.

Os métodos tradicionais utilizados atualmente para identificar deficiências estruturais em tabuleiros de concreto de pontes podem consumir muito tempo, ser imprecisos e inseguros tanto para inspetores quanto para motoristas. Esses métodos dependem de uma avaliação subjetiva de um investigador. Também requerem fechamentos da pista da ponte durante a inspeção, bloqueando ou desacelerando severamente o tráfego. Porém, um novo método de alta tecnologia que combina uma câmera de infravermelho móvel a software analítico oferece uma solução mais segura e mais objetiva.

Identificação de Delaminação de Ponte

Dois fatores principais entre os danos a pontes são a delaminação e o lascamento. Delaminação é a separação do concreto em camadas, ou a separação do revestimento superior do substrato. As barras de reforço integradas (armaduras de reforço) são corroídas ao longo do tempo, provocando expansão que parte o concreto horizontalmente ao longo das camadas (delaminação) ou em blocos que fraturam acima da área danificada (lascamento).

 

Localizar a delaminação de concreto normalmente envolve uma forma de ensaio não destrutivo (NDT) denominada inspeção acústica por arrastamento de corrente. O inspetor arrasta uma corrente pesada ao longo do tabuleiro da ponte, ouvindo o som distinto de oco produzido por áreas delaminadas. O inspetor pode então usar esses dados para criar um mapa de delaminação do tabuleiro da ponte.

O método de arrastamento de corrente tem desvantagens. Embora esse tipo de inspeção envolva fechar a pista que está sendo testada, muitas vezes os inspetores precisam trabalhar ao lado de pistas de tráfego abertas. O ruído do tráfego torna difícil distinguir os sons produzidos pela corrente enquanto percorre concreto delaminado. Além disso, o método de arrastamento de corrente depende muito dos conhecimentos e experiência do inspetor, tornando-o subjetivo e potencialmente impreciso. Na verdade, um estudo da FHWA sobre inspeções de delaminação de tabuleiros concluiu que o método de arrastamento de corrente não forneceu resultados precisos de forma consistente.

Uma alternativa de alta tecnologia às inspeções acústicas por arrastamento de corrente utiliza uma câmera de infravermelho montada em um caminhão para indicar com precisão áreas delaminadas nas superfícies de concreto do tabuleiro. A NEXCO-West USA desenvolveu esta técnica de inspeção não destrutiva, que incorpora imagens de uma câmera de infravermelho refrigerada da FLIR em mapas criados com software de propriedade da NEXCO-West. Engenheiros da empresa agora trabalham com a Universidade da Flórida Central para desenvolver procedimentos de inspeção de pontes objetivos e eficientes que possam ser utilizados por agências rodoviárias estaduais nos EUA.

Imagens brutas e processadas do processo de delaminação por meio de inspeção com IV de tabuleiro de ponte
Fonte: “Comparison of Infrared Cameras for Concrete Bridge Deck Scanning: - Vol.2 Field Test at Haymarket Bridge”, December 2014, NEXCO-West USA, Inc.

Um Método Seguro, Eficiente e Móvel

“A abordagem da NEXCO-West para testar delaminação de pontes é um método móvel que utiliza uma câmera de infravermelho instalada sobre o veículo,” diz o Presidente e CEO da empresa, Masato Matsumoto. “Nossa abordagem não requer fechamentos de pistas ou reduções de limites de velocidade, mantendo o tráfego fluindo ao mesmo tempo que mantém os inspetores seguros.”

As varreduras normalmente são efetuadas durante o dia ou poucas horas após o pôr do sol, quando é possível observar grandes variações de temperatura. Por exemplo, concreto que foi aquecido durante a tarde começará a resfriar após o pôr do sol, criando uma mudança de temperatura mensurável. A maior parte do tabuleiro vai aquecer ou resfriar de maneira uniforme, mas a delaminação interrompe a via de condução. A temperatura do concreto danificado aumentará mais rapidamente durante o dia e cairá mais rapidamente à noite, o que é facilmente detectado pela câmera de IV.

Exemplo de diferencial de temperatura de concreto intacto e danificado
Fonte: “Comparison of Infrared Cameras for Concrete Bridge Deck Scanning:
- Vol.2 Field Test at Haymarket Bridge”, December 2014, NEXCO-West USA, Inc.

As inspeções são efetuadas com uma câmera de infravermelho montada em um caminhão enquanto se percorre a ponte a 50 milhas por hora com tráfego. Matsumoto diz que leva apenas alguns minutos para a câmera de infravermelho registrar toda uma varredura de uma pista de uma ponte com uma milha de extensão.

A câmera utilizada no sistema de varredura da NEXCO-West é uma câmera científica MWIR FLIR A6701sc. “Utilizamos a câmera A6700 series porque pode fotografar imagens térmicas de alta resolução enquanto estamos dirigindo a alta velocidade,” explica Matsumoto. O detector de Antimoneto de Índio refrigerado desta câmera oferece tempos de integração tão rápidos quanto 0,48 μs, permitindo que a equipe grave imagens térmicas de 640 x 512 pixels sem qualquer borrão devido ao movimento. Matsumoto diz que normalmente eles ajustam a câmera para uma taxa de quadros de 10 Hz, que permite que grave uma imagem térmica nítida a cada dois metros à velocidade da rodovia. A câmera é conectada a um laptop no interior do veículo que executa o software Infrared Bridge Assessment System (IrBAS) da NEXCO-West, para que a equipe possa ver uma análise em tempo real e reconhecer áreas possivelmente delaminadas.

O laptop mostra um streaming de vídeo infravermelho em tempo real por meio do software IrBAS da NEXCO-West

Imagem térmica usada para criar mapa de deficiências de tabuleiro de ponte

Processamento de Dados

Depois de coletar dados em cada pista da ponte, a equipe pode começar a processá-los. “A maior parte da análise de dados e dos processos de geração de relatórios é automatizada pelo software IrBAS, o que permite poupar tempo e custos significativos na preparação de mapas de deficiências,” diz Matsumoto. O software utiliza o mapa de deficiências para calcular a porcentagem de área do tabuleiro delaminada e então classificar os estados de condição com base nos critérios da American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO).

Há três categorias de danos:

1. Indicação: Há delaminação presente 4 cm abaixo da superfície do concreto
2. Cuidado: Há delaminação presente 2 cm abaixo da superfície do concreto
3. Crítica: A delaminação está atingindo a superfície do concreto

As áreas do tabuleiro com a classificação Indicação são consideradas satisfatórias, enquanto que as áreas com a classificação Cuidado requerem monitoramento atento. Quaisquer áreas classificadas como Críticas exigem ação imediata.

Decisões Melhores, Pontes mais Seguras

Classificação de danos pelo software IrBAS
Fonte: “Comparison of Infrared Cameras for Concrete Bridge Deck Scanning:
- Vol.2 Field Test at Haymarket Bridge”, December 2014, NEXCO-West USA, Inc.

A subjetividade e as possíveis imprecisões do método de arrastamento de corrente justificam a reavaliação desta forma tradicional de inspeção de tabuleiros de pontes. A varredura infravermelha fornece resultados mais objetivos, enquanto que tornar o sistema móvel evita as desvantagens inerentes a fechamentos de pistas de tráfego, inclusive riscos de segurança, atrasos de tráfego e maiores emissões.

Uma vantagem adicional do método de coleta de dados abrangente e objetivo da NEXCO-West é que permite que agências rodoviárias estaduais monitorem o desempenho de pontes a longo prazo. “O método de mapeamento infravermelho da NEXCO-West apoiará a tomada de decisões orientada por dados relativamente à gestão de pontes e, em última instância, ajudará os proprietários de pontes a evitar reparos catastróficos caros,” diz Matsumoto. Ao sobrepor mapas de deficiências sobre registros mais recentes, os engenheiros serão capazes de determinar a condição e a taxa de degradação de pontes. Isso os ajudaria a prever a progressão da deterioração e a estabelecer planos de trabalhos de restauração.

Varredura térmica de ponte (esquerda) e imagem processada pelo IrBAS utilizada para criar mapa de deficiências de tabuleiro de ponte (direita)