Aplicação da termografia infravermelha para estimativa de tensões residuais em âncoras terrestres para manutenção

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 36 (2023) Citar este artigo

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Caracterizar a integridade das âncoras terrestres é essencial para examinar sua utilidade na manutenção da estrutura do solo. No entanto, o teste de levantamento, geralmente utilizado para este fim, apresenta limitações quando aplicado à cobertura de todas as ancoragens instaladas no solo. O objetivo deste estudo é avaliar a possibilidade de utilização da termografia infravermelha para medir a tensão residual em âncoras terrestres como uma técnica sem contato que contorna as desvantagens associadas às técnicas existentes. Um experimento preliminar é realizado para determinar a emissividade exata dos materiais testados. São aplicados métodos passivos e ativos, como técnicas representativas em termografia infravermelha. No experimento em grande escala, imagens infravermelhas de quatro fios instalados com tensão crescente na faixa de 0 a 400 kPa em intervalos de 100 kPa são usadas no método passivo de medição. Para o método ativo, essas mesmas faixas de tensão são aplicadas a uma cabeça de ancoragem aquecida usando uma máquina UTM. Os resultados do método passivo mostram que a temperatura aumentou e diminuiu de acordo com as etapas de carga e descarga. Os valores do índice de taxa de resfriamento são deduzidos através dos resultados do método ativo, e comportamento confiável é observado aos 10 e 15 min. O número de pixels com grandes mudanças de temperatura também mudou com a etapa de carregamento nos métodos passivo e ativo. Este estudo demonstra que a termografia infravermelha é um método alternativo adequado para avaliar a tensão residual em âncoras terrestres como um tipo de técnica sem contato.

As âncoras de solo proporcionam uma elevada capacidade de carga para estabilizar a estrutura do solo em construções em encostas, sendo necessárias inspeções regulares para estimar o desempenho em âncoras deterioradas e envelhecidas1,2. O teste de levantamento é geralmente utilizado para estimar a tensão residual de âncoras3,4, onde a cabeça da âncora é arrancada por meio de um macaco hidráulico, porém este método tem limitações de aplicação por ser caro e demorado5. É impossível investigar todas as âncoras construídas no mesmo local e, portanto, a tensão residual geralmente é avaliada apenas em algumas âncoras através de testes de amostragem. Uma técnica não destrutiva foi proposta para avaliar o desempenho de um número suficiente de âncoras. Zima e Rucka6 tentaram inspecionar a caracterização de tensões em diferentes comprimentos fixos de âncoras de solo com base na transferência de energia gerada por onda guiada, em que a transferência de energia é causada por um parâmetro geométrico entre o tendão e o corpo da âncora circundante. Tamrakar et al.7 usaram ondas ultrassônicas para deduzir a tensão residual em âncoras terrestres, e tanto a forma de onda quanto a amplitude máxima na superfície das placas de apoio foram determinadas. A relação generalizada entre tensão de tração e valor medido foi sugerida através de experimentos de laboratório e de campo. A reflectometria no domínio da frequência também foi selecionada para a caracterização de uma haste de ancoragem enterrada em concreto abaixo do solo, e esse método também fornece informações sobre o local deteriorado para manutenção8. O método proposto também é complicado no que diz respeito a conseguir o contato do sensor na cabeça da âncora. Assim, é necessário desenvolver métodos de manutenção sem contato. Este estudo avalia a aplicação da termografia infravermelha como técnica de manutenção para estimativa do nível de tensão em âncoras terrestres.

A termografia infravermelha (TRI) foi inicialmente utilizada para fins militares9,10 e recentemente tem sido utilizada na área de engenharia para determinar características e defeitos de objetos11,12,13,14,15,16,17,18. O calor gerado a partir de um objeto depende de radiação, convecção e condução, e dentre estas, a radiação tem o maior efeito na difusão da energia térmica19,20,21. A energia térmica é emitida por todos os objetos com condições de temperatura acima de -273 °C (0 K) em comprimentos de onda na faixa de 0,7–1000 μm. O IRT é utilizado para medir a energia térmica emitida por um objeto em determinadas condições, e a técnica termográfica é dividida em métodos ativos, híbridos e passivos para experimentos e análises22. O método ativo mede a temperatura de um objeto no estado de aquecimento ou resfriamento por meio de uma fonte de calor artificial, e o método passivo determina a distribuição de temperatura de um objeto sem usar uma fonte de calor adicional. Portanto, o método ativo é um método de análise quantitativa, e as características do objeto podem ser compreendidas através da comparação relativa dos valores medidos. No método passivo, a análise qualitativa é realizada após reconhecimento prévio do estado anormal correspondente à temperatura23,24,25. Este artigo tenta derivar um método útil para avaliar o desempenho de âncoras terrestres e considera métodos ativos e passivos.