Identificação de espessuras e materiais em pavimentos usando o problema inverso

Abstract

O conhecimento de informações sobre a espessura e propriedades dos materiais é essencial para a tomada de decisões sobre a manutenção e restauração de pavimentos rodoviários. Para obter tais informações, atualmente, são realizadas prospecções significativamente destrutivas e intervenientes no tráfego, para coleta de material e posterior análise em laboratório. Propõe-se neste trabalho uma técnica menos destrutiva e invasiva do que os métodos usuais, para estimar a espessura e identificar os materiais constituintes dos pavimentos. A técnica consiste na instalação de uma sonda térmica no pavimento, com sensores de temperatura e fontes de calor, para a obtenção da distribuição de temperatura em função do tempo e do espaço, em diferentes profundidades; na resolução do problema de transferência de calor em uma dimensão ou duas dimensões, em coordenadas cilíndricas, considerando condições de fronteira de primeira espécie obtidas experimentalmente; e na estimação das espessuras e propriedades térmicas dos materiais de cada camada através do Problema Inverso. O Problema Direto foi modelado pela equação de condução do calor, com os respectivos parâmetros térmicos (difusividade e condutividade térmica) e espessuras estimados para cada camada, e resolvido com Diferenças Finitas Centrais, usando o método explícito de avanços temporais. A estimação dos parâmetros foi realizada através da resolução do Problema Inverso, utilizando os métodos Procura em Rede Modificado, Algoritmo Genético e Algoritmo Memético. A técnica proposta, de prospecção de pavimentos, mostrou-se eficiente na estimação das espessuras e dos materiais através da condutividade térmica, sendo ineficiente para a estimação das difusividades térmicas. O Método Procura em Rede Modificado mostrou-se incompatível pelo custo computacional para a resolução do problema bidimensional. O Algoritmo Genético e o Algoritmo Memético possuem soluções aproximadas, mas com vantagem no custo computacional para o Algoritmo Memético, considerando as exigências pré-definidas de aplicação dos métodos.