APPLICATION OF GROUND PENETRATING RADAR (GPR) TO ASSESSMENT AND CONTROL SUBGRADE SOIL COMPACTION OF ROAD PAVEMENT

REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.10393399

Paulo Bressaglia,
Maria Teresa Françoso,
Janaina Antonino Pinto,
Orlando Fontes Lima Jr.

RESUMO

A vida útil dos pavimentos rodoviários tem correlação direta com a capacidade de suporte do subleito, cuja qualidade depende do seu estado de compactação. Os métodos tradicionais para avaliar e controlar a compactação do subleito geralmente demandam a coleta de amostras e análise laboratorial, havendo a necessidade de reparo dos pontos amostrados e razoável tempo para obtenção de respostas. O Ground Penetrating Radar (GPR) é um ensaio não destrutivo, cujo funcionamento tem como base a propagação e reflexão de ondas eletromagnéticas, que vem sendo utilizado para monitorar de forma contínua e com resultados quase imediatos a infraestrutura de transportes como, por exemplo, a espessura e presença de água nas camadas dos pavimentos. Na última década aumentou o número de trabalhos experimentais que correlacionam os dados do GPR com as propriedades físicas do solo, no intuito de avaliar a qualidade da compactação do subleito rodoviário, os quais ainda carecem de método para que sejam reproduzidos em campo. Nesse sentido, foi realizada revisão sistemática da literatura técnica para reconhecer e analisar as práticas do emprego do GPR no controle e avaliação do estado de compactação do solo do subleito de pavimentos rodoviários, relacionar as principais vantagens e limitações do método e identificar questões ainda não consideradas para sua efetiva utilização. Verificou-se que foram intensificadas nos últimos cinco anos as pesquisas sobre o tema, porém, não obstante o desenvolvimento de diversos modelos empíricos e semiempíricos, ainda há necessidade de continuar e ampliar os estudos para que sejam reproduzidos em grande escala, principalmente no que se refere à consideração da heterogeneidade dos solos em relação às características de funcionamento do GPR.

Palavras-chave: Ground Penetrating Radar, Solo, Compactação, Subleito, Rodovia.

ABSTRACT

The service life of pavements is directly related to the bearing capacity of the subgrade. The quality of the subgrade depends on its compaction. Traditional methods for evaluating and controlling subgrade compaction generally require sampling and laboratory analysis, which requires repair of the sampled points and a reasonable amount of time to obtain results. Ground Penetrating Radar (GPR) is a non-destructive test based on the propagation and reflection of electromagnetic waves that has been used to monitor transportation infrastructure, such as the thickness and presence of water in pavement layers. In the last decade, the number of experimental works that correlate GPR data with the physical properties of the soil to evaluate the quality of road subgrade compaction has increased, but still lacks a method that can be reproduced in the field. Thus, a systematic review of the technical literature was carried out to identify and analyze the practices of using GPR to control and evaluate the subgrade soil compaction of road pavement, listing the main advantages and limitations of the method and identifying issues not yet considered for its use. It was found that research on the subject has been intensified in the last five years, although despite the development of several empirical and semi-empirical models, there is still a need to continue and expand studies to reproduce the results on a large scale, especially in relation to refers to the consideration of soil heterogeneity in relation to the operating characteristics of the GPR.

Keywords: Ground Penetrating Radar, Soil, Compaction, Subgrade, Road.

1. INTRODUÇÃO

A estrutura de pavimentos rodoviários geralmente é constituída por camadas granulares assentadas sobre subleito de solo, que deve ser dimensionado e conformado para garantir a qualidade do pavimento.

Perante tal realidade, é importante determinar a capacidade de suporte do subleito durante sua construção ou nas rotinas de conservação, cujo controle depende do grau de compactação do solo e quase sempre é feito por meio de ensaios destrutivos, a partir de amostras colhidas aleatoriamente e que exigem relativo tempo para obtenção de resultados.

No entanto, há outras possibilidades de verificação como, por exemplo, o Ground Penetrating Radar (GPR), que vem ganhando espaço no meio técnico à medida que são aprofundados os estudos sobre o método, considerando as vantagens de não ser destrutivo, fornecer resultados quase imediatos e possibilitar investigações de grandes trechos sem interrupção (Bressaglia, 2020).

Baseado na propagação e reflexão de ondas eletromagnéticas que dependem das propriedades elétricas do meio investigado, os trabalhos iniciais com o GPR datam da primeira metade do século passado, porém ganhou impulso após avanços tecnológicos experimentados entre as décadas de 1980 e 1990, que permitiram sua aplicação em diversas áreas do conhecimento, com destaque para o monitoramento da infraestrutura rodoviária (Solla; Pérez-Gracia; Fontul, 2021; Wai-Lok Lai; Dérobert; Annan, 2018).

O uso do GPR para avaliar a subsuperfície dos pavimentos e determinar as espessuras das camadas de base e sub-base, bem como localizar utilidades, armaduras e vazios ou detectar a presença de água, já está consagrado mundialmente na literatura e prática da metodologia (Rasol et al., 2022). Todavia, pesquisas mais recentes focam na aplicação da técnica para correlacionar os resultados do método com as propriedades físicas dos solos, em especial seu estado de compactação (Roodposhti; Hafizi; Kermani, 2020; Xu; Yan; Hui, 2011).

Sabe-se que ao compactar o solo sua densidade é aumentada e, em consequência, há uma melhora na qualidade do subleito, com o prolongamento da vida útil do pavimento. Por outro lado, a modificação da densidade e do teor de água, que são as variáveis intervenientes no estado de compactação, também alteram a permissividade dielétrica do solo, que é um dos fatores que mais interfere na propagação das ondas eletromagnéticas (Abdelmawla e Kim, 2020).

Porém, conforme alertam Roodposhti, Hafizi e Kermani (2020), as correlações experimentais entre os dados do GPR e as propriedades dos solos podem não ser alcançadas em campo, devido a heterogeneidade do meio e variações nos equipamentos utilizados, sendo relevante investigações que enriqueçam a técnica para que seja efetiva no controle do estado de compactação do solo do subleito rodoviário. Nesse sentido, o objetivo do presente trabalho é revisar sistematicamente a literatura para (i) reconhecer práticas de uso do GPR para controlar e avaliar a compactação do subleito em obras rodoviárias, (ii) analisar os métodos e critérios adotados, (iii) relacionar as principais vantagens e limitações do GPR para tal finalidade e (iv) identificar questões que ainda não foram avaliadas para a efetiva implementação da técnica.

2. JUSTIFICATIVA

O subleito rodoviário deve ser dimensionado, construído e mantido para suportar as cargas absorvidas pelo pavimento e resistir às condições geoclimáticas locais.

A deficiência da compactação do solo durante a construção do subleito ou devido a danos na fase de operação da rodovia são os motivos mais comuns da deterioração da estrutura do pavimento e comprometem tanto sua vida útil como a segurança viária.

Os ensaios geralmente realizados para controle das obras de execução do subleito e inspeções de manutenção do pavimento, dependem de amostras coletadas em pontos aleatórios da via, que nem sempre são de fácil acesso e exigem reconstrução, cujos resultados são conhecidos apenas após processamento laboratorial.

Nesse sentido, verifica-se a necessidade de desenvolver métodos que complementem ou até mesmo substituam as atuais técnicas de controle e que permitam avaliar mais ampla e rapidamente e de forma não destrutiva as condições do subleito rodoviário durante sua construção ou manutenção dos pavimentos.

No Brasil, considerando a maior participação do modo rodoviário na matriz de transporte – mais de 60% da movimentação de cargas é realizado por rodovias (Sucena, 2023) -, bem como os baixos investimentos em novas vias e escassos recursos para manutenção das existentes – nos últimos quatro anos foi aplicado apenas 50% dos valores necessários para manutenção e ampliação da malha rodoviária nacional (CNI, 2022) -, é ainda mais relevante o conhecimento de técnicas não destrutivas que otimizem a qualidade da construção e controle do subleito, sendo que algumas alternativas para tal finalidade são oferecidas por ensaios geofísicos como o Ground Penetrating Radar (GRP).

O GPR baseia-se na propagação e reflexão de ondas eletromagnéticas e possibilita, entre outras aplicações, interpretar de maneira não destrutiva e continua, por meio da permissividade dielétrica do solo, com resultados praticamente imediatos, as propriedades geotécnicas da subsuperfície terrestre.

Vários estudos realizados nos últimos anos, com propostas de modelos para estimar a permissividade dielétrica experimentalmente ou calculá-la através de equações empíricas e semiempíricas que a correlacionam com o teor de umidade e a densidade do solo, ensejaram pesquisas para avaliação da compactação durante a construção do subleito rodoviário ou nas rotinas de manutenção de pavimentos. Em que pese a quase unanimidade dos pesquisadores sobre a adequação do GPR para tal finalidade, ainda não houve a definição de metodologia que pudesse ser replicada em escalas mais amplas que aquelas estabelecidas nos estudos experimentais, sendo de fundamental importância ampliar as investigações para que sejam efetivamente estabelecidos os parâmetros aferidos com o GPR para controlar e avaliar a compactação do solo do subleito de rodovias em construção ou operação.

3. REFERENCIAL TEÓRICO

A permissividade dielétrica do solo depende da permissividade dielétrica, volume, geometria e interações eletroquímicas dos seus constituintes que são, geralmente, matéria mineral e orgânica, água e ar (Benedetto; Benedetto, 2002).

Diversos estudos demonstram que é possível correlacionar as propriedades físicas do solo com a permissividade dielétrica (Roodposhti; Hafizi; Kermani, 2020). Alguns exemplos dessas associações são as propostas de Topp, Davis e Annan (1980), Ledieu et al., (1986) e Roth et al., (1990) que correlacionam a permissividade dielétrica, teor de água e densidade. No entanto, em razão da heterogeneidade dos solos, tais relações devem sempre ser verificadas e ajustadas para que reflitam corretamente as características do material analisado (Pizarro et al., 2020).

A determinação da permissividade dielétrica do solo pode ser realizada tanto em laboratório (Abdelmawla; Kim, 2020; Hu et al., 2022; Morozov et al., 2023; Muller, 2016; Pizarro et al., 2020) como in situ (Benedetto; Tosti, 2013; Shapovalov et al., 2022; Xu; Yan; Hui, 2011), por diferentes métodos e equipamentos, e é a base para avaliação dos solos através de ensaios geofísicos não destrutivos como, por exemplo, o Ground Penetrating Radar (GPR).

O princípio de funcionamento do GPR, conforme descrito por Bressaglia (2020), consiste na irradiação de ondas eletromagnéticas (EM) por uma antena transmissora (Tx), cuja frequência pode variar de 10 MHz até 2,6 GHz, de acordo com a profundidade e o meio que se pretende explorar. As ondas irradiadas, perante diferenças na permissividade dielétrica do solo (ε), são refletidas e capturadas por uma antena receptora (Rx), com registro do tempo de propagação numa unidade controladora (UC), dando origem a traços (ou scans) que, plotados sequencialmente, formam um radargrama, no qual o eixo das abcissas corresponde à distância percorrida pelas antenas e o das ordenadas representa o tempo que a onda levou para encontrar uma superfície refletora e regressar. A partir dos traços e radargramas são realizados estudos sobre o meio investigado. Na Figura 1 são mostrados o funcionamento do GPR e exemplos de um traço e radargrama.

Figura 1 – (a) Funcionamento do GPR e exemplos de (b) um traço (c) e radargrama

Fonte: Bressaglia (2020)

Estudo de Benedetto e Benedetto (2002) apontou que a permissividade dielétrica é fortemente influenciada pelo teor e estado da água no solo, bem como pela compactação, pois aumenta o contato entre os seus componentes e diminui o volume de vazios.

Testes realizados por Xu, Yan e Hui (2011) em subleito rodoviário escavado e depois preenchido mostraram que é possível calcular a permissividade dielétrica a partir dos dados coletados com o GPR, o qual, segundo os autores, também apresentou capacidade para estimar o teor de umidade, densidade e grau de compactação do solo.

No intuito de expandir as possibilidades de aplicação do método em pavimentos rodoviários, Zhang, Guo e Li (2010) propuseram modelo matemático de simulação dos dados do GPR para, principalmente, auxiliar na interpretação dos seus resultados e “até mesmo desenvolver uma nova maneira de medir a umidade e a densidade das camadas do pavimento em testes não destrutivos”.

Em razão das peculiaridades dos solos tropicais, Pizarro et al. (2020) apresentaram modelo para calibrar a relação entre a permissividade dielétrica e o teor de umidade desses solos na construção de subleitos rodoviários, com base nas proposições de Topp, Davis e Annan (1980) e Ledieu et al., (1986). No mesmo ano, Akhila e Das (2020) compararam a eficiência de vários algoritmos de inteligência artificial para determinar, com dados do GPR, o teor de argila em amostras de solo seco.

Experimento com o GPR de Roodposhti, Hafizi e Kermani (2020) relacionou a permissividade dielétrica, teor de umidade e grau de compactação de solo granular. Os autores observaram que alterações no teor de umidade do solo tem impacto mais relevante na permissividade dielétrica do que modificações no grau de compactação, porém destacaram que se a compactação do solo não for considerada, a determinação da permissividade dielétrica restará comprometida. No mesmo sentido foi o trabalho desenvolvido por Abdelmawla e Kim (2020), porém para solo siltoso.

Xu (2021) utilizou os radargramas gerados com o GPR e o ensaio de frasco de areia para avaliar a compactação de trecho de subleito ferroviário em construção. Concluiu que o ensaio de frasco de areia permitiu uma verificação quantitativa, enquanto o GPR proporcionou uma análise qualitativa. Segundo o autor, embora seja possível determinar a densidade do solo com os dados do GPR, é difícil obter um índice específico do efeito da compactação.

Com o auxílio de radargramas simulados matematicamente, dados laboratoriais e de campo, Hou e Du, (2021) utilizaram o GPR para avaliar subleito ferroviário construído com solo-cimento. Além de relações entre a permissividade dielétrica, teor de umidade e densidade do solo, observaram que diferentes frequências das ondas eletromagnéticas causam sensível efeito na velocidade de propagação e amplitude dos sinais do GPR.

Para medir a influência do teor de umidade e grau de compactação na permissividade dielétrica do solo, Hu et al. (2022) realizaram ensaios laboratoriais com o objetivo de organizar uma “base teórica e de dados para a detecção do teor de água e do nível de compactação do solo do subleito em obras rodoviárias”. Em síntese, concluíram que “o estado de distribuição do teor de água pode ser avaliado pela variação da permissividade dielétrica e, em seguida, pelo nível de compactação”.

Shapovalov et al. (2022) desenvolveram algoritmo para estimar a densidade de solo não coesivo durante a construção de subleito ferroviário, considerando dados de radargramas gerados pelo GPR enquanto eram compactadas as diversas camadas de solo. Além da permissividade dielétrica, também estimaram a refletividade do solo em relação à densidade e número de passagens do rolo compactador.

Pesquisa de Morozov et al. (2023) realizada para compreenderem o motivo da redução da profundidade de investigação do GPR em subleitos ferroviários de regiões áridas, após ensaios laboratoriais para determinar a composição e permissividade de mistura de bentonita e gesso, notaram que a diminuição se deve à interação dos materiais carbonáceos com o campo eletromagnético (efeito Maxwell-Wagner), indicando que “as condições geológicas de engenharia que determinam a densidade e a composição química dos solos podem ter um impacto significativo na eficácia do método”.

Devido ao crescente interesse no uso do GPR, recentes revisões da literatura colecionaram informações sobre a aplicação da técnica para análise de obras civis e rodoviárias. Wai-Lok Lai, Dérobert e Annan (2018) revisaram de forma ampla os últimos trinta anos de aplicação do GPR na Engenharia Civil e destacaram seu uso na identificação de áreas de aterro com drenagem e compactação inadequadas. Solla, Pérez-Gracia e Fontul (2021) empreenderam revisão sobre a aplicação do método na infraestrutura de transportes, com ênfase nas boas práticas e soluções de problemas. Ressaltaram a influência do tipo de antena – aérea ou de superfície – na captura de dados com o GPR para avaliar o subleito rodoviário, bem como enfatizaram a atenuação do sinal eletromagnético em ambientes com elevadas quantidades de água e argila. Rasol et al. (2022) também se debruçaram sobre o uso do método na infraestrutura de transportes, porém se dedicaram ao seu monitoramento, com registro da possibilidade do uso do GPR para estimar o teor de umidade e densidade do solo para fins de caracterização do subleito.

4. METODOLOGIA

A revisão da literatura foi realizada em três etapas, conforme proposição de Kitchenham e Charters (2007): planejamento, execução e análise dos resultados, com auxílio do software Parsifal (https://parsif.al), que foi escolhido em razão do seu funcionamento ter como base o rito sugerido pelos autores e, assim, incluir os passos necessários para uma revisão sistemática, desde a construção do protocolo até a condução da pesquisa, inclusive com emissão de relatórios e exibição de gráficos. Além disso, por ser online, permite trabalhar em diversas plataformas, o que facilita e agiliza a busca e coleta de referências, bem como serve de instrumento para documentar todo o processo de revisão.

4.1 PLANEJAMENTO

Perante o interesse em analisar e consubstanciar informações acerca da situação atual do uso do Ground Penetrating Radar (GPR) para avaliação e controle da compactação do solo do subleito em obras rodoviárias, foram definidos os objetivos abaixo:

• Levantar estudos experimentais e laboratoriais acerca da utilização do GPR para controle e avaliação da compactação do solo do subleito de pavimentos rodoviários;
• Identificar e analisar técnicas e critérios de aplicação do GPR para controle e avaliação da compactação do solo do subleito de pavimentos rodoviários;
• Listar as vantagens e limitações no uso do GPR para controle e avaliação da compactação do solo do subleito de pavimentos rodoviários; e
• Identificar questões que ainda não foram avaliadas para a efetiva implementação do GPR para o controle e avaliação da compactação do solo do subleito de pavimentos rodoviários.
E, para atingir tais objetivos, especificou-se as seguintes questões de pesquisas:
• Como o método GPR tem sido empregado para avaliação e controle da compactação do solo do subleito de pavimentos rodoviários?
• Quais técnicas e critérios do GPR são apropriados para avaliação e controle da compactação do solo do subleito de pavimentos rodoviários?
• Quais as possibilidades e limitações no uso do GPR para avaliação e controle da compactação do solo do subleito de pavimentos rodoviários?

O idioma inglês foi o escolhido para a pesquisa das referências, em razão de ser o mais comum em trabalhos científicos, e, temporalmente, foi fixado o ano de 2.000, a partir de quando houve maior impulso nos estudos com o GPR para fins de avaliação das propriedades do solo em obras rodoviárias.

Para definição da estratégia de busca foi utilizada a metodologia PICOC (“Population, Intervention, Comparation, Outcome and Context” ou, em português: População, Intervenção, Comparação, Resultado e Contexto), sugerida por Petticrew e Roberts (2006):

• Population: Subleito de pavimentos rodoviários (road pavement subgrade);
• Intervention: Ground Penetrating Radar (GPR);
• Comparison: Não há;
• Outcome: Controle da compactação do solo (soil compaction control); e
• Context: Aplicação de técnica não destrutiva – GPR – para avaliar a compactação do solo do subleito de pavimentos rodoviários (application of a non-destructive technique – GPR – to assesment soil compaction in the road pavement subgrade).

Nessa condição, as palavras-chave (keywords) e respectivos sinônimos para organizar o algoritmo (string) de busca a partir do PICOC são mostrados no Quadro 1.

Quadro 1 – Palavras-chaves definidas para a estratégia de busca

Palavras-chave	Sinônimos
Ground Penetrating Radar	GPR
compaction	density
subgrade	highway, pavement, road
soil

As bases eletrônicas de dados eleitas para a pesquisa foram:

• Engineering Village (https://www.engineeringvillage.com/search/quick.url);
• IEEEXplore (https://ieeexplore.ieee.org/Xplore/home.jsp);
• ProQuest (https://www.proquest.com/?accountid=8113);
• Scielo (https://www.scielo.br/);
• ScienceDirect (https://www.sciencedirect.com/);
• Scopus (https://www.scopus.com/search/form.uri?display=basic#basic); e
• Web of Science (https://www.webofscience.com/wos/woscc/basic-search).

Já os critérios fixados para admissão ou exclusão dos estudos resultantes das buscas nas bases de dados escolhidas estão demonstrados no Quadro 2.

Quadro 2 – Critérios de admissão e recusa dos estudos

Admissão

Exclusão

– Aplicação do método GPR – Avaliação da compactação do solo – Avaliação da densidade do solo – Avaliação das propriedades elétricas do solo – Avaliação das propriedades físicas do solo – Avaliação do subleito

– Anterior ao ano 2.000 – Apenas avaliação das características da camada de rolamento – Apenas avaliação das espessuras das camadas de base e sub-base – Fora do contexto da revisão – Idioma diferente do inglês e/ou português – Apenas localização de armaduras – Apenas localização de utilidades – Apenas localização de vazios – Somente verificação da presença de água

Para aferir a qualidade dos artigos admitidos, foram propostas as dez questões a seguir, cada uma com valor “1” para resposta afirmativa e “0” para negativa, sendo estabelecido que para compor o rol de suporte da revisão os trabalhos deveriam totalizar no mínimo “4”, isto é, abarcarem pelos menos quatro dos temas pré-avaliados:

• O GPR foi utilizado para avaliar a compactação do solo do subleito de pavimento rodoviário?
• O GPR foi utilizado para avaliar a compactação ou densidade do solo?
• O GPR foi utilizado para avaliar as propriedades físicas e/ou elétricas do solo?
• Foram apresentadas técnicas e/ou critérios de uso do GPR para avaliar a compactação do solo?
• Foram relacionadas as limitações para uso do GPR para avaliar a compactação do solo?
• O GPR foi utilizado para avaliar o subleito de ferrovia?
• O GPR foi utilizado para avaliação da camada de rolamento de asfalto e/ou concreto?
• O GPR foi utilizado para avaliar as espessuras das camadas estruturais do pavimento?
• O GPR foi utilizado para localizar armaduras e/ou utilidades inseridas nas camadas do pavimento?
• O GPR foi utilizado para localizar vazios e/ou presença de água nas camadas do pavimento?

Nota-se dentre as questões que também foi inserido o subleito ferroviário. Isso se deve a sua semelhança com o subleito rodoviário e percepção, durante as análises preliminares, da existência de diversos estudos sobre a temática em países cujo modo ferroviário tem significativa relevância na matriz de transporte.

As perguntas sobre outras utilidades do GPR, além da avaliação e controle do subleito, para monitorar a infraestrutura de transporte rodoviário, se deve ao fato do interesse em reconhecer o quão amplo é cada estudo selecionado e, ao mesmo tempo, limitar artigos que não fossem de interesse da pesquisa.

Assim, a seleção preliminar foi realizada após leitura dos resumos dos artigos levantados e, quando necessário, também da conclusão, enquanto a escolha final se deu após leitura completa dos trabalhos e aferição da respectiva qualidade de acordo com os questionamentos pré-estabelecidos. Dos trabalhos selecionados, foram extraídas e tabuladas as informações de interesse para análise e discussão consoante o roteiro abaixo:

• Qual o tipo de avaliação?
• Em qual país foi realizada a avaliação?
• Em qual período – mês e ano – foi realizada a avaliação?
• Em qual tipo de solo foi realizada a avaliação?
• Avalia a compactação de solo do subleito de pavimento rodoviário?
• Avalia a compactação de solo do subleito de ferrovia?
• Apresenta técnicas e/ou critérios para avaliar o grau de compactação do solo com o GPR?
• Apresenta técnicas e/ou critérios para avaliar a densidade do solo com o GPR? Quais técnicas e/ou critérios foram utilizados na avaliação do grau de compactação e/ou densidade? Quais foram os principais resultados da avaliação do grau de compactação e/ou densidade? Descrição sucinta do processo de avaliação.
• Avalia as propriedades físicas do solo com o GPR?
• Avalia as propriedades elétricas do solo com o GPR?
• Apresenta técnicas e/ou critérios para avaliar o teor de umidade do solo com o GPR? Quais técnicas e/ou critérios foram utilizados na avaliação das propriedades do solo? Quais foram os principais resultados da avaliação das propriedades do solo? Descrição sucinta do processo de avaliação.
• Lista limitações do GPR para avaliar a compactação do solo? Quais foram as limitações identificadas?
• Há propostas de estudos futuros? Quais propostas foram apresentadas?
• Qual equipamento de GPR – marca e modelo – foi utilizado? Qual o tipo de antena utilizada? Qual a frequência da antena?
• Houve processamento dos dados? Qual tipo de processamento?
• Houve simulação dos resultados?

4.2 EXECUÇÃO

Inicialmente, a partir das palavras-chave, foi construído o algoritmo para busca nas bases de dados. Aliás, o próprio software de apoio da revisão – Parsifal – fez a sugestão do string de busca, o qual foi adaptado apenas em duas ocasiões, devido à sistemática de pesquisa das plataformas ProQuest, que resultou em muitos estudos fora do contexto da revisão, referentes ao uso do GPR em estruturas de concreto, e Scielo, que adota notação diferenciada para composição do algoritmo. No Quadro 3 são apresentados os algoritmos de busca em relação a cada uma das bases de dados consultadas, bem como as datas em que foram realizadas as pesquisas.

Quadro 3 – Algoritmos (strings) de busca e datas das pesquisas

Base de dados	*String* de busca	Data
Engineering Village	(“Ground Penetrating Radar” OR “GPR”) AND “soil” AND (“compaction” OR “density”) AND (“subgrade” OR “highway” OR “pavement” OR “road”)	22/08/2023
IEEEXplore		22/08/2023
ScienceDirect		22/08/2023
Scopus		22/08/2023
Web of Science		22/08/2023
ProQuest	(“ground penetrating radar” OR GPR) AND (compaction AND density) AND soil AND (subgrade AND road AND highway) NOT concrete	22/08/2023
Scielo	((“ground penetrating radar”) OR (GPR) AND (soil)) AND (compaction) OR (density) AND (subgrade) OR (highway) OR (pavement) OR (road)	22/08/2023

Realizadas as buscas, foram colecionados 129 artigos, dos quais, durante a análise inicial, 111 foram recusados e 18 admitidos. Em relação ao total de trabalhos excluídos já na fase preliminar de classificação, é importante apontar que se trata de temática recente, cujos estudos ainda são incipientes (Solla; Pérez-Gracia; Fontul, 2021).

Após a avaliação qualitativa dos estudos selecionados, considerando que a pontuação máxima estabelecida foi 10, seis estudos tiveram pontuação 5 e outros seis pontuação 4, os demais obtiveram 4 pontos, três trabalhos, e um ponto, duas pesquisas.

As questões para aferição da qualidade com mais estudos enquadrados foram aquelas sobre o uso do GPR para avaliar as propriedades dos solos e seu estado de compactação, enquanto para as que buscavam informações sobre aplicações ordinárias da metodologia, como identificar as espessuras das camadas dos pavimentos, utilidades, presença de água e vazios, praticamente não houve pesquisa pontuada. Entende-se que tais resultados reforçam a correção dos procedimentos adotados na escolha das referências para a revisão. No Quadro 4 é mostrado a quantidade de artigos enquadrados em cada uma das questões de aferição da qualidade propostas para a pesquisa e, no Quadro 5, está o resumo dos doze trabalhos selecionados durante a revisão.

Quadro 4 – Total de estudos enquadrados nas questões de qualificação

Questão		Houve estudos enquadrados
Questão		Sim	Não
A	O GPR foi utilizado para avaliar a compactação do solo do subleito de pavimento rodoviário?	6	12
B	O GPR foi utilizado para avaliar a compactação ou densidade do solo?	14	4
C	O GPR foi utilizado para avaliar as propriedades físicas e/ou elétricas do solo?	15	3
D	Foram apresentadas técnicas e/ou critérios de uso do GPR para avaliar a compactação do solo?	14	4
E	Foram relacionadas as limitações para uso do GPR para avaliar a compactação do solo?	11	7
F	O GPR foi utilizado para avaliar o subleito de ferrovia?	4	14
G	O GPR foi utilizado para avaliação da camada de rolamento de asfalto e/ou concreto?	1	17
H	O GPR foi utilizado para avaliar as espessuras das camadas estruturais do pavimento?	1	17
I	O GPR foi utilizado para localizar armaduras e/ou utilidades inseridas nas camadas do pavimento?	0	18
J	O GPR foi utilizado para localizar vazios e/ou presença de água nas camadas do pavimento?	2	16

Quadro 5 – Sumário dos trabalhos selecionados

Ref.	Estudo	Fonte	País do Estudo	Tipo de Estudo	Questões (Quadro 4)
1	(MOROZOV et al., 2023)	ScienceDirect	Rússia	Experimental	BCDF
2	(PIZARRO et al., 2020)	Scopus	Brasil	Experimental	ABCDE
3	(BENEDETTO; BENEDETTO, 2002)	Scopus	Itália	Experimental	ABCDE
4	(XU, 2021)	ProQuest	China	Campo	ABDE
5	(ABDELMAWLA; KIM, 2020)	Web of Science	Estados Unidos da América	Experimental	ABCDE
6	(SHAPOVALOV et al., 2022)	Web of Science	Rússia	Campo	ABCDE
7	(ROODPOSHTI; HAFIZI; KERMANI, 2020)	Web of Science	Irã	Experimental	BCDE
8	(HU et al., 2022)	Web of Science	China	Experimental	BCDEF
9	(BENEDETTO; TOSTI, 2013)	Engineering Village	Itália	Campo	BCDE
10	(ZHANG; GUO; LI, 2010)	Engineering Village	China	Experimental	CDGH
11	(XU; YAN; HUI, 2011)	Engineering Village	China	Campo	ABCD
12	(CEZAR et al., 2010)	Scielo	Brasil	Campo	BCDEJ

Além dos estudos relacionados no Quadro 5, foram incorporados à pesquisa três trabalhos obtidos de forma cruzada: Ledieu et al. (1986), Roth et al. (1990) e Topp, Davis e Annan (1980), e mais outros três por abarcarem amplas revisões sobre a aplicação do GPR na Engenharia Civil – Wai-Lok Lai. Dérobert e Annan (2018) – e no monitoramento da infraestrutura de transporte – Rasol et al. (2022) e Solla, Pérez-Gracia e Fontul (2021). Além disso, também foi incorporada a dissertação de Bressaglia (2020), em razão do detalhamento que faz sobre a aplicação do método GPR, inclusive acerca da possibilidade de simulação dos seus resultados. No Quadro 6 estão consubstanciadas as publicações incorporadas.

Os trabalhos incorporados e publicados antes do ano 2000 referem-se ao desenvolvimento de equações empíricas e semiempíricas que correlacionam a permissividade dielétrica do solo com suas propriedades físicas – teor de umidade e densidade – e são relevantes para aplicação do GPR na análise do estado de compactação do solo.

Quadro 6 – Sumário dos trabalhos incorporados

Ref.	Estudo	País do Estudo	Tipo de Estudo
13	(RASOL et al., 2022)	—	Revisão
14	(SOLLA; PÉREZ-GRACIA; FONTUL, 2021)	—	Revisão
15	(BRESSAGLIA, 2020)	Brasil	Campo
16	(WAI-LOK LAI; DÉROBERT; ANNAN, 2018)	—	Revisão
17	(ROTH et al., 1990)	Suíça	Experimental
18	(LEDIEU et al., 1986)	Bélgica	Experimental
19	(TOPP; DAVIS; ANNAN, 1980)	Canadá	Experimental

4.3 ANÁLISE

Dentre os dezenove trabalhos escolhidos, 11 (58%) foram publicados nos últimos cinco anos, sendo que três são extensas revisões sistemáticas sobre o uso do GPR tanto na prática da Engenharia Civil como no monitoramento da infraestrutura de transportes. Além disso, os resultados mostram que desde a década de 1980 há estudos laboratoriais relacionando a permissividade dielétrica do solo com suas características físicas, as quais passaram a ser mais efetivamente associadas ao método GPR no início desse século, com substancial aumento no interesse dos pesquisadores a partir do ano de 2020.

Em que pese entender não haver autorias destacadas no rol de estudos levantados, seja pela quantidade de pesquisas seja pela novidade do tema, Benedetto A. é o autor de dois trabalhos: Bendetto e Tosti (2013) e Benedetto e Benedetto (2002). Na primeira pesquisa que o autor participou, dados do GPR coletados em solo arenoso foram correlacionados com o módulo de elasticidade do material e respectivo estado de compactação, sendo concluído pelos autores que há necessidade de aprofundamento da proposta, por meio da avaliação de mais tipos de solos. No outro estudo, foram associados valores da permissividade dielétrica com o teor de umidade de solo arenoso, cujos resultados possibilitaram afirmar sobre a potencialidade do GPR para avaliação das características do subleito, desde que os equipamentos estejam calibrados adequadamente. Shapovalov, V., Vasilchenko A., Yavna V. e Kochur A., aparecem como autores e coautores em dois artigos: Morozov et al. (2023) e Shapovalov et al. (2022). No trabalho de 2023, os autores avaliaram a interferência da composição do solo na limitação da profundidade de investigação com o Ground Penetrating Radar, no qual observaram que solos argilosos com adições calcáreas estão sujeitos ao efeito Maxwell-Wagner, devido à interação de materiais carbonáceos com as ondas eletromagnéticas, e, por isso, dificultam investigações profundas com o GPR. No segundo estudo, apresentam algoritmo para avaliar o grau de compactação em obras de construção de subleito ferroviário, porém alertam que se trata de parte de pesquisa mais ampla para uso da técnica. Solla M., Pérez-Gracia V. e Fontul S., compartilham duas revisões sobre infraestrutura de transportes: Rasol et al. (2022), que aborda o uso do GPR para monitoramento das condições de rodovias, e Solla, Péres-Gracia e Fontul (2021), que explora as vantagens e limitações da aplicação do GPR em obras e serviços relativos à infraestrutura viária. E Annan A. P. também é co-autor em duas publicações: Wai-Lok Lai, Dérobert e Annan (2018) e Topp, Davis e Annan (1980), sendo a mais recente dedicada a uma ampla revisão da literatura acerca da aplicação geral do GPR nas últimas três décadas e outra, mais distante no tempo, mas que originou modelo empírico que correlaciona a permissividade dielétrica com o teor de umidade do solo, o qual é uma das referências mais citadas sobre o tema.

Espacialmente, nota-se que a China vem se destacando na quantidade de pesquisas experimentais e de campo sobre o uso do GPR na avaliação do subleito rodoviário e ferroviário. E, quanto aos tipos de estudos, observa-se que há mais ênfase nas pesquisas laboratoriais que in situ sobre a aplicação do método no controle da compactação do solo.

A breve síntese acima demonstra, não obstante o interesse despertado nos últimos anos, que o tema é bastante recente e ainda carece de estudos, principalmente em campo, para que o GPR se torne uma realidade na avaliação e controle da compactação do solo durante a execução do subleito de pavimentos rodoviários.

Sobre os trabalhos selecionados durante a revisão, cinco (41%) mencionam nos objetivos o subleito rodoviário, um (8%) o ferroviário e os outros sete (51%) não apontam aplicação específica. Por outro lado, nove estudos (75%) indicam a compactação do solo como propósito e três (25%) abordam a questão no âmbito da mecânica dos solos, enfatizando a densidade do solo.

Nos estudos de campo, os pesquisadores optaram pelo uso de antenas do GPR apoiadas diretamente no solo, com frequências variando de 400 MHz a 1,6 GHz, bem como, majoritariamente, utilizaram como referência comparativa a determinação da massa específica do solo pelo ensaio do frasco de areia. As análises laboratoriais, quando utilizado o equipamento de GPR, com exceção de um estudo, também coletaram dados com antenas apoiadas nas amostras, e recorreram às equações empíricas e semiempíricas consagradas na literatura para avaliar ou calibrar modelos de associação entre a permissividade dielétrica, teor de umidade e densidade do solo.

A maioria dos trabalhos ensaiaram solos arenosos, porém dois deles foram dedicados a solos de regiões tropicais, mais precisamente, do Brasil: Cezar et al. (2010) e Pizarro et al. (2020). As pesquisas também não se limitaram ao GPR e utilizaram outros métodos que permitem estimar a permissividade dielétrica do solo, como o TDR (Time Domain Reflectometry), no intuito de obter dados e maneiras para calibrar modelos que correlacionam as propriedades elétricas e físicas do solo, para, assim, embasar a aplicação do GPR.

Parte das avaliações efetuadas somente foram possíveis frente à possibilidade de simulação e processamento dos dados coletados com o GPR, pois a simples visualização dos sinais de forma isolada (scans) ou conjugados (radargrama), apesar de permitirem vislumbrar seu comportamento, não indicam valores precisos ou de fácil mensuração sem o auxílio de sistemas informáticos específicos de interpretação. Embora algumas limitações como profundidade de investigação, tamanhos dos grãos e saturação do solo tenham sido apontadas pelos pesquisadores na aplicação da técnica, praticamente todos reconheceram a potencialidade do GPR para avaliar e controlar a compactação do subleito rodoviário, tendo em vista que as propriedades dos solos podem ser determinadas a partir das suas características elétricas, em particular, da permissividade dielétrica, que apresenta forte correlação com a quantidade de água e a densidade do solo.

5. DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

É de fundamental importância a resistência e integridade do subleito para que a capacidade de carga e vida útil dos pavimentos rodoviários atendam às exigências de projeto (Abdelmawla; Kim, 2020; Benedetto; Benedetto, 2002; Shapovalov et al., 2022; XU, 2021; Xu; Yan; Hui, 2011)

A correta execução do subleito é a maneira mais eficaz de garantir a sua qualidade e depende, basicamente, das propriedades do solo e da tecnologia de construção utilizada, em particular os métodos de controle dos serviços de compactação (Abdelmawla; Kim, 2020; Shapovalov et al., 2022; Xu, 2021; Xu; Yan; Hui, 2011).

Os ensaios mais comuns para avaliar e determinar o grau de compactação do subleito correlacionam o teor de umidade e a massa específica dos solos, no entanto esses métodos necessitam de amostras que são coletadas de forma randômica, isto é, permitem apenas verificações pontuais, que exigem a reconstrução do local de onde foram removidas, e demandam certo tempo para obtenção dos resultados (Cezar et al., 2010; Roodposhti; Hafizi; Kermani, 2020; Xu, 2021; Xu; Yan; Hui, 2011).

Decorre dessa situação o interesse no desenvolvimento de métodos para substituir ou complementar as técnicas tradicionais, que possibilitem avaliar o estado de compactação do solo de forma não destrutiva, contínua e extensiva (Cezar et al., 2010), como, por exemplo, os ensaios geofísicos, cuja permissividade dielétrica do meio investigado é um dos principais parâmetros (Hu et al., 2022).

Assim, os valores aproximados da permissividade dielétrica relativa ou constante dielétrica dos componentes do solo são em torno de 3 a 5 para os minerais, 1 para o ar e 81 para a água (Pizarro et al., 2020), a qual, em razão do elevado valor, é o principal influente nas propriedades elétricas do solo (Benedetto; Benedetto, 2002; Pizarro et al., 2020).

5.1 RELAÇÃO ENTRE A PERMISSIVIDADE DIELÉTRICA DO SOLO E SUAS PROPRIEDADES FÍSICAS

Figura 2 – Comparação entre os modelos propostos por Pizarro et al. (2020), Topp, Davis e Annan (1980) e Ledieu et al. (1986) para solos tropicais

Fonte: Pizarro et al. (2020)

5.1 DETERMINAÇÃO DA CONSTANTE DIELÉTRICA DO SOLO

Há vários modos para determinação da constante dielétrica de um solo, tanto em laboratório como in situ (Ledieu et al., 1986). Nos estudos laboratoriais de Hu et al. (2022) para calibração do modelo de Topp, Davis e Annan (1980) de solos arenosos médios e grossos compactados, foi utilizado um Analisador de Rede Vetorial (VNA), o qual permite caracterizar o comportamento (alterações) de ondas eletromagnéticas (sinais). Para tanto, é inserida uma sonda metálica (guia) na amostra, pela qual percorre um pulso eletromagnético, cujo trânsito (tempo de propagação) é influenciado pela permissividade do meio (solo). Na Figura 3 é mostrado o VNA e uma das amostras de solo utilizada no trabalho de Hu et al. (2022), bem como exemplos dos resultados que obtiveram.

Figura 3 – Equipamento VNA, sonda inserida em amostra de solo e exemplos de resultados

Fonte: Adaptado de Hu et al. (2022)

Uma das maneiras mais comuns para avaliar a permissividade dielétrica dos solos é a técnica de Reflectometria no Domínio do Tempo (TDR), bastante utilizada na agricultura para estimar a quantidade de água no solo (Ledieu et al., 1986; Roth et al., 1990). Seu funcionamento tem como base o tempo de propagação de ondas eletromagnéticas por (pelo menos) um par de hastes metálicas – sondas – inseridas no solo (Pizarro et al., 2020). Pode ser aplicada tanto em amostras, durante estudos experimentais, como em campo, todavia as medições são pontuais. Tal método foi utilizado nos estudos de Topp, Davis e Annan (1980), Roth et al. (1990), Ledieu et al. (1986) e Pizarro et al. (2020).

A configuração do TDR e modelo do formato dos dados alcançados estão exemplificados na Figura 4.

Figura 4 – Configuração do TDR e exemplos de resultados

Fonte: Adaptado de Pizarro et al. (2020) e Ledieu et al. (1986)

Considerando que o funcionamento do GPR é baseado na propagação e reflexão de ondas eletromagnéticas, cujo trânsito depende da permissividade do meio investigado, também é possível estimar o valor da constante dielétrica do solo por meio dos seus resultados, pontual e continuamente, tanto em experimentos de laboratório como em atividades de campo (Bressaglia, 2020). Tal possibilidade advém do fato que obtido o tempo de propagação (t_w) da onda eletromagnética com o GPR, em nanosegundos, e conhecendo-se a distância (d), em metros, que percorreu, a constante dielétrica pode ser determinada por meio da relação mencionada no estudo de Roodposhti, Hafizi e Kermani (2020), a qual é apresentada a seguir (Equação 5), com as variáveis ilustradas na Figura 5, sendo “c” a velocidade da luz no vácuo (0,299 m/ns):

Figura 5 – Ilustração das variáveis referentes a Equação 5

Fonte: Bressaglia (2020)

Outro meio de estimar a constante dielétrica com o GPR é pela análise das amplitudes (A) dos traços, conforme apresentado por Xu; Yan; Hui (2011) e mostrado na Figura 6, sendo R o coeficiente de reflexão obtido da relação entre a amplitude do sinal da superfície refletora e um valor de referência (Am), calculado a partir da reflexão da onda eletromagnética incidente sobre uma superfície metálica: R = A/Am.

Figura 6 – Esquema de reflexão das ondas eletromagnéticas no solo e relações entre a amplitude dos sinais e constantes dielétricas do meio

Fonte: Adaptado de Xu; Yan; Hui (2011)

Percebe-se na representação gráfica das amplitudes (A) da Figura 6 que a onda eletromagnética, devido à permissividade do meio, perde energia durante sua propagação e, por isso, as reflexões vão ficando mais atenuadas, o que limita a profundidade da investigação com o GPR (Bressaglia, 2020).

5.3 USO DO GPR PARA AVALIAR EM LABORATÓRIO A PERMISSIVIDADE DIELÉTRICA DO SOLO

Figura 7 – Modelo de calibração obtido por Roodposhti, Hafizi e Kermani (2020)

Fonte: Adaptado de Roodposhti, Hafizi e Kermani (2020)

Figura 8 – Coleta de dados do GPR com uma antena de superfície

Fonte: Roodposhti, Hafizi e Kermani (2020)

Nota-se que a relação mostrada na Figura 7 comprova que a quantidade de água é preponderante no valor da permissividade dielétrica em comparação ao grau de compactação. De acordo com tal relação, se o teor de água do solo variar 1%, a constante dielétrica muda 0,933, enquanto se a compactação do solo variar 1%, a alteração na constante dielétrica é de 0,154 (Roodposhti; Hafizi; Kermani, 2020).

Outro estudo laboratorial que correlacionou os dados do GPR com a densidade e conteúdo de água do solo foi o desenvolvido por Abdelmawla e Kim (2020), com uma antena aérea de 2 GHz. Os autores utilizaram um solo siltoso, com densidade máxima de 1,8 g/cm³. O modelo proposto – Equação 6 – foi desenvolvido a partir de relações teóricas e semiempíricas do comportamento da onda eletromagnética e depende da aplicação de índices de ajustes referente ao tipo de solo. Na Figura 9 há uma foto ilustrativa da coleta de dados do estudo.

Figura 9 – Coleta de dados do GPR com uma antena aérea

Fonte: Abdelmawla e Kim (2020)

A antena aérea do GPR, que foi o tipo utilizado no estudo de Abdelmawla e Kim (2020), em atividades de campo, pode ser acoplada a um veículo e coletar dados rápida e continuamente no trecho de interesse, conforme exemplo mostrado na Figura 10.

Figura 10 – Antena aérea do GPR acoplada a veículo

Fonte: Abdelmawla e Kim (2020)

Benedetto e Benedetto (2002), em que pese não terem desenvolvido modelo para correlacionar a permissividade dielétrica do solo com suas propriedades físicas, realizaram diversas medições com o GPR para avaliar solo arenoso utilizado na construção de subleito rodoviário, associando o valor estimado da constante dielétrica, calculada de acordo com a Equação 5, com o respectivo teor de umidade, porém com viscosidades diferentes para a água. Observa-se nos resultados do estudo que, além do teor de água, a frequência da antena utilizada na captura dos dados também influencia na estimativa da constante dielétrica, conforme demonstrado na Figura 11.

Figura 11 – Relações entre o teor de umidade, considerando viscosidades diferentes da água, e a permissividade dielétrica do solo, obtidas com antenas GPR de frequências diferentes

Fonte: Adaptado de Benedetto e Benedetto (2002)

No gráfico à esquerda da Figura 11 é perceptível que acréscimos no teor de umidade do solo causam o aumento do valor da permissividade dielétrica, entretanto, para a mesma amostra (“value A”), no gráfico à direita, variando-se a frequência da antena GPR utilizada na coleta de dados, nota-se que os valores apurados para a permissividade dielétrica são diferentes para o mesmo teor de umidade.

5.4 USO DO GPR PARA AVALIAR EM CAMPO AS PROPRIEDADES DO SOLO

Uma das principais vantagens nos estudos laboratoriais com o GPR é o controle da reflexão das ondas eletromagnéticas, sem as quais não é possível coletar os dados. Todavia, em campo, desconhecendo-se as características do meio, tal limitação deve ser considerada para que haja sucesso na coleta e análise das informações obtidas.

Para contornar tal restrição, por exemplo, Cezar et al. (2010), na pesquisa que realizaram, cravaram cilindros de ferro no solo para “forçar” as reflexões das ondas eletromagnéticas nas profundidades que desejavam obter dados.

De forma bastante prática, estudo feito por Xu, Yan e Hui (2011) durante a construção de subleito rodoviário na China, mostrou que os valores apurados para a permissividade do solo a partir das equações mostradas na Figura 6 estão consoantes aos obtidos in situ, conforme se observa na Figura 12. Registra-se, porém, que os autores não especificaram o tipo de solo, qual equipamento foi empregado para obter a constante dielétrica e nem as características do GPR utilizado, somente anotaram que houve a mistura do solo com cal na proporção de 3 a 4% e que foi utilizado um “dispositivo especial” para medir a permissividade dielétrica em campo para comparação com o GPR. Os valores das constantes dielétricas apuradas também foram comparados com dados obtidos por meio do ensaio de frasco de areia, sendo constada boa correlação entre o teor de umidade, densidade e grau de compactação do solo, de acordo com os gráficos reproduzidos na Figura 13.

Os autores concluíram que a constante dielétrica do solo pode ser determinada com o GPR para estimar rapidamente o teor de umidade, densidade e grau de compactação em obras para construção de subleito rodoviário.

Figura 12 – Relação entre a constante dielétrica calculada a partir de dados obtidos como GPR e medições in situ

Fonte: Adaptado de Xu, Yan e Hui (2011)

Figura 13 – Da esquerda para a direita, relação entre a constante dielétrica calculada a partir de dados obtidos como GPR e o teor de umidade, densidade e grau de compactação do solo

Fonte: Adaptado de Xu, Yan e Hui (2011)

Shapovalov et al. (2022), a partir de radargramas gerados com o GPR e princípios apresentados na Figura 6, estão desenvolvendo algoritmo para avaliar de forma contínua e em tempo real as propriedades do solo durante a construção de subleito rodoviário ou ferroviário. O modelo foi testado num trecho de cem metros de obra para construção de subleito ferroviário, com dados obtidos por meio de antena com frequência de 1,7 GHz, apoiada diretamente no terreno. As medições do experimento foram feitas numa camada de areia e brita, com altura total de sessenta centímetros, confeccionada em subcamadas de aproximadamente dez centímetros, compactadas com rolo vibratório de 18,7 toneladas, cuja coleta de dados ocorreu em cada uma das vinte e quatro passagens do rolo. Para marcar o limite entre o solo compactado e o terreno natural, em cinco pontos do trecho foram colocadas folhas de alumínio. Em que pese concluírem pela qualidade dos resultados alcançados, principalmente pela relação identificada entre a compactação provocada pelas passagens do rolo, isto é, alterações na densidade do solo, e modificações causadas nas características dos sinais das ondas eletromagnéticas, os autores destacaram que para outros tipos de solos não coesivos devem ser feitos estudos para calibração do modelo, que é dependente do valor da permissividade em relação ao número de passagens do rolo compactador, bem como das características de propagação do sinal eletromagnético pelas camadas compactadas.

Na Figura 14 é mostrado exemplo da relação que Shapovalov et al. (2022) observaram nos reflexos das ondas propagadas pelo GPR, obtidos da segunda subcamada de solo, em diversas passagens do rolo compactador.

Figura 14 – Reflexão dos sinais eletromagnéticos da segunda camada para diferentes números de passagens do rolo. Os resultados são mostrados para material solto (□) e após duas ( ), dez ( ), quinze ( ) e vinte (■) passagens do rolo

Fonte: Adaptado de Shapovalov et al. (2022)

Por sua vez, para acompanhar a qualidade da compactação do subleito durante sua execução, Xu (2021) também avaliou imagens de radargramas gerados pelo GPR. Sabendo-se que meios com diferentes permissividades provocam reflexões das ondas eletromagnéticas, o autor interpretou que radargramas com poucas ou sem reflexões, obtidos da camada de solo analisada, demonstram que a compactação resultou num meio mais homogêneo. Isto é, fez uma análise qualitativa e, quantitativamente, realizou o ensaio de frasco de areia para avaliar o grau de compactação. Na Figura 15 são mostrados os radargramas obtidos de trechos da obra onde foi realizada a inspeção, com antena de 900 MHz, apoiada diretamente em solo com massa específica média de 2,0 g/cm3, antes e depois da realização dos serviços de compactação. Na figura constata-se que o solo solto gerou diversas reflexões nos sinais emitidos pelo GPR, porém, depois dos serviços de compactação, as reflexões praticamente se limitaram ao greide do terreno.

Figura 15 – O radargrama da esquerda mostra a camada de solo antes da compactação, enquanto o da direita registra o resultado obtido após a compactação

Fonte: Adaptado de Xu (2021).

6. CONCLUSÕES

Constatou-se na revisão realizada que nos últimos cinco anos foram intensificados os estudos para uso do Ground Penetrating Radar (GPR) na avaliação do estado de compactação do solo em obras de construção do subleito de pavimentos rodoviários, no entanto as pesquisas ainda não lograram êxito em apresentar metodologia efetiva para tal finalidade, sendo necessário continuar e ampliar os estudos.

Basicamente, os trabalhos desenvolvidos para empregar o GPR no controle de serviços de compactação buscam correlacionar ou associar a permissividade dielétrica, que é bastante influenciada pela quantidade de água, com o teor de umidade e densidade do solo. Mais esporadicamente, alguns pesquisadores, de forma qualitativa e complementar aos ensaios tradicionais, utilizaram a técnica para o reconhecimento de variações na propagação dos sinais eletromagnéticos perante diferenças nas camadas de solo compactadas.

Não obstante já comprovado em pesquisas laboratoriais a capacidade do GPR para estimar a permissividade dielétrica e avaliar as propriedades físicas do solo, em estudos de grande escala, isto é, em obras, não foram satisfatórios, devido, principalmente, a heterogeneidade dos solos e características do meio, que exigem a calibração dos modelos desenvolvidos experimentalmente e estratégias para que os sinais eletromagnéticos reflitam para gerar dados.

Apesar dos desafios para aplicação do GPR em obras de compactação de solos de subleito de pavimentos rodoviários, há praticamente uma unanimidade no meio técnico acerca do seu potencial, considerando que permite coletar dados de forma não destrutiva, rápida, contínua e em extensos trechos, com obtenção praticamente imediata de resultados.

O presente trabalho contribui para que os pesquisadores e técnicos interessados na avaliação do estado de compactação do solo do subleito de pavimentos rodoviários, reconheçam as potencialidades do uso do GPR para tal fim e em qual estágio estão as pesquisas para aplicação da técnica. Nesse sentido, os resultados obtidos ensejam novos estudos, como, por exemplo, o aprofundamento das investigações experimentais para caracterizar em campo a efetiva sensibilidade do Ground Penetrating Radar na determinação da constante dielétrica dos solos e, consequentemente, das suas propriedades geotécnicas.

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