Monitoramento dinâmico de estruturas: Estudo comparativo entre técnicas e emprego de smartsensors.

Autores

¹Mlenek, D.C.; ²Veiga, L.A.K.; ³Palazzo, D.R.; ⁴Silva, L.F.

¹ITTI - UFPR Email: dyeison.mlenek@hotmail.com
²UFPR Email: kngveiga@gmail.com
³UFPR Email: drpalazzo@gmail.com
⁴UFPR Email: fernando_luis.ufpr@live.com

Resumo

Atualmente os componentes eletromecânicos e uma gama variada de sensores vem se tornando acessível a uma grande parcela da população por meio de tecnologias de código aberto. Sensores estão cada vez mais presentes no dia a dia e são levados para todos os lugares sem muitas vezes serem percebidos. Os smartphones atuais estão sendo equipados com sensores como GPS, magnetômetros, acelerômetros, giroscópios, microfones, câmeras digitais entre outros, com o objetivo de melhorar a experiência do usuário com o dispositivo, além de possibilitar a sua aplicação em um grande número de aplicativos. Os smartphones podem ser vistos também como uma ferramenta de coleta e tratamento de dados, pois os mesmos permitem acesso aos dados dos sensores, o processamento destes, e a partir disto a geração de informações. Cada modelo de aparelho tem grupo de sensores que pode variar, assim como sua precisão e capacidade de processamento. Existe um questionamento constante a respeito destes sensores em relação à sua precisão quando comparados a sensores de tecnologia mais avançada, e no quesito monitoramento é questionada a respeito de sua confiabilidade frente à metodologias já consolidadas. É possível que com o desenvolvimento de novas tecnologias ocorra um avanço com respeito a sensibilidade e precisão dos sensores considerados de baixo custo, o que não impede que, atualmente, sejam desenvolvidas metodologias que tornem possível o emprego destes sensores em mensurações voltadas a engenharia. O monitoramento de estruturas é uma atividade que demanda de técnicas especificas, observações temporais e controle de qualidade eficiente dos dados. A utilização de redes de sensores e a comunicação com uma central de controle proporciona uma maior verificação de toda a estrutura e uma abundância de dados, permitindo a identificação de ocorrências no intervalo entre as campanhas de monitoramento. Para verificar a potencialidade de uso de smart sensors embarcados em plataformas de smartphones foram realizadas observações com sensores embarcados e armazenados no próprio dispositivo, simultaneamente com observações topográficas e geodésicas. Estas informações foram pós-processadas com o objetivo de determinar a frequência de vibração de uma estrutura, aplicando analises estatísticas para a verificação de correspondência entre as técnicas consolidadas, utilizadas atualmente, e os dados obtidos pelo smart sensor. Para a definição da metodologia de trabalho, foram inicialmente realizados testes em uma plataforma de comportamento e frequência de movimentos conhecidos, analisando assim características particulares de cada instrumento utilizado, definindo formas de processamento e análise dos dados. O segundo experimento foi realizado em uma estrutura real, sujeita a movimentações. Para este caso, foi escolhida a ponte metálica sobre o Rio da Várzea, localizada na rodovia PR427, no limite dos municípios de Campo do Tenente e Lapa, Estado do Paraná. A ponte utilizada para os estudos em campo caracterizando uma situação de monitoramento real, localiza-se no limite dos municípios de Campo do Tenente – PR e Lapa – PR, sobre o Rio da Várzea, construída para atender a demanda da época por modal ferroviário com a linha ferroviária que liga a cidade da Lapa à Campo do Tenente. Esta foi inaugurada em 1894 e quase que totalmente transformada para o modal rodoviário após 1964. A transformação de modal ocorreu também para a ponte, após a empresa Compagnie Génerale Chemins de Fér Brésilien delimitar e inaugurar um novo traçado ligando Lapa à Rio Negro excluindo da passagem da referida linha férrea, então o recém emancipado município de Campo do Tenente. Hoje a antiga linha ferroviária dá espaço a rodovia estadual PR-427, denominada de Rodovia Antônio Lacerda Braga, os prefixos “PR” caracterizam uma rodovia de jurisdição estadual e o prefixo “4” caracteriza uma rodovia de ligação, sendo esta ligação entre as Rodovias BR-116 e BR-277. Para o estudo da estrutura da ponte e por consequência como a mesma se comporta quando expostas a cargas e planejamento do monitoramento, a mesma foi mensurada detalhadamente por técnicas topográficas e modelada tridimensionalmente no software Trimble SketchUp. Para a realização do monitoramento foi utilizado como base algumas considerações dispostas na NBR 15307 que trata do procedimento para ensaios não destrutivos com provas de carga dinâmicas em grandes estruturas. Os dados mensurados por técnicas topográficas e geodésicas foram processadas de acordo para obtenção da maior precisão possível, assim como os dados mensurados pelo Smartphone foram utilizados filtros para eliminação de ruídos, os sistemas de referência dos três métodos de mensuração foram compatibilizados para que os respectivos sistemas de eixos coincidam com a estrutura da ponte. Após a compatibilização dos sistemas de referência foram tratados aplicando-se a transformada rápida de Fourier para obtenção das frequências e amplitudes dos movimentos qual a estrutura foi submetida durante o monitoramento.

Keywords

Monitoramento estruturas; Smartsensors; Monitoramento dinâmico

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