PROPOSTA DE INTEGRAÇÃO DE MONITORAMENTO DA INTEGRIDADE ESTRUTURAL NO SISTEMA DE GERENCIAMENTO DE OBRAS DE ARTE ESPECIAIS DO BRASIL
monitorização da integridade estrutural, reconhecimento de padrões, modelação por elementos finitos, sistema de gerenciamento de obras de arte especiais, identificação de dano, modelagem da informação da construção
As obras de arte especiais (OAEs) são estruturas integradas nas vias com o objetivo de ultrapassar obstáculos, contribuindo assim para a qualidade de vida das pessoas e da economia das regiões. São geralmente construídas de forma a atingir a vida útil de pelo menos 50 anos. Porém, devido a diversos fatores, as mesmas apresentam desgastes naturais ou acidentais, mais frequentes do que os previstos em fase de projeto. A fim de manter essas estruturas em condições de operação, seus responsáveis utilizam os sistemas de gerenciamento de obras de arte especiais (em inglês, Bridge Management System – BMS), que, na maioria dos países em que estão implantados, são baseados nas inspeções visuais e ensaios. Em algumas OAEs, com maior custo agregado, além dos ensaios estáticos e dinâmicos, o gestor investe em monitoramento da integridade estrutural (em inglês Structural Health Monitoring - SHM), para acompanhar, seja em tempo real ou não, o comportamento da estrutura. De forma a averiguar a existência de dano estrutural, é comum a utilização de modelos numéricos em elementos finitos devidamente calibrados para reproduzir a resposta estrutural medida e a aplicação, diretamente sobre os dados provenientes da monitorização, de algoritmos de aprendizado de máquina emprestados da inteligência artificial. Neste trabalho, a abordagem do SHM será feita, em conjunto, com técnicas numéricas, inteligência artificial e monitoramento. Diante desse cenário, a motivação norteadora deste trabalho, é a possibilidade de permitir uma melhor identificação e gestão de danos em OAEs. Nesse diapasão, o objetivo desta tese consiste em propor uma solução de integração do SHM e BMS. Para demonstrar a potencialidade dessa integração, foram criados modelos numéricos em elementos finitos, aplicados em dois estudos de caso, nomeadamente, o da passagem superior Z24 na Suíça (monitorado por quase um ano) e o da ponte sobre o rio Itacaiúnas no Brasil (3h de observação). Na passagem superior Z24 foram introduzidos danos para avaliar de forma controlada o comportamento da estrutura e a ponte sobre o rio Itacaiúnas apresenta atualmente deformações excessivas no tabuleiro. Assim, o desenvolvimento da tese começa por fazer um levantamento dos sistemas atuais de gerenciamento e de monitorização de OAEs; o resumo dos ensaios dinâmicos efetuados em vibração ambiental na ponte sobre o rio Itacaiúnas; a descrição do processo de identificação experimental das propriedades modais (configurações modais, frequências naturais de vibração e coeficientes de amortecimento) da passagem superior Z24 e da ponte sobre o rio Itacaiúnas; e a descrição dos modelos numéricos em elementos finitos da passagem superior e da ponte, calibrados utilizando os resultados dos respetivos ensaios dinâmicos. Note-se que a modelagem numérica permitiu a realização de avaliações quantitativas do estado de deterioração nas zonas danificadas. Além dessas contribuições científicas já geradas nesse estudo, espera-se, como possíveis contribuições adicionais, as integrações entre método de elementos finitos e algoritmos de aprendizado de máquina e de SHM e BMS, cujas pesquisas ainda encontram-se, em certo nível, incipientes e o desenvolvimento de um procedimento de monitoramento e diagnóstico estrutural baseado no paradigma de acoplamento acima mencionado; integração SHM-BIM para o benefício imediato do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT).