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Monitoramento da saúde estrutural: saiba tudo sobre

O monitoramento da saúde estrutural é um processo que envolve uma série de técnicas para avaliar o estado de diferentes tipos de estruturas

O monitoramento da saúde estrutural, ou Structural Health Monitoring, é essencial para evitar quaisquer problemas que possam prejudicar a segurança pública. Vamos ver neste artigo o que é e como essas atividades estão se desenvolvendo graças à aplicação de novas tecnologias e sistemas digitais inovadores para o monitoramento e manutenção de estruturas.

Para facilitar o seu trabalho, pode contar com um software de gerenciamento de pontes para coletar todas as informações necessárias para garantir a integridade e a segurança de edifícios, pontes, estradas e todos os outros tipos de infraestrutura.

A imagem ilustra uma ponte com a monitorização de saúde estrutural

Monitoramento da saúde estrutural

Introdução ao monitoramento da saúde estrutural

O monitoramento da saúde estrutural (SHM) é um processo que envolve uma série de técnicas projetadas para avaliar a condição de estruturas como pontes, edifícios e infraestrutura, a fim de garantir sua segurança e eficiência operacional.

Este campo está evoluindo rapidamente com o advento de novas tecnologias, como Inteligência Artificial e aprendizagem automática, que estão levando a novas possibilidades e desafios. As informações coletadas por meio do monitoramento estrutural podem ser usadas para identificar problemas potenciais, prever dificuldades futuras e orientar decisões sobre como gerenciar e manter a infraestrutura existente.

Em resumo, o monitoramento da saúde estrutural é uma disciplina fundamental para a segurança e eficiência de nossas infraestruturas e a abordagem baseada em dados para o monitoramento estrutural. Juntamente com o uso de técnicas avançadas, como inteligência artificial e a aprendizagem automática, oferece um enorme potencial para melhorar o gerenciamento de infraestrutura em todo o mundo.

Elementos de um sistema SHM

Um sistema de monitoramento da saúde estrutural é um conjunto de ferramentas e procedimentos projetados para monitorar e avaliar a condição de uma instalação, como um edifício, ponte, barragem ou outra infraestrutura.

Geralmente, um sistema desse inclui sensores, hardwares de aquisição de dados e uma plataforma BIM IoT para análise e interpretação de dados e estratégias para tomar decisões com base nos dados adquiridos.

São sistemas fundamentais para garantir a segurança, identificar eventuais problemas estruturais e planejar as atividades de manutenção:

  1. sensores: os sensores são os elementos mais fundamentais de um sistema de monitoramento da saúde estrutural. Eles podem incluir acelerômetros, inclinômetros, sensores de tensão, sensores de temperatura, sensores de umidade e muito mais. Esses sensores detectam e registram vários parâmetros físicos que podem indicar mudanças na condição da estrutura.
  2. Hardwares para aquisição de dados: estes componentes coletam dados de sensores e os transmite para o sistema de processamento de dados. Isso pode incluir módulos de aquisição de dados, sistemas de transmissão de dados e outros dispositivos.
  3. Software de monitoramento da saúde estrutural: este é o coração do sistema de monitoramento da saúde estrutural. Este software recebe dados do hardware de aquisição de dados, processa-os e produz resultados úteis. Esses resultados podem incluir gráficos, diagramas, tabelas e outras visualizações que tornam os dados facilmente compreensíveis.
  4. Modelos de interpretação de dados: são algoritmos ou procedimentos usados para interpretar os dados coletados. Esses modelos podem ajudar a identificar tendências, detectar anomalias e prever possíveis problemas futuros.
  5. Protocolos de resposta: são planos de ação que são implementados quando o sistema de monitoramento da saúde estrutural detecta um problema. Estes podem incluir procedimentos de manutenção, evacuação ou outras intervenções.

Em conclusão, um sistema de monitoramento da saúde estrutural é um conjunto complexo de componentes que trabalham juntos para monitorar e manter a integridade de uma estrutura. O sucesso desses sistemas depende da qualidade dos sensores, da eficácia do hardware e software para aquisição e processamento de dados e da capacidade de interpretar e responder adequadamente aos dados coletados.

Monitoramento estrutural em engenharia civil

O monitoramento estrutural na engenharia civil é uma parte fundamental do processo de projeto, construção e manutenção da infraestrutura. Este componente crítico garante que as estruturas tenham respostas adequadas durante sua vida útil, proporcionando ótima segurança e contribuindo para a sustentabilidade econômica do trabalho.

O monitoramento estrutural no campo civil consiste na observação e rastreamento das condições de uma estrutura ao longo do tempo, através do uso de sensores e instrumentos de medição, com o objetivo de identificar possíveis problemas antes que eles se tornem críticos. Isso permite que intervenções de manutenção preventiva sejam realizadas, evitando falhas estruturais que podem resultar em custos e riscos de segurança muito maiores.

Engenheiros civis usam uma variedade de técnicas e ferramentas para monitorar estruturas. Estes incluem, mas não estão limitados a, sensores de deformação, acelerômetros, sensores de umidade, sensores de temperatura, sensores de deslocamento, etc. Tais instrumentos detectam variações nas condições estruturais (movimentos, deformações, mudanças de temperatura ou umidade) e transmitem as informações para um sistema de aquisição de dados.

Os dados coletados são então analisados usando software de processamento de dados. Esses programas podem interpretar grandes quantidades de dados e identificar padrões e tendências. Graças à análise realizada, os engenheiros podem determinar se a estrutura está sofrendo estresse ou danos e se é necessário intervir.

Outro aspecto crítico do monitoramento da saúde estrutural em engenharia civil é o planejamento e implementação de protocolos de resposta. Quando o sistema de monitoramento detecta um problema, esses protocolos fornecem um roteiro para as ações a serem tomadas, que podem incluir inspeções adicionais, reparos, reforços estruturais ou, nos casos mais graves, evacuação e demolição.

Assim, graças ao uso de tecnologias avançadas e à capacidade de analisar e interpretar grandes quantidades de dados, os engenheiros civis podem evitar problemas estruturais, minimizar os custos de manutenção e garantir a segurança de pessoas e propriedades.

A imagem ilustra o monitoramento de saúde estruturall em engenharia civil

Monitoramento da saúde estrutural em engenharia civil

Monitoramento estrutural de pontes

O monitoramento estrutural de pontes é uma disciplina fundamental na engenharia civil. Esse processo envolve o uso de metodologias e tecnologias avançadas para observar a condição física de uma ponte durante seu ciclo de vida, a fim de identificar e gerenciar quaisquer riscos potenciais à integridade estrutural.

Este sistema não se limita apenas ao período pós-construção, mas começa a partir da fase de projeto. Durante esta fase, os engenheiros usam uma série de ferramentas de cálculo para prever o comportamento da estrutura sob diferentes cargas e condições ambientais. Esses modelos, no entanto, são baseados em uma série de suposições que podem não corresponder exatamente à realidade. Portanto, uma vez que a ponte é construída, é necessário um monitoramento constante para verificar se o comportamento real da estrutura corresponde às previsões.

O principal objetivo do monitoramento estrutural das pontes é garantir a segurança da infraestrutura e de quem a utiliza. Para fazer isso, os engenheiros devem detectar quaisquer anomalias no comportamento da estrutura, como movimento excessivo, deformações inesperadas ou danos causados por eventos ambientais ou cargas de tráfego. Isso é feito através do uso de uma série de sensores instalados no convés (acelerômetros, sensores de tensão, giroscópios, termopares, etc.).

Os dados coletados pelos sensores são então analisados usando software especializado, que permite identificar e interpretar qualquer variação em relação aos padrões de comportamento esperados. Se os dados indicarem um problema potencial, os engenheiros podem intervir prontamente para realizar reparos estruturais ou reforços, evitando assim acidentes ou danos mais graves.

Além disso, o monitoramento estrutural das pontes também contribui para sua manutenção e gerenciamento a longo prazo. Ao analisar dados históricos, os engenheiros podem entender melhor como a instalação responde ao longo do tempo a diferentes fatores, como carga de tráfego, condições climáticas, materiais envelhecidos, etc. Isso permite que a manutenção seja planejada de forma mais eficaz e evita problemas antes que eles ocorram.

Por fim, só através de um acompanhamento cuidadoso e contínuo é possível garantir a segurança e eficiência das pontes, protegendo a vida das pessoas e contribuindo para a sustentabilidade da nossa infraestrutura.

Monitoramento estrutural de edifícios

Semelhante às pontes, os edifícios exigem monitoramento constante para garantir sua segurança e integridade e podem revelar sinais de degradação, danos causados por eventos como terremotos ou inundações, ou simplesmente o desgaste natural do tempo.

Para fornecer uma avaliação precisa do estado da saúde estrutural de um edifício, é importante considerar várias fases e componentes fundamentais que se combinam:

  1. planejamento de monitoramento: envolve a definição de objetivos do monitoramento, a seleção dos parâmetros a serem medidos e o projeto do sistema de monitorização. Os objetivos podem variar de acordo com o tipo de estrutura, seu estado atual, o uso do edifício e outros fatores. Os parâmetros a serem monitorados podem incluir movimentos estruturais, deformações, tensões, temperaturas, umidade, vibrações e outros.
  2. Instalação de sensores: dependendo dos parâmetros selecionados, vários tipos de sensores são instalados no edifício. Estes podem incluir acelerômetros para medir vibrações, medidores de tensão para monitorar deformações, termopares para temperatura, hidrômetros para umidade e assim por diante. A posição e configuração dos sensores são escolhidas de acordo com a estrutura do edifício e os pontos críticos a serem monitorados.
  3. Coleta de dados: os sensores coletam dados em tempo real ou em intervalos definidos e os enviam para um sistema de aquisição de dados. Esse sistema pode ser baseado em um computador local ou em uma plataforma de nuvem e permite que os dados sejam registrados, armazenados e processados.
  4. Análise de dados: os dados coletados são então analisados usando software específico. Essas ferramentas permitem identificar quaisquer variações em relação aos valores de referência, relatando possíveis anomalias ou problemas estruturais. A análise também pode incluir técnicas de modelagem e simulação para prever o comportamento futuro da estrutura.
  5. Intervenção: com base nos resultados da análise, os engenheiros podem decidir realizar intervenções corretivas ou de manutenção na estrutura. Estes podem incluir reforços estruturais, reparos, modificações na carga ou uso do edifício e outras medidas.
  6. Relatório e comunicação: finalmente, os resultados do monitoramento e as ações tomadas são documentados e comunicados às partes interessadas. Isso pode incluir proprietários de edifícios, reguladores, seguradoras e outros.

O monitoramento estrutural de edifícios é um processo contínuo que requer monitoramento constante e atualização periódica do sistema de monitoramento para se adaptar às mudanças nas condições do edifício e seu ambiente. Desta forma, é possível garantir a segurança e durabilidade das estruturas, protegendo a vida das pessoas e preservando o valor dos edifícios.

Durabilidade estrutural e o monitoramento do estado da saúde

A durabilidade estrutural e a monitoramento do estado da saúde andam de mãos dadas e, por esse motivo, é bom identificar as definições de ambos:

  • a durabilidade refere-se à capacidade de uma estrutura suportar ao longo do tempo e suportar as condições ambientais e é uma característica fundamental nas estruturas. É influenciado por uma série de fatores, incluindo os materiais utilizados, técnicas de construção, condições ambientais, uso da instalação e práticas de manutenção. Para garantir a durabilidade estrutural, é necessário prever e gerenciar uma série de problemas e riscos potenciais, como deterioração de materiais devido a condições ambientais adversas, cargas excessivas, vibrações, defeitos de construção e outros.
  • O monitoramento da saúde, por outro lado, ajuda a garantir que a estrutura mantenha essa durabilidade. O SHM é uma disciplina que usa uma variedade de técnicas e tecnologias para detectar e analisar mudanças nas propriedades estruturais e no comportamento de uma estrutura. Isso pode incluir o uso de sensores para medir vários parâmetros (como deformações, vibrações, temperatura, umidade e outros), processar dados, analisar e interpretar resultados e planejar e implementar intervenções corretivas ou de manutenção. O monitoramento da integridade estrutural permite identificar precocemente quaisquer problemas ou anomalias, prevenir ou mitigar a deterioração estrutural, otimizar as operações de manutenção e reparo e prolongar a vida útil da estrutura. O monitoramento pode ser realizado continuamente ou em intervalos predeterminados e pode ser baseado em uma abordagem reativa (em resposta a eventos ou sinais específicos) ou proativa (com base em um plano de monitoramento predeterminado).

Através de uma abordagem integrada que combina design e construção de qualidade com o monitoramento e manutenção eficazes, é possível garantir a segurança, funcionalidade e durabilidade das estruturas ao longo do tempo.

A imagem mostra uma gestão das infra-estruturas existentes

Gestão das infra-estruturas existentes | Planejamento da manutenção

 

Inteligência artificial em SHM: uma perspetiva de aprendizagem automática

A inteligência artificial (IA) e a aprendizagem automática revolucionando o campo do monitoramento da saúde estrutural. Os algoritmos de aprendizagem automática podem analisar grandes quantidades de dados coletados por sensores, identificar padrões e tendências e prever possíveis problemas estruturais com precisão sem precedentes. Isso abre novas possibilidades de monitoramento estrutural, tornando nossas infraestruturas ainda mais seguras e eficientes.

A aplicação da Inteligência Artificial (IA) no monitoramento estrutural é baseada na capacidade da IA de processar e interpretar grandes quantidades de dados e, a partir deles, aprender informações. A IA pode, portanto, ajudar a identificar e prever problemas estruturais, melhorando a eficiência e a eficácia do monitoramento e da manutenção.

Aqui estão algumas maneiras pelas quais a IA pode ser aplicada no monitoramento estrutural:

  1. detecção e diagnóstico de anomalias: os algoritmos de aprendizagem automática podem ser treinados para reconhecer padrões em dados de monitoramento estrutural, identificar anomalias ou variações desses padrões e diagnosticar possíveis problemas. Por exemplo, um algoritmo poderia ser treinado para detectar variações nas vibrações de uma ponte que poderiam indicar danos estruturais.
  2. Previsão de deterioração estrutural: a IA pode ser usada para desenvolver modelos de previsão que estimam quando e onde problemas estruturais podem ocorrer com base em vários fatores, como dados históricos de monitoramento, condições ambientais e características da estrutura. Por exemplo, você poderia prever a ocorrência de corrosão em um edifício de aço com base em fatores como umidade e temperatura.
  3. Otimização de manutenção: os algoritmos de IA podem ajudar a planejar e otimizar as operações de manutenção, como determinar o momento ideal para realizar reparos para minimizar os custos e o impacto nas operações. Isso é muitas vezes referido como manutenção preditiva.
  4. Análise de imagem: a IA pode ser usada para analisar imagens ou vídeos de estruturas, obtidos por meio de drones ou outras tecnologias. Algoritmos de aprendizagem automática podem ajudar a identificar certas características, como rachaduras ou deformações, que podem indicar danos estruturais.

Por exemplo, algumas empresas de engenharia começaram recentemente a usar drones equipados com câmeras de alta resolução e algoritmos de IA para inspecionar estruturas e edifícios de pontes. Os algoritmos analisaram as imagens para detectar possíveis problemas, como rachaduras ou corrosão, difíceis de detectar a olho nu. Isso permite inspeções mais rápidas, seguras e eficazes do que os métodos tradicionais.

O monitoramento estrutural é um campo em rápida evolução que desempenha um papel crítico na segurança e eficiência de nossa infraestrutura. Com o avanço de tecnologias como inteligência artificial e aprendizagem automática, as possibilidades são verdadeiramente ilimitadas.

 

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