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Monitoramento de pontes graças à Internet das Coisas

Os sistemas mais inovadores para monitoramento de pontes e infraestruturas com a ajuda de sensores BIM e IoT. Descubra mais

O monitoramento de pontes é uma ação preventiva essencial para a segurança da infraestrutura e de seus usuários.

Atualmente, existem novas tecnologias que facilitam e melhoram o monitoramento de infraestruturas, como sensores, ferramentas digitais, inteligência artificial e sistemas IoT. Neste artigo, exploraremos o papel de um software de gerenciamento de pontes na gestão do patrimônio de infraestrutura, com foco no monitoramento de pontes e nas tecnologias utilizadas.

A imagem mostra a interface da plataforma usBIM.IoT, para monitoramento de pontes e infraestruturas graças a sensores IoT.

Monitoramento de pontes com uma plataforma IoT BIM

O que é o monitoramento de pontes?

O monitoramento de pontes é um processo que envolve a observação e coleta de dados sobre as condições estruturais e funcionais de uma ponte. Através de sistemas de monitoramento adequados, é possível identificar eventuais anomalias ou degradação de materiais, garantindo segurança, eficiência e durabilidade do trabalho ao longo do tempo.

Como avaliar a segurança das pontes existentes

A avaliação da segurança das pontes existentes baseia-se em vários parâmetros, incluindo:

  • idade;
  • material;
  • tipo de estrutura;
  • carga;
  • exposição a agentes atmosféricos.

As metodologias de avaliação incluem:

  • análise visual;
  • inspeção de drones;
  • uso de sensores e sistemas de monitoramento;
  • cálculo da capacidade de carga através de modelos matemáticos e softwares especializados.

Inspeção e monitoramento de pontes para avaliação de segurança

As pesquisas de monitoramento e inspeção de pontes são duas abordagens complementares para avaliar a segurança da ponte.

O monitoramento consiste na detecção de dados em tempo real através de sensores e sistemas de monitoramento, permitindo uma avaliação contínua das condições estruturais. As investigações de inspeção, por outro lado, envolvem uma análise visual ou o uso de tecnologias específicas em momentos predeterminados.

Inspeções visuais e a compilação de folhas de defeitos da ponte são processos fundamentais para garantir a segurança e a manutenção adequada da infraestrutura. Durante essas inspeções, técnicos e engenheiros examinam a condição dos conveses, identificam quaisquer problemas ou danos estruturais e documentam os resultados para planejar quaisquer reparos ou manutenção.

Abaixo estão algumas das principais etapas para inspeção visual e compilação de folhas de defeitos da ponte.

  1. planejamento e preparação: antes de prosseguir com a inspeção, é importante planejar e preparar a atividade adequadamente. Isso inclui revisar informações históricas sobre a ponte, identificar áreas críticas a serem examinadas e reunir as ferramentas e equipamentos necessários.
  2. Inspeção preliminar: a inspeção começa com uma análise visual geral da ponte, para detectar quaisquer sinais óbvios de danos ou degradação. Isso pode incluir rachaduras, corrosão, erosão, distorções ou outras anomalias estruturais.
  3. Inspeção detalhada: Uma vez identificadas as áreas de interesse, os inspetores procedem a um exame mais minucioso. Isso pode incluir o uso de ferramentas de diagnóstico específicas, como martelos de teste, endoscópios ou medidores de espessura ultrassônicos, para avaliar com mais precisão a extensão e a gravidade dos defeitos detectados.
  4. Documentação: durante a inspeção, os inspetores preenchem as fichas de defeitos, registrando todos os detalhes relevantes, incluindo a localização dos defeitos, sua extensão e gravidade, e quaisquer recomendações para reparo ou manutenção. Essas guias podem ser usadas posteriormente para determinar prioridades para intervenções e monitorar o progresso ao longo do tempo.
  5. Análise de dados e relatório final: uma vez concluídas as inspeções e a compilação das fichas de defeitos, os engenheiros analisam os dados coletados e elaboram um relatório final que resume os resultados. Este relatório pode ser utilizado para fundamentar decisões relativas à manutenção, reparação ou melhoria da infra-estrutura.
  6. Monitoramento e manutenção: por fim, é importante continuar monitorando e mantendo pontes ao longo do tempo, realizando inspeções periódicas e implementando as recomendações decorrentes dos relatórios de inspeção. Isso ajudará a garantir a segurança e a durabilidade a longo prazo da infraestrutura.

As vantagens do monitoramento de pontes incluem a capacidade de detectar anomalias ou degradação precocemente, reduzindo riscos e custos de manutenção. No entanto, a instalação e o gerenciamento de sistemas de monitoramento exigem recursos e conhecimentos específicos. Os levantamentos de inspeção, por outro lado, podem ser mais baratos e menos complexos, mas oferecem uma visão menos detalhada e contínua das condições da ponte.

A integração de ambos os métodos permite obter uma visão completa e precisa das condições da ponte e planejar intervenções de manutenção mais eficazes.

Exemplo de monitoramento de pontes: IOT e BIM

Um exemplo de um sistema de monitoramento de pontes baseado em tecnologias IOT e BIM envolve o uso de sensores conectados a uma rede de comunicação para detectar dados sobre condições estruturais, como deformações, vibrações, temperatura e corrosão. Esses dados são então integrados ao modelo BIM (Building Information Modeling) da ponte, que permite visualizar e analisar informações em tempo real e apoiar o gerenciamento e a manutenção da infraestrutura.

O caso do viaduto “Canalone”

O estudo de caso proposto refere-se ao monitoramento com sistemas inovadores do viaduto Canalone, localizado ao longo da rodovia Nápoles-Salerno.

O projeto de pesquisa é o resultado da colaboração de seis universidades italianas, incluindo o Departamento de Estruturas para Engenharia e Arquitetura da Universidade Federico II de Nápoles.

A imagem mostra uma foto do viaduto Canalone, caso de estudo sobre monitoramento de pontes realizados pela Universidade Federico II de Nápoles em colaboração com a ACCA software.

Monitoramento de pontes | O case do viaduto “Canalone”

Trata-se de um viaduto com arco, em concreto armado, com uma luz de 120 m e 11 baías. Primeiramente, criamos o modelo BIM 3D da infraestrutura, absolutamente necessário para coletar os dados provenientes dos sensores instalados no próprio viaduto.

Os sensores instalados foram:

  • 48 sensores de pressão
  • 6 acelerômetros triaxiais
  • 3 termopares

Com relação aos sensores de pressão, um primeiro grupo foi instalado em pares nos pilares da ponte, a 75 cm do intradosso da viga, a fim de analisar a carga de deslocamento. O segundo grupo foi instalado no arco da ponte, com o objetivo de verificar o estado de tensão e a descarga geral da ponte quando sujeita à carga de tráfego.

Os acelerômetros triaixiais foram instalados nas duas vigas de bordo para analisar as propriedades dinâmicas da estrutura e monitorar sua evolução ao longo do tempo;

O sistema foi completado com:

  • 8 nós para o gerenciamento de dados dos sensores de pressão;
  • 2 nós para acelerômetros;
  • 1 roteador 4G e sistema de conexão de fibra.

Para o processamento dos dados, foi necessário remeter-se a um domínio de valores padrão, útil para definir se os movimentos são devidos a fatores aleatórios ou decorrentes da passagem de veículos pesados. Depois de coletar, analisar e processar os dados, eles devem ser visualizados com a ajuda de plataforma de interoperabilidade que garanta repositório, acesso e rastreabilidade dos dados, além de seu monitoramento em tempo real com alertas e geração de relatórios.

Com o usBIM.IoT é possível integrar modelos BIM e sistemas IoT: o modelo BIM 3D é carregado dentro da plataforma, completo com os sensores aplicados à infraestrutura real. Os dados captados pelos sensores fazem com que o modelos 3D seja atualizado em tempo real. É possível realizar uma verificação visual graças às diversas cores associadas aos sensores.

Sistema de monitoramento da ponte

Um sistema de monitoramento de pontes é um conjunto de ferramentas e tecnologias usadas para avaliar e manter as condições estruturais das pontes ao longo do tempo. Permite detectar eventuais problemas ou danos estruturais, fornecendo informações úteis para a manutenção e gestão das pontes.

Um sistema completo e profissional de monitoramento de pontes consiste nos seguintes componentes principais:

  1. sensores: dispositivos que detectam e medem vários parâmetros estruturais e ambientais da ponte.
  2. Sistema de Aquisição de Dados (DAQ): componente que coleta e armazena dados de sensores. Consiste em unidades de aquisição de dados, que realizam a conversão do sinal analógico para digital e armazenam os dados para posterior processamento.
  3. Sistema de comunicação: permite a transmissão de dados entre os sensores, o das e o centro de controle. Pode usar diferentes tecnologias, como cabos, redes sem fio ou fibra óptica, dependendo das necessidades específicas do projeto.
  4. Centro de controle e monitoramento: estação onde operadores e engenheiros analisam os dados coletados pelo sistema de monitoramento. O centro de controle está equipado com software e hardware dedicados ao processamento e visualização de dados, permitindo fácil interpretação das informações coletadas.
  5. Software de análise e diagnóstico: programas usados para processar e analisar os dados coletados, a fim de identificar quaisquer anomalias ou tendências que possam indicar problemas estruturais. O software pode incluir algoritmos de aprendizado de máquina, modelos numéricos e técnicas de análise estatística para melhorar a confiabilidade e a precisão dos diagnósticos.
  6. Sistema de alarme e notificação: em caso de detecção de condições críticas ou potencialmente perigosas, o sistema de monitoramento pode gerar automaticamente alarmes e notificações para alertar os operadores e engenheiros responsáveis. Isso permite uma intervenção oportuna para evitar mais danos ou situações perigosas.

Em resumo, um sistema de monitoramento de ponte profissional e detalhado é composto por uma série de sensores, um sistema de aquisição de dados, um sistema de comunicação, um centro de controle e monitoramento, software de análise e diagnóstico e um sistema de alarme e notificação.

Tipos de pontes, patologias mais frequentes e tipos correspondentes de monitoramento

Os principais tipos de pontes incluem arco, viga, prateleira, cabo e pontes suspensas. Cada tipo de ponte pode apresentar patologias específicas, como corrosão, trincas, afundamentos ou deformações. O monitoramento adequado varia de acordo com o tipo e patologias presentes e pode incluir métodos como monitoramento de deformações, vibrações, temperatura ou corrosão.

Tipos de monitoramento de pontes

O monitoramento de pontes pode ser do tipo estático, dinâmico e ambiental.

O monitoramento estático lida com a detecção de deformações e cargas permanentes, enquanto o monitoramento dinâmico lida com vibrações e tensões induzidas pelo tráfego e pelo vento. O monitoramento ambiental, por outro lado, concentra-se em parâmetros como temperatura, umidade e corrosão, que podem afetar a vida e a segurança da ponte.

O monitoramento dinâmico da ponte se concentra na detecção de vibrações e tensões induzidas pelo tráfego, vento e eventos sísmicos. Através da análise dos dados coletados, é possível identificar eventuais anomalias estruturais, avaliar o efeito das tensões sobre a ponte e prever sua duração ao longo do tempo.

Projeto e instalação de um sistema de monitoramento

O projeto e a instalação de um sistema de monitoramento de pontes exigem uma análise precisa das necessidades específicas da infraestrutura, a escolha dos dispositivos e métodos de monitoramento mais adequados e a definição de uma rede de comunicação para transmissão de dados. Além disso, é importante prever procedimentos de manutenção e calibração dos dispositivos, bem como o treinamento do pessoal envolvido na gestão do sistema.

O que é o IoT e como ela pode ser usada para monitoramento de pontes

A Internet das Coisas (IoT) é um conjunto de dispositivos interconectados que se comunicam entre si através da Internet. Esses dispositivos podem incluir sensores, atuadores e sistemas de processamento de dados. A IoT pode ser usada para monitorar diferentes parâmetros da ponte, como vibração, deformação, temperatura e tráfego, permitindo monitoramento em tempo real e manutenção mais eficiente.

Atualmente, você também pode usar uma plataforma BIM IoT para gerenciar dispositivos IoT diretamente do modelo BIM. Na prática, os dados coletados pelos sensores são enviados  para o aplicativo que os adquire e os torna visíveis em tempo real no modelo 3D BIM no formato IFC.

Enriquecer o modelo BIM com informações do ecossistema IoT facilita o gerenciamento de grandes ecossistemas IoT.

Tecnologias IoT para monitoramento de pontes

Sensores de vibração e deformação

Os sensores de vibração e deformação são dispositivos IoT que detectam variações estruturais de pontes, fornecendo informações valiosas sobre sua integridade. Esses sensores podem detectar anomalias e relatar quaisquer problemas antes que se tornem sérios, permitindo uma intervenção oportuna.

Sensores de temperatura e umidade

Variações na temperatura e umidade podem afetar a durabilidade dos materiais usados em pontes. Os sensores IoT que monitoram esses parâmetros permitem identificar problemas como corrosão e desgaste de materiais, facilitando o planejamento da manutenção preventiva.

Sensores de monitoramento de tráfego

Os sensores de tráfego IoT podem detectar o fluxo de veículos e seu peso, fornecendo dados úteis para gerenciar o tráfego e avaliar o impacto do tráfego na infraestrutura. Esses dados podem ser usados para implementar medidas destinadas a reduzir a carga nas pontes, melhorando sua durabilidade.

Sistemas de análise e alarme para gerenciamento de dados

Os dados coletados pelos sensores de IoT devem ser analisados e gerenciados para extrair informações úteis. Os sistemas de análise e alarme podem processar dados em tempo real e gerar notificações em caso de anomalias ou situações potencialmente perigosas, permitindo uma intervenção rápida e direcionada.

Benefícios do monitoramento de pontes com IoT

O uso da IoT no monitoramento de pontes permite maior prevenção de riscos e melhor gerenciamento de emergências. Graças aos dados coletados em tempo real, é possível identificar e resolver problemas antes que eles se tornem críticos, garantindo um maior nível de segurança.

Eficiência de manutenção

O monitoramento em tempo real de pontes via IoT permite otimizar os processos de manutenção, intervindo apenas quando e onde necessário. Isso reduz os tempos de intervenção e minimiza os inconvenientes para o tráfego.

Redução de custos

A implementação da IoT no monitoramento de pontes pode levar a uma redução nos custos de manutenção, graças à possibilidade de identificar e resolver problemas em tempo hábil, evitando intervenções mais caras e caras posteriormente.

Os desafios na implementação da IoT

Apesar dos muitos benefícios, a adoção da IoT no monitoramento de pontes também traz desafios, como segurança cibernética, privacidade de dados e a necessidade de investimento inicial para instalação e integração de dispositivos. No entanto, considerando os benefícios a longo prazo em termos de segurança, eficiência e redução de custos, os especialistas acreditam que a implementação da IoT na infraestrutura é um investimento válido e sustentável.

O futuro do monitoramento de infraestrutura com IoT

O futuro do monitoramento de infraestrutura com IoT é promissor, com novas tecnologias e soluções em constante evolução.

A Inteligência Artificial e o aprendizado de máquina podem ser integrados aos sistemas de monitoramento para melhorar ainda mais a análise de dados e a previsão de problemas. Além disso, o advento da tecnologia 5G poderia melhorar a conectividade e a velocidade de transmissão de dados, tornando o monitoramento ainda mais eficaz e oportuno.

 

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