Sistema de baixo custo para monitoramento dinâmico de estruturas

Abstract

As infraestruturas no Brasil sofrem com a falta de manutenção, o DNIT (Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes), afirma por meio de pesquisa realizada para o gerenciamento de obras de artes especiais que em torno de 76% das obras cadastradas estão em estado potencialmente crítico. Isso ocorre principalmente devido à grande parte das pontes rodoviárias brasileiras são da década 60 e há anos são negligenciadas em sua manutenção. Tais ativos são de caráter estratégicos para a sociedade, onde seu não funcionamento ou colapso pode causar perdas financeiras, sociais e econômicas. Portanto, faz-se necessário utilizar metodologias para avaliar a integridade estrutural de obras de arte especiais, a fim de prever planos de manutenção e realizar intervenções quando necessário. O Monitoramento de Integridade Estrutural surge como uma forma de avaliar a saúde estrutural de um elemento. No entanto, sua implementação atual implica em altos custos, tornando necessário o desenvolvimento de sistemas de baixo custo de implementação e operação para viabilizar essa metodologia. Assim, sob esse viés da avaliação de integridade estrutural, este trabalho busca desenvolver e implementar um sistema de baixo custo baseado em acelerômetros de sistemas micro eletromecânicos (MEMS). Dentro do fluxo de desenvolvimento, este trabalho buscou entender as limitações dos materiais utilizados, validando o funcionamento dos sensores na análise dinâmica a partir dos ensaios realizados em laboratório e foi desenvolvido um sistema de aquisição e tratamento de dados com a finalidade de ser implantado numa estrutura real. O equipamento proposto de medição utiliza dois acelerômetros MPU-6050 conectados a uma ESP32, um microcontrolador responsável por receber as medições e enviá-las para o servidor local, que, neste caso, utiliza-se de uma Raspberry Pi 4. Os dados da medição são recebidos via comunicação TCP/IP, onde são armazenados e processados para análise dinâmica da estrutura avaliada. Esta solução atendeu ao quesito da economicidade do sistema, viabilizando a construção de um sistema de monitoramento de integridade estrutural de baixo custo. Foram realizados ensaios em laboratório com modelos estruturais que apresentaram uma diferença relativa em relação ao modelo teórico de até 15%, enquanto as medições realizadas na ponte foram coerentes com outro equipamento avaliado, favorecendo a aplicação do sistema desenvolvido em estruturas reais.