Estudo de Caso Cestel d.o.o.: Monitorização estrutural dinâmica de uma ponte rodoviária

Cestel d.o.o. (Eslovénia) - Ao longo do último ano, a Cestel e a Dewesoft desenvolveram um projeto inovador na ponte de Tomačevo, nos arredores de Liubliana, com o objetivo de identificar dinamicamente o comportamento da ponte e correlacionar a sua resposta estrutural com as cargas de tráfego. Ambas as empresas são líderes mundiais em suas áreas de atuação: a Dewesoft na pesquisa e fabricação de sistemas de aquisição de dados e a Cestel na pesagem dinâmica de pontes em alta velocidade e análise de tráfego. O resultado final do projeto é um novo produto chamado Bridge WIM Diagnostic System, no qual os dados dos sensores de Monitorização Estrutural (SHM) são combinados com os dados do sistema de pesagem dinâmica da ponte num único software.

Matija Mavrič, responsável pelas vendas e marketing da Cestel, afirma: "Estamos sempre em busca de melhorias e desenvolvemos novas aplicações para aprimorar a tecnologia existente e sua utilidade. Nosso Bridge WIM Diagnostic System será único. Além de fornecer informações sobre vibrações, movimentos da ponte, fissuras e efeitos climáticos, também fornece informações sobre o peso dos camiões na ponte."

Colapsos recentes de pontes:

A manutenção e monitorização regulares das pontes são cruciais para garantir a sua segurança e longevidade. A negligência na manutenção pode levar a defeitos estruturais e outros problemas que comprometem a integridade das pontes e aumentam o risco de colapso. Por isso, a inspeção ou monitorização regular é necessária para resolver problemas antes que se tornem críticos e potencialmente catastróficos.

O colapso de uma ponte é frequentemente causado por uma combinação de diferentes problemas, desde manutenção insuficiente ou envelhecimento até falhas na construção ou no projeto, erros de fabricação e problemas estruturais inesperados. Colapsos também podem ocorrer devido a acidentes, incêndios ou fenómenos naturais como inundações ou terramotos.

Exemplos recentes de colapsos notáveis de pontes incluem:

• Morbi, Índia (2022) - Em outubro, uma ponte suspensa para pedestres com cem anos de idade, sobre o rio Machchhu, colapsou, matando 135 pessoas e ferindo muitas outras.
• Øyer, Noruega (2022) - Em agosto, a ponte de Tretten, que transportava a estrada do condado 254 sobre o rio Gudbrandsdalslågen, colapsou após apenas dez anos e dois meses em operação.
• Weymouth, Reino Unido (2020) - Em junho, uma ponte para pedestres com noventa anos de idade colapsou, fazendo várias pessoas caírem na água abaixo. Felizmente, ninguém ficou gravemente ferido.
• Mirepoix-sur-Tarn, França (2019) - Em novembro, uma ponte suspensa para pedestres e bicicletas sobre o rio Tarn colapsou, matando duas pessoas. Um camião que excedia o limite de peso estava atravessando a ponte no momento do colapso.
• Nanfangao, Taiwan (2019) - Em outubro, a ponte Nanfangao colapsou, matando seis pessoas e ferindo várias outras. O colapso causou graves problemas na indústria pesqueira local.
• Mumbai, Índia (2019) - Em julho, uma parte da ponte Gokhale colapsou durante chuvas intensas, matando duas pessoas e ferindo várias outras. O colapso causou graves perturbações no tráfego.
• Génova, Itália (2018) - A Ponte Morandi colapsou em agosto, matando 43 pessoas.
• Miami, EUA (2018) - Em março, uma ponte para pedestres em construção na Universidade Internacional da Flórida em Miami colapsou, matando seis pessoas e ferindo várias outras.

Esses incidentes demonstram os perigos potenciais dos colapsos de pontes e a necessidade de inspeções regulares, manutenção e investimento em infraestruturas para garantir a sua segurança.

A ponte de Tomačevo:

A Ponte de Tomačevo é uma ponte de duas faixas que atravessa o rio Sava. Faz parte da estrada n.º 104, uma das vias mais utilizadas entre Liubliana, a capital da Eslovénia, e os seus subúrbios do norte. A ponte consiste em duas estruturas separadas - duas faixas em cada direção. É atravessada diariamente por milhares de pessoas que se deslocam e veículos pesados que transportam carga e mercadorias das áreas industriais para a capital.

A ponte de betão armado, construída em 1982, tem sete vãos e tem 204 metros de comprimento. Cada estrutura tem 11 metros de largura e comporta duas faixas para o tráfego de veículos, um passeio e uma ciclovia. Estruturalmente, a ponte é composta por oito linhas de pilares de betão, um tabuleiro de betão, duas vigas de betão, um passeio e um parapeito.

Instrumentação da ponte:

O núcleo da instrumentação deste novo conceito de monitorização de pontes é o sistema de pesagem dinâmica de pontes SiWIM MkIV da Cestel, em combinação com os acelerómetros de três eixos e um medidor multi-metro de deflexão da Dewesoft. Os sensores foram instalados nas faixas de tráfego que se dirigem para Liubliana.

O sistema instalado na ponte de Tomačevo monitoriza os seguintes parâmetros:

• peso bruto dos veículos pesados
• deslocamentos verticais
• deformações
• cargas de eixo de veículos pesados
• velocidade
• distâncias entre eixos
• tipos de pneus
• temperaturas
• velocidade do vento

Nesta configuração, os sensores ST-504 da SiWIM são usados para recolher dados sobre os veículos pesados, enquanto a monitorização da saúde estrutural é feita pelos acelerómetros de três eixos IOLITEiw-3xMEMS-ACC e pelo medidor multi-metro de deflexão a laser (DMM), que mede a deflexão vertical da ponte em tempo real. Para monitorizar as temperaturas do ambiente e do asfalto, os sensores de temperatura PT100 são instalados no asfalto e sob a ponte.

No total, os seguintes sensores foram instalados:

• sensores SiWIM ST-504
• um medidor multi-metro de deflexão (DMM)
• 14x acelerómetros IOLITEiw-3xMEMS-ACC
• 5x dispositivos IOLITEi-1xSTG: três unidades para ST-.504 e duas unidades para sensores de temperatura

Os dispositivos IOLITE estão conectados em cadeia com um cabo de rede Ethernet padrão. O protocolo EtherCAT permite que os dispositivos sejam facilmente distribuídos em grandes distâncias. Os dispositivos podem abranger 50 metros de nó a nó com apenas um cabo entre eles para sinal, alimentação e sincronização.

A comunicação EtherCAT entre os dispositivos garante uma sincronização de 1 microssegundo entre as amostras recolhidas por diferentes dispositivos na cadeia. A distância entre os dispositivos não influencia a precisão da sincronização.

A instalação dos sensores e a rotação dos cabos foram realizadas pela equipe da Cestel.

A posição dos sensores é extremamente importante em qualquer configuração de SHM. No caso da ponte de Tomačevo, a empresa italiana Essebi, especializada em diagnóstico e monitorização estrutural, determinou a localização adequada dos sensores. A Essebi está a desenvolver algoritmos de correlação para os dois tipos de medições. Utilizando os dois programas de extração de forma modal mais populares, o Simcenter Test Lab e o Artemis, a Essebi realizou três análises modais duplo-cegas da ponte em diferentes períodos de tempo. Estas análises destacam a variabilidade de baixa frequência com a temperatura, o que é importante para avaliar a necessidade de manutenção.

Software de monitorização:

Enquanto os dados combinados dos sensores WIM e SHM são recolhidos pelo software DewesoftX e visualizados no Grafana, os dados também podem ser acedidos através das seguintes soluções de software destinadas a diferentes utilizadores:

• SiWIM M (monitorização): aplicação baseada na web onde os dados de cada veículo individual detetado pelo sistema SiWIM podem ser acedidos. Esta aplicação é especialmente útil para agências de aplicação da lei.
• SiWIM S (supervisão e estatística): aplicação baseada na web utilizada para análise estatística dos dados e supervisão técnica do sistema.
• Dewesoft Historian é um serviço de software de base de dados para monitorização a longo prazo e permanente. Ele fornece armazenamento num banco de dados de séries temporais InfluxDB.
• Dewesoft Artemis OMA é um conjunto de software para análise da dinâmica estrutural de estruturas de engenharia civil, máquinas operacionais e qualquer estrutura difícil de excitar de forma controlada. Um conjunto de parâmetros modais, como formas modais, frequências naturais e coeficientes de amortecimento, pode ser determinado para as estruturas operacionais, adquirindo apenas os dados de resposta de saída.

Conclusão:

A Cestel, a Dewesoft e a Essebi ficaram extremamente satisfeitas com os resultados do projeto-piloto na ponte de Tomačevo. O Bridge WIM Diagnostic System, que foi desenvolvido como resultado do projeto, oferece uma solução única para monitorização estrutural online de pontes em correlação com as cargas dos eixos do fluxo de tráfego. Por exemplo, o Bridge WIM Diagnostic System detetou um camião de 13 eixos com mais de 200 toneladas, que atravessou a ponte e fez com que esta se defletisse cerca de 3,6 mm!

A Cestel gostaria de agradecer à Dewesoft e à Essebi pela sua cooperação no projeto de Tomačevo, com um agradecimento especial a Rok Mesar da Dewesoft e Giorgio Sforza da Essebi!

Mais Info

Link da fonte