10 jul 2013

Emprego do GPS no monitoramento de deformações estruturais

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Barragens, represas, pontes, torres e outras construções podem ter suas deformações monitoradas por GPS.

O GPS tem encontrado largo emprego no monitoramento de deformações. Deformações, em geral, podem ser classificadas em termos de variação temporal. No caso específico de deformação estrutural deve-se distinguir entre aquelas caracterizadas por um movimento lento, como no caso de represas e barragens, e aquelas cuja deformação tem assinatura cíclica, como no caso das vibrações de pontes provocadas pela carga oriunda de tráfego de veículos, ou vibrações em torres de TV devido a rajadas de vento. O GPS tem encontrado aplicação em ambos os casos. Desde o seu desenvolvimento inicial, o GPS tem sido usado com sucesso no monitoramento da estabilidade de estruturas, como nos exemplos mencionados, de represas e pontes. A idéia simples é de se efetuar medições sobre a mesma área em épocas diferentes.

O monitoramento de deformações estruturais exige o mais alto nível de precisão das medições. Deve-se ter em mente que existem situações onde o tipo de informação oferecida pelo GPS pode ser complementada por outra técnica de levantamento. Em geral, deformações estruturais, por exemplo, deformações de barragens de concreto, requerem precisão milimétrica, ou até mesmo precisão sub-milimétrica do deslocamento sendo monitorado, o que pode não ser alcançado com o GPS de modo econômico. Além disso, o GPS necessita de visibilidade para os satélites e é suceptível a erros oriundos da reflexão dos sinais nas superfícies das estruturas (efeito conhecido como multipath). Nestas situações, o GPS torna-se uma valiosa ferramenta ao ser combinado com outras técnicas de monitoramento de alta precisão, dentro do conceito de um monitoramento integrado, como o desenvolvido pela Universidade de New Brunswick. Dentro deste conceito, o monitoramento estrutural pode ser decomposto em 3 componentes. Na primeira, o monitoramento estrutural local é feito baseado em instrumentação geotécnica (por exemplo, extensômetros). Na segunda, o monitoramento estrutural global utiliza de técnicas geodésicas terrrestres (por exemplo, estações totais eletrônicas e níveis digitais), conectando a instrumentação estrutural entre si.

E, finalmente, na terceira, uma rede de monitoramento de área, na qual o GPS enlaça os pontos principais do monitoramento global e conecta-os a pontos de controle no chão estável.
O GPS pode também ser aplicado no monitoramento de deformações estruturais cíclicas. Dentro desta categoria estão, por exemplo,pontes e torres de TV. Deformações cíclicas, no caso de vibrações de estruturas de pontes, são provocadas por carregamento oriundo dos veículos. Ventos e variações de temperatura são também fontes de deformação, com assinatura periódica e sazonal. A quantidade de deformação pode variar com o material com a qual a ponte foi construída e com o seu comprimento, podendo atingir a dezenas de centímetros na parte central de pontes suspensas com 1 quilômetro de extensão.

No caso de torres de TV, a maior fonte de deformação sao rajadas de vento. Pontes e torres podem ser vistas como corpos deformáveis cinemáticos. Em geral, durante o monitoramento de tais estruturas, receptores GPS devem ser colocados em vários pontos ao longo da estrutura, particularmente naqueles onde a amplitude máxima da deformação cíclica é esperada. Por exemplo, receptores devem ser instalados no ponto central da ponte e nos pilares ou torres principais. Uma resoluçao rápida da ambigüidade é essencial neste caso. As maiores fontes de erro são multipath, variação no centro de fase da antena e atraso atmosférico relativo, no caso das estações não estiverem próximas a um mesmo plano vertical. O GPS oferece resolução de alguns milímetros tanto horizontal quanto verticalmente. Com a atual capacidade de aquisição de dados a uma taxa de 10 Hz, a vibração de tais estruturas pode ser detalhada e quantificada.

Outra aplicação de levantamentos altamente precisos com o GPS é no monitoramento de deformações de estruturas provocadas pela retirada de material. Exemplo típico seriam deformações decorrentes de atividades de mineração. Em geral, o GPS é combinado com levantamentos geodésicos terrestres, providenciando a conexão entre uma rede de monitoramento local terrestre e os pontos de controle estabelecidos fora da área afetada pela atividade de mineração. Em outra situações, sob uma maior dinâmica de operação da atividade de mineração, o GPS pode ser empregado isoladamente. Levantamentos com o GPS utilizando a técnica RTK (“Real-Time Kinematic”) têm implicado em um aumento na produtividade com consequente redução de custo, a um nível de precisão centimétrico.

Marcelo Carvalho dos Santos é Ph.D. em Geodésia e Engenharia Geomática pela Universidade de New Brunswick, Canadá, onde é professor adjunto e membro do Laboratório de Pesquisa Geodésica.
E-mail: msantos@unb.ca
Fonte: Mundogeo.com

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