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Transformação Digital dos Processos de Inspeção, Monitoramento e Manutenção

de Obras de Arte Especiais

Túlio Nogueira BittencourtProf. Titular Escola Politécnica da Universidade de São Paulo

Membro Honorário do IBRACON (Instituto Brasileiro do Concreto)

Diretor da ABECE (Associação Brasileira de Engenharia e Consultoria Estrutural )

Membro do IABMAS, RILEM, ACI, fib

Brasília, 10 de Setembro de 2019 2

Tópicos Abordados

• Motivação

• Conceitos Fundamentais

• Inspeção - Tipos

• Monitoramento da Integridade Estrutural – SHM

• Gerenciamento de OAEs

• Manutenção

• Transformação Digital – Novas Tecnologias

• Conclusões 3

Ponte de Alcantara – Espanha - 106DC

Extensão – ~180 m – vãos de 13 a 28 mPonte sobre o Rio Tejo – EspanhaConstrução: 104 a 106 DCTrajano, Adriano Em operação!

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Ponte de Alcantara – Espanha - 106DCEscritura na Ponte:

Pontem perpetui mansurumin saecula mundifecit divina nobilis arte Lacer ...

“Eu, Caius Julius Lacer, famoso por minha arte, deixouma ponte para durar para sempre pelos séculos do mundo!”

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Ponte de Alcantara – Espanha - 106DC

Pontem perpetui mansurumin saecula mundifecit divina nobilis arte Lacer ...

Só com Inspeção, Manutenção, Reparo, Reforço!!

Só com ENGENHARIA!

Enchente em 1967

Invasões, guerras, intempéries, 1857

Reparo dos Pilares, 1969 6

Ponte de Alcantara – Espanha - 106DC

Referência: J.P. Cortés Pérez et al. Assessment of the Structural Integrity of the Roman Bridge of Alcántara (Spain) using TLS and GPR. Remote Sens. 2018, 10, 387. doi:10.3390/rs10030387

Utilização de técnicas TLS (Terrestrial Laser Scanning) e GPR (Ground-Penetrating Radar)

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Ponte de Alcantara – Espanha - 106DC

Referência: J.P. Cortés Pérez et al. Assessment of the Structural Integrity of the Roman Bridge of Alcántara (Spain) using TLS and GPR. Remote Sens. 2018, 10, 387. doi:10.3390/rs10030387

Estudos atuais indicam níveis de degradação acentuado dos blocos e necessidade de acompanhamento cuidadoso da SEGURANÇA ESTRUTURAL!

Modelagem Numérica – Análise Plástica Limite

Estudo do nível de Segurança da Ponte

Mecanismos de Falha

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Motivação

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Motivação

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Motivação

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O Problema

O Problema

Brasil

Conceitos Fundamentais

• Obras de arte especiais (OAEs): estrutura classificada como ponte, pontilhão, viaduto ou passarela.

• Inspeção de OAEs: conjunto de procedimentos técnicos e especializados que compreendem a coleta de dados

necessários à formulação de um diagnóstico e prognóstico da estrutura, visando manter ou reestabelecer os requisitos de

segurança estrutural, de funcionalidade e de durabilidade.

• Gestão de OAEs: processo pelo qual um parque de obras de arte é cuidado desde a concepção de cada obra até ao

final de sua vida útil.

• Tempo de vida útil de projeto: período durante o qual se pretende que uma estrutura, ou parte da mesma, possa

ser utilizada para as funções a que se destina, com a manutenção prevista mas sem necessidade de grandes reparações.

• Trabalho de manutenção: intervenção de caráter corrente ou resultante da existência de anomalias de importância

menor, como a limpeza ou proteção de elementos de obras de arte.

• Trabalhos de reparo: envolvem alterações da capacidade resistente ou do funcionamento estrutural, a substituição

de elementos resistentes ou aparelhos de apoio. Caracterizam-se por uma maior complexidade dos trabalhos, a

necessidade de projeto e o recurso a equipamento pesado.14

Inspeções - Tipos

Principais Aspectos da revisão da NBR 9452

TIPOS DE INSPEÇÃO

▪ Cadastral

▪ Rotineira

▪ Especial

▪ Extraordinária

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Principais Aspectos da Revisão da NBR 9452

Critérios de Classificação das OAEs

• Elementos do Sistema Estrutural

• Parâmetros de AvaliaçãoParâmetros EstruturaisParâmetros FuncionaisParâmetros de Durabilidade

• Notas de Classificação – Índice de Condição (1 a 5)

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Critério de Classificação das OAES

CLASSIFICAÇÃO CONDIÇÕES CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL CARACTERIZAÇÃO FUNCIONAL CARACTERIZAÇÃO DURABILIDADE

5 EXCELENTE A estrutura apresenta-se em condições satisfatórias, apresentando defeitos irrelevantes e isolados.

A OAE apresenta segurança e conforto aos usuários.

A OAE apresenta-se em perfeitas condições, devendo ser prevista manutenção de rotina.

4 BOAA estrutura apresenta danos pequenos e em pequenas áreas, sem comprometer a segurança estrutural.

A OAE apresenta pequenos danos

que não chegam a causar

desconforto ou insegurança ao

usuário.

A OAE apresenta pequenas e poucas

manifestações patológicas, que

comprometam sua vida útil, em região de

baixa agressividade ambiental.

3 REGULAR

Há danos que podem vir a gerar alguma deficiência estrutural, mas não há sinais de comprometimento da estabilidade da obra.Recomenda-se acompanhamento dos problemas. Intervenções podem ser necessárias.

A OAE apresenta desconforto ao usuário, com defeitos que dispensem intervenções imediatas, mas requerem ações de médio prazo.

A OAE apresenta pequenas e poucas manifestações patológicas, que comprometam sua vida útil, em região de moderada a alta agressividade ambiental.A OAE apresenta moderadas a muitas manifestações patológicas, que comprometam sua vida útil, em região de baixa agressividade ambiental.

2 RUIM

Há danos comprometendo a segurança estrutural da OAE, sem risco iminente. Sua evolução pode levar ao colapso estrutural.A OAE necessita de intervenções significativas a curto prazo.

A OAE com funcionalidade visivelmente comprometida, com riscos de segurança ao usuário, requerendo intervenções de curto prazo.

A OAE apresenta moderadas a muitas manifestações patológicas, que comprometam sua vida útil, em região de alta agressividade ambiental.

1 CRÍTICA

Há danos gerando grave insuficiência estrutural na OAE. Há elementos estruturais em estado crítico, com risco tangível de colapso estrutural. A OAE necessita intervenção imediata, podendo ser necessária restrição de carga, interdição total ou parcial ao tráfego, escoramento provisório, instrumentação, associadas ou não.

A OAE não apresenta condições funcionais de utilização.

A OAE encontra-se em elevado grau de deterioração, apontando problema já de risco estrutural e ou funcional.

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Monitoramento da Integridade Estrutural

SHM – Structural Health Monitoring

• O que é?

• Quando utilizar?

• Como utilizar?

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MONITORAMENTO DA INTEGRIDADE ESTRUTURALStructural Health Monitoring - SHM

• Monitoramento da Integridade Estrutural (SHM) consiste na verificação do desempenho das estruturas em serviço, com base na medição de grandezas relevantes, através de sensores de diferentes tecnologias, que fornecem informações significativas sobre o estado da estrutura para identificar situações em que sejam necessárias ações em caráter preventivo, como por exemplo, decidir se uma ponte ou edificação deve ser interditada ou se pode ser utilizada com determinadas restrições.

• Os sensores coletam vários tipos de dados, periodicamente ou continuamente, que são adquiridos, analisados e armazenados como referência e para futuras análises.

• Procura-se uma melhor compreensão do comportamento estrutural, permitindo a deteção precoce de danos e, portanto, levando a um gerenciamento melhor planejado e menos dispendioso.

Situações em que é mais relevante

• Estruturas em que são utilizadas soluções estruturais, materiais ou

processos construtivos inovadores

• Estruturas críticas, pela sua importância econômica ou social

• Estruturas tipo

• Estruturas em que haja incertezas significativas quanto a condições

geotécnicas, risco sísmico, agressividade ambiental ou vulnerabilidade

durante a construção

• Estruturas existentes com deficiências identificadas ou cuja condição

suscite dúvidas

Sistema de MonitoramentoCompleto

Sensor 1 Sensor 210:00 104.45 245.23

10:05 109.45 246.78

10:10 143.78 249.45

10:15 134.56 242.64

10:20 187.34 243.68

Processamento e Análisede Dados

Sensores

Instrumentação

Software

SHM ou Sistemas de Monitoramento da Integridade Estrutural

Como monitorar as estruturas

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Apresentação e análise de resultados

Ponte do Rio Correntes: simulação numérica e monitoramento

Deslocamentos:

Deformações:

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Platform Interactive: site para visualização dos dados coletados

Visualização de Eventos de Carregamento 28

Administração do processo de manutenção e conservação de

pontes, consistindo na programação de inspeções e avaliações de

pontes, no registro e manipulação desses dados com finalidade na

elaboração das recomendações e ações de engenharia.

INSPEÇÕES AVALIAÇÕES REGISTROMANIPULAÇÃO

DOS DADOS

AÇÕESDE

ENGENHARIA

Gerenciamento de OAEs

30

AS ATIVIDADES DO PROCESSO DE GERENCIAMENTO

DE PONTES PROMOVEM O DIRECIONAMENTO DOS

CICLOS DE CONSERVAÇÃO:

Inspeção

AvaliaçãoManutenção31

Definição: BMS

Sistema de Gerenciamento de Pontes

ou Bridge Management System:

processo ou um conjunto de funções

de engenharia e de gestão que, se

consideradas simultaneamente,

compreendem as ações necessárias

para administrar recursos visando

manter um grupo de pontes em

operação.

Federal Highway Administration FHWA/USA

32

Estr

utu

ra d

o s

oft

ware

de B

MS

33

Resultado para as pontes da

Rodovia BR-116/SP/RJ –

Cadeias de Markov

IC 1 2 3 4 5

1 1 0 0 0 0

20,0289 0,9711 0 0 0

30 0,0588 0,9412 0 0

40 0 0,0494 0,9506 0

50 0 0 0,2778 0,7222

Ref: OLIVEIRA, C.B.L., “Determinação e análise de taxas de deterioração de pontos rodoviárias do Brasil”, Tese de Doutorado, 2019.

34

A manutenção e a conservação de pontes compreendem

ações ou estratégias que previnem, atrasam ou reduzem a

deterioração das pontes ou de seus elementos, restauram a

função das pontes existentes, mantêm pontes em uma boa

condição e aumentam sua vida útil (HURT & SCHROCK, 2016)

Manutenção de OAEs

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Manutenção Corretiva

Manutenção Preventiva

Manutenção Preditiva

36

Manutenção de OAEs

Transformação Digital – Novas Tecnologias

Transformação digital é um processo no qual as empresas fazem uso da tecnologia

para melhorar o desempenho, aumentar o alcance e garantir resultados melhores.

É uma mudança estrutural nas organizações dando um papel essencial para a

tecnologia.

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The most advanced technologiesto achieve simplicity

And to implement Industry 4.0

“Simplicity is the ultimate sophistication”Leonardo da Vinci

• Um gêmeo digital é uma réplica digital de uma entidade física viva ou não viva. Ao unir o

mundo físico e o mundo virtual, os dados são transmitidos de forma transparente,

permitindo que a entidade virtual exista simultaneamente com a entidade física.

• Cria-se uma ligação entre o mundo físico e o virtual, os dados são transmitidos sem

problemas, permitindo que a entidade virtual exista simultaneamente com a entidade

física. O Gêmeo Digital refere-se a uma réplica digital de ativos físicos potenciais e reais

(físicos), processos, pessoas, locais, sistemas e dispositivos que podem ser utilizados

para vários fins.

• A conexão entre o mundo real e o virtual é estabelecida em tempo real por meio de dados

obtidos através de Sensores.

• A representação digital fornece os elementos e a dinâmica de como um dispositivo da

Internet das Coisas opera e vive ao longo de seu ciclo de vida.

Gêmeo Digital – Digital Twin

Gêmeo Digital – Digital Twin

Realidade Estendida – XR

Realidade Virtual (VR) é um conteúdo 100%

digital e pode ser apreciado em um ambiente

totalmente imersivo. Exemplos: Videogames,

Simuladores, etc.

Realidade Estendida – XR

Realidade Aumentada (AR) sobrepõe conteúdo

digital em cima do mundo real.

Realidade Estendida – XR

Realidade Mista (MR) é uma sobreposição digital

que permite que elementos virtuais interativos

integrem e interajam com o ambiente do mundo real.

Gêmeo Digital – Inspeção e Análise de OAEs

TRANSFORMAÇÃO DIGITAL É

MAIS DO QUE TECNOLOGIA

Otimização da coleta de inspeções manuais

video

Anomalias sãoregistradas e alimentamautomaticamente o gêmeo digital e o classificadorautomático com inteligência artificial

Fotos das anomalias são usadas para IA

Otimização da coleta de inspeções manuais

Medições (espessuras, dimensões, etc) sãoregistradas e alimentamautomaticamente o gêmeo digital.

Anomalias Medições Data from Sensors

Gêmeo digital preditivo

Suporte à decisão

Inspeções humanas e sensores convergem para o mesmo gêmeo digital

video

Avaliação de risco em tempo real

video52

Gestão do conhecimentoC4D Document Manager

Busca por palavras chave ou navegando pelo modelo 53

Ativos que podem usar gêmeos digitais

video

Game Gêmeo Digital

Participe:

• Adicione este número ‘+1 (832) 956-1214’ ao WhatsApp

• Envie a palavra sensor para se tornar um Sensor

Ações do sensor:

• C+ (CORROSION)• ST+ or ST- (STRESS)• V+ or V- (VIBRATION)• R (RESTART)

Inspeção colaborativa

Participe:

Adicione o número

‘+1 (832) 210-1322’

ao WhatsApp

CONCLUSÕES

• A inspeção continuada das Obras de Arte Especiais é essencial para o gerenciamento

eficiente desses ativos.

• O monitoramento da integridade estrutural (SHM) e as modernas técnicas de Ensaios

Não-destrutivos são cada vez mais viáveis economicamente.

• Manutenção, reparo e reforço de OAEs são essenciais para garantir a sua VIDA ÚTIL.

• A combinação de modernas técnicas de inspeção, ensaios não-destrutivos e

monitoramento estrutural permitem diagnósticos e prognósticos muito mais precisos do

comportamento estrutural de diversos tipos de estruturas.

• A transformação digital é um processo inevitável e afetará a competitividade de

diversos setores da indústria.

• Os processos de inspeção, monitoramento, manutenção e gerenciamento de OAEs

podem se beneficiar muito com a introdução de novas tecnologias e a transformação

digital. 57

58

A Transformação Digital é uma Realidade.

Temos que fazer parte dela, participandoativamente e aprendendo ao longo do processo.

Caso contrário, SEREMOS ENGOLIDOS POR ELA!

http://www.iabmas.org/

http://www.iabmas-br.org/

60

Obrigado por sua atenção!

61

TÚLIO N. BITTENCOURT

+55 (11) 3091-9786tbitten@usp.br