Desenvolvimento de um sistema de medição remoto de deslocamentos em estruturas prediais empregando sensor laser Time of Flight

Abstract

O monitoramento contínuo ou intermitente da integridade e da estabilidade de estruturas prediais diversas como barragens, prédios ou pontes é grandemente praticado em muitos países através de amplo sensoriamento integrado a estas estruturas, seja para avaliação da sua resposta a carregamentos ou para identificar uma deterioração na sua geometria causada por acomodação de solo. No Brasil, infelizmente, a maior parte das construções não contam com tal monitoramento, sendo submetidas, em geral, a avaliações visuais e correções de emergência, pouco efetivas para prevenir ou predizer uma possível falha, como tem sido demonstrado em casos recentes de interrupção ou colapso de estruturas. A importância deste monitoramento e a carência desta prática no Brasil foram as principais motivações para o desenvolvimento deste trabalho. Aplicando a metodologia PRODIP de desenvolvimento de produtos e fazendo uso de sensor laser para medição de distâncias através do método de time of flight, buscou-se o desenvolvimento de um sistema de baixo custo para medição de deslocamentos de estruturas através do monitoramento da sua distância até o sensor posicionado em ponto fixo ou o movimento relativo entre eles. O sistema integra tecnologias de hardware e software abertas e de baixo custo e possui a capacidade de enviar as medições a uma página web para análise por especialistas. O sistema teve sua performance operacional e metrológica avaliada em ensaios amplamente utilizados na calibração de sistemas de precisão e apresentou resultados satisfatórios, com erro de medição abaixo de 3 mm. Ao final do desenvolvimento, o sistema foi testado em um ensaio in campus na avaliação de uma passarela de pedestres na cidade de Curitiba, PR.. Mesmo diante de importantes restrições impostas no decorrer do trabalho por causa da pandemia de COVID-19, considera-se exitoso o seu desenvolvimento e o seu resultado final.

The permanent or intermittent monitoring of the integrity and stability of buildings such as dams, skyscrapers or bridges is greatly used by multiple countries through the widely integrated sensoring in these structures, either for load response or to identify a deterioration caused by soil accommodation. Unfortunately in Brazil, most structures don’t have such monitoring, being submitted, in most cases, to visual evaluation and emergency repairs, ineffective in preventing or foreseeing a possible failure, as it has been shown in recent cases of termination or collapse of structures. The importance of this monitoring and the lack of this practice in Brazil were the main motivations for the development of this work. Using methodology of product design and a laser sensor to measure distances through time-of-flight technique, it was developed a low-cost system to measure a structure movement monitoring it’s distance to the sensor in a fixed position or the relative movement between them. The system gathers open- source, low-cost hardware and software technologies and has the capability to send the measurements over to a web page for further analysis. The system has had it’s operational and metrological performance evaluated in tests widely used to calibrate precision systems and has shown good results, with a measurement error below 3mm. After the development process, the system was tested in campus to evaluate a walkway in Curitiba, PR.. Even facing restrictions caused by the pandemic of COVID- 19, the development of this work as well as the final results can be considered successful.