Pontes, edifícios, barragens e outras obras civis representam uma das maiores parcelas de investimento dos recursos financeiros de um país. A condução da economia é dependente da disposição racional e da operação eficiente de obras de infra-estrutura. Elas fornecem abrigo para diversas atividades humanas e são fatores críticos sob vários aspectos, pois vencem acidentes geográficos, proporcionam a geração de energia e a manufatura de bens, viabilizam o transporte de insumos e da produção, estabelecem a comunicação e, além disso, possuem alta relevância na defesa do território, entre outras atividades vitais para uma nação.
A segurança destas estruturas é objeto de preocupação da engenharia nas fases de projeto, construção e operação, sendo necessário verificar e acompanhar o comportamento estrutural com periodicidade constante. Apesar de observados todos os cuidados necessários nas fases de projeto e construção, a complexidade de uma estrutura e as ações que ela sofre durante sua existência sempre acarretam um certo grau de desconfiança sobre uma possível insegurança quanto ao seu comportamento. Por exemplo, no caso de pontes, pode ser necessária a determinação e acompanhamento de recalques, deslocamentos e freqüências de vibração de elementos, devido a fatores diversos como tempo de uso, acidentes, entre outros.
Nas últimas décadas foram introduzidas significativas melhoras nos conceitos e nos procedimentos relativos aos projetos estruturais. Contudo, o aperfeiçoamento de modelos espaciais não pode prescindir de informações verificadas no mundo real, pois o conhecimento de respostas a ações verificadas nas estruturas reais também contribui para o aprimoramento destes novos modelos. Estas necessidades e o desenvolvimento tecnológico conduzem a constantes investigações com o objetivo de desenvolver e aprimorar as técnicas para determinação de variáveis geométricas e mecânicas em estruturas, como deslocamentos e tensões.
Este acompanhamento é realizado através da atividade de monitoração de estruturas, tanto para as novas quanto para as mais antigas, pois ambos os casos requerem avaliações de desempenho. Nos dois casos também são utilizadas informações tanto para verificar o cumprimento e manutenção das características de projeto quanto para colher subsídios para melhorar futuros modelos.
Mais do que uma atividade a ser desenvolvida na manutenção de uma estrutura, a adequada monitoração deve ser condição integrante do projeto desde o planejamento, repercutindo positivamente nas fases subseqüentes de construção e operação. Portanto, deve estar prevista como uma das premissas, e implantada desde o princípio da obra.
A monitoração de estruturas vale-se de processos e instrumentais variados. Observam-se o uso de dispositivos como acelerômetros, extensômetros, células de carga que proporcionam a determinação de aceleração, alongamentos e tensões, e além disso registram dados com o objetivo de compor séries temporais.
Geodésia e topografia
São também empregados métodos geodésicos e topográficos na monitoração de estruturas. A geodésia e a topografia, com suas tecnologias e metodologias afins, são aliadas que contribuem para definir a posição espacial de elementos estruturais, a partir de pontos de referência externos e independentes das estruturas, contribuindo assim com informações para o modelo de resposta das mesmas.
Apesar das indiscutíveis vantagens em comparação aos métodos geodésicos, pode-se destacar os seguintes aspectos que ainda deixam a desejar nos métodos não-geodésicos:
1. As mensurações são muito localizadas e podem ser afetadas por perturbações locais, que não representam as deformações atuais;
2. Sendo as observáveis de caráter local, não conectadas geometricamente às demais medições em outros pontos de monitoração, a análise da tendência global das deformações de estruturas é mais difícil, a menos que os pontos observados sejam densamente espaçados.
A monitoração de estruturas por métodos geodésicos ou topográficos ocorre há muitas décadas, quando se baseava principalmente na observação de ângulos, de distâncias e de desníveis através de procedimentos como triangulação, trilateração e nivelamento. Estes métodos eram desenvolvidos com maior morosidade na fase de aquisição de dados, sendo estes registrados manualmente e processados dentro de limites computacionais mais estreitos do que aqueles de que se dispõe atualmente.
Evolução histórica
Como recordação histórica, pode-se citar os trabalhos desenvolvidos na Suíça no ano de 1919 para investigação das deformações de muros de contenção, executados através das redes trigonométricas clássicas.
Nas oito décadas seguintes as pesquisas e o desenvolvimento tecnológico permitiram avançar fronteiras. Surgiram tecnologias como os distanciômetros eletrônicos, sistemas inerciais, fotogrametria e satélites de posicionamento e imageamento. Além disso, esta área incorporou a informática, as leituras por código de barras, o reconhecimento automático de alvos e, mais recentemente, os scanners a laser e os medidores de distância por interferometria.
Ainda hoje, em certos casos, os métodos clássicos são eficientes na monitoração de estruturas, porém são uma evolução em relação àqueles do princípio, quanto à precisão instrumental, ao registro eletrônico, ao uso de equipamentos robóticos e aos programas computacionais, que ampliaram muito a capacidade de aquisição, de processamento e de tratamento dos dados.
O desenvolvimento da tecnologia de posicionamento geodésico por métodos espaciais, que começou na década de 80 através da implementação do sistema de navegação por satélites GPS e da revolução proporcionada pela informática, viabilizou o desenvolvimento de novas aplicações da geodésia. Dentre elas destacam-se as que estão voltadas à construção e monitoração de grandes obras de engenharia.
Entre outras aplicações nesta área podem-se citar os trabalhos desenvolvidos para a monitoração de barragens, de regiões com subsidência do solo, de plataformas de exploração de petróleo, de escorregamento de encostas, de edifícios e de pontes. Observa-se, portanto, que os métodos geodésicos podem oferecer várias possibilidades de monitoração, tanto estática quanto dinâmica.
Até pouco mais de uma década o instrumental geodésico, em geral, era limitado pela freqüência de aquisição dos dados, restringindo os métodos num âmbito que os adequavam melhor ao monitoramento com carga estática, ou então com dinâmica bastante lenta. Uma vez mais a tecnologia de posicionamento geodésico por satélites permitiu romper com este limite, em meados da década de 1990, quando foram lançados os receptores capazes de realizar observações com freqüências de 10 Hz. Desde então surgiram linhas de pesquisa associadas a comportamentos dinâmicos de estruturas, e atualmente algumas pontes estaiadas já são monitoradas de forma constante na Ásia.
Novos horizontes
Além das tecnologias, as novas teorias e metodologias proporcionam maior eficiência e ampliam os horizontes para os engenheiros da área de geodésia. Os especialistas nesta área devem possuir conhecimentos mais aprofundados de estatística, ajustamento, análise modal e também fundamentos sobre estruturas, de forma que posam receber as informações do engenheiro de estruturas, projetar os sistemas de monitoração geodésica, operar este conjunto e comunicar os resultados.
Régis Bueno
Engenheiro agrimensor, Msc. e diretor da Geovector Engenharia Geomática
regisbueno@uol.com.br
