Integridade Estrutural: tecnologias emergentes de imagem fazem a diferença na deteção de deformações e deslocamentos

Artigo de Paulo Tavares, gestor de projetos na área de Monitorização Avançada e Integridade Estrutural no INEGI.

Os avanços tecnológicos na área dos sensores, tecnologias de informação e captura de imagem têm vindo a catapultar a inovação na área da monitorização da integridade estrutural (SHM), permitindo explorar tecnologias emergentes e desenvolver novas soluções para a gestão do ciclo de vida das infraestruturas.

Estruturas como edifícios, pontes, túneis, vias férreas, entre muitas outras, necessitam de avaliações periódicas à sua saúde estrutural. Para entender o comportamento de uma estrutura existem várias técnicas, mas são os métodos de imagem que se têm destacado como os mais inovadores.

A denominação "saúde” engloba a segurança da estrutura, a durabilidade, grau de deformação, e vários outros fatores, num conjunto de informações essenciais para validar novos projetos e estruturas, ou determinar a manutenção, reabilitação, ou até substituição de estruturas envelhecidas.

A aquisição de parâmetros para suportar estas decisões pode tomar várias formas, mas há um método em particular que tem vindo a ganhar ampla aceitação como uma das tecnologias mais promissoras: a Correlação Digital de Imagem (DIC, Digital Image Correlation).

Método de Correlação Digital de Imagem é um dos mais promissores

Trata-se de um método de imagem para medir, sem contacto, campos de deslocamento e deformações em 2D e 3D na superfície de componentes, baseado na correlação de imagens adquiridas em diferentes estados de solicitação, nomeadamente antes e após a deformação.

Permite a deteção simultânea de deformações longitudinais e transversais com qualquer carregamento, como tração, compressão, flexão, torção ou uma combinação de cargas diferentes. Além disso, permite ainda a utilização de extensómetros virtuais para efetuar medições ponto-a-ponto, ideal para as aplicações nas quais as deformações esperadas são muito elevadas, e ainda a medição de fenómenos transientes muito rápidos, como acontece com carregamentos a altas velocidades.

As vantagens desta tecnologia prendem-se com o facto de ser um método sem contacto, de campo completo, que podem medir deformações no plano e fora deste, com elevada resolução, e sendo relativamente insensível às condições ambientais.

O rápido desenvolvimento de tecnologias de informação e equipamentos para armazenamento e transmissão de imagens, bem como a diminuição progressiva do custo dos equipamentos, contribuiu para acelerar o desenvolvimento desta tecnologia.

Esses fatores tornam os métodos de imagem ainda mais atraentes, já que possibilitam a implementação de redes de sensores de imagens sem fio, ampliando o alcance das capacidades de sensorização em grandes áreas e suportando a transmissão dos dados resultantes de forma segura aos centros de decisão.

Espectro de aplicações é vasto e INEGI continua a inovar

Com vista a uma utilização ainda mais alargada, esta tecnologia continua a ser alvo de novos desenvolvimentos, nomeadamente para ultrapassar alguns desafios inerentes, como a necessidade de calibração ou a utilização de múltiplas escalas.

Este é também um desafio assumido pelo INEGI, que tem vindo a utilizar e desenvolver a tecnologia de Correlação Digital de Imagem em componentes cujas dimensões variam entre alguns milímetros e vários metros, em aplicações estáticas e dinâmicas.

Destaca-se, entre projetos recentes, a aplicação desta tecnologia no estudo do comportamento de estruturas civis, quando solicitadas a carregamentos em corte e compressão. Este trabalho foi realizado em colaboração com o Laboratório de Engenharia Sísmica e Estrutural do Departamento de Engenharia Civil da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, e demonstrou a clara superioridade desta técnica em relação ao método tradicional com recurso a extensometria para a monitorização de estruturas de grande porte, no contexto em questão.

A fácil aplicação em objetos de grande dimensão foi também evidenciada durante o projeto LighTRAIN, que visou a conceção e desenvolvimento de um estrado inovador em alumínio para carruagens de passageiros. Em comparação com a extensometria convencional, os resultados obtidos com a Correlação Digital de Imagem demonstraram uma boa correlação e forneceram informação importante para o projeto da estrutura.

Mais recentemente, o INEGI colaborou com o Aeroporto da Madeira na monitorização de deformações das vigas de suporte da pista, recorrendo uma vez mais à Correlação Digital de Imagem para monitorizar as deformações que ocorrem durante a aterragem ou outras operações em pista.