Desenvolvimento de sistema para monitoramento de estruturas com utilização da plataforma arduino

Abstract

As estruturas de concreto armado, ainda que extremamente difundidas, requerem especial atenção desde sua concepção até sua utilização. Esta atenção pode ser usada para contribuir com o aumento de sua vida útil, já que as patologias podem ser das mais variadas naturezas e causas, o que em muitas vezes torna a análise das condições de integridade estrutural muito complexa. O Monitoramento da Integridade Estrutural (MIE) busca acompanhar o comportamento da estrutura, para avaliar suas condições, inclusive para verificar a ocorrência de danos e das eventuais necessidades de intervenções, visando a reabilitação estrutural. O MIE automatizado emprega aquisitores de dados que atuam como interface entre os sensores instalados nas estruturas e os sistemas computacionais, tornando sua utilização complexa e cara. Este trabalho teve por iniciativa empregar a plataforma Arduino, que é um sistema de prototipagem eletrônica, que utiliza um microcontrolador Atmel, de hardware e software livres, com entradas e saídas analógicas/digitais, de baixo custo e relativa facilidade de operação. Com isto, o objetivo da pesquisa foi o desenvolvimento de um sistema de monitoramento de estruturas, baseado em coleta de dados provenientes de sensores de deformação, deslocamento e força, em estruturas de concreto armado, para aquisição e transmissão remota de dados, para processamento e análise das informações. Foi construído um sistema de aquisição de dados, com a plataforma Arduino, sendo que este sistema emprega além da plataforma em questão, amplificadores de sinais e circuitos elétricos do tipo Ponte de Wheatstone. Desenvolveu-se um software do tipo aplicativo mobile, compatível com o sistema operacional Android, para que por meio de um smartphone ou tablet, fosse possível controlar o Arduino, mediante comunicação sem fio via Bluetooth. Este aplicativo envia e recebe dados, que são processados e analisados analítica e graficamente, decorrentes das informações dos sensores instalados nas estruturas, o qual possibilita a transmissão dos dados em tempo real via internet. O sistema foi testado em ensaios de flexão de lâminas metálicas e vigas de concreto armado, instrumentadas com extensômetros de resistência elétrica instalados na armadura e no concreto, como transdutores de deslocamento e células de carga. Além desta estrutura, o sistema também foi testado em um pilar de concreto armado de sustentação de uma ponte rolante, com a instalação de extensômetros na armadura. Nestes testes, a aquisição de dados foi feita por dois sistemas distintos, sendo o primeiro um aquisitor de dados comercial de referência e o segundo o sistema objeto desta pesquisa, para comparação dos dados das leituras obtidas entre ambos equipamentos e valores analíticos, tendo sido obtidos resultados satisfatórios.

The structures of reinforced concrete, although extremely diffused, require special attention from its conception, utilization its operation. This kind of attention could contribute for developing more useful time of usage, as since, the pathologies could be most varieties in complexes conditions, and so far is to analyze the integrity of the complexity of the structural condition. Structural Heart Monitoring (SHM) seeks the process of monitoring the behavior of the structure in order to assess the structure's conditions verifying the occurrence of damages and eventually in case of need for interventions, aiming at structural rehabilitation. The automated SHM uses data acquisition which acts as an interface between the sensors installed in the structures and the computational systems could be very complex and expensive. This work had the initiative to use the Arduino platform, which one is an electronic prototyping system, which uses an Atmel microcontroller, free hardware and software, with Analog/Digital inputs and outputs, low cost and relative ease of operation. The objective of this research was the development of a structure monitoring system, based on data collection from strain, displacement and force sensors, on reinforced concrete structures, for the acquisition and remote transmission of data, for processing and analysis of information. A data acquisition system was built with the Arduino platform, and this system has been used besides the platform in question, signal amplifiers and Wheatstone Bridge type circuits. A mobile application as a type of software has been developed, compatible with the Android operating system, through a smartphone or tablet, it was possible to control the Arduino through wireless communication via Bluetooth. This application sends and receives data, which is processed and analyzed analytically and graphically, resulting from the information of the sensors installed in the structures, which enables the transmission of the data in real time, via the internet. This system was tested in bending tests of metallic cantilever and reinforced concrete beams, instrumented with electric resistance strain gauges installed in the reinforcement and concrete, as displacement transducers and load cells. In addition to this structure, the system was also tested on a reinforced concrete column supporting a crane, with the installation of strain gauges in the reinforcement. In these tests, the data acquisition was made by two different systems, the first one being a commercial data acquisition purchaser and the second the system object of this research, to compare the data of the readings, obtained between both equipment and analytical values, establishing satisfactory results.