Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Pós-Graduação em Sistemas Mecatrônicos, 2013. / Submitted by Larissa Stefane Vieira Rodrigues (larissarodrigues@bce.unb.br) on 2014-11-14T14:27:28Z No. of bitstreams: 1 2013_LauraDanielaOrdierezZúñiga.pdf: 5362712 bytes, checksum: 181a904e7ed1b1a68ae9aa17ab0e88ef (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2014-11-24T19:28:55Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_LauraDanielaOrdierezZúñiga.pdf: 5362712 bytes, checksum: 181a904e7ed1b1a68ae9aa17ab0e88ef (MD5) / Made available in DSpace on 2014-11-24T19:28:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_LauraDanielaOrdierezZúñiga.pdf: 5362712 bytes, checksum: 181a904e7ed1b1a68ae9aa17ab0e88ef (MD5) / Instrumentos como scanner laser 3D são atualmente utilizados em diversas aplicações de engenharia reversa, uma vez que admitem a aquisição de informações da geometria da peça de objetos num tempo reduzido de medição resultando na redução de custos. Comparando com os instrumentos de medição com contato, como máquinas de medição por coordenadas (MMC). A verificação de desempenho de scanners a laser está em estudo e, atualmente, não há padrões nem normas universais para resolver este problema. Esta dissertação propõe um método para verificar o desempenho do scanners laser 3D do fabricante NextEngine. A abordagem experimental foi implementada usando um scanner a laser 3D fabricado pela NextEngine. Um padrão tridimensional foi projetado e fabricado em alumínio, com características geométricas específicas, como círculos, cilindros, aviões e esferas. As características geométricas como raios, ângulos e alturas foram determinadas através da medição em uma MMC cantilever com sonda de gatilhamento (valores convencionais). Os valores destas mesmas características foram medidas no scanner laser e comparadas com os valores convencionais, sendo que o desempenho do instrumento foi avaliado pela repetitividade e pela amplitude dos erros encontrados. O método foi adequado para avaliar o desempenho do instrumento verificado através de estimativas de exatidão e repetitividade. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Tridimensional laser scanner is nowadays used in several applications of reverse engineering since it admits acquisition of geometric information at reduced measurement time and cost. Comparing with instruments as Coordinate Measuring Machines (CMM).The performance verification of laser scanners is under study and currently there is no standard to address this issue. This work proposes a method to verify the performance of 3D laser scanners manufactured by Next Engine. The experimental approach was implemented using 3D laser scanner manufactured by NextEngine. A tridimensional gauge was designed and manufactured in aluminum with specific geometrical features like circles, cylinders, planes and spheres. The measured geometric characteristics were radius, angles and heights. That was determined by MMC (conventional value). These dimensions were determined by a laser scanner and compared with the calibrated values. The method was suitable to evaluate the instrument performance as estimates of the accuracy and the repeatability were obtained.

O comportamento geomecânico de túneis em rocha é fortemente influenciado pelas estruturas geológicas (descontinuidades) presentes no maciço. Do ponto de vista geométrico, estas estruturas são caracterizadas por parâmetros que descrevem suas orientações, frequências e comprimentos. Estes parâmetros, na maioria dos casos, são determinados em campanhas de campo, com bússola geológica e trena. Entretanto, limitações de tempo e acesso dificultam a execução destes trabalhos, impossibilitando a obtenção de números elevados de dados, que possibilitam análises estatísticas mais complexas. Para superar estas dificuldades, no presente estudo, o mapeamento das descontinuidades foi realizado em imagens do túnel Monte Seco, pertencente a Estrada de Ferro Vitória Minas (EFVM), obtidas por scanner a laser 3D. Neste mapeamento, tanto a orientação, quanto a posição e o comprimento dos traços das descontinuidades foram determinados com boa precisão, possibilitando a verificação da distribuição da intensidade de fraturamento de diferentes trechos, ao longo do túnel. Utilizando estes trechos diferenciados pela intensidade de fraturamento, foram elaboradas análises estatísticas mais complexas e adequadas (por janelas de amostragem e linhas de varredura) para determinação da orientação, comprimento médio dos traços e espaçamentos médios das famílias de descontinuidades. Com os parâmetros geométricos das descontinuidades, o modelo probabilístico de blocos rígidos foi construído, utilizando o software 3DEC. Assim, os parâmetros mecânicos das descontinuidades foram estimados utilizando correlações empíricas (a partir de descrições do maciço rochoso realizadas em mapeamentos geológicos por dentro do túnel), além de alguns ensaios de campo e laboratório. As análises com este modelo foram executadas para verificação da queda de blocos, e comparadas com as seções atuais do túnel. Os resultados indicaram que diferentes critérios de ruptura devem ser utilizados para diferentes tipos de descontinuidades (fraturas e foliação), e evidenciaram a importância de estimativas mais coerentes de parâmetros geométricos das descontinuidades nos resultados finais das análises. / The geomechanical behaviour of rock tunnels is strongly influenced by geological structures in the rock mass. Rock discontinuities are geometrically characterized by parameters that describes their orientations, frequency and lengths. In most cases, these parameters are determined in field inspections, using geological compass and measuring tapes. However, timeframes and access limitation hinder this procedure, making it impossible to obtain large amount of data that allow complex statistical analysis. To overcome these difficulties, here the discontinuity mapping was performed using images of the Monte Seco tunnel, obtained by 3D terrestrial laser scanning. In this case, the orientation, position and trace length of each discontinuity was determined with precision, allowing the verification of the fracture intensity distribution in different parts of the tunnel. Using these parts (differentiated by its fracture intensities), statistical analyses were performed, using sampling windows and scanlines, in order to determine the orientation mean trace length and spacing of discontinuity sets. Once the geometrical parameters of discontinuity sets were determined, a probabilistic model of rigid blocks was generated, using the 3DEC software. Thus, the mechanical parameters of discontinuity sets were estimated by empirical correlations (performed using descriptions of the rock mass obtained during geological inspections in the tunnel), and some laboratory and field tests. The analyses with this model were performed to verify the instability of blocks (block falls), and compared with actual cross sections of the tunnel. The results indicate that different failure criteria must be used for different discontinuity types (fractures and foliation), and revealed the importance of consistent estimated of geometrical parameters of discontinuity sets.

O comportamento geomecânico de túneis em rocha é fortemente influenciado pelas estruturas geológicas (descontinuidades) presentes no maciço. Do ponto de vista geométrico, estas estruturas são caracterizadas por parâmetros que descrevem suas orientações, frequências e comprimentos. Estes parâmetros, na maioria dos casos, são determinados em campanhas de campo, com bússola geológica e trena. Entretanto, limitações de tempo e acesso dificultam a execução destes trabalhos, impossibilitando a obtenção de números elevados de dados, que possibilitam análises estatísticas mais complexas. Para superar estas dificuldades, no presente estudo, o mapeamento das descontinuidades foi realizado em imagens do túnel Monte Seco, pertencente a Estrada de Ferro Vitória Minas (EFVM), obtidas por scanner a laser 3D. Neste mapeamento, tanto a orientação, quanto a posição e o comprimento dos traços das descontinuidades foram determinados com boa precisão, possibilitando a verificação da distribuição da intensidade de fraturamento de diferentes trechos, ao longo do túnel. Utilizando estes trechos diferenciados pela intensidade de fraturamento, foram elaboradas análises estatísticas mais complexas e adequadas (por janelas de amostragem e linhas de varredura) para determinação da orientação, comprimento médio dos traços e espaçamentos médios das famílias de descontinuidades. Com os parâmetros geométricos das descontinuidades, o modelo probabilístico de blocos rígidos foi construído, utilizando o software 3DEC. Assim, os parâmetros mecânicos das descontinuidades foram estimados utilizando correlações empíricas (a partir de descrições do maciço rochoso realizadas em mapeamentos geológicos por dentro do túnel), além de alguns ensaios de campo e laboratório. As análises com este modelo foram executadas para verificação da queda de blocos, e comparadas com as seções atuais do túnel. Os resultados indicaram que diferentes critérios de ruptura devem ser utilizados para diferentes tipos de descontinuidades (fraturas e foliação), e evidenciaram a importância de estimativas mais coerentes de parâmetros geométricos das descontinuidades nos resultados finais das análises. / The geomechanical behaviour of rock tunnels is strongly influenced by geological structures in the rock mass. Rock discontinuities are geometrically characterized by parameters that describes their orientations, frequency and lengths. In most cases, these parameters are determined in field inspections, using geological compass and measuring tapes. However, timeframes and access limitation hinder this procedure, making it impossible to obtain large amount of data that allow complex statistical analysis. To overcome these difficulties, here the discontinuity mapping was performed using images of the Monte Seco tunnel, obtained by 3D terrestrial laser scanning. In this case, the orientation, position and trace length of each discontinuity was determined with precision, allowing the verification of the fracture intensity distribution in different parts of the tunnel. Using these parts (differentiated by its fracture intensities), statistical analyses were performed, using sampling windows and scanlines, in order to determine the orientation mean trace length and spacing of discontinuity sets. Once the geometrical parameters of discontinuity sets were determined, a probabilistic model of rigid blocks was generated, using the 3DEC software. Thus, the mechanical parameters of discontinuity sets were estimated by empirical correlations (performed using descriptions of the rock mass obtained during geological inspections in the tunnel), and some laboratory and field tests. The analyses with this model were performed to verify the instability of blocks (block falls), and compared with actual cross sections of the tunnel. The results indicate that different failure criteria must be used for different discontinuity types (fractures and foliation), and revealed the importance of consistent estimated of geometrical parameters of discontinuity sets.

Made available in DSpace on 2015-03-13T17:08:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 VictorAS_DISSERT.pdf: 7384161 bytes, checksum: 52530e2ae828c1016d52cf0da52743d6 (MD5) Previous issue date: 2013-05-21 / In this paper we present the methodological procedures involved in the digital imaging in mesoscale of a block of travertines rock of quaternary age, originating from the city of Acquasanta, located in the Apennines, Italy. This rocky block, called T-Block, was stored in the courtyard of the Laborat?rio Experimental Petr?leo "Kelsen Valente" (LabPetro), of Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), so that from it were performed Scientific studies, mainly for research groups universities and research centers working in brazilian areas of reservoir characterization and 3D digital imaging. The purpose of this work is the development of a Model Solid Digital, from the use of non-invasive techniques of digital 3D imaging of internal and external surfaces of the T-Block. For the imaging of the external surfaces technology has been used LIDAR (Light Detection and Range) and the imaging surface Interior was done using Ground Penetrating Radar (GPR), moreover, profiles were obtained with a Gamma Ray Gamae-spect?metro laptop. The goal of 3D digital imaging involved the identification and parameterization of surface geological and sedimentary facies that could represent heterogeneities depositional mesoscale, based on study of a block rocky with dimensions of approximately 1.60 m x 1.60 m x 2.70 m. The data acquired by means of terrestrial laser scanner made available georeferenced spatial information of the surface of the block (X, Y, Z), and varying the intensity values of the return laser beam and high resolution RGB data (3 mm x 3 mm), total points acquired 28,505,106. This information was used as an aid in the interpretation of radargrams and are ready to be displayed in rooms virtual reality. With the GPR was obtained 15 profiles of 2.3 m and 2 3D grids, each with 24 sections horizontal of 1.3 and 14 m vertical sections of 2.3 m, both the Antenna 900 MHz to about 2600 MHz antenna. Finally, the use of GPR associated with Laser Scanner enabled the identification and 3D mapping of 3 different radarf?cies which were correlated with three sedimentary facies as had been defined at the outset. The 6 profiles showed gamma a low amplitude variation in the values of radioactivity. This is likely due to the fact of the sedimentary layers profiled have the same mineralogical composition, being composed by carbonate sediments, with no clay in siliciclastic pellitic layers or other mineral carrier elements radioactive / Nesse trabalho s?o apresentados os procedimentos metodol?gicos envolvidos no imageamento digital em mesoescala de um bloco de rochas travertinas de idade quatern?ria, oriundas da cidade de Acquasanta, situada na cordilheira dos Apeninos, na It?lia. Esse bloco rochoso, denominado de T-Block, foi armazenado no p?tio do Laborat?rio Experimental de Petr?leo "Kelsen Valente" (LabPetro), da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) para que a partir dele fossem realizados estudos cient?ficos, principalmente para grupos de pesquisa das universidades e centros de pesquisa brasileiros que atuam nas ?reas de caracteriza??o de reservat?rio e imageamento digital 3D. A proposta deste trabalho consiste na elabora??o de um Modelo de S?lido Digital, a partir da utiliza??o de t?cnicas n?o-invasivas de imageamento digital 3D das superf?cies interna e externa do T-Block. Para o imageamento das superf?cies externas foi utilizada a tecnologia LIDAR (Light Detection and Range) e para o imageamento das superf?cies internas foi feita a utiliza??o do Ground Penetrating Radar (GPR), al?m disso, foram adquiridos perfis de Gamma Ray com um Gamaespect?metro port?til. O objetivo do imageamento digital 3D consistiu na identifica??o e parametriza??o de superf?cies geol?gicas e de f?cies sedimentares que pudessem representar heterogeneidades deposicionais em mesoescala, tomando como base de estudo um bloco rochoso com dimens?es de aproximadamente 1,60m x 1,60m x 2,70 m. Os dados adquiridos por meio do Laser Scanner terrestre disponibilizaram informa??es espaciais georreferenciadas da superf?cie do bloco (X, Y, Z), al?m de valores de varia??o de intensidade de retorno do raio laser e dados RGB com alta resolu??o (3 mm x 3 mm), totalizando 28.505.106 pontos adquiridos. Essas informa??es foram utilizadas como auxilio durante a interpreta??o dos radargramas e est?o prontas para ser exibidas em salas de realidade virtual. Com o GPR, foram adquiridos 15 perfis de 2,3 m e 2 grids 3D, cada um com 24 se??es horizontais de 1,3 m e 14 se??es verticais de 2,3 m, tanto com a antena de 900 MHz quanto com a antena de 2600 MHz. Por fim, o uso do GPR associado ao Laser Scanner possibilitou a identifica??o e mapeamento 3D de 3 radarf?cies distintas as quais foram correlacionadas a 3 f?cies sedimentares j? que j? haviam sido definidas no inicio do trabalho. Os 6 perfis de raios gama mostraram uma baixa varia??o na amplitude dos valores de radioatividade. Provavelmente, isso ocorreu devido ao fato das camadas sedimentares perfiladas possu?rem a mesma composi??o mineral?gica, sendo compostas por sedimentos carbon?ticos, com aus?ncia de argila silicicl?stica nas camadas mais pel?ticas ou de outro mineral portador de elementos radioativos