Submitted by NEMER RICARDO AMARAL FERREIRA null (nemer@fct.unesp.br) on 2016-10-29T12:07:14Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Final.pdf: 3517173 bytes, checksum: 5c735e89789e4bb5f8dfc82830d41455 (MD5) / Approved for entry into archive by Felipe Augusto Arakaki (arakaki@reitoria.unesp.br) on 2016-11-01T15:22:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ferreira_nra_me_prud.pdf: 3517173 bytes, checksum: 5c735e89789e4bb5f8dfc82830d41455 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-01T15:22:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ferreira_nra_me_prud.pdf: 3517173 bytes, checksum: 5c735e89789e4bb5f8dfc82830d41455 (MD5) Previous issue date: 2016-09-05 / Seja por ação da natureza ou ação humana, estruturas artificiais (pontes, edifícios, barragens, etc.) ou naturais (placas litosféricas, superfícies com risco de desmoronamento, vulcões, etc.) sempre estarão sujeitas a mudanças em suas dimensões, tanto na forma, como no tamanho ou na posição, por isso estas estruturas merecem acompanhamento ao longo do tempo para que acidentes possam ser evitados. No monitoramento de estruturas, a utilização de instrumentos de medição dos mais variados tipos podem ser empregados: teodolito, nível, estação total e, mais recentemente, a tecnologia GNSS (Global Navigation Satellite System), o laser scanner e a ETR (estação total robótica). Para Kuang (1996) qualquer medida, mesmo aquelas com instrumentos de tecnologias mais recentes, há de se considerar erros inerentes ao processo de medição, os quais são causados por fatores instrumental, do meio ambiente ou de limitação humana. Estes erros, portanto, devem ser eliminados ou minimizados, para que se tenha maior confiabilidade nos dados coletados em campo e que servirão de análise para estudo das variações dimensionais de uma estrutura. Analisar a acurácia das observações com o equipamento que se está trabalhando, portanto, é fundamental no controle de estruturas. Esta pesquisa tem o objetivo de apresentar a acurácia de observações coletadas com uma estação total robótica modelo IS 203 da marca Topcon, com a finalidade de modelar possíveis erros que comprometam a investigação de variações na geometria de uma estrutura. Uma importante revisão das definições de acurácia e precisão é apresentada. As especificações informadas pelo fabricante do equipamento foram a base para o chamado processo de análise de acurácia das observações a priori. Nesta fase, equacionou-se todos os erros, de acordo com suas fontes. No caso da estação total, suas observáveis (direções e distâncias) têm suas fontes de erros. As direções sofrem influências dos erros de pontaria, de nivelamento e de leitura, ou seja, os chamados erros internos (relativo ao instrumento ou ao observador) e, também, dos erros externos (relativo aos fatores ambientais) que são o erro de centragem e da refração atmosférica. Os erros que afetam a medida linear também são divididos em componentes internos (o erro zero, o erro cíclico e o erro de medida da fase) e externos (refração atmosférica). Na sequência, aplicou-se a análise de acurácia das observações a posteriori para a determinação da variância em função do erro verdadeiro e modelada de todos os erros vistos anteriormente. Alguns experimentos foram realizados para analisar os resultados à luz dos procedimentos de modelagem executados. No experimento 1, realizado no laboratório de geodésia, a busca para identificar erro no comportamento espectral da ETR, relacionando este com a grandeza observada, não teve êxito, pois uma metodologia diferente deve ser empregada. Recomendam-se estudos mais aprofundados à respeito da instabilidade na taxa de coleta desse tipo de sensor, relacionando inclusive esses efeitos ao erro cíclico (σci) aqui abordado. No experimento 2, realizado num campo de calibração para estudos fotogramétricos, o deslocamento simulado foi detectado pelo sensor da ETR com diferença na ordem do décimo do milímetro em relação aos equipamentos que foram considerados como referência, e na ordem do milímetro para um deslocamento simulado na dezena do centímetro. O tratamento das observações mostrou ser eficaz quando comparado às observações com equipamentos considerados de referência. Recomendado analisar a capacidade de dilatação do material que compõe a estrutura ou objeto que é fonte de observação (monitoramento) e assim conhecer o impacto desse fenômeno na medida final. No experimento 3, com observações em alvos posicionados na parede de um prédio, as épocas de observação foram muito próximas, o que não possibilitou verificar algum tipo de deformação, sendo recomendado períodos mais espaçados, ou em diferentes condições, tais como época seca e úmida, ou fria e de calor. Importante enfatizar que a essência deste estudo vale para qualquer tipo de sensor em qualquer trabalho que se busque acurácia das observações. Assim, nesse trabalho entende-se ter elencado as influências dos erros, sistemáticos e aleatórios, nas observações coletadas com o sensor utilizado, visando a acurácia destas observações. / By action of nature or human action, artificial structures (bridges, buildings, dams, etc.) or natural (lithospheric plates, areas at risk of landslides, volcanoes, etc.) are always subject to change in its dimensions, both in form , as in size or position, so these structures has monitoring over time so that accidents can be prevented. Monitoring structures the use of measuring instruments of all kinds can be used: theodolite, level, total station and more recently, the GNSS technology (Global Navigation Satellite System), the laser scanner and the ETR (robotic total station). For Kuang (1996) any measure, even those with latest technology tools, you must consider errors inherent in the measurement process, which are caused by instrumental factors, environmental or human limitation. These errors therefore should be eliminated or minimized, in order to have more reliable data collected in the field and to serve as analysis to study the dimensional variations of a structure. To analyze the accuracy of the observations with the equipment you are working, so it is essential to control structures. This research aimed to present the accuracy of observations collected with a robotic total station IS 203 model Topcon brand, in order to model possible errors that compromise the investigation of variations in the geometry of a structure. A major review of the accuracy of definitions and accuracy was presented. The specifications informed by the equipment manufacturer were the basis for the so-called process analysis accuracy of a priori observations. At this stage, it equated to all errors, according to their sources. In the case of total station, its observable (directions and distances) have their sources of error. The directions are influenced by the aiming errors of flatness and reading, ie the so-called internal errors (relative to the instrument or to the observer), and also external errors (on environmental factors) that are the centering error and atmospheric refraction. Errors that affect the linear measurement are also divided into internal components (zero error, cyclic error and the measurement error of the stage) and external (atmospheric refraction). Following, we applied the accuracy of analysis of subsequent observations to determine the variance due to the real error and modeled all the errors seen before. Some experiments were performed to analyze the results in light of the performed modeling procedures. In experiment 1, conducted in the laboratory of geodesy, the search to identify error in the spectral behavior of the RTS, relating this to the observed magnitude, was not successful because a different methodology should be employed. Are recommended further studies regarding the instability in the collection rate of this type of sensor, including those relating to the effects of cyclic error (σci) addressed here. In experiment 2, performed a calibration field for photogrammetric studies, the simulated displacement was detected by RTS sensor with a difference of a tenth of a millimeter in relation to the equipment that was considered as a reference, and the order of a millimeter to a simulated shift in ten centimeter. The treatment of observations proved to be effective when compared to observations considered the reference equipment. Recommended analyze the expansion capacity of the material that comprises the structure or object that is the source of observation (monitoring) and thus know the impact of this phenomenon in the final measure. In experiment 3, with observations positioned targets on the wall of a building, the observation times were very close, which is not possible to verify some kind of deformation, being recommended more spaced periods, or under different conditions, such as dry season and wet or cold and heat. Important to emphasize that the essence of this study holds true for any type of sensor in any work that seeks accuracy of the observations. Thus, this work is meant to have part listed the influences of errors, systematic and random, the observations collected with the sensor used, aiming the accuracy of these observations.

Submitted by camilla martins (camillasmmartins@gmail.com) on 2017-03-03T16:04:54Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_DesenvolvimentoSensoresBaseados.pdf: 3584170 bytes, checksum: 9932ae5ca17a12978527ca0f83b74971 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-03-07T11:41:22Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_DesenvolvimentoSensoresBaseados.pdf: 3584170 bytes, checksum: 9932ae5ca17a12978527ca0f83b74971 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-07T11:41:22Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_DesenvolvimentoSensoresBaseados.pdf: 3584170 bytes, checksum: 9932ae5ca17a12978527ca0f83b74971 (MD5) Previous issue date: 2016-04-01 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A investigação e o desenvolvimento de sistemas para a medição de parâmetros físicos e mecânicos de integridade estrutural, pode permitir a prévia detecção de colapsos, processos de deterioração e outros fatores naturais e/ou provocados pelo homem. Nesse caso, a medida desses parâmetros em tempo real é crucial para a identificação, localização e quantificação de danos, e também para melhorar a manutenção e segurança dessas estruturas. Medições de curvatura e vibração são importantes para o monitoramento estrutural devido a sua relação com as respostas dinâmicas de estruturas de engenharia. Nessa tese, estruturas de descasamento de diâmetro de núcleo são propostas e experimentalmente investigadas para sensoriamento de curvatura e vibração. Entre as análises, duas configurações exibiram um melhor desempenho, uma abordagem usa uma estrutura formada pela emenda de uma pequena seção de fibra multimodo não revestida entre duas fibras monomodo padrão (SMS), combinada com um espelho óptico em fibra na sua extremidade, e a outra abordagem é formada pelo sanduíche de uma seção de fibra monomodo entre duas pequenas seções de fibra multimodo, emendadas entre duas fibras monomodo padrão (SMSMS). O dispositivo SMS é analisado através de medidas experimentais e simulações numéricas. Na análise experimental de curvatura, o sensor SMS proposto gera padrões de interferência destrutiva e aumenta a perda óptica se é curvado, variando somente a atenuação do sinal óptico sem variação do comprimento de onda. A modelagem numérica é feita com o método de propagação de feixe por diferenças finitas através da utilização do software BeamProp 9.0 da empresa RSoft. O sensor SMSMS possui duas seções MMF que agem como acoplador e reacoplador de modos de núcleo-casca, e a seção SMF ao meio atua como o “braço” de interferência. Assim os modos da casca que se propagam na seção SMF do meio tornam-se sensíveis às frequências aplicadas. Este dispositivo foi analisado experimentalmente como sensor de vibração e provou ser adequado para monitorar frequências tão baixas como 0.1 Hz. As configurações de sensores propostos apresentam várias características interessantes, tais como fácil fabricação, baixo custo, alta eficiência e alta sensibilidade. Embora o processo de fabricação das estruturas não seja muito preciso, o que afeta sua reprodutibilidade, esses sensores são muito úteis numa vasta variedade de aplicações, tais como monitoramento de integridade estrutural. / The research and development of systems for measuring physical and mechanical parameters of structural health, allows the early detection of collapses, deterioration process and other natural and / or caused by man factors. In this case, real-time measurements of these parameters are crucial for identification, localization and quantification of damages, and also improve the maintenance and safety of such structures. Curvature and vibration measurements are important to structural monitoring due to their relationship with the dynamic responses of engineering structures. In this thesis, core diameter mismatch structures are proposed and experimentally investigated for curvature and vibration sensing. Among the analyzes, two settings exhibited improved performance, one approach uses a structure formed by splicing an uncoated short section of multimode fiber between two standard single mode fibers (SMS), combined to an optical fiber mirror at its end, and the other approach is made by the sandwich of one single mode fiber section between two short multimode fiber sections, spliced between two standard single mode fibers (SMSMS). The SMS device is analyzed through experimental measurements and numerical simulations. In the curvature analysis, the proposed SMS sensor generates destructive interference patterns whether it is bent, varying only the attenuation of the optical signal without wavelength shifts. Numerical modeling is performed using the finite difference beam propagation method by means of the BeamProp 9.0 software of Rsoft™ company. In the experimental vibration analysis, the SMSMS sensor is formed by two MMF sections that act as coupler and re-coupler of core-cladding modes, and the SMF section in the middle acts as the "arm" of interference. So the cladding modes that propagate in the SMF middle section become sensitive to the applied frequencies. The SMSMS vibration sensor proved to be suitable to monitor very low frequencies such as 0.1 Hz. The proposed sensors configurations present several interesting features, such as easy fabrication, low-cost, high-efficiency, and high sensitivity. Although the manufacturing process of the structures is not very precise, which affects its reproducibility, such sensors very useful in a wide range of applications, such as structural health monitoring.

Neste trabalho desenvolveu-se um método para análise de estruturas planas em concreto armado, em que considerou-se os efeitos de segunda ordem e da fluência. Foi utilizado o método dos elementos finitos (MEF) com elemento de barra com seis graus de liberdade, formulado com as hipóteses da teoria de viga Bernoulli-Euler, com seção transversal subdividida em lamelas. A não linearidade geométrica é representada pela descrição corrotacional para grandes deslocamentos e rotações e pequenas deformações. O efeito viscoelástico para prever a fluência no concreto é obtido pelo modelo de Maxwell em camadas, calibrado a partir de funções de fluência fornecidas por normas. Uma análise envolvendo o modelo desenvolvido em plataforma MATLAB pode ser dividida em duas etapas: na primeira busca-se a resposta da estrutura para um carregamento instantâneo e na segunda o comportamento é dependente do tempo. Inicialmente fizeram-se comparações com alguns resultados disponíveis na literatura a fim de avaliar o comportamento do modelo implementado. Por fim, foi feita a análise de um modelo reduzido. Esse modelo consistiu em um pórtico moldado em microconcreto armado, que foi instrumentado com sensores elétricos para medir suas deformações e deslocamentos. O pórtico foi ensaiado na idade de trinta e três dias e monitorado durante cento e vinte e cinco dias. A partir dos resultados analisados por este aplicativo, concluiu-se que o mesmo é capaz de fazer análise não linear física e geométrica de estruturas planas em concreto armado, considerando a fluência. Os resultados de previsão de fluência fornecidos pelo programa para elementos de concreto armado submetidos à força axial são muito próximos dos resultados experimentais de Kataoka (2010). No entanto, para a análise do pilar do pórtico, que corresponde a um caso de flexo-compressão, houve uma diferença significativa, pois a análise numérica gerou curvaturas maiores do que as experimentais. Em relação aos resultados monitorados foi observado que a umidade tem grande influência nas deformações medidas. / In this work a methodology for the analysis of plane structures of reinforced concrete was developed. The second-order effect and creep were considered. The methodology is based in the finite element method (FEM). Beam elements with 6 degrees of freedom (d.o.f), which takes into account the Euler-Bernoulli beam theory with cross-section divided in layers, was used. The geometric nonlinearity is described by the co-rotational formulation for large displacements and rotations and small deformations. The viscoelastic effect of the creep in the concrete is obtained with the use of the Maxwell model in layers, calibrated with creep functions obtained in the standards. The model developed was implemented in MATLAB language, in which the analysis is sub-divided in two phases: in the first phase one seeks the response of the structure for an instantaneous load and in the second, the behaviour is time dependent. Firstly, some comparison with some available results in the literature were done with the aim to assess the accuracy of the model implemented. After that, the analysis of a prototype was done. The prototype consists of a frame made of reinforced micro-concrete. The frame was instrumented with electric sensors to measure the displacements and deformations. The frame was loaded after at the age of 33 days and monitored during 125 days. The results showed that the program is able to analysis plane structures of reinforced concrete with material and geometric nonlinearity, with the consideration of creep. The results obtained with the analysis program for an element of reinforced concrete under axial load are very close to the experimental results obtained by Kataoka (2010). However, in the analysis of framecolumns, corresponds to combined bending and compression loads, noticeable differences appears due to bigger curvatures in the numerical analysis than in the experimental one. With respect to the monitored results it was noted that the humidity has large influence in the deformations measured.

Submitted by camilla martins (camillasmmartins@gmail.com) on 2017-01-09T18:45:06Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_DesenvolvimentoImplementacaoSistema.pdf: 40824930 bytes, checksum: 715f292ee47a5537f2fc0950ac3a15b3 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-01-11T12:59:03Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_DesenvolvimentoImplementacaoSistema.pdf: 40824930 bytes, checksum: 715f292ee47a5537f2fc0950ac3a15b3 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-11T12:59:03Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_DesenvolvimentoImplementacaoSistema.pdf: 40824930 bytes, checksum: 715f292ee47a5537f2fc0950ac3a15b3 (MD5) Previous issue date: 2016-08-12 / CVRD - Companhia Vale do Rio Doce / FAPESPA - Fundação Amazônia de Amparo a Estudos e Pesquisas / Este trabalho tem como objetivo mostrar o desenvolvimento de um sistema para monitoramento de integridade estrutural, empregando rede de sensores. O projeto do nó sensor permite que este seja configurável, ao ponto de aceitar diversos tipos de sensores, tais como extensômetro, acelerômetro, sensor de temperatura, sensor de umidade, tendo também sido previsto o uso das tecnologias de comunicação com e sem fio.Ao contrário dos sistemas convencionais que são centralizados empregando longos cabos, o uso de uma rede de sensores é uma abordagem descentralizada, permitindo que os sensores fiquem mais próximos do circuito condicionador. Isso traz alguns benefícios, como a redução do comprimento dos cabos dos sensores, diminuição da captacão de ruído eletromagnético e a diminuição da impendância dos cabos, melhorando a resposta dos sinais gerado pelos sensores. São apresentados detalhes do circuito e da comunicação do nó sensor. E por ultimo são mostrados e discutidos os testes realizados. / The objective of this dissertation is show the design of a structural integrity monitoring system, employing sensor network. The project of sensor node allows many kind of sensors, such as electrical strain gage, accelerometer, temperature sensor, humidit sensor, also the sensor node is capable of communicating via wireless and wired technology. In contrast to conventional systems that are centralized and employ long cables, the use of a sensor network is a decentralized approach, allowing the sensors are closer to the conditioning circuit, this brings certain bene_ts, such as reducing the length of the sensor cables decreasing the uptake of electromagnetic noise and decrease the impedance of the cable, improving the response signals generated by sensors. They will be presented details of the circuit and the sensor node communication.

Neste trabalho desenvolveu-se um método para análise de estruturas planas em concreto armado, em que considerou-se os efeitos de segunda ordem e da fluência. Foi utilizado o método dos elementos finitos (MEF) com elemento de barra com seis graus de liberdade, formulado com as hipóteses da teoria de viga Bernoulli-Euler, com seção transversal subdividida em lamelas. A não linearidade geométrica é representada pela descrição corrotacional para grandes deslocamentos e rotações e pequenas deformações. O efeito viscoelástico para prever a fluência no concreto é obtido pelo modelo de Maxwell em camadas, calibrado a partir de funções de fluência fornecidas por normas. Uma análise envolvendo o modelo desenvolvido em plataforma MATLAB pode ser dividida em duas etapas: na primeira busca-se a resposta da estrutura para um carregamento instantâneo e na segunda o comportamento é dependente do tempo. Inicialmente fizeram-se comparações com alguns resultados disponíveis na literatura a fim de avaliar o comportamento do modelo implementado. Por fim, foi feita a análise de um modelo reduzido. Esse modelo consistiu em um pórtico moldado em microconcreto armado, que foi instrumentado com sensores elétricos para medir suas deformações e deslocamentos. O pórtico foi ensaiado na idade de trinta e três dias e monitorado durante cento e vinte e cinco dias. A partir dos resultados analisados por este aplicativo, concluiu-se que o mesmo é capaz de fazer análise não linear física e geométrica de estruturas planas em concreto armado, considerando a fluência. Os resultados de previsão de fluência fornecidos pelo programa para elementos de concreto armado submetidos à força axial são muito próximos dos resultados experimentais de Kataoka (2010). No entanto, para a análise do pilar do pórtico, que corresponde a um caso de flexo-compressão, houve uma diferença significativa, pois a análise numérica gerou curvaturas maiores do que as experimentais. Em relação aos resultados monitorados foi observado que a umidade tem grande influência nas deformações medidas. / In this work a methodology for the analysis of plane structures of reinforced concrete was developed. The second-order effect and creep were considered. The methodology is based in the finite element method (FEM). Beam elements with 6 degrees of freedom (d.o.f), which takes into account the Euler-Bernoulli beam theory with cross-section divided in layers, was used. The geometric nonlinearity is described by the co-rotational formulation for large displacements and rotations and small deformations. The viscoelastic effect of the creep in the concrete is obtained with the use of the Maxwell model in layers, calibrated with creep functions obtained in the standards. The model developed was implemented in MATLAB language, in which the analysis is sub-divided in two phases: in the first phase one seeks the response of the structure for an instantaneous load and in the second, the behaviour is time dependent. Firstly, some comparison with some available results in the literature were done with the aim to assess the accuracy of the model implemented. After that, the analysis of a prototype was done. The prototype consists of a frame made of reinforced micro-concrete. The frame was instrumented with electric sensors to measure the displacements and deformations. The frame was loaded after at the age of 33 days and monitored during 125 days. The results showed that the program is able to analysis plane structures of reinforced concrete with material and geometric nonlinearity, with the consideration of creep. The results obtained with the analysis program for an element of reinforced concrete under axial load are very close to the experimental results obtained by Kataoka (2010). However, in the analysis of framecolumns, corresponds to combined bending and compression loads, noticeable differences appears due to bigger curvatures in the numerical analysis than in the experimental one. With respect to the monitored results it was noted that the humidity has large influence in the deformations measured.

As últimas quatro décadas foram importantes para o desenvolvimento da malha rodoviária brasileira. O sistema de rodovias do país recebeu incentivos financeiros à sua expansão e diversas soluções estruturais para pontes e viadutos foram criadas a fim de atender à demanda de infraestrutura. Em contrapartida, a carência de programas de manutenção preventiva tem causado um crescimento significativo no número de estruturas desse tipo que se encontra em estágio avançado de deterioração. Dessa maneira, esta dissertação propõe um plano de monitoramento de curta duração para monitorar o comportamento estrutural de uma ponte rodoviária curva de concreto armado já em serviço. A partir da revisão do estado-da-arte no assunto, são apresentados os tipos de monitoramento, as possíveis grandezas a serem monitoradas e as ferramentas para medi-las, assim como suas vantagens e desvantagens. A fim de avaliar estruturalmente o comportamento da ponte e auxiliar no plano de monitoramento, uma hierarquia de seis modelos numéricos é desenvolvida. Então, o plano de monitoramento proposto é aplicado na ponte sob estudo para aquisição de dados, que são posteriormente tratados e confrontados com os dois modelos numéricos mais complexos da hierarquia em um processo de análise e calibração desses modelos. Dessa análise, é possível mostrar a representatividade dos modelos desenvolvidos e a relação entre complexidade do modelo, número de parâmetros adotados para a representatividade da estrutura e convergência de resposta. / The last four decades were important for the development of the Brazilian highway system. Investments were made on the expansion of highways and many structural solutions for bridges and viaducts were developed in order to attend the countrys demand. In contrast, the lack of preventive maintenance programmes has caused a significant increase in the number of those structures found in advanced deterioration stage. Thus, this thesis aims to suggest a short-term monitoring plan to monitor the structural behaviour of a curved highway concrete bridge in service. From studies on state-of-the-art in monitoring, it is presented its types, magnitudes and tools to measure them structures, as well as their advantages and disadvantages. In order to assess the structural behaviour of the bridge and support the monitoring plan, a hierarchy of six numerical models is developed. Then, the proposed monitoring plan is applied to the bridge under study for data acquisition. Afterwards, this data is processed and compared with the two more complex numerical models of the hierarchy in a process of analysis and calibration of these models. From this analysis, it is possible to show the representativeness of the developed models and the relationship between model complexity, number of parameters and convergence.

O monitoramento de grandes estruturas está diretamente ligado à segurança das mesmas, pois sendo elas naturais ou artificiais, estão sempre sujeitas a variações em suas dimensões e posições, no espaço e no tempo, o que pode representar riscos sociais, ambientais e econômicos. Dessa maneira, a presente pesquisa apresenta um estudo sobre métodos de determinação de coordenadas espaciais, disponíveis na literatura e empregados atualmente nos trabalhos práticos de engenharia, quanto aos aspectos de monitoração estrutural, tendo por finalidade simular e determinar deslocamentos controlados de alvos. A dissertação tem como principal objetivo testar as vantagens dos procedimentos automáticos realizados por meio de estações totais robóticas a partir do uso de métodos de medição em estudo no Laboratório de Mensuração do Departamento de Transportes da Escola de Engenharia de São Carlos (STT/EESC/USP), em comparação com o método polar, convencionalmente utilizado na maioria dos projetos de monitoração estrutural. O principal método aplicado nesta dissertação é denominado Método das Distâncias Mínimas, o qual se fundamenta no princípio da minimização de funções matemáticas definidas pelo somatório das distâncias entre os pontos de medição e os alvos definidos para o monitoramento. As distâncias, neste caso, são determinadas a partir das medições de ângulos zenitais e azimutais medidos com estações totais robóticas e automáticas. Com isso, pretende-se mostrar que o uso de equipamentos topográficos modernos com capacidade para desenvolver rotinas de automação de busca e medição de alvos permite realizar medidas com alto nível de automação, controle e qualidade. Mostra-se nesta dissertação que a tecnologia de busca automática de prismas permite automatizar os procedimentos de mensuração aplicados ao monitoramento de estruturas, possibilitando auscultar estruturas de maneira contínua sem a interferência do operador, o que aumenta sensivelmente a qualidade dos resultados. / The monitoring of large structures is directly linked to their safety, because they are always subject to variations in their dimensions and positions in space and time, which can pose social, environmental and economic risks, being the structures natural or artificial. Thus, the following research presents a study about the methods to determine spatial coordinates, available in the literature and currently employed in practical engineering, and also includes the structural issues of monitoring, aiming to simulate and determine controlled displacements of targets. This paper has as main objective to test the advantages of automatic procedures performed using robotic total stations using measurement methods in a study at the Measurement Transport Department Laboratory of the São Carlos School of Engineering (STT/EESC/USP), in comparison to the polar method, conventionally used in most structural monitoring projects. The main method applied in this thesis is called Minimum Distances Method, which is based on the principle of mathematical functions minimization defined by the sum of the distances between the measurement points and the targets set for the monitoring. The distances, in this case, are determined from the measurements of azimuth and zenithal angles measured with automatic and total robotic stations. The main purpose is to show that the use of modern surveying equipment with capacity to develop automation routines of search and targets measurement allows performing measurements with high level of automation, control and quality. It is shown in this paper that the technology of prisms automatic search permit to automate the measurement procedures applied to the monitoring of structures, enabling to continuously auscultate the structures without the operator interference, which significantly improves the quality of results.

As últimas quatro décadas foram importantes para o desenvolvimento da malha rodoviária brasileira. O sistema de rodovias do país recebeu incentivos financeiros à sua expansão e diversas soluções estruturais para pontes e viadutos foram criadas a fim de atender à demanda de infraestrutura. Em contrapartida, a carência de programas de manutenção preventiva tem causado um crescimento significativo no número de estruturas desse tipo que se encontra em estágio avançado de deterioração. Dessa maneira, esta dissertação propõe um plano de monitoramento de curta duração para monitorar o comportamento estrutural de uma ponte rodoviária curva de concreto armado já em serviço. A partir da revisão do estado-da-arte no assunto, são apresentados os tipos de monitoramento, as possíveis grandezas a serem monitoradas e as ferramentas para medi-las, assim como suas vantagens e desvantagens. A fim de avaliar estruturalmente o comportamento da ponte e auxiliar no plano de monitoramento, uma hierarquia de seis modelos numéricos é desenvolvida. Então, o plano de monitoramento proposto é aplicado na ponte sob estudo para aquisição de dados, que são posteriormente tratados e confrontados com os dois modelos numéricos mais complexos da hierarquia em um processo de análise e calibração desses modelos. Dessa análise, é possível mostrar a representatividade dos modelos desenvolvidos e a relação entre complexidade do modelo, número de parâmetros adotados para a representatividade da estrutura e convergência de resposta. / The last four decades were important for the development of the Brazilian highway system. Investments were made on the expansion of highways and many structural solutions for bridges and viaducts were developed in order to attend the countrys demand. In contrast, the lack of preventive maintenance programmes has caused a significant increase in the number of those structures found in advanced deterioration stage. Thus, this thesis aims to suggest a short-term monitoring plan to monitor the structural behaviour of a curved highway concrete bridge in service. From studies on state-of-the-art in monitoring, it is presented its types, magnitudes and tools to measure them structures, as well as their advantages and disadvantages. In order to assess the structural behaviour of the bridge and support the monitoring plan, a hierarchy of six numerical models is developed. Then, the proposed monitoring plan is applied to the bridge under study for data acquisition. Afterwards, this data is processed and compared with the two more complex numerical models of the hierarchy in a process of analysis and calibration of these models. From this analysis, it is possible to show the representativeness of the developed models and the relationship between model complexity, number of parameters and convergence.

O monitoramento de grandes estruturas está diretamente ligado à segurança das mesmas, pois sendo elas naturais ou artificiais, estão sempre sujeitas a variações em suas dimensões e posições, no espaço e no tempo, o que pode representar riscos sociais, ambientais e econômicos. Dessa maneira, a presente pesquisa apresenta um estudo sobre métodos de determinação de coordenadas espaciais, disponíveis na literatura e empregados atualmente nos trabalhos práticos de engenharia, quanto aos aspectos de monitoração estrutural, tendo por finalidade simular e determinar deslocamentos controlados de alvos. A dissertação tem como principal objetivo testar as vantagens dos procedimentos automáticos realizados por meio de estações totais robóticas a partir do uso de métodos de medição em estudo no Laboratório de Mensuração do Departamento de Transportes da Escola de Engenharia de São Carlos (STT/EESC/USP), em comparação com o método polar, convencionalmente utilizado na maioria dos projetos de monitoração estrutural. O principal método aplicado nesta dissertação é denominado Método das Distâncias Mínimas, o qual se fundamenta no princípio da minimização de funções matemáticas definidas pelo somatório das distâncias entre os pontos de medição e os alvos definidos para o monitoramento. As distâncias, neste caso, são determinadas a partir das medições de ângulos zenitais e azimutais medidos com estações totais robóticas e automáticas. Com isso, pretende-se mostrar que o uso de equipamentos topográficos modernos com capacidade para desenvolver rotinas de automação de busca e medição de alvos permite realizar medidas com alto nível de automação, controle e qualidade. Mostra-se nesta dissertação que a tecnologia de busca automática de prismas permite automatizar os procedimentos de mensuração aplicados ao monitoramento de estruturas, possibilitando auscultar estruturas de maneira contínua sem a interferência do operador, o que aumenta sensivelmente a qualidade dos resultados. / The monitoring of large structures is directly linked to their safety, because they are always subject to variations in their dimensions and positions in space and time, which can pose social, environmental and economic risks, being the structures natural or artificial. Thus, the following research presents a study about the methods to determine spatial coordinates, available in the literature and currently employed in practical engineering, and also includes the structural issues of monitoring, aiming to simulate and determine controlled displacements of targets. This paper has as main objective to test the advantages of automatic procedures performed using robotic total stations using measurement methods in a study at the Measurement Transport Department Laboratory of the São Carlos School of Engineering (STT/EESC/USP), in comparison to the polar method, conventionally used in most structural monitoring projects. The main method applied in this thesis is called Minimum Distances Method, which is based on the principle of mathematical functions minimization defined by the sum of the distances between the measurement points and the targets set for the monitoring. The distances, in this case, are determined from the measurements of azimuth and zenithal angles measured with automatic and total robotic stations. The main purpose is to show that the use of modern surveying equipment with capacity to develop automation routines of search and targets measurement allows performing measurements with high level of automation, control and quality. It is shown in this paper that the technology of prisms automatic search permit to automate the measurement procedures applied to the monitoring of structures, enabling to continuously auscultate the structures without the operator interference, which significantly improves the quality of results.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de metodologia para avaliar a utilização do Sistema de Posicionamento Global (GPS) como ferramenta de pesquisa no estudo do comportamento dinâmico de obras viárias. Para ser caracterizado como um instrumento de medição, foi estudada a potencialidade de um método, que se fundamenta numa forma específica de coleta e processamento de dados GPS; análise dos resíduos resultantes do processamento da dupla diferença de fase e aplicação de análise espectral para filtragem de informações indesejáveis (multicaminhamento dos sinais GPS). A coleta envolve um oscilador eletro-mecânico, especialmente projetado, que permite calibrar as medidas de amplitude e freqüência das oscilações mensuráveis pela obra sob teste. Inúmeros experimentos foram realizados em ambientes de reflexões e difrações variáveis e com diversos tipos de receptores e antenas GPS. Alguns ensaios foram realizados utilizando, simultaneamente, equipamentos como transdutores de deslocamento, acelerômetros e estações totais. Comparando os resultados obtidos, mesmo com valores prescritos em normas e códigos, afirma-se que o GPS, sob o método de coleta de dados testado, é um instrumento confiável para detecção e caracterização do comportamento dinâmico de estruturas, apresentado confiabilidade para as medições realizadas, da ordem de décimos de milímetro. Quanto à detecção das freqüências, as mais baixas ficam comprometidas pela presença do multicaminhamento e as mais elevadas têm a detecção limitada pela máxima taxa de coleta dos receptores (Lei de Nyquist) / This work presents the development of a methodology to appraise the use of Global Positioning System (GPS) as a tool for researching of dynamic behavior of road transport structures. To be characterized as an instrument for measuring it was studied the potentiality of one method which includes a specific mode of GPS data collection; analyses of double difference phase residuals and application of spectral analyses and filtering for excluding undesirable information (multipath). The GPS data collected applies an electro-mechanical oscillator, specially built for that, which permits to calibrate the measures of frequency and amplitude of structure’s oscillations under dynamic load test. Several field tests were carried out in vicinities with high and low capacity of causing signal reflections and diffractions and with different types of GPS receivers and GPS antennas. A couple of fields were carried out using, at the same time, transducers of displacement, accelerometers and total stations. Comparing these results obtained even with values of codes, it is affirmed that GPS, under the data collection method tested, it is a trustworthy instrument for detection and characterization of dynamic behavior of structures, presenting reliability of measures ranging around tenths of millimeters. The very low frequencies are highly degraded by multipath and very high frequencies have its detection limited by the receiver data rate (Theorem’s Nyquist)