Engenheiros desenvolvem modelo que identifica estado dos edifícios através de vibrações

kengo-kuma-toshima-ward-office-tokyo-japan-designboom-07Uma equipa de investigadores do Massachusetts Institute of Technology (MIT) desenvolveu um modelo computacional que interpreta vibrações na envolvente, escolhendo características-chave no ruído que dão indicações sobre a estabilidade dos edifícios.Em comunicado de imprensa, o MIT explica que, quando um camião passa por um edifício, as vibrações emitidas podem percorrer a estrutura do edifício até ao telhado e de volta, gerando tremores transitórios através dos pavimentos e das vigas. Estas vibrações são agora recolhidas e interpretadas pelo modelo desenvolvido na universidade norte-americanas, que poderá ser utilziado para monitorizar o comportamento de um edifício ao longo do tempo para detectar sinais de danos ou de stress mecânico.

"A implicação mais abrangente é que, após um evento como um terramoto, veríamos imediatamente as alterações destas características e perceberíamos se e onde existem danos no sistema", afirmou Oral Buyukozturk, professor do Departamento de Engenharia Civil e Engenharia Ambiental, explicando que isto proporciona "uma monitorização contínua e uma base de dados que seria como um ficheiro de saúde para o edifício". "Algo como a alteração da pressão arterial de alguém com o avançar da idade", acrescentou o investigador.

Da equipa de Buyukozturk fazem também parte Hao Sun, Aurélien Mordret, Germán Prieto e Nafi Toksöz. Estes investigadores testaram o seu modelo no Green Building do MIT, um edifício de pesquisa com 21 andares, construído totalmente em betão armado e projectado pelo arquitecto Ieoh Ming Pei e mantém-se como "a mais alta estrutura em Cambridge, Massachusetts".

Em 2010, Toksöz e outros responsáveis do MIT trabalharam em conjunto com a United States Geological Survey para equipar o Green Building com 36 que registaram vibrações em movimentos em pisos seleccionados, desde as fundações ao telhado do edifício.

"Estes sensores representam um sistema nervoso incorporado", explicou Buyukozturk, destacando que o desafio consistiu em "retirar sinais vitais dos dados dos sensores e ligá-los às características de saúde de um edifício". Para isto, a equipa construiu primeiro uma simulação de computador no Green Building, na forma de um modelo de elemento finito ? uma simulação numérica que representa uma grande estrutura física e toda a sua física subjacente, "como uma colecção de subdivisões mais pequenas e mais simples".

No caso do edifício de teste do MIT,os investigadores construíram um modelo de elemento finito de alta fidelidade e depois incluíram vários parâmetros no modelo, incluindo a força e densidade das paredes, lajes, vigas e escadas de betão em cada piso. De acordo com o desenho do modelo, os investigadores deveriam ser capazes de introduzir um estímulo na simulação – "por exemplo, a vibração semelhante à de um camião" – e o modelo preveria como o edifício e os seus vários elementos deveriam responder.

Contudo, "o modelo utiliza muitos pressupostos relativamente ao material, à geometria, à espessura dos elementos do edifício (?) o que poderá não corresponder exactamente à estrutura", contrapõe Buyukozturk. Assim, a equipa está a actualizar o modelo com medições actuais para ser capaz de proporcionar melhor informação sobre o que poderá acontecer ao edifício.

No sentido de prever de forma mais precisa a resposta de um edifício às vibrações ambiente, o grupo recolheu dados dos acelerómetros do Green Building, procurando características-chave que correspondem directamente à rigidez de um edifício ou outros indicadores de patologia. Para fazer isto de maneira eficiente, a equipa desenvolveu um novo método com o conceito de interferometria sísmica,que descreve como o padrão de vibração se altera enquanto atravessa o edifício, do nível térreo à cobertura.

"Olhamos para o nível das fundações e vemos que movimentos um camião, por exemplo, causou aí e, depois, como essa vibração se movimenta para cima e horizontalmente, em velocidade e direcção", explica o engenheiro turco.

Os investigadores acrescentaram esta equação ao seu modelo do Green Building e correram o modelo várias vezes, cada uma delas com um conjunto de medições feitas pelos acelerómetros a dada altura. A equipa introduziu no modelo medições de vibração que foram feitas continuamente ao longo de um período de duas semanas.

"Estamos continuamente a tornar o nosso sistema computacional mais inteligente ao longo do tempo, com mais dados", destaca Buyukozturk, revelando que a equipa está "cofiante que, se houver danos no edifício, serão visíveis no sistema".

Sobre o Green Building, o investigador refere que o edifício "está seguro, mas sujeito a uma grande vibração, especialmente nos pisos mais elevados". Construído em piso macio, o edifício "é longo numa direcção e estreito noutra, com rígiedas paredes de betão em cada uma das extremidades". "Desta forma, manifesta movimentos de torção e de balanço, especialmente em dias ventosos", ressalvou Buyukozturk.

A equipa planeia verificar o seu modelo computacional com experiências no laboratório, tendo construído uma réplica com quatro metros de altura de uma estrutura de um edifício, que poderão equipar com acelerómetros. Irá estudar os efeitos das vibrações ambiente bem como a resposta da estrutura a marteladas e a outros estímulos sísmicos.

Os engenheiros estão também a erigir uma grande estrutura de aço na localidade de Woburn, no mesmo estado, que tem a dimensão de uma torre de telecomunicações, e irá continuar a fazer experiências semelhantes que irão, no final, ajudar a "refinar" o modelo computacional desenvolvido.

"Prevejo que, no futuro, um sistema de monitorização como este irá ser instalado em todos os nossos edifícios", afirmou Hao Sun, explicando que, "equipados com sensores e algoritmos de processamento central, estes edifícios tornar-se-ão inteligentes e sentirão a sua própria saúde em tempo real e, possivelmente, serão resilientes face a fenómenos extremos".

in Construir

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