Resultando na seguinte mudança da expressão de E : s
s T s n 1 f s n s Q DPR E =ΦΦΦΦ i −ΦΦΦΦ i (4. 26)
Onde
ω
r é a freqüência do modo de vibração r que pretende ser identificado. Em essência o DPR é um fator de peso do vetor E . Esta metodologia concentra os sensores na região s de alta energia, resultando em sensores quase uniformemente espaçados e simetricamente dispostos.O Fluxograma da implementação deste método encontra-se detalhada no item 6.2.1.2.
4.2 -ENSAIOS DINÂMICOS PARA PONTES
Os ensaios para determinação do comportamento de estruturas de grande porte, até a década de 80, eram geralmente realizados por meio de modelos reduzidos projetados de acordo com a teoria da semelhança física. A disposição de equipamentos de ensaio e de aquisição de dados de fácil transporte, com técnicas de análise de sinais implementadas, que permitissem a realização de trabalhos de campo sem causar transtorno para a operação das vias ou dificuldade no tratamento dos dados coletados eram praticamente inexistentes (Penner, 2001). Com os avanços tecnológicos, os ensaios dinâmicos de grandes estruturas tornaram-se possíveis e este ramo de pesquisa iniciou o seu desenvolvimento.
A determinação das propriedades da estrutura por meio de ensaios segue a relação mostrada na Figura 4.3, onde, conhecendo dois dos parâmetros o terceiro pode ser determinado. Para o caso de ensaios dinâmicos, conhecendo a fonte de excitação e a resposta da estrutura as propriedades dinâmicas desta podem ser determinadas.
Figura 4. 3 – Relação entre a entrada e a resposta em ensaios.
As técnicas de medidas utilizadas em teste modais são:
• Aquelas nas quais somente um parâmetro é medido, geralmente a resposta do sistema, e a entrada é simulada como um registro (geralmente um processo estocástico de banda larga, também designado por ruído branco, o que corresponde a considerar constante a densidade espectral de potência da excitação). Esta técnica se baseia em ensaios de vibrações ambiente, na qual a fonte de vibração não é controlada e tem origem, por exemplo, na atuação do tráfego, do vento, do movimento humano, de sismos e de forças geradas por sistemas eletro-mecânicos em funcionamento nas proximidades da estrutura. Essa técnica de ensaio pode ser considerada como a mais simples quando comparada com outras que envolvem processos de excitação da estrutura mais complexos e onerosos, em vista das dimensões das estruturas civis.
• Aquelas nas quais parâmetros de entrada e saída são medidos. Esta técnica se baseia em experimentos com excitações forçadas, que para aplicação em estruturas de grande porte apresentam uma grande complexidade de execução (Peeters e De Roeck, 1999). Geralmente quando ensaios deste tipo são realizados, o trânsito sobre a ponte necessita ser interrompido, a aquisição de equipamentos caros e pesados é necessária para geração da força de excitação, além do que, a presença de fontes de excitações secundárias, como tráfego sobre ou abaixo da ponte, ventos, tremores, etc., geram um efeito negativo na qualidade dos dados.
Para a análise das pontes os métodos mais utilizados tem sido os que medem os dados apenas das saídas, visto que os equipamentos exigidos para este tipo de ensaios são portáteis, fáceis de montar e além do mais, não interrompe o trânsito sobre a ponte. Vários testes de vibração ambiente têm sido aplicados por muitos pesquisadores em pontes, como
por exemplo: sobre a ponte Tsing Ma, na China, monitorada por Xu et al.(1997); a ponte I- 40, em Albuquerque, Novo México, monitorada por Farrar e James III (1997); a ponte Vasco da Gama, em Portugal, monitorada por Cunha e Caetano (2004); a ponte Kap Shui Mun, em Hong Kong, monitorada por Zhang et al. (2001); a ponte Commodore Barry, que conecta a cidade de Bridgeport, New Jersey e Chester, Pensilvânia, monitorada por Catbas
et al. (2000).
Uma rede de sensores e um sistema de aquisição de dados são os itens necessários para a realização das medições. Os sensores são os instrumentos utilizados nos testes para capturar da estrutura os parâmetros de interesse, sendo responsáveis pela conversão do movimento ou da sua variação em sinais elétricos. Uma larga variedade de acelerômetros tem sido desenvolvida para serem utilizados em ensaios dinâmicos, como os piezeelétricos, servo acelerômetros, o de capacidade variável (VC), etc. Quando da escolha destes equipamentos, é importante que a sensibilidade e a faixa de freqüência dos mesmos sejam observadas, visto que alta sensibilidade resulta em uma alta razão sinal-ruído. Um ensaio realizado com um equipamento de alta sensibilidade sofrerá menos influências eletrostáticas e eletromagnéticas. Outra característica importante está relacionada à resposta em freqüência. O equipamento escolhido deve abranger a variação de freqüência desejada da estrutura.
Os componentes do sistema de aquisição de dados proporcionam o devido tratamento dos sinais elétricos provenientes da rede de sensores instaladas. A partir da captura dos sinais proveniente dos sensores, o sistema de aquisição de dados atua convertendo apropriadamente os sinais elétricos (analógicos) em sinais digitais. Esses sinais são posteriormente armazenados e analisados em um computador. Um sistema de aquisição de dados básicos é composto por condicionadores de sinais, conversores analógico-digitais e programas de aquisição de dados (Assis, 2007).
Os condicionadores de sinais têm como função adequar o sinal analógico para a conversão digital, sendo compostos basicamente por amplificadores e filtros. Os amplificadores são instrumentos que amplificam o sinal digital com a função de ajustá-lo a faixa de entrada do conversor. Os filtros são responsáveis pela eliminação do erro anti-aliasing.
Os conversores A/D desempenham a função de traduzir os sinais elétricos em uma representação numérica adequada ao tratamento digital do sinal adquirido. As variáveis dos
condicionadores de sinais são basicamente: a taxa de amostragem, a resolução e a faixa de entrada do conversor de sinais. A taxa de amostragem corresponde à freqüência em que a amostragem de um conversor é realizada. Quanto maior a taxa de amostragem maior o espaço exigido em disco para armazenamento. Uma taxa mínima que proporciona uma boa relação entre a qualidade do sinal de saída e o espaço requerido pelo armazenamento é definida pelo teorema de Nyquist, que define que a taxa de amostragem deve ser pelo menos duas vezes o valor da freqüência máxima do sinal que se deseja capturar. A resolução de um conversor A/D associa-se ao número de divisões que o sinal será repartido, e é medido em bits. Quanto maior a resolução, maior a capacidade do sistema de adquirir as variações dos valores dos sinais de entrada. Os conversores A/D de 16 bits são os mais comuns hoje em dia, com uma divisão da amostra em 65.536 partes (216). A faixa
de entrada de um conversor A/D corresponde ao intervalo de valores de sinais de entrada com a qual este trabalha.
Os programas de aquisição de dados têm por finalidade controlar o sistema de aquisição, fornecendo uma interface por meio da qual o utilizador tenha total controle sobre o processo de aquisição. O armazenamento dos dados sob a forma de arquivos, para que possam ser tratados e analisados, também é viabilizado. Os programas mais modernos fornecem também a visualização e pré-tratamento dos dados adquiridos, em tempo real.