Estudo de métodos de detecção de danos estruturais baseados em respostas dinâmicas

Abstract

A busca por indicadores de dano cada vez mais robustos e confiáveis tem crescido significativamente no contexto da detecção de falhas estruturais. Diversos métodos têm sido propostos e avaliados quanto à sua eficácia, com o objetivo de contribuir para o avanço do Monitoramento da Integridade Estrutural (SHM – Structural Health Monitoring). Este trabalho apresenta um estudo centrado em métodos de detecção de danos baseados exclusivamente em respostas dinâmicas, os quais lidam com grandes volumes de dados na tentativa de identificar diferentes estados estruturais. Para representar adequadamente os sinais de aceleração sem perder informações relevantes — e, por vezes, até realçando-as —, diversos autores propõem a compactação desses dados por meio de parâmetros representativos. Neste estudo, são analisados trinta parâmetros estatísticos, além dos valores resultantes da Análise de dados Simbólicos (ADS) ), cujas categorias foram definidas com base na regra de Sturges (1926), extraídos dos sinais de aceleração nos domínios do tempo e da frequência (via Transformada Rápida de Fourier – FFT). Os parâmetros foram aplicados aos dados de cinco estruturas distintas: três experimentais (Viga Biapoiada, Shear Building de 10 pavimentos e pá eólica) — sendo que, em duas delas, os ensaios foram desenvolvidos pela própria autora —, um modelo estrutural (Benchmark) e uma estrutura real (Ponte Ferroviária KW51). A eficácia individual de cada parâmetro na identificação dos diferentes estados de estruturais foi avaliada por meio do método de agrupamento proposto por Scott-Knott (1974). Após a caracterização dos dados por meio de boxplots, foram apresentados os resultados de identificação para cada métrica, sendo então propostos conjuntos de parâmetros, validados por meio do agrupamento multivariado com o algoritmo k-means, e comparados a conjuntos previamente sugeridos na literatura. Dois dos conjuntos propostos pela autora (PAR 12 e F-SD) destacaram-se por sua robustez, sensibilidade e adequação na identificação de danos estruturais, considerando diferentes estruturas e tipos de excitação (impacto, shaker e passagem de trem).