Curso de Monitorização da integridade estrutural no apoio à decisão em Engenharia Civil

Apresentação

Ao longo do século XX, a Europa desenvolveu o seu “parque” de estruturas de Engenharia Civil de um modo sem precedentes. Como exemplo, a rede intitulada Trans-European Transport Network possui atualmente uma extensão total de 85.163 km (incluindo linhas ferroviárias e rodoviárias). Nesta rede, algumas das estruturas são identificados como críticas (por exemplo, pontes), tendo em conta estas suportam outras infraestruturas vitais (estradas, caminhos de ferro, linhas elétricas e de gás, etc.). Além deste facto, uma grande parte destas estruturas foram construídas no pós-segunda Guerra Mundial (1939-45), o que significa que nós, como sociedade, já estamos assistindo ao início do fim do ciclo de vida útil das mesmas. Neste cenário, as tomadas de decisão relacionadas com a sua manutenção e vigilância são cada vez mais influenciadas por critérios de desempenho holísticos e que integram, para além dos fatores estruturais, também outros como económicos, ambientais e sociais.

Por outro lado, sistemas de monitorização têm sido progressivamente explorados na área de estruturas de Engenharia Civil um pouco por todo o mundo, através de projetos demonstradores à escala real (pontes, túneis, edifícios históricos de alvenaria, parques eólicos, coberturas de edifícios de eventos, etc.), principalmente desde o início deste século. Atualmente, existe um consenso inequívoco benefícios associados à exploração deste tipo de sistemas, bem como a necessidade de explorar de forma mais eficiente, nomeadamente como parte integrante dos procedimentos de manutenção e vigilância de estruturas. Aplicações atuais deste tipo de sistemas permitem avaliar o efetivo desempenho de estruturas, localização e magnitude de danos, se existirem, e a identificação e extração de parâmetros estruturais (rigidez, frequências de vibração). A grande virtude deste tipo de informação é permitir reduzir incertezas associadas ao conhecimento sobre o comportamento efetivo das estruturas e por conseguinte, melhor decidir o que fazer.

Mais recentemente (principalmente a partir de 2014), especialistas de todo o mundo nesta área têm vindo a formular uma abordagem racional e pragmática na utilização destes sistemas no contexto de tomada de decisão. O objetivo é simples – quantificar qual o “valor” (monetário por exemplo) que os dados recolhidos por sistemas de monitorização instalados em estruturas de Engenharia Civil podem oferecer, mesmo antes sequer destes serem efetivamente instalados. Este “valor” tem a virtude de contribuir para uma melhor gestão de riscos no que respeita à integridade estrutural, algo que donos de obra e outros agentes com responsabilidade na tomada de decisão sempre buscam para melhor gerir os orçamentos disponíveis.

Neste contexto, e com recurso a tutoriais, conteúdos multimédia e um trabalho prático (dividido em quatro tarefas principais), este curso oferece a aquisição de conhecimento necessário para desenvolver competências num mercado em expansão – Monitorização da integridade estrutural no apoio à decisão em Engenharia Civil -, beneficiando da era da digitalização (Indústria 4.0) que nós, como sociedade, atravessamos de modo transversal e com elevado impacto no modo como todos vivemos.

Objetivos

Este curso tem como objetivo ensinar o público interessado em que consiste a monitorização da integridade de estruturas em Engenharia Civil tendo em vista o apoio à decisão, explicando como os dados recolhidos por estes sistemas podem ser utilizados para uma melhor avaliação do comportamento efetivo das mesmas e por conseguinte, otimizar recursos no contexto da vida útil.
A médio prazo, este curso possui o mérito de preparar as gerações atuais e futuras de engenheiros civis, e outras classes envolvidas, para uma nova era que todos nós já estamos vivendo – a era da digitalização (Indústria 4.0).
Neste contexto, os objetivos do curso podem ser organizados da seguinte forma (partindo de conceitos fundamentais até ao objetivo final de otimização de recursos):

• Compreender o conceito de monitorização aplicado em Estruturas de Engenharia Civil
• Compreender o conceito de Indicadores de Desempenho no âmbito da integridade estrutural
• Identificar os principais componentes de um sistema de monitorização e definição de requisitos de um projeto de monitorização
• Aprender um conjunto de boas práticas na instalação de sistemas de monitorização tendo em vista a aquisição de dados fiáveis
• Introdução ao processamento de dados para quantificação de Indicadores de Desempenho
• Quantificar o valor oferecido pela monitorização no contexto de tomada de decisão

Com uma abordagem pensada para aqueles não familiarizados com o tema, o curso é definido em quatro módulos principais, iniciando com o conceito básico até ao apoio de tomada de decisão, nomeadamente 4 módulos:

Conceito de monitorização da integridade estrutural em Engenharia Civil
– Monitorização, o que é?
– Indicadores de Desempenho, em que se baseia?

Principais componentes de um sistema de monitorização:
– Sensores
– Sistema de aquisição de dados
– Sistema de comunicação
– Armazenamento e processamento de dados
– Indicadores de Desempenho

Principais fases de implementação:
– Projeto, Instalação e Manutenção
– Validação com recurso a análise por Elementos Finitos
– Extração de conhecimento

Quantificação do valor oferecido pela monitorização tendo em vista a tomada de decisão

Ao longo do curso, haverá um projeto com quatro tarefas (cada tarefa realizada no final de cada módulo). No final do projeto, os alunos terão na sua posse um caso prático desenvolvido por eles (com o apoio do professor), cobrindo todos os aspetos principais dos quatro módulos do curso, o que lhes permitirá ter a visão holística necessária para o sucesso na aplicação dos conhecimentos adquiridos na vida profissional.

Dr. Helder Sousa
Dr. Helder Sousa é um especialista, com 17 anos de experiência nacional e internacional e forte exposição ao setor industrial, na área da monitorização de estruturas de Engenharia Civil e Professor convidado na Universidade de Surrey, Londres, Reino Unido, onde leciona nas áreas de Bridge Management e Infrastructure Asset Management.
Com doutoramento em Engenharia Civil na área de estruturas (2012, https://repositorio-aberto.up.pt/handle/10216/68424), o seu conhecimento científico abrange desde análise do comportamento de estruturas com recurso a modelos avançados de Elementos Finitos até métodos de inferência Bayesiana e teoria do Valor da Informação, sempre suportado em grandes volumes de dados recolhidos por sistemas de monitorização instalados em estruturas de Engenharia Civil. Como resultado do seu percurso profissional, o Dr. Sousa possui uma visão clara e abrangente sobre os diferentes níveis de conhecimento requeridos para o sucesso na implementação de sistemas de monitorização da integridade de estruturas, incluindo ambas investigação fundamental e investigação aplicada.
Com 46 artigos em conferências nacionais e internacionais, 15 artigos publicados em revistas científicas de renome mundial, 2 capítulos de livros, 35 apresentações em vários países da Europa, 4 missões científicas em institutos/empresas de investigação & desenvolvimento de elite Europeia (ETH Zurique na Suíça, TNO R&D Instituto na Holanda, CEREMA na França e COWI na Dinamarca) e 3 entrevistas aos meios de comunicação social, são demonstração da qualidade e rigor do seu trabalho e reconhecimento pelos seus pares a nível internacional.
Premiado com vários financiamentos públicos e privado, Dr. Sousa destaca, a nível internacional, a sua Bolsa Individual Marie Skłodowska-Curie (2015-17, http://www.lostprecon.eu/) e posição como líder do Comitê de Inovação da Ação Europeia COST TU1402 – Quantifying the Value of Structural Health Monitoring (2014-19, https://www.cost-tu1402.eu/Action/Innovation-Committee). Atualmente, é editor convidado na revista científica Structure & Infrastructure Engineering e (co-)líder de duas mini-simpósios no próximo “Workshop on Structural Health Monitoring” (Itália, 2020) e na 13ª “ASCE Conference on Probabilistic Mechanics and Reliability” (Nova York, 2020). Por outro lado, a sua participação ativa em comitês científicos e sua longa experiência como revisor/avaliador para comissões científicas, ambos os casos quer a nível nacional e internacional, são também uma demonstração clara das suas capacidades de liderança e independência profissional.
No âmbito do presente curso, Dr. Sousa destaca as seguintes publicações internacionais, as quais poderão antecipar ao interessado algumas indicações sobre o curso:
– Sousa, H. (2020) “Advanced FE modelling supported by monitoring towards management of large civil infrastructures – The case study of Lezíria Bridge.” Structural Concrete, the official journal of the fib (accepted for publication, 18th March 2020).
– Sousa, H., A. Rozsas, A. Slobbe and W. Courage (2020). “A novel pro-active approach towards SHM-based bridge management supported by FE analysis and Bayesian methods.” Structure and Infrastructure Engineering 16(2): 233-246. (https://doi.org/10.1080/15732479.2019.1649287)
https://doi.org/10.1080/15732479.2019.1649287Sousa, H., L. O. Santos and M. Chryssanthopoulos (2019). “Quantifying monitoring requirements for predicting creep deformations through Bayesian updating methods.” Structural Safety 76: 40-50. (https://doi.org/10.1016/j.strusafe.2018.06.002)
– Sousa, H., B. J. A. Costa, A. A. Henriques, J. Bento and J. A. Figueiras (2016). “Assessment of traffic load events and structural effects on road bridges based on strain measurements.” Journal of Civil Engineering and Management 22(4): 457-469. (https://doi.org/10.3846/13923730.2014.897991)
– Sousa, H., J. Bento and J. Figueiras (2014). “Assessment and Management of Concrete Bridges Supported by Monitoring Data-Based Finite-Element Modeling.” Journal of Bridge Engineering 19(6): 05014002. (https://doi.org/10.1061/(ASCE)BE.1943-5592.0000604)

Trata-se de um curso online, através do Campus Virtual, onde é fornecido um ambiente dinâmico e flexível para que o aluno possa acompanhar o curso ao seu ritmo. Nesta plataforma virtual, os alunos poderão consultar todos os conteúdos do curso, incluindo:

– Vídeos
– Tutoriais
– Aulas por videoconferência
– Textos
– Exemplos práticos
– Exercícios de avaliação de conhecimentos
– Documentação complementar

Destaca-se a realização de videoconferências em direto, onde formadores e formandos podem interagir para partilha de conhecimentos e resolução de dúvidas. Estas videoconferências serão gravadas, para poderem ser visualizadas por qualquer formando a partir do dia seguinte à realização da mesma.

Além disso, o formando poderá utilizar o fórum da plataforma, podendo interagir com os formadores e com os outros formandos.

Também será estabelecido um sistema de tutoriais através de correio eletrónico dos formadores, podendo assim resolver possíveis dúvidas e que servirá de meio mais direto para que os formadores coloquem questões específicas de cada módulo ou tema.

O curso Monitorização da integridade estrutural no apoio à decisão em Engenharia Civil tem uma natureza multidisciplinar e é desenvolvido e construído tendo como elemento central a avaliação do desempenho de estruturas de Engenharia Civil.
O curso está estruturado com uma abordagem cuidada de modo a não requerer conhecimentos prévios sobre o tema. Deste modo, este curso pode ser de interesse para (mas não limitado):
– Engenheiros com uma vertente prática forte e com interesse particular em melhor entender quais os componentes que um sistema de monitorização possui
– Engenheiros com pós-graduação com interesse em entender como os dados recolhidos por esses sistemas podem ser utilizados para uma melhor avaliação da integridade da estrutura
– Investigadores com o objetivo de obter conhecimento adicional através dos dados recolhidos pelos sistemas de monitorização
– Donos de obra e outras entidades com interesse em perceber como podem os dados recolhidos por sistemas de monitorização apoiar o processo de tomada de decisão

O curso é dirigido a geólogos, engenheiros geólogos, ou estudantes de geologia que estejam interessados em adquirir ou aprofundar conhecimentos práticos sobre interpretação sísmica em 2D e 3D e os seus usos na indústria petrolífera ou noutras indústrias onde o conhecimento e visualização da realidade geológica na subsuperfície seja importante.

A área de monitorização da integridade estrutural como ferramenta no apoio à decisão em Engenharia Civil está em forte expansão, tendo em conta que os dados recolhidos beneficiam da era de digitalização (Indústria 4.0) que nós, como sociedade, estamos atualmente a viver através de tecnologias digitais. De facto, os dados recolhidos e o seu processamento estão na base de mercados emergentes em várias área da Engenharia e não só (Ciências Sociais). Tendo em conta o caráter multidisciplinar do curso, este oferece conhecimento para as seguintes saídas profissionais nomeadamente:
– Consultor em projetos de monitorização da integridade estrutural
– Inspetor na implementação de sistemas de monitorização estrutural
– Especialista em engenharia estrutural avançada
– Analista de dados no apoio na tomada de decisão