XV SEMINLRIO NACIONAL DE GRANDEE BARRAGENS
RIO DE JANEIRO
NOVEMBRO 1983
AUXfbIO DO FOTO-COORDINQMETRO DIGITAL NO CONTROLE
DAB ESTRUTURAS
DE CONCRETO EM BARRAGENS
TEMA III
ENGQ JOSS AUGU3TO BRAGA
DIVISIO DE LABORATdRIO,
INSTRUMENTAcIO E CONTRO
LE INDUSTRIAL DE CONCRETO.
ENGQ ADEMAR SONODA
DEPARTAMENTO DE SUPERVI
SI0 I CONSTRUcIO.
ITAIPU-BINACIONAL
f N D I CE
1. APRESENTACXO
2. S IS TEMAS DE MED Ic XO DE PENDUTA
2.1 SISTEMA CONVENCIONAL - 000RDINOMETRO dTICO
2.2 FOTO-COORDINOMETRO DIGITAL
2.2.1 PROTdTIPO
2.2.2 TESTES DO PROTdTIPO
2.2.2.1 REPETIBILIDADE
2.2.2.2 PRECISIO E LINEARIDADE
2.2.2.3 INFLUENOIA DA POE IRA NA LEITURA
2.2.2.4 INFLUENCIA DA TEMPERATURA
2.2.2.5 INFLUENCIA DA TENSXO DA REDE DE ALIMEN-
TACXO
2.2.2.6 LEITURAS EM DOIS EIIOS Z e Y
3. HErIEFfCIOS DO FOTO-COORDINOMETRO DIGITAL EM RELA010 AO COOR
DINOMETRO dTICO
4. COMENTIRIOS DO PROF . ROY W. CARLSON - CONSULTOR ESPECIAL DA
I TA.IPU
5. COMENTLRIOS
6. RESUMO
7. REFERENCIAS BIBLIOGRLFICAS
8. fNDICE
1. APRESENTAQAO
Os pe"ndulos regulares e invertidos utilizados para leitura
dos movimentos horizontais, tanto das estruturas de concreto,
como das fundagoes sob essas estruturas, sao os unicos ins
trumentos utilizados para auscultagao de barragens que exige
ate' entao,leituras por sistema otico, que impossibilita uma
centralizagao de leituras e consequente dificuldades numa ra
pida interpretagao dos dados, por exemplo, em um terminal de
computagoo.
Em vista desses inconvenientes, o Eng4 Antonio Celso de Fa
ria Pedroso, da Equipe de Controle de Concreto da ITAIPU BI
NACIOPTAL, a partir de 1980, desenvolveu um instrumento auto
ma'tico que possibilita a leitura dos p"ndulos, em forma digi
tal e comandada a distancia, apresentando Como requisitos ba'
sicos:
- Grande durabilidade e robustez
- Necessidade minima de manutengao
- Bom funcionamento,
mesmo em condigoes adversas de Campo
- Simplicidade de operagao
- Precisao de leitura em centesimo de milimetro
- Ausencia de ligagio fisica com o fio do pe"ndulo
- Imunidade a interferencias externas, como Campos ele'tricos
e ondas de radio freque"ncia
- Utilizagao, na sua construgao, de pegas e componentes fa
cilmente disponiveis no mercado nacional
0 comando de leituras digitais a distancia e' vantajoso por
possibilitar a leitura simultanea de varios pontos, como por
exemplo, todas as bases de um pendulo, obtendo-se assim o es
tado da estrutura sem diferengas de tempo, de uma base para
outra, e por possibilitar a escolha do local de leitura, ten
do em vista a facilidade de acesso, alem de apresentar maior
rapidez e precisao.
Possibilita ainda a centralizagao de leituras, que tanto po
de ser total, ou seja, de todos as instrumentos ligados a um
terminal de computador, como parcial, por bloco ou trechos
497
da estrutura, de maneira analoga aquela ja em use Para os de
mais instrumentos ele'tricos (Strain Meters, Stress Meters ,
etc) atrave's de caixas seletoras.
Este instrumento automatico de leituras, desenvolvido no La
boratorio de Concreto da ITAIPU BINACIONAL e objeto deste tra
balho, foi denominado Foto-Coordinometro Digital.
2. SISTEMAS DE MEDICAO DE PENDULO
2.1 SISTEMA CONVENCIONAL - COORDINOMETRO dTICO
As leituras de pendulos para acompanhamento das deslocaroes
das estruturas de concreto em barragens sao feitas, atual
mente, com um instrumento denominado Coordinometro dtico.
0 Coordinometro dtico (Foto 1) mostrado esquematicamente na
Figura 2 e fabricado pelo Laboratorio Nacional de Engenha
ria Civil (LNEC) de Lisboa-Portugal, e o instrumento mais
utilizado para leituras de pendulos em hidrele'tricas brasi
I
leiras (Sao Simao, Ilha Solteira, Agua Vermelha, Funil e
ITAIPU).
Foto 01 - Coordinometro dtico fabricado no LNEC
As leituras efetuadas com o Coordinometro dtico sao fornecidas. em duas diregoes ortogonais: uma paralela e outra nor
mal ao eixo da barragem.
49 8
0 5 10 15 cm
n
4
25 30
14
Figura 2 - COORDINOMETRO OTICO
1 - FIO DE PROMO
2 - PRISMA
3 - REGUA
4 - OBJETIVA
5 - LUNETA
6 - RETICULO
7 - FOCALIZAcAO DO RETICULO
8 - FOCALIZAcAO DO FIO
9 - NONIO DA REGUA MENOR
10 - NONIO DA REGUA MAIOR
11 - REGUA MAIOR
12 - PARAFUSO DE CHAMADA
13 - OCULAR
14 - BASE DO APARELHO
499
Este coordino""metro (Figura 2 e Foto 3) e' composto de duas
reguas graduadas e normais entre si. A regua maior mede 30
cm e a menor 15 cm. A re'gua menor move sobre a re'gua maior
por meio de um cursor. Este cursor tem dois no- ios, o que
permite fazer leituras nas dual escalas separadamente.
Em uma extremidade, a re'gua menor tem uma ocular provida de
retfculo com leis fios verticais paralelos. 0 eixo da ocular
coincide com o eixo da regua em que se apoia. Na outra extre
midade da regua menor ha um espelho, que esta exatamente a
459 com o eixo da ocular.
Este dispositivo permite fazer leituras sem mover o coordino
metro da sua base.
0 coordinometro e' apoiado em tres pontos sobre a base. Um dos
pontos tem um furo, o outro uma fenda em linha com o furo e
o terceiro tem. uma pequena superffcie plana. Atrave's deste
dispositivo (Figura 6) o aparelho e' sempre colocado na mesma
posicao. Entretanto, para minimizar pequenos erros, causaaos
pelo apoio do aparelho, um cone de ago inoxiGavel (Figura 4-)
e ixado na estrutura de que se pretende medir o deslocamento,p ara ser visado antes de se fazer qualquer leitura do fio.
As leituras no fio sao feitas, primeiramente na regua maior,
visando o fio diretamente e, em seguida , na regua menor, vi
sando o fio por intermedio do espelho.
Para efetuar as leituras, a ponta do cone de referencia ou o
fio deve ser colocado entre*a terceira e a quarta linha ver
tical do retfculo (Figura 5).
A precisao das leituras obtidas com esse aparelho e' de ape
nas 0,1 mm, pois depende muito da acuidade visual e da paci
encia do operador.
2.2 FCTO-000RDINOMETRO DIGITAL
As leituras de deslocamentos com o Foto - Coordinometro Digital
sao executadas por um processo
ele'trico bem mais rapido e
confiavel que a medicao otica,
pois nao c.epende de visadas
humanas.
500
Foto 3 - LEITURA EM UM PENDULO DIRETO
COM 0 COORDINOMETRO OTICO.
A
/
FIO DE PRUMO OU CONE DE REFERENCIA
FIOS DO RETICULO
CONE DE REFERENCIA
POSIcAO DO FIO OU DO
CONE PARA LEITURA
0 5 10 15 mm
Figura 4 --r
Figura 5
DISPOSITIVO PARA ENCAIXE DO COORDINOMETRO
Figure 6
501
0 1 2 3mm
A visada humana e um dos fatores responsaveis pela reduCao
da precisao e da rapidez de leitura no Coordinometro dtico.
0 sistema desenvolvido pelo Eng4 Antonio Celso de Faria Pe
droso baseia-se no principio de variar a posicao de um file
to de luz infra-vermelha, gerado por um foto emissor, ate
que ele encontre o fio de prumo do pe"ndulo em um determina
do ponto, onde havera interrupcao do fino facho de luz, nao
havendo portanto recepgao de luz pelo foto sensor.
Um servo-motor de corrente continua movimenta os sensores fa
zendo com que o facho de luz percorra, em movimento retilf
neo, todo o campo de leitura.
0 numero de voltas que o servo-motor necessita para deslo
car o fino facho de luz de um marco de origem ate' o fio de
pendulo esta diretamente relacionado com a distancia desses
dois pontos, e e' apresentado em um mostrador digital, ja
transformado em distancia metrica, com resolug o de 0,01 mm
e com possibilidade de ligacao a um computador.
FIN"k
Foto 7 - Primeiro prototipo construido
Concreto da ITAIPU BINACIONAL,
pelo Laborato'rio de
ja apresentava uma precisao
de 0,02 mm.
2.2.1 PROTdTIPO
A partir do prototipo desenvolvido
502
e construido pelo Labo
ratorio de Concreto da ITAIPU BP:ACIOi AI. foi cons.truido
pela firma EIJC - Equipamentes Mecanicos pare, Industria e
Corstrugao Ltda ., um segundo proto'tipo , utilizado na realizagao de testes para verificagao da sua performance.
Esse proto'tipo e' constituido por duas unidades, sendo uma
unidade de comando e mostra dor digital, que pode comandar
varias unidades de leitura , e uma outra unidade , a de lei
tura , que deve ser rigidarjente fixada , a estrutura da qua.l
se quer medir o deslocamento.
A unidade de comando do proto'tipo em te s te estava contida
em uma caixa de madeira mas, no modelo definitivo, devera
ser substituida por uma caixa metalica.
A unidade de leitura esta contida em uma caixa fundida em
aluminio ,
sem emendas, corn tampa aparafusada e corn "jane
las" protegidas por laminas de vidro, por ond.e passa o fa
cho de luz infravermelha .
entre a caixa e a tampa ,
Corn a utilizagao de uma vedagao
forma-se um conjunto estanque a
er_trada de umidade e poeira.
A lubrificagao do sistema mec:anico e' feita em banho de o
leo, o que garante uma lubrificagao constante e perfeita.
A utilizagao de circuitos integrados, rele's para 106 ope
ragoes e demais componentes de boa quantidade ,
proporcio-
na uma longa vida util ao sistema.
2.2.2 TESTES DO PROTITIPO
0 prototipo fabricado pela EMIC foi instalado no Labora
torio de Concreto da ITAIPU BINACIONAL de maneira a reali
zar leituras em um pendulo ,
503
como mostram as fotos 08 eO9.
Foto 08 - Detalhes do Coordinometro 6tico e do proto'tipo do Foto
Coordinometro Digital.
A
B
Foto 09 - Instalaggo dos
coordinometros para tes
C tes no Laborat6rio de Con
creto.
D
Na Foto 09 pode-se ver os seguintes detalhes:
A - No alto, o Coordinometro (5tico LrEC.
504
I
B - esquerda, caixa portatil de comando com mostrador di
gital. Ban oaixa pode aer conectada a varioe servo
res de um fio de pendulo, instalados em elevagies dife
renter, e realizar todas as leituras na elevagao, de
macs facil acesso.
C - Ao centro, caixa metalica contendo os senores e de
macs elementos de leitura, construtda em alumfnio fun
dido para nao sofrer corrosao, 0 comando eletronico e
mite um sinal de erro quando dois "objetos"
estao den
tro do campo de leitura (o fio do pindulo e por e
plo, um inseto), ou quando os fios de ligagao sao in
terrompidos, mesmo momentaneamente , por um mal contato.
D - Abaixo, tambor de oleo para amortecer as movimentos do
pendulo.
Os testes realizados com o prototipo foram
as se aintest
2.2.2.1 REPETIBILIDADE
Em 100 leituras a repetibilidade foi de + 1 centesixo de
mil metro.
2.2.2.2 PRECISlO E LINEARIDADE
Nesse teste foi utilizado um paqufietro instalado de ma
neira a que o facho de luz fosse interrompido pelo pro
prio paquetro.
As variagoes medidas em 100 leituras foram da ordem de
0,02mm (o paqu-fjnetro utilizado tinha precisao de 0,020.
2.2.2.3 INFLUENCIA DA POEIRA NA LEITURA
0 aparelho apresentou insensibilidade ate um determinado
grau de empoeiramento uniforme nas laminas de vidro. 0
valor de perda de transparencia foi calculado em 25%.
Acima desse valor, a leitura passou a ficar comprometida:
apresentando -se, na
maioria das vezes com valor nulo e,
505
em alguns casos , com valores errados.
Isto indica a necessidade de limpeza ou verificagao pe
riddica do estado dessas laminas de vidro, mesmo sabendo
que estando em posigio vertical a aderencia de poeira se
ja mais dificil.
2.2.2.4 INFLUENCIA DA TE1 EPATURA
Nos testes realizados com variagoes normais de temperate
ras ambien te, nao se verificou variagoes de leitura no
aparelh o.
2.2.2.5 INFLtJ NCIA DA TENSIO DA RIDE DE ALIMENTACIO
A tensao de alimentaggo nominal do prototipo testado era
de 220 V. Atraves de um variac , essa tensgo foi variada
de 190 V a 240 V. A tensgo na safda dos estabilizadores
internos do aparelho no se alterou, funcionando portan
to normalmente com variagoes dentro dessa faixa de all
mentaggo . (0 sistema pode tambem funcionar com bateria
recarregavel).
2.2.2.6 LEITURA EM DOIS EIXOS X e Y
Foi testada tambem a possibilidade
de leitura em doss
eixos: X e Y.
Para tanto, o emissor e o receptor de luz infravermelh a
foram inst alados, um sobre o outro, de um lado do supor
to que os movimenta e utilizou-se 2 (doss) espelhos: um
colocado a 450 com relagio a diregio do facho de luz (des
viando o facho de 900) e o outro a 900 (fazendo o facho
retornar).
Os resultados desse teste foram plenamente satisfatorios,
indicando que o aparelho pode ser construZdo de maneira
a se ler a posigio do fio de pendulo com relagao as duas
coordenadas ortogonais X e Y (Figura 10).
506
Figura 10
0
0
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0
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0
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507
I
3 SENEF CIOS DO FOTO-COORDINOL TRO DIGITAL EM REUcXO AO 000R
DINOL TRO 6TICO
A substituigao de um equipamento importado por um equipamen
to totalmente nacional tem, atualmente , um grande significa
do economico.
Ale'm do benef:fcio economico que o Foto-Coordinometro Digital
desenvolvido pelo Laboratori o de Concreto da ITAIPU BINICIO
NAL apresenta sobre o Coordinometro 6tico, fabricado pelo
LNEC - Laborat6rio Nacional de Engenharia Civil em LisboaPortugal , sao resumidos abaixo alguns dos benef:fcios princi
pals sobre o Coordinometro 6ticos
- Precisao 5 vezee maior
- Velocidade de leitura maior e comandada a distincia
- Probabilidade de erro na leitura muito menor , pots indepen
de de operador , sendo a leitura apresentada em mostrador di
gital.
- Introdugao instatanea das leituras ao computador
- Custo operacional mail baixo , pois possui mentor
possibili
dade de avarias, ja que o equipamento fica fixo no local de
leitura.
- Utilizagio de pegas e componentes genu1'namente nacionais e
facilmente encontrados no mercado.
- 0 comando de leitura digital a distancia possibilita a lei
tura 91multanea dos varios aparelhos ao mesmo tempo, ou se
ja, medidas instantaneas de deslocamentos em varios pontos
da estrutura.
4. COMENTLRIOS DO PROF. ROY W. CARLSON - CONSULTOR ESPECIAL. DA
ITAIPU
"0s pendulos usados para medidas de deflexao de uma estrutu
ra usam normalmente como aparelho
de leitura um microscopio.
Uma vez que seria deseja'vel fazer medigio eletrica, conveniente para registro automatico, o Laborato'rio da ITAIPU ester
desenvolvendo um sistema eletrico apropri ado. 0 proto'tipo es
to quase completo e permite a medida de deflex es comlimg seen
508
sibilidade de 0,02 mm. "Isto e' cinco vezes mail sena ^v el que
o sistema otico". Janeiro de 1981 (Relato'rio 8010.50.0020.1.
ROA - Pagina 15).
"Os pendulos estao sendo instalados ( 28 ate' agora ); no women
to eles estao sendo observados por um aparelho otico mas as
leituras serao automatizadas,. usando um esquema eletrico de
senvolvido pelo Laboratorio". Abril de 1982 (Relatorio 8010.
50.0022.I.ROA, Pagina 15)",
5. COMENTLRIOS
No item 3 sao apresentados os principais benef:fcios
economi
cos e tecnicos da utilizagao do Foto-Coordinometro Digital ,
em relagao ao Coordinometro dtico, que a um instrtnnento de
leitura otica, atualmente, utilizado na medida das deflexoes
dos pendulos, no controle das estrutur as de concreto em bar
.ragens.
0 proto'tipo em testes mostrou-se preciso
e cow boa repetibi
lidade (± 0,01 mm - a precisao do Coordinometro dtico e' de
decimo de millmetro), muito facil de operar, perfeitamente a
daptado 'as condigoes de campo, de construgao robusta e de
grande durabilidade, satisfazendo os requisitos basicos ini
ciais para desenvolvimento do projete.
Em fungio desses resultados, a ITAIPU BINACIONAL
ester subs
tituindo o atual sistema de leituras, atraves do Coordinome
tro dtico, pelo Foto-Coordinometro Digital, cow centraliza
gao parcial dos instrumentos dentro de um raio de 300 m, em
uma primeira etapa.
0 Foto-Coordinometro Digital, ja ester sendo fabricado indus
trialmente, por uma firma tradicional na fabricagao de equi
pamentos para laboratorios.
Este instrumento,
em processo de patenteamento pelo Eng2 An
tonio Celso de Faria Pedroso, em 1982 no X Concurso do Inven
to Brasileiro, promovido pelo Governo do Estado de Sao Paulo,
recebeu a "Mengao Honrosa".
509
6. RESM
A auscultagao das estruturas de concreto alcangou nos ulti
moo anos um grarude desenvolvimento tanto aos sistemas de ins
trumentagio pre-estabelecidos ,
quanto nos sistemae de sego
ranga, desenvolveram-se instrumentos que fornecem informagoes
insta tar3eas e precisae.
..o
a shear o sistema de instrunlenitagao adotado em uma hidro
eletrica verifica-se que um dos principais aparelhos envol
vidos no Controle da Seguranga das Estruturas de Concreto das
Barragens J o sistema de pendul os localizados nos po ntos
ea
tratogicoe da estrutura.
Dessa maneira , o trabalho apresentado aborda ' instrumento
automatico, de leitura dos pendulos, de forma digital a co
mandada, a dieta"ncia que substitui o sistema otico convencio
nal, com precisao cinco vezes maior, possibilitando a medida
de deslocamentos no mesmo instante , em varioa pontos da es
trutura.
Esae instzvmento desenvolvido pelo Eng4 Antonio Celso de Fa
ria Pedroso, pertencente a Equipe de Controls de Concreto da
ITAIPU BINICIONAL, foi denomi read o ' OTO--COORDINCRETRO DIGITAL
Sao feitoe ainda, comentarios sobre seu funcionamento , teetes
efetuados, precisao obtida a apresentado os comentarioa do
Prof. Roy W. Carlson, quando do conhecimento do aparelho, do
rants areas visitas a Obra de ITAIPQ, nas Reunioes dos Consul
torea em Janeiro de 1981 e Abril de 1982.
Espera-.e que o instrumento de medida de defleaoes apresenta
do nests trabalho, venha auxiliar para verificagao no compor
tamento e seguranga das estz'uturas de concreto das barragens
durante sua villa util.
5 10
7. REFERENCIAS BIBLIOGRLFICAS
- Plano de Implantacao e Acompanhamento do Instrumental de
Auscultagao de Estruturas de Concreto - Obra de ITAIPU 112 Coloquio sobre Sistemas de Inspegao e Observagao de
Barragens - Salto Santiago Novembro de 1978 - Vasconcelos
Gustavo R. Lobo.
- Notas Te'cnicas para Controle e Inspegao de Concreto - An
driolo Francisco Rodrigues.
- Analise do Desempenho do Foto-Coordinometro Digital - RC21/82 - Pedroso Antonio C . Faria a Scandiuzzi Luercio.
- V112 Resumo do Controle Tecnologico do Concreto
ITAIPU - RE-01/83-
511
- Obra de