No lado seguro: O Instituto de Tecnologia da Costa Rica ajuda a garantir a segurança de pontes com o Minitab

 

Dezenas de milhares de motoristas atravessam as pontes da Costa Rica todos os dias e muitos nem pensam nisso. A confiança do público nessas estruturas é resultado do sucesso do governo em monitorar sua segurança e confiabilidade. Mas, como o governo toma decisões sólidas para alocar os limitados recursos de manutenção de pontes para garantir a segurança do público?

Os professores e alunos envolvidos no Projeto eBridge do Instituto de Tecnologia da Costa Rica (TEC) coletaram e analisaram dados de várias pontes para estabelecer um sistema de avaliação de pontes. Sua meta é tornar mais fácil e rápido para o governo tomar decisões sobre reparos de pontes que sejam apoiadas por uma rigorosa análise de dados.

Em uma ponte importante, os dados analisados com o Minitab Statistical Software ajudaram o governo a reconhecer a necessidade de reparos antes que isso se tornasse uma emergência. Agora, a equipe de projeto está refinando seu sistema de avaliação através do monitoramento de dados das pontes selecionadas, avaliando sua confiabilidade e fornecendo suas descobertas ao governo.

O Desafio

O governo iniciou os reparos na ponte sobre o rio Purires (acima) baseando-se nos dados gerados pelos alunos que indicaram os pontos de estresse.

A ponte que atravessa o rio Purires em Cartago, Costa Rica, suporta o peso de 11.318 veículos diariamente. Dados os limitados recursos anuais para manutenção de pontes em todo o país, o governo precisava determinar se a ponte exigia atenção imediata, ou se continuaria a ser confiável por mais tempo.

Os membros da equipe do projeto eBridge colocaram sensores sob a ponte para medir o movimento e as vibrações na estrutura de aço e concreto, à medida que os veículos a atravessavam. Eles coletaram mais de 90.000 pontos de dados, que precisavam analisar para prever a confiabilidade da ponte e identificar os pontos de alto estresse da estrutura.

A tarefa envolveu várias etapas e muitos métodos estatísticos. Eles precisavam desenvolver um modelo matemático do desempenho da ponte dependendo dos seus dados e depois criar e analisar dados simulados para prever como a ponte reagiria no futuro, em diversas situações.

Como o Minitab ajudou

A equipe usou o Minitab para executar uma análise de séries temporais dos dados dos sensores, que revelou como o aço e concreto da ponte suportavam o peso do tráfego ao longo do tempo. “Com o Minitab conseguimos localizar os outliers e identificar facilmente os pontos de estresse”, disse Federico Picado, pesquisador do Projeto eBridge.

Em seu esforço para estabelecer um método de avaliação de pontos, os membros da equipe executaram uma análise de séries temporais no Minitab para identificar padrões nos dados ao longo do tempo. No gráfico acima, podemos ver quando ocorreram deformações ou movimento da ponte.

A equipe utilizou também a simulação de Monte Carlo para facilitar sua análise da ponte. Esse método cria grandes quantidades de dados simulados usando parâmetros conhecidos e uma equação que descreve a relação entre variáveis, permitindo que os pesquisadores prevejam resultados em situações em que coletar quantidades similares de dados reais é muito cara ou impossível.

Utilizando os dados de sensor que foram coletados, além de informações conhecidas sobre a mecânica e propriedades estruturais da ponte, a equipe do eBridge usou o Minitab para simular dados de carga e resistência que imitavam a tensão do tráfego do qual eles coletaram os dados de sensor. Depois, executaram uma análise de confiabilidade para prever a confiabilidade da ponte e determinar a probabilidade de falha. Uma análise de confiabilidade precisa depende da seleção da distribuição estatística correta para seus dados e o Minitab facilitou a confirmação de que os dados da equipe seguiam a distribuição normal.

O gráfico de probabilidades acima exibe dados usados na primeira simulação de dados.

A equipe usou os resultados de sua análise de confiabilidade inicial para gerar dados com distribuição normal para uma segunda situação de tráfego na ponte e executou outra análise de confiabilidade. Eles depois compararam os resultados das duas situações, examinando se a carga simulada e os estressores de resistência excediam a capacidade da ponte de lidar com esses estressores de maneira segura.

Os histogramas avaliam a forma dos dados e podem ser usados em conjunto com uma análise para ajudar a confirmar as suposições. Acima, os valores de carga e resistência em ambas as situações são exibidos.

Se a capacidade da ponte era maior que a dos estressores previstos, o índice de confiabilidade seria alto o bastante para que a ponte fosse considerada segura. Se índice de confiabilidade fosse baixo, os códigos de segurança internacionais poderiam ser usados para tomar uma determinação imediata sobre o uso e manutenção da ponte.

Resultados

A análise da equipe revelou que o índice de confiabilidade da ponte sobre o rio Purires era baixo: a capacidade do aço e concreto não era grande o suficiente para acomodar consistentemente o peso previsto do tráfego e havia o risco de comprometimento da ponte. Ao avaliar em relação aos códigos internacionais, a ponte não satisfazia as exigências de segurança. O governo da Costa Rica citou essas descobertas ao determinar um plano de reparação da ponte.

"Nossa análise no Minitab nos ajudou a concluir que os caminhões que cruzam a ponte estavam causando grandes deformações", disse Picado. De fato, dois meses após a análise, uma das vigas de aço da ponte desabou. "Felizmente, ninguém ficou ferido. Ficamos felizes de saber que nossas previsões estavam corretas e que o governo deveria intervir assim que percebemos que havia problemas na ponte".

À medida que os reparos na ponte sobre o rio Purires prosseguem, o Projeto eBridge aplicará sua metodologia a outras pontes na Costa Rica e refinará seu processo de avaliação de pontes usando a simulação de Monte Carlo e a análise de confiabilidade. Antecipar falhas possíveis garante a segurança dos cidadãos da Costa Rica e reduz o custo de reparos através da previsão de riscos de segurança antes que eles ocorram.

 

ORGANIZAÇÃO

Instituto de Tecnologia da Costa Rica

VISÃO GERAL

  • Universidade especializada em engenharia e ciência
  • Localizada em Cartago, Costa Rica
  • Estabelecida em 1971
  • Mais de 9.000 alunos

DESAFIO

Como o governo da Costa Rica deve manter a integridade estrutural das pontes para proteger os motoristas da nação?

PRODUTOS USADOS

Minitab® Statistical Software

RESULTADOS

  • Descoberta de que a estrutura da ponte estava comprometida, assim os reparos poderiam iniciar antes que a situação piorasse
  • Estabelecimento de um método de avaliação de pontes que simula estressores e prevê taxas de falha em pontes
  • Melhoria da segurança pública para os motoristas costa-riquenhos e economia antecipada de milhares de dólares dos contribuintes, garantindo que os recursos de manutenção de pontes sejam alocados corretamente
 

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