Monitorização de deformações por GNSS na ponte mais alta do mundo

A 626,01 metros acima do rio, a Ponte do Desfiladeiro de Huajiang, em Guizhou, na China, foi certificada pelo Guinness World Records a 28 de abril como a ponte mais alta do mundo. Por trás desse recorde está um longo programa de trabalhos de posicionamento preciso. Desde o encerramento do vão principal durante a construção até à monitorização 24 horas por dia após a abertura da ponte ao tráfego, o equipamento GNSS da CHCNAV ajudou a salvaguardar a estrutura, e foram utilizados navios de levantamento não tripulados e recetores RTK da CHCNAV para medir a própria altura recorde.

Posicionamento preciso para um fecho eficiente da luz principal

Durante a fase final da construção, a colocação das vigas de treliça de aço de grande envergadura exigiu extrema precisão nos trabalhos em altura. Para resolver esta questão, foi construído um sistema inteligente de elevação por cabos e gruas baseado no posicionamento por satélite. A CHCNAV implementou a estação de referência GNSS P5 juntamente com recetores de monitorização GNSS integrados da CHCNAV, utilizando um posicionamento com precisão milimétrica para acompanhar em tempo real a altura dos guinchos de elevação e a posição dos guinchos de tração. Esses dados proporcionaram às equipas um apoio fiável para o ajuste da posição, o controlo do alinhamento e o encaixe preciso das vigas, ajudando a garantir que a conclusão decorresse com um elevado padrão de qualidade.
 

Na gama da CHCNAV, essa função de monitorização é desempenhada pelo recetor de monitorização GNSS e MEMS integrado H3, que combina uma placa GNSS multiconstelação com um sensor inercial incorporado para o acompanhamento do deslocamento em tempo real.

Monitorização contínua do estado das estruturas para uma operação segura

Sendo uma ponte suspensa que atravessa um desfiladeiro profundo e um rio, a Ponte do Desfiladeiro de Huajiang está sujeita a uma exposição prolongada à erosão ambiental e a ciclos de carga. A identificação precoce de anomalias de deformação e riscos de segurança é o que mantém a estrutura segura ao longo de décadas de serviço. Para tal, a autoridade responsável instalou dez recetores de monitorização GNSS CHCNAV em pontos críticos da estrutura: no meio do vão, nos cabos principais e nas torres da ponte.

Os recetores monitorizam todas as bandas de frequência das constelações GNSS e, através da identificação inteligente de sinais e da supressão adaptativa de interferências, registam a deflexão no meio do vão, a inclinação da torre, o deslocamento do cabo principal e o assentamento da fundação com elevada precisão e frequência. A classificação de proteção IP68 permite-lhes resistir a condições exteriores adversas, e um intervalo de funcionamento de -40 a +85 graus Celsius mantém-nos estáveis apesar das oscilações de temperatura no desfiladeiro, permitindo uma monitorização contínua e sem supervisão 24 horas por dia.

Como funciona a monitorização estrutural por GNSS

A monitorização estrutural com GNSS assenta numa ideia simples aplicada com grande rigor: um recetor fixado a uma estrutura comunica continuamente a sua própria posição, e qualquer movimento da estrutura manifesta-se como uma alteração nessa posição. O desafio de engenharia consiste em detetar movimentos de alguns milímetros numa estrutura que, por sua vez, se move devido ao vento, ao tráfego e à expansão térmica, e fazê-lo de forma fiável ao longo de anos, em vez de minutos.
 

Um recetor GNSS de monitorização resolve isto de várias formas. Rastreia todas as bandas de sinal disponíveis em várias constelações, o que lhe confere redundância quando parte do céu está bloqueada e melhora a geometria da solução de localização. Combina o processamento da fase da portadora com uma estação de referência, neste caso a P5, para que as posições sejam determinadas em relação a um ponto de referência estável, em vez de em termos absolutos, elevando a precisão ao nível do milímetro. Quando um sensor inercial está integrado, como no H3, o recetor também consegue distinguir o movimento estrutural genuíno do ruído de sinal de curto prazo. O resultado é um registo contínuo de quatro comportamentos-chave que os engenheiros observam em qualquer ponte de grandes dimensões:
 

• Deflexão: o movimento vertical do tabuleiro a meio do vão sob carga de tráfego e térmica.
   
• Inclinação: o movimento angular das torres da ponte, que revela problemas de carga desigual ou de fundações.
   
• Deslocamento: o movimento dos cabos principais, os principais elementos de suporte de carga de uma ponte suspensa.
   
• Assentamento: o movimento vertical lento das fundações, que pode indicar problemas no solo ou de erosão na parte inferior.
   

Uma vez que os recetores registam estes valores de forma contínua, em vez de o fazerem apenas durante inspeções periódicas, o sistema de monitorização estabelece uma linha de referência do comportamento normal e assinala quaisquer desvios em relação a essa linha. Uma leitura que se desvie dos limites esperados torna-se um aviso precoce muito antes de a alteração ser visível para um inspetor, o que constitui a principal vantagem de uma instalação de monitorização permanente em comparação com as campanhas de inspeção manual.

Posicionamento fiável num ambiente exigente de desfiladeiro

Antes de a ponte poder ser certificada como a mais alta do mundo, era necessário determinar a distância vertical entre o tabuleiro e a superfície da água com um valor exato e incontestável. A equipa de topografia do Primeiro Instituto de Topografia e Cartografia da Província de Guizhou combinou o posicionamento GNSS de alta precisão com embarcações de levantamento não tripuladas para resolver os problemas de medição específicos de um desfiladeiro de grande relevo: controlar a precisão ao longo de uma queda vertical extrema e trabalhar em condições difíceis na estrutura e em torno dela.

Quando o nível da água baixou e o canal se estreitou demasiado para um barco tripulado, a embarcação de levantamento não tripulada APACHE 4, pesando apenas 13 kg, era suficientemente leve para que a equipa a transportasse a pé até ao ponto de medição por baixo da ponte. Com o seu posicionamento GNSS de alta precisão integrado, compatível com RTK e PPK, capturou os dados de elevação da superfície da água de forma eficiente e precisa. No tabuleiro da ponte acima, o recetor GNSS RTK ViLi i100 ligou-se à rede regional NTRIP para marcar com precisão os pontos de levantamento correspondentes.

O ambiente do desfiladeiro constituiu o verdadeiro teste. Os ventos fortes, a ocultação das montanhas e a reflexão na superfície da água interferem na transmissão do sinal GNSS e provocam facilmente erros de multipath, o que representa a maior ameaça à estabilidade do posicionamento num cenário como este. Equipado com posicionamento por fusão de dados de múltiplas fontes, o ViLi i100 identifica e suprime os erros de multipath causados pelo terreno do desfiladeiro, pela reflexão na superfície da água e pela oclusão das montanhas, mantendo as medições repetidas consistentes e fiáveis. Após repetidas verificações cruzadas dos dados, a altura do convés até à água foi fixada em 626,01 metros, e a certificação do Guinness World Records foi confirmada.

Receptores de monitorização CHCNAV para pontes e infraestruturas críticas

Os recetores utilizados na Ponte do Desfiladeiro de Huajiang fazem parte da solução mais abrangente de monitorização de infraestruturas e deformação da CHCNAV. O recetor integrado de monitorização GNSS e MEMS H3 foi concebido precisamente para esta função: uma unidade selada, com classificação IP68, que rastreia sinais de múltiplas constelações, integra um sensor inercial para a captura estável de deformações e funciona de forma autónoma numa ampla gama de temperaturas. Emparelhada com uma estação de referência GNSS P5 como ponto de referência, uma rede destes recetores transforma uma ponte, barragem, talude ou estrutura de grande altura num ativo monitorizado continuamente.
 

Para monitorização da deformação de pontes, segurança de barragens e reservatórios, monitorização de deslizamentos de terra e taludes, e trabalhos de assentamento de edifícios altos e fundações, a CHCNAV fornece os recetores GNSS, as estações de referência e a solução de monitorização que os integra. A Ponte do Desfiladeiro de Huajiang é um projeto desse programa em curso e uma prova exigente do que a monitorização GNSS contínua pode fazer nas estruturas mais extremas do mundo.

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Sobre a CHC Navigation

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