A EXPERIÊNCIA DA PARCERIA ENTRE A UFPR, COPEL E LACTEC NO MONITORAMENTO GEODÉSICO DE ESTRUTURAS.

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1 COMITÊ BRASILEIRO DE BARRAGENS XXVII SEMINÁRIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS BELÉM PA, 03 A 07 DE JUNHO DE 2007 T102 A01 A EXPERIÊNCIA DA PARCERIA ENTRE A UFPR, COPEL E LACTEC NO MONITORAMENTO GEODÉSICO DE ESTRUTURAS. Luis Augusto Koenig VEIGA Professor Universidade Federal do Paraná. Pedro Luis FAGGION Professor Universidade Federal do Paraná. Elizeu Santos FERREIRA Eng. Civil Companhia Paranaense de Energia. Marcos Alberto SOARES Eng. Civil Companhia Paranaense de Energia. RESUMO A Universidade Federal do Paraná (UFPR), através do Curso de Pós-Graduação em Ciências Geodésicas, vem desde o final da década de 70, desenvolvendo projetos de pesquisa dentro da área de monitoramento geodésico. Desde 2003 vem sendo desenvolvido um projeto de pesquisa e desenvolvimento financiado pela ANEEL, numa parceria entre a UFPR, Companhia Paranaense de Energia e Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento, cujo foco é o monitoramento geodésico na Usina Hidrelétrica de Salto Caxias/PR empregando-se técnicas como nivelamento geométrico de precisão, trilateração e triangulação, poligonação de precisão e posicionamento GPS. Neste trabalho são apresentados os benefícios deste projeto no ensino da graduação e pós-graduação na área de Ciências Geodésicas da UFPR. ABSTRACT The Federal University of Paraná, Brazil, has been working in monitoring projects since the end of 70 s decade. Since 2003 at the Salto Caxias Dam, continuing this research, it is being developed a project financed by ANEEL (National Agency of Elrectrical Energy), partnership with the Federal University of Parana (UFPR), Paranaense Company of Energy (COPEL) and Institute of Technology for Development (LACTEC), aiming at integrating the Geodetic monitoring system to the controlling and security instrumentation in Salto Caxias Dam. Many techniques area being used: triangulation, precision topographic traverses, trilateration, differential leveling with balanced lines of sight between and GPS positioning. This work presents the benefits of this project in the undergraduate and pos-graduated courses in the Geodetic Science area at the UFPR. XXVII Seminário Nacional de Grandes Barragens 1

2 1. INTRODUÇÃO O monitoramento de grandes obras de engenharia empregando-se técnicas geodésicas apresenta um diferencial em relação aos equipamentos tradicionais de monitoramento, como pêndulos e extensômetros: permitem a determinação de movimentos absolutos, ou seja, movimentos da estrutura como o todo. Estas informações, associadas aos dados obtidos com os equipamentos tradicionais, permitem ter uma visão geral do comportamento da estrutura. Diversas técnicas de observação são empregadas para a determinação das coordenadas X, Y e Z de pontos em diferentes épocas, permitindo a detecção de deslocamentos. Desde 2003, a Universidade Federal do Paraná (UFPR), através do Curso de Pós- Graduação em Ciências Geodésicas, a Companhia Paranaense de Energia (COPEL) e o Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento (LACTEC) vem desenvolvendo o projeto de pesquisa Integração da Auscultação Geodésica com a instrumentação de controle e segurança da Barragem de Salto Caxias, o qual conta com o financiamento da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Este trabalho apresenta um histórico da parceria UFPR/COPEL na área de monitoramento geodésico e os resultados oriundos desta integração, com ênfase no ensino de graduação e pós-graduação em Ciências Geodésicas na UFPR. 2. O PROJETO DE PESQUISA Os trabalhos de monitoramento geodésico na região da Usina Hidrelétrica de Salto Caxias iniciaram-se com a formação do reservatório da mesma. Para o estudo de possíveis subsidências na área do reservatório, foram implantadas 84 RRNN na malha viária em torno do mesmo. Utilizou-se o método do nivelamento geométrico de primeira ordem associado a medidas gravimétricas, como resultados foram obtidos os desníveis entre as RRNN, com precisão de 1mm.k 1/2 (k=média da distância nivelada e contra nivelada) e também a variação da gravidade. As duas técnicas foram aplicadas antes e após a formação do reservatório, comparando-se e interpretando-se os resultados. Dando continuidade as pesquisas na área de monitoramento geodésico, no ano de 2003 foi aprovado o projeto denominado de Integração da Auscultação Geodésica com a instrumentação de controle e segurança da Barragem de Salto Caxias, pautado no desenvolvimento de procedimentos, metodologias e redes complementares, objetivando a associação das séries históricas de observações geodésicas, incorporação de novas observações a partir de diferentes técnicas ainda não aplicadas na barragem, novos dados da instrumentação de monitoramento e controle atualmente em operação e levantamentos complementares. Com base nestas informações busca-se realizar uma análise global dos deslocamentos observados, tendo em vista a segurança da barragem. O monitoramento geodésico implantado em Salto Caxias está fundamentado em: Rede geodésica de referência, compostas por seis pilares de centragem forçada (Figura 1); Uma rede de nivelamento composta por referências de nível instaladas na crista da barragem (Figura 2); Poligonais de precisão conduzidas ao longo das galerias de inspeção (Figura 3) XXVII Seminário Nacional de Grandes Barragens 2

3 Pontos a serem monitorados, localizados a jusante e montante da barragem e dentro das galerias (Figura 4) FIGURA 1: Rede externa de monitoramento. FIGURA 2: Rede de Nivelamento. FIGURA 3: Poligonal de precisão. XXVII Seminário Nacional de Grandes Barragens 3

4 FIGURA 4: Pontos a serem monitorados. 3. HISTÓRICO DA PARCERIA A história da pareceria entre a UFPR e a COPEL no estudo de aplicações de técnicas geodésicas de monitoramento inicia-se no final da década de 70, quando o Prof. Dr. Camil Gemael, motivado por estudos internacionais relativos a catástrofes relacionadas com a indução de sismisidade com a formação de grandes reservatórios, firmou um convênio com a COPEL para a execução de trabalhos de nivelamento geométrico de precisão na região da usina hidrelétrica de Foz do Areia, hoje conhecida como Governador Bento Munhoz da Rocha Neto. Fazia parte também deste trabalho o ITCF (Instituto de Terras, Cartografia e Floresta do Estado do Paraná), o qual forneceu pessoal técnico para a execução do nivelamento geométrico. Em 1992 os estudos tiveram continuidade na barragem de Salto Segredo, onde foram desenvolvidos trabalhos similares ao da barragem de Foz do Areia e acrescido um estudo na área ambiental/histórica sobre o monolito de Segredo (observatório astronômico pré-histórico descoberto quando dos estudos arqueológicos nas proximidades da barragem). Estes estudos foram conduzidos pelo Prof. Dr. Carlos Aurélio Nadal. 4. CIÊNCIAS GEODÉSICAS NA UFPR A área das Ciências Geodésicas, envolvendo a Geodésia, Cartografia e Fotogrametria, é fundamental para o desenvolvimento racional de uma sociedade, uma vez que ações e projetos envolvendo temas sociais e ambientais devem ser apoiados por uma base geodésica e por uma cartografia de boa qualidade. As atividades relacionadas a Ciências Geodésicas na UFPR são realizadas pelo Departamento de Geomática, através dos cursos de Pós-Graduação em Ciências Geodésicas e de Graduação em Engenharia Cartográfica. 4.1 CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS GEODÉSICAS O curso de Pós-Graduação em Ciências Geodésicas da Universidade Federal do Paraná foi criado no início da década de 70, tendo ao longo destes anos prestado significativos serviços à comunidade cientifica na área de Ciências Geodésicas. Atualmente este curso é avaliado com conceito 5 pela CAPES e oferece Mestrado e Doutorado na área. XXVII Seminário Nacional de Grandes Barragens 4

5 Este curso é reconhecido no País e na região como um dos mais ativos e tradicionais centros de excelência nas Ciências Geodésicas. Por suas salas passaram grande parte dos profissionais hoje atuantes nos principais centros de pesquisa do Brasil e muitos outros da América Latina. Eles têm se inserido principalmente na área do magistério superior, apoiando Cursos de Engenharia Cartográfica e de Engenharia de Agrimensura no Brasil, assim como atividades de pesquisa em diversas Instituições. O Curso possui diversas parcerias ao nível nacional e internacional, que possibilitam trabalhos de intercâmbio científico. Tais atividades também têm propiciado a inserção de um grande número de alunos de outros países no Curso, os quais são apoiados via acordos culturais com bolsas especiais de cooperação internacional [1]. Uma das linhas de pesquisas no curso é a de Otimização de Levantamentos Geodésicos, que tem como objetivos primordiais a formação de recursos humanos; Pesquisa e desenvolvimento de metodologias e técnicas aplicadas à otimização de levantamentos geodésicos e definição e realização de Sistemas Geodésicos de Referência [1]. Dentro desta linha de pesquisa diversos trabalhos de auscultação geodésica têm sido realizados. Dentro da estrutura disponível no curso, está inserido o LAIG - Laboratório de Instrumentação Geodésica (Figura 5), o qual integra todas as atividades de Posicionamento Geodésico por técnicas terrestres, a Verificação, Retificação e Calibração equipamentos de medida assim como as atividades de Gravimetria e Marés Terrestres. Este laboratório tem participação de destaque no projeto de monitoramento FIGURA 5: Instalações do LAIG. 4.2 CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CARTOGRÁFICA O curso de Engenharia Cartográfica existe desde 1977 na UFPR e vem se modernizando continuamente a fim de atender as necessidades do mercado, reestruturando os seus laboratórios e capacitando seu corpo docente, composto em sua maioria por Professores Doutores. São ofertadas disciplinas de formação básica e multidisciplinar, que visam ao aperfeiçoamento do estudante para o raciocínio matemático, físico, computacional e XXVII Seminário Nacional de Grandes Barragens 5

6 ambiental; e disciplinas de formação profissional, que objetivam formar o Engenheiro Cartógrafo voltado às necessidades do mercado. A Engenharia Cartográfica é a área da engenharia que se ocupa coleta de dados espaciais, no campo ou em gabinete, utilizando ferramentas de Topografia, Geodésia, Fotogrametria e Sensoriamento Remoto; processamento das observações coletas, representação e análise da geo-informação nas formas analógica e digital. 5. FRUTOS DA PARCERIA Além dos resultados referentes a própria execução do projeto, como informações sobre o comportamento global da estrutura que está sendo monitorada, desenvolvimento de metodologia que poderá ser empregada em outras usinas, troca de experiências entre as partes envolvidas, entre outros, alguns resultados indiretos podem ser constatados nos cursos de Graduação e Pós-Graduação. No momento que está sendo investido em pesquisa numa parceria empresa/instituição de ensino superior, também indiretamente está sendo feito um investimento no ensino de graduação e pós-graduação. 5.1 NO CURSO DE GRADUAÇÃO Existe um efeito direto da realização de pesquisas por professores que atuam no ensino de graduação que é a transmissão dos conhecimentos e experiências angariadas no projeto de pesquisa para os alunos. O material coletado pode ser utilizado para ilustrar na prática diversos conceitos que são apresentados nas diferentes disciplinas. Isto aproxima o aluno da realidade, despertando muitas vezes o interesse por trabalhar em determinado ramo da engenharia e ampliando os horizontes de atuação do futuro profissional. Ao longo deste projeto, os alunos têm feito visitas técnicas na Usina de Salto Caxias, as quais fazem parte da disciplina de Levantamentos Topográficos I. A Figura 6 apresenta uma das turmas do Curso de Engenharia Cartográfica que já participaram desta atividade. FIGURA 5: Alunos em visita técnica a Usina de Salto Caxias. XXVII Seminário Nacional de Grandes Barragens 6

7 As visitas são realizadas em duas etapas: a primeira etapa é conduzida pelos profissionais da COPEL que trabalham na Usina. Nesta etapa os alunos recebem informações sobre o processo de geração de Energia, do funcionamento da Usina e noções de segurança de trabalho. Este tipo de informação é importante para auxiliar na formação do profissional com uma visão geral de diversas áreas da engenharia. Na segunda etapa da visita, a equipe do projeto (professores da Universidade e Engenheiros da Copel) fazem a apresentação da estrutura montada para o monitoramento geodésico na barragem. Os alunos tem oportunidade de visitar os pilares de monitoramento, a rede de nivelamento, a rede interna de monitoramento e para cada etapa, recebem informações detalhadas dos procedimentos adotados para a execução do monitoramento geodésico. Ter este contato com a realidade faz com que os alunos tenham uma outra visão do que é fazer engenharia. Visão que muitas vezes é ofuscada nos meios acadêmicos. Até este ano já foram realizadas quatro visitas técnicas a usina, num total de 92 alunos. Os benefícios para a graduação também se refletem através da disponibilização de bolsas de iniciação científica para os alunos da graduação. Os bolsistas do projeto têm a oportunidade de acompanhar todas as etapas do trabalho, colaborando efetivamente na coleta e processamento dos dados, além de dar suporte a outras atividades. A iniciação cientifica tem funcionado como um berçário de novos pesquisadores. 5.2 NO CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO Na Pós-Graduação esta pareceria na execução do projeto tem efeitos práticos diretos, uma vez que pesquisa é um dos principais objetivos deste tipo de curso. Realizar pesquisa envolve árduo trabalho de coleta de dado e que muitas vezes somente é possível se existirem recursos para financiar os trabalhos e este é o ponto principal do convênio: a disponibilidade de recursos para investimentos em pesquisa. Neste projeto foram previstos recursos para duas bolsas de mestrado. Graças a esta parceria, duas dissertações de mestrado foram elaboradas com temas diretamente ligados os objetivo do projeto. A primeira intitula-se Utilização de técnicas de poligonação de precisão para o monitoramento de pontos localizados em galerias de inspeção: estudo de caso da Usina Hidrelétrica de Salto Caxias [3] e a outra Estabelecimento de uma rede geodésica para monitoramento de estruturas: estudo de caso na Usina Hidrelétrica de Salto Caxias [2]. Outras duas dissertações, embora não diretamente ligadas ao projeto, se beneficiaram do mesmo em determinadas áreas. Os temas abordados nestes trabalhos foram: Calibração de Prismas de Reflexão Total em Forma de Fita Adesiva, em Acrílico e sua Aplicação no Controle de Deslocamentos em Estruturas e Determinação de Desníveis de Precisão Utilizando Estação Total. Também foram adquiridos equipamentos para o desenvolvimento da pesquisa, com destaque para uma estação total robotizada (Figura 6), um instrumento que representa a tecnologia de ponta em medições na área de geodésia. A disponibilidade deste equipamento abriu diversos campos de pesquisa dentro do curso de Pós-Graduação, sendo que o mesmo já foi empregado para testes num trabalho de doutorado que está sendo realizado. Este equipamento está disponível no LAIG. XXVII Seminário Nacional de Grandes Barragens 7

8 FIGURA 6: Estação total robotizada. Através de outro projeto de incentivo a pesquisa a Universidade adquiriu um par de receptores GPS RTK dupla freqüência. Estes receptores, em conjunto com a estação adquirida pelo projeto de auscultação compõem um sistema denominado de pelo fabricante dos instrumentos de SmartStation, sendo que este foi o primeiro conjunto deste tipo de instrumento vendido no Brasil. Com isto, a instituição de ensino pode ter disponível o que existe de mais atual na área de instrumentação geodésica. Outro ponto que merece destaque é a formação de recursos humanos com sólidos conhecimentos em áreas de interesse específico. 6. DIVULGAÇÃO Os resultados do projeto têm sido divulgados através de congressos e reportagens nas mídias impressa e televisiva. Trabalhos já foram publicados em sete congressos realizados no Brasil, além de terem sido aceitos dois trabalhos em um dos principais congressos internacionais na área de monitoramento geodésico de estruturas. Em abril de 2004, a UFPR TV, veículo de comunicação da Universidade que produz material inédito diariamente e os veicula em canal fechado, via cabo, realizou uma matéria sobre o projeto de aproximadamente 15 minutos no programa SCIENTIA. Também foram publicas matérias sobre o projeto em jornais e websites. Estes materiais divulgam junto à comunidade tanto o projeto de pesquisa, quanto as possibilidade de atuação dos cursos de Engenharia Cartográfica e Pós-Graduação em Ciências Geodésicas. XXVII Seminário Nacional de Grandes Barragens 8

9 7. CONCLUSÕES Os resultados dos investimentos em pesquisa e da parceria entre empresas e universidades têm se mostrado um excelente caminho para o desenvolvimento científico e apoio a inovação tecnológica, com efeitos diretos na melhoria das condições de ensino e pesquisa. 8. AGRADECIMENTO Também fazem parte deste projeto: Carlos Aurélio Nadal (UFPR), Silvio Rogério Correia de Freitas (UFPR), Paulo Roberto Chamecki (LACTEC) e Roberta Bomfim Boszczowski (LACTEC). Os autores gostariam de agradecer à ANEEL pelo suporte financeiro ao projeto. 9. PALAVRAS-CHAVE Monitoramento Geodésico, auscultação, geodésia aplicada a engenharia. 10. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] CPGCG. Curso de Pós-Graduação em Ciências Geodésicas. Disponível em: < Acesso em out [2] GRANEMANN, D. Estabelecimento de uma rede geodésica para monitoramento de estruturas: estudo de caso na Usina Hidrelétrica de Salto Caxias. Dissertação de Mestrado. Curso de Pós-Graduação em Ciências Geodésicas, Setor de Ciências da Terra, Universidade Federal do Paraná. Curitiba, [3] ZOCOLOTTI JUNIOR, C. A.. Utilização de técnicas de poligonação de precisão para o monitoramento de pontos localizados em galerias de inspeção: estudo de caso da Usina Hidrelétrica de Salto Caxias. Dissertação de Mestrado. Curso de Pós-Graduação em Ciências Geodésicas, Setor de Ciências da Terra, Universidade Federal do Paraná. Curitiba, XXVII Seminário Nacional de Grandes Barragens 9