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Type: DISSERTAÇÃO DIGITAL
Degree Level: Mestrado
Title: Aplicação de sensores inerciais no monitoramento de taludes de solo sujeitos a escorregamentos
Title Alternative: Use of inertial sensors for monitoring prone to landslides soil slopes
Author: D'Elia Otero, Malena, 1988-
Advisor: Abreu, Ana Elisa Silva de, 1973-
Abstract: Resumo: Os sistemas de alerta antecipado constituem uma medida não estrutural para a prevenção de desastres associados a escorregamentos, pois objetivam emitir alertas à população para que esta tenha tempo suficiente de adotar ações que reduzam perdas e danos. A utilização de nós sensores, através da implantação de Redes de Sensores Sem Fio (RSSF), como parte de um sistema de alerta antecipado para escorregamentos vem gradativamente aumentando, com resultados promissores. Nós sensores apresentam como vantagens monitoramento em tempo real e alta resolução. O sistema como um todo apresenta também altas capacidades de processamento e armazenamento de dados. Esta pesquisa testou em laboratório a capacidade de sensores inerciais de baixo custo, a saber: acelerômetros, de identificar sinais indicativos da iminência de ocorrência de escorregamentos. Foi utilizada uma caixa experimental para simulação de escorregamentos com dimensões de 160x50x50cm na qual foram realizados ensaios de simulação de escorregamentos em condições secas e molhadas, com vazão de água constante e variável. Utilizaram-se dois tipos de acelerômetros: ADXL 321, biaxial, com amplitude de +/-18g e configurado para frequência de aquisição de 400Hz (ensaio seco) e 4.000Hz (ensaios molhado), chamados na pesquisa de "Acelerômetros de Alta Frequência (AF)" e LIS331DHL, triaxial, com amplitude de +/-2g e configurado para frequência de aquisição de 1Hz, denominado no trabalho de "Acelerômetro de Baixa Frequência (BF)". Foram desenvolvidos códigos em linguagem Python para análise dos dados no domínio do tempo e cálculo de velocidade a partir de dados de aceleração. Em condições secas, foi simulado um escorregamento translacional muito rápido e de pequenas dimensões e os AF identificaram a ruptura com 4 a 5 segundos de antecedência enquanto os BF não se movimentaram. Em condições molhadas, foram simulados escorregamentos rotacionais rápidos a muito rápidos e os AF e BF identificaram sinais prévios com até minutos de antecedência. Observou-se que os AF identificaram tais sinais antes que os BF, o que mostrou a importância de se trabalhar com elevadas frequências de aquisição. Nos ensaios molhados, também constatou-se uma possível relação entre o aumento de vazão de água no sistema e o incremento de aceleração medido. De modo geral, os resultados mostram que, além de medir sinais com antecedência, os acelerômetros permitem analisar qualitativamente a evolução do movimento e que acelerômetros triaxiais são vantajosos por enriquecer essa análise. As velocidades calculadas a partir da aceleração mostram padrão muito semelhante ao padrão da aceleração. Assim, propõe-se, no futuro, estabelecer protocolos de análise e estabelecimento de níveis de alerta baseados diretamente na aceleração, sem a necessidade de cálculo das velocidades a partir dos dados registrados pelos sensores

Abstract: Early Warning Systems (EWS) are a non-structural measure for landslides disaster prevention: their main objective is to alert the population with enough time to take actions to prevent losses and damages. The use of sensor nodes, through the implementation of Wireless Sensor Networks (WSN), for monitoring of environmental disasters is gradually increasing and showing promising results. The main advantages of using sensor nodes are real-time monitoring and high resolution. The acquisition system has high data processing and storage capacities. This research tested in laboratory conditions the capacity of low-cost inertial sensors (accelerometers) to identify signals that may foresee the occurrence of landslides. An experimental tilting flume with 160cm length, 50 cm wide and 50cm height was used in landslide simulation experiments, in dry and wet conditions (with constant and variable water rate inflow). Two types of accelerometers with different characteristics were used: ADXL321, with two axes, +/-18g amplitude and configured to acquire data at 400Hz (dry experiments) and 4.000Hz (wet experiments), that is called in the research as "High Frequency accelerometer (HF)" and LIS331DHL, with three axes, +/-2g amplitude and configured to acquire data at 1Hz, which is called in this research as "Low Frequency accelerometer (LF)". Python codes were developed to process acceleration data in time domain and to calculate velocity from acceleration data. In dry conditions, a very fast and small translational landslide was simulated. HF accelerometers identified the beginning of the rupture 4 to 5 seconds before macroscopic failure was observed whereas LF didn¿t move. In wet conditions, two fasts to very fast rotational landslides were simulated and HF and LF accelerometers anticipated failure minutes before it macroscopically happened. HF accelerometers identified those signals before LF devices, showing that it is highly recommended to work with high frequency acquisition rates. In wet conditions, it was also noticed a possible relation between increasing water rate inflow and increasing acceleration measured. In general, results show that on top of measuring pre-failure signals, it is possible to analyze qualitatively landslide deflagration and evolution with accelerometers and that accelerometers with three axes enhance this analysis. Velocity patterns calculated from acceleration data are similar to acceleration patterns. Therefore, it is suggested in the future to develop analyzing procedures and alert levels based directly on acceleration, without the necessity of calculating velocities from accelerometers data
Subject: Detectores
Desastres ambientais
Monitoramento ambiental
Riscos ambientais
Redes de sensores sem fio
Language: Português
Editor: [s.n.]
Citation: D'ELIA OTERO, Malena. Aplicação de sensores inerciais no monitoramento de taludes de solo sujeitos a escorregamentos. 2020. 1 recurso online (104 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Geociências, Campinas, SP.
Date Issue: 2020
Appears in Collections:IG - Tese e Dissertação

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