Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias

Universidade do Minho Escola de Engenharia João Gil Faria Silva Dias Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias Dezembro de 2022 Universidade do Minho Escola de Engenharia João Gil Faria Silva Dias Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias Dissertação de Mestrado Mestrado em Engenharia Civil Trabalho efetuado sob a orientação de Professor Doutor José António Silva Carvalho Campos Matos Doutora Elisabete Rodrigues Teixeira Dezembro de 2022 ii DIREITOS DE AUTOR E CONDIÇÕES DE UTILIZAÇÃO DO TRABALHO POR TERCEIROS Este é um trabalho académico que pode ser utilizado por terceiros desde que respeitadas as regras e boas práticas internacionalmente aceites, no que concerne aos direitos de autor e direitos conexos. Assim, o presente trabalho pode ser utilizado nos termos previstos na licença abaixo indicada. Caso o utilizador necessite de permissão para poder fazer um uso do trabalho em condições não previstas no licenciamento indicado, deverá contatar o autor, através do RepositóriUM da Universidade do Minho. Licença concedida aos utilizadores deste trabalho Atribuição-SemDerivações CC BY-ND https://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0/ iii Agradecimentos Primeiramente, quero deixar o meu agradecimento ao meu orientador, Professor Doutor José Matos, por toda a transmissão de conhecimentos, de oportunidades, pela confiança e apoio. Um agradecimento especial à minha coorientadora, doutora Elisabete Teixeira, pelo permanente apoio, profissional e pessoal, por toda a paciência, transmissão de conhecimentos, por sempre me ter facultado todas as condições para que pudesse chegar mais longe, por todas as críticas e reconhecimentos, por todo o esforço e amizade. Ao Professor Doutor João Marcelino, por toda a ajuda e disponibilidade, por todos os ensinamentos e partilhas, foi uma honra. À APDL e aos engenheiros da 3MAPS, por todo o trabalho conjunto e partilha de conhecimentos. Ao Professor Doutor Eduardo Pereira, aos colegas do STREMUM, ao Mário e ao José, por toda a disponibilidade e ajuda. Aos meus pais, Ana Maria e João Luís, e ao meu irmão, José Dinis, por todo o amor e apoio incondicional que me deram a vida inteira, por toda a paciência e compreensão. Por todos os sacrifícios que sempre fizeram para que eu e o Dinis pudéssemos seguir os nossos sonhos. Devo-vos tudo. Aos meus avós, um beijo de imensa ternura e gratidão. À minha namorada, Bruna, por ter estado comigo em todos os momentos ao longo destes anos, garantindo-me sempre o maior bem-estar, com todo o seu amor, carinho, atenção, compreensão, tranquilidade, paciência, motivação e apoio incondicional. Não teria aqui chegado sem ti. A todos os meus colegas e amigos, com um especial agradecimento ao Martim, ao Miguel, ao Ricardo, meus companheiros nesta jornada. Obrigado por terem talhado comigo este caminho. Tornaram-no melhor, tornaram-me maior. Um abraço especial ao primo Nuno por toda a força, todas as palavras e elucidações que sempre guardarei. Por fim, quero deixar o meu enorme agradecimento à DSTGroup pela confiança que em mim depositou, por todo o apoio, atenção e pelas experiências tão marcantes e engrandecedoras que me proporcionou ao longo de todo este percurso. iv DECLARAÇÃO DE INTEGRIDADE Declaro ter atuado com integridade na elaboração do presente trabalho académico e confirmo que não recorri à prática de plágio nem a qualquer forma de utilização indevida ou falsificação de informações ou resultados em nenhuma das etapas conducente à sua elaboração. Mais declaro que conheço e que respeitei o Código de Conduta Ética da Universidade do Minho. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias v Resumo As plataformas SIG representam ferramentas de gestão sofisticadas com bases de dados extensas e dinâmicas. Estas valências tornam-nas excelentes ferramentas de apoio à decisão. Porém, quando aplicadas à gestão de ativos, carecem de especialização pormenorizada. Neste âmbito, a utilização da metodologia BIM está já estabelecida globalmente como uma possível solução [1], [2]. No entanto, devido ao seu foco no detalhe intrínseco do próprio ativo, sem acautelar os aspetos do meio envolvente, revela-se insuficiente para uma gestão global de infraestruturas [3]. Os portos comerciais representam infraestruturas críticas para a sociedade. São estes altamente dependentes do meio geográfico, social e económico que os rodeiam. Todos estes agentes interagem com a infraestrutura, tendo impactos diretos no estado de conservação dos ativos que a compõem. Por forma a acautelar estes impactos de forma dinâmica, eficiente e inteligente, a integração de modelos de degradação em plataformas SIG revela-se o caminho a seguir. Com associação de solvers de análise estrutural, capazes de desenvolver simulações de carga e estudar o impacto direto nos ativos, face a determinada utilização, obtém-se uma ferramenta de gestão poderosa, baseada numa ação preventiva, ao contrário de uma ação de reparação, típica dos métodos tradicionais. Constam no presente trabalho o desenvolvimento de um modelo de degradação de um ativo portuário, Doca 4 do Porto de Leixões, num software open-source: Salomé-Meca, onde foram simulados inúmeros cenários de carga, representativos da utilização em serviço da doca. O modelo e resultados das deformações obtidas nos ensaios foram posteriormente analisados e integrados numa plataforma de gestão da manutenção. Palavras-Chave: BIM; Infraestruturas Portuárias; Integração de modelos; Plataforma de Gestão da Manutenção; SIG. Application of BIM and GIS models for the degradation analysis and management of Port Infrastructures vi Abstract GIS platforms represent sophisticated management tools with extensive and dynamic databases. These valences make them excellent decision support tools. However, when applied to asset management, they lack detailed specialization. In this context, the use of the BIM methodology is already globally established as a possible solution [1], [2]. However, due to its focus on the intrinsic detail of the asset itself, without taking care of the surrounding aspects, it is insufficient for a global infrastructure management [3]. Commercial ports represent critical infrastructure for society. These are highly dependent on the geographic, social and economic environment that surround them. All these agents interact with the infrastructure, having direct impacts on the state of conservation of their assets. In order to prevent these impacts in a dynamic, efficient and intelligent way, the integration of degradation models in GIS platforms proves to be the way forward. With association of structural analysis solvers, capable of developing load simulations and studying the direct impact on assets, a powerful management tool is obtained, based on a preventive action, as opposed to a typical repair action of traditional methods. The present work includes the development of a degradation model of a port asset, Dock 4 from Porto de Leixões, in an open-source software: Salomé-Meca, where numerous load scenarios were simulated, representing the use in service of the dock. The model and results of the deformations obtained in the tests were later analyzed and integrated into a maintenance management platform. Keywords: BIM; GIS; Model Integration; Maintenance Management Platform; Port Infrastructures Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias vii ÍNDICE ÍNDICE DE FIGURAS .................................................................................................................... x ÍNDICE DE TABELAS .................................................................................................................. xiii ÍNDICE DE QUADROS ................................................................................................................ xiv 1. Introdução ................................................................................................................... 1 1.1. Enquadramento temático e motivação ...................................................................... 1 1.2. Objetivos ..................................................................................................................... 1 1.3. Organização da dissertação ........................................................................................ 2 2. Infraestruturas portuárias ........................................................................................... 4 2.1. Introdução às infraestruturas portuárias .................................................................... 4 2.2. Infraestruturas Portuárias - O que são e como se constituem ................................... 6 2.2.1. Portos fluviais:.................................................................................................. 6 2.2.2. Portos de pesca: ............................................................................................... 7 2.2.3. Portos de água quente:.................................................................................... 8 2.2.4. Portos secos ou estações aduaneiras: ............................................................. 8 2.2.5. Portos marítimos: ............................................................................................ 9 2.2.6. Estruturas constituintes das infraestruturas portuárias ............................... 11 2.3. Infraestruturas Portuárias - Quem as legisla, e quem e como as gere ..................... 13 2.3.1. Organização da Autoridade Portuária ........................................................... 13 2.3.2. Gestores das infraestruturas portuárias ........................................................ 14 2.3.3. Gestão de uma infraestrutura portuária ....................................................... 17 2.3.4. Qual a razão de realizar uma gestão portuária ............................................. 22 2.4. Gestão Portuária - Panorama Internacional ............................................................. 23 2.5. Gestão Portuária - Panorama Nacional ..................................................................... 27 2.5.1. Porto de Viana do Castelo ............................................................................. 29 2.5.2. Porto de Sines ................................................................................................ 31 Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias viii 2.5.3. Porto de Leixões............................................................................................. 33 2.6. Problemáticas na gestão de infraestruturas portuárias ........................................... 37 3. Modelos preditivos de degradação e gestão da infraestrutura portuária ............... 39 3.1. Introdução, objetivos e gestão dos modelos preditivos ........................................... 39 3.2. Degradação das Infraestruturas Portuárias .............................................................. 40 3.2.1. Inspeções de infraestruturas portuárias ....................................................... 40 3.2.2. Ações de manutenção comuns e reparações das estruturas portuárias ...... 42 3.2.3. Restrições na manutenção ............................................................................ 43 3.3. Gestão das ações de manutenção em infraestruturas portuárias baseada em modelos preditivos de degradação ........................................................................... 44 3.3.1. Cadeias de Markov......................................................................................... 46 3.3.2. Criação de modelos preditivos de degradação para gestão das I.P. através de modelos estocásticos de Markov .................................................................. 47 4. Implementação de ferramentas BIM e SIG na gestão da degradação em Infraestruturas Portuárias ........................................................................................................ 53 4.1. Métodos tradicionais de manutenção nas Infraestruturas Portuárias ..................... 54 4.2. Novas tecnologias no setor da Arquitetura, Engenharia e Construção (AEC) .......... 56 4.2.1. O BIM como ferramenta de gestão da manutenção em infraestruturas portuárias ....................................................................................................... 57 4.3. Sistemas de Informação Geográfica (SIG) ................................................................. 60 4.3.1. Vantagens da aplicação dos SIG .................................................................... 61 4.3.2. Implementação de plataformas SIG em Infraestruturas Portuárias ............. 63 5. Caso de Estudo .......................................................................................................... 64 5.1.1. Constituição da Doca 4 .................................................................................. 67 5.2. Implementação de metodologia BIM na Doca 4 ...................................................... 73 5.2.1. Simulações de Carga na Doca 4 ..................................................................... 79 5.3. Modelo geotécnico e estrutural para análise mecânica da Doca 4 .......................... 81 Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 1 1. Introdução 1.1. Enquadramento temático e motivação A análise Geoespacial é crucial em projetos de gestão de infraestruturas e na previsão de manutenções das infraestruturas [4], contudo carecem de ferramentas de modelação paramétrica, disponíveis como por exemplo a ferramenta BIM. Atualmente, a complementaridade das ferramentas e modelos aparecem como uma solução tanto a nível dos operadores das infraestruturas, como dos construtores, e decisores políticos [5]. Por outro lado, a transição da escala local para a infraestrutura (onde os dados geoespaciais não podem ser negligenciados) já demonstrou que a modelação paramétrica integrada com geoinformação é uma ferramenta poderosa para simplificar e ajudar na manutenção. Esta tese pretende a criação de uma ferramenta SIG que integre modelos de degradação físicos e de performance das infraestruturas críticas portuárias, que permita a gestão preditiva destas infraestruturas ao longo do tempo de vida útil. Foi neste contexto preponderante, ambicioso e inovador, ao nível da gestão de ativos, que foi criada esta dissertação e definidos os seguintes objetivos com fim a contribuir para o avanço da implementação das novas metodologias de manutenção de infraestruturas no setor AEC. 1.2. Objetivos O objetivo principal desta dissertação é a integração de modelos de degradação e performance numa plataforma SIG que sirva como ferramenta de gestão da manutenção para infraestruturas portuárias. Essa plataforma deve conter todos os meios necessários para a entidade gestora desenvolver a sua atividade com base, quase exclusiva, nesta ferramenta integrada, colaborativa e inteligente, por fim a prever e melhorar a gestão das infraestruturas portuárias ao longo de todo o seu ciclo de vida. Para isso, traçam-se como principais objetivos: • Modelação BIM do ativo em estudo; • Modelação numérica da Doca 4 num software open-source de cálculo, Salomé-Meca. • Estudar quais os valores e disposições típicas da carga, material a granel, que são colocadas in situ sobre a Doca 4 em serviço; Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 2 • Configurar o modelo numérico de modo a simular as cargas aplicadas durante o uso da doca; • Desenvolver análises mecânicas, através do método dos elementos finitos, aplicando cargas que simulem realisticamente a utilização que é dada ao ativo durante o seu normal funcionamento; • Obter os resultados das deformações/assentamentos e fazer uma análise crítica da influência que o posicionamento e valor das cargas aplicadas têm no comportamento da estrutura; • Integrar os modelos de degradação numa plataforma SIG de gestão da manutenção; • Aceder ao modelo e respetivos resultados através da interface da plataforma de gestão da manutenção. Com a realização do presente plano de trabalhos os principais resultados compreendem a obtenção de: • Plataforma que integre modelos de degradação e performance como os modelos estruturais das infraestruturas portuárias; • Plataforma de gestão da manutenção que faculte apoio à decisão afeta aos limites de serviço da Doca 4; • Previsão e melhoria na gestão das infraestruturas portuárias ao longo de todo o ciclo de vida. 1.3. Organização da dissertação A presente dissertação encontra-se dividia em seis capítulos que se propõem a solucionar o tema proposto. No primeiro capítulo apresenta um enquadramento temático da dissertação, os seus objetivos acompanhados da metodologia adotada para a concretização dos mesmos. No segundo capítulo consta uma abordagem inicial e geral às infraestruturas portuárias, os diferentes tipos, assim como uma apresentação dos diversos ativos que tradicionalmente as constituem. É feito um resumo sobre as entidades que as legisla e gere, e ainda como o fazem. Por fim, é apresentada uma breve revisão do panorama nacional e internacional ao nível da gestão portuária, seguida de uma breve discussão sobre as suas problemáticas. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 3 No terceiro capítulo apresenta-se um estudo afeto à gestão da manutenção das infraestruturas portuárias. Metodologia de inspeção, ações de manutenção e reparação, assim como restrições na manutenção deste tipo de infraestruturas são aqui discutidas. É feita uma introdução aos modelos preditivos, com especial destaque para os baseados em cadeias de Markov. É ainda demonstrado como é desenvolvida a criação de modelos preditivos de degradação para a gestão de infraestruturas portuárias através de modelos de Markov. No quarto capítulo é feita uma revisão dos métodos tradicionais de manutenção nas infraestruturas portuárias seguindo-se de uma introdução às novas tecnologias e metodologias nesta área, para o setor AEC. É feita uma introdução geral ao Building Information Modeling (BIM) e aos Sistemas de Informação Geográfica (SIG) orientados precisamente à gestão da manutenção de infraestruturas portuárias, apontando os aspetos essenciais. No quinto capítulo, afeto ao caso de estudo, são descritos todos os trabalhos conduzidos ao longo do projeto. Desde uma breve explicação relativa ao caso de estudo selecionado: Doca 4 do Porto de Leixões, a modelação BIM deste, as modelações da infraestrutura e análises mecânicas em software de cálculo estrutural, Salomé-Meca, com as respetivas justificações e fundamentações dos estudos levados a cabo, sob a forma de memórias descritivas. São ainda apresentados e discutidos os resultados das análises, seguidos da integração do modelo, com respetivos resultados, na plataforma de gestão da manutenção. Por fim, o sexto capítulo resume-se às considerações finais, com as conclusões retiradas dos trabalhos conduzidos, acompanhadas das perspetivas de trabalhos futuros que, devido ao tempo limitado deste projeto, não houve oportunidade de realizar. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 4 2. Infraestruturas portuárias Uma infraestrutura portuária é um organismo complexo que está intrinsecamente ligado ao meio onde se insere. Fenómenos ambientais, atmosféricos, marítimos, entre outros, têm o poder de incapacitar por completo a atividade portuária durante a ocorrência de eventos extremos. Para além dos impactos imediatos que estes eventos podem ter sobre o normal funcionamento dos trabalhos nas docas, esta exposição a um meio tão agreste, típico das zonas costeiras, pode causar danos funcionais e estruturais a longo prazo [6]. Quer na gestão logística de operações e funcionamento de uma infraestrutura portuária, quer na sua manutenção, torna-se então necessário ter fontes de informação, em tempo real, que auxiliem a tomada de decisão. Um exemplo de um evento, a curto prazo, que pode obrigar ao cessar de funções num porto é a ocorrência de ventos fortes, devido ao perigo inerente à operação de gruas e até mesmo dos contentores de carga [6]. Para além da influência ambiental sob a qual as infraestruturas portuárias estão vulneráveis, irregularidades no funcionamento das infraestruturas portuárias têm, por sua vez, uma grande influência económica sobre a própria infraestrutura, sobre a economia regional, ou, consoante o nível de importância do porto, sobre a economia nacional. Torna-se assim imperativa a implementação de ferramentas preditivas para uma preparação logística informada capaz de dar uma resposta atempada perante irregularidades que possam vir a ocorrer num futuro a curto, médio e longo prazo. Face ao rigor exigido na operação e gestão destas infraestruturas críticas para a sociedade, os próximos capítulos serão dedicados a uma breve discussão sobre como é feita e por quem é feita, a vários níveis, a gestão destas infraestruturas explorando o panorama nacional e internacional. 2.1. Introdução às infraestruturas portuárias Um porto pode ser muito simplificadamente resumido como um espaço no qual é possível albergar um conjunto de barcos e navios, permite também o embarque e desembarque de passageiros e ainda a transação de bens. De uma forma generalizada, é uma infraestrutura Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 5 utilizada com o propósito fundamental de carregar e descarregar embarcações, ou seja, um ponto de convergência no transporte de bens, ou pessoas, que faz a transição do seu meio de transporte, quer seja uma transição: marítima-terrestre; marítima-aérea, ou ainda, marítima-fluvial [7]. Na Figura 1 esquematiza-se, de forma simplificada, o modelo de operações para um porto comercial. Figura 1. Modelo de operações simplificado de um porto comercial, adaptado de [61]. Os portos são de extrema importância económica, contribuindo fortemente para o crescimento das regiões onde se inserem, não só através da mercadoria que trazem e levam, catapultando o negócio local, mas também através das inúmeras atividades diretas e indiretas que geram na região, das quais a atividade portuária está intrinsecamente dependente. Falamos por exemplo na necessidade da existência de empresas transportadoras, que estejam equipadas com frotas de veículos prontas a escoar a mercadoria que chega por via marítima ao porto, instituições financeiras para a atribuição de empréstimos bancários, quer para os comerciantes, quer para as próprias empresas donas das embarcações de transporte, agências seguradoras, locais de alojamento quer para trabalhadores, quer para eventuais passageiros que desembarquem, entre muitas outras atividades económicas que representam um potencial de crescimento enorme ao nível do emprego local [8]. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 6 Face aos positivos impactos económicos e sociais, consoante a escala do porto em análise, é fácil compreender a forma como estas infraestruturas são uma peça chave no funcionamento e desenvolvimento de um país. Promovendo a economia e o negócio a nível local, nacional e internacional, o turismo, e ainda, fora do âmbito civil, é importante mencionar o papel fundamental que historicamente representam para as forças militares. 2.2. Infraestruturas Portuárias - O que são e como se constituem Os portos podem ter origem natural ou serem construídos artificialmente, que, como referido anteriormente, é um espaço cujo propósito fundamental é o carregamento e descarregamento de embarcações [9]. Os portos podem ser frequentados por navios de grandes dimensões de rotas marítimas, ou serem simplesmente portos fluviais situados em rios ou lagos. A profundidade dos portos acaba por ser das características mais preponderantes, pois dita quais as embarcações que poderão atracar no mesmo. Dadas as inúmeras potencialidades destas infraestruturas, a sua versatilidade e os vastos tipos de atividades que podem ser realizadas, por forma a otimizar os seus rendimentos numa determinada vertente de exploração, leva a que muitos portos se especializem, o que os divide e classifica face à função que primordialmente servem ou característica que os distingue dos demais. Assim sendo, considerando uma variedade de fatores como a sua localização, a sua profundidade, a sua atividade principal, o tipo de embarcações que pode receber, os portos podem ser classificados como [7]: • Portos fluviais; • Portos de pesca; • Portos de água quente (cuja água não congela no inverno); • Portos secos (ou estação aduaneira); • Portos marítimos. 2.2.1. Portos fluviais: Os portos fluviais são portos construídos sobre corpos de água de menores dimensões, relativamente aos portos marítimos, nomeadamente em lagos ou rios. Podem ser destinados a atividade comercial de transporte de bens, a passageiros, ou ambos [7]. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 7 Alguns portos fluviais conseguem, inclusive, ter acesso ao mar através de sistemas de canais. Estes portos têm funcionamento análogo ao dos portos marítimos apenas com a condicionante de, como foram construídos sobre a linha costeira de corpos de água de relativa menor dimensão, não possuem, geralmente, profundidades da mesma ordem de grandeza dos portos marítimos, pelo que, representa uma limitação à dimensão dos navios que nos portos fluviais podem navegar. Os portos fluviais podem ainda ser construídos apenas com o intuito de uso recreativo, recebendo apenas embarcações de pequenas dimensões, ferryboats ou atividades de pesca [7]. Apesar de poderem ter um uso meramente recreativo, os portos fluviais podem, por outro lado, representar pontos estratégicos de grande importância económica na movimentação de bens entre regiões ligadas por cursos fluviais. Face à responsabilidade social que carregam, também os portos fluviais devem estar equipados de centros logísticos para a monitorização do tráfego no porto; locais de armazenamento de mercadorias, contentores, para situações em que sejam descarregados por um navio, e que só mais tarde, serão novamente carregados por um terceiro que continuará o transporte desses bens; existência de um centro logístico que faça o controlo das atividades comerciais desenvolvidas no porto, assim como o registo dos inventários e ainda armazéns próprios para a colocação de máquinas usadas nos trabalhos de carga e descarga de bens [7]. 2.2.2. Portos de pesca: Como a designação indica, os portos de pesca estão primordialmente ligados a toda a atividade comercial piscatória. Esta, para além de profissional, pode ser também uma atividade de lazer. Os portos de pesca podem ser fluviais ou marítimos [7]. Uma particularidade fulcral deste subgénero portuário é a sua completa dependência da presença de peixe na região onde se insere. Perante a escassez de peixe, estes portos deixam de ser utilizados. Esta vulnerabilidade inerente a este tipo de porto obriga a uma gestão muito eficaz por parte da entidade exploradora do mesmo. No porto de pesca devem estar presentes as seguintes estruturas [7]: • Hangares: Área reservada ao depósito e preservação de bens. Pode ser um espaço de produção ou armazenamento de bens alimentares, ou produtos para o peixe; Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 8 • Postos de abastecimento: Área na qual são abastecidos os barcos, nomeadamente com combustível e afins; • Edifício administrativo e de operações: É o edifício principal onde é feito o controlo do tráfego, da pesca, questões legais e de segurança e saúde; • Espaços comerciais: Espaços destinados à compra e venda do peixe. 2.2.3. Portos de água quente: Portos de água quente são aqueles cuja água nunca congela, mesmo nos invernos gelados, ou seja, mantêm-se operacionais durante a totalidade do ano. Estes portos são de extrema importância nos países com climas mais frios, uma vez que, nas estações frias, quando a água congela nos restantes portos e ficam temporariamente encerrados, toda a atividade portuária é necessariamente reencaminhada para estes portos de água quente, que estão permanentemente operacionais e utilizáveis [7]. O facto destes portos se tornarem, durante determinados períodos do ano, nos únicos pontos que estabelecem a ligação às rotas comerciais marítimas de uma determinada região ou país, faz deles infraestruturas imprescindíveis para a estabilidade económica do meio onde se inserem [7]. 2.2.4. Portos secos ou estações aduaneiras: São portos localizados fora da linha costeira, ou seja, portos terrestres que estão conectados ao porto marítimo através de uma rede rodoviária ou ferroviária, servindo como centrais logísticas intermodais [7], [10]. Estes portos secos são muito úteis no sentido de alivar a congestão de mercadoria no porto marítimo ao qual estão associados, uma vez que a mercadoria descarregada dos navios é diretamente encaminhada e armazenada no porto seco, que funciona como a ponte entre a rota marítima dos bens e o seu transporte terrestre Intra continental até ao seu destino final. Um porto seco tem funções semelhantes às de um porto marítimo, sendo uma infraestrutura à qual chegam e da qual partem grandes volumes de mercadoria, possuindo por isso, maquinaria especializada para a manobrar, armazéns, parques onde podem ser colocados os contentores, entre outras. A única característica que realmente diferencia um porto seco de um porto marítimo é o facto de este estar localizado fora da linha costeira [7], [10]. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 9 2.2.5. Portos marítimos: Os portos marítimos constituem o tipo de portos mais comuns em todo o mundo, sendo usados para o desenvolvimento de atividades comerciais de transação de mercadorias e bens, designando-se como portos comerciais, ou então, no transporte de passageiros, designando-se como portos de cruzeiro. Estes estão situados sobre a orla costeira e permitem a acomodação de pequenas embarcações a grandes navios [7]. Os componentes mais comuns nestes portos são: armazéns, parques para a colocação dos contentores, gruas, no caso dos portos comerciais, ou então, para o caso de portos de cruzeiro: hotéis, restaurantes, e outras comodidades para aumentar o interesse dos passageiros em visitar e instalarem-se em determinado porto [7]. Os portos marítimos são responsáveis pela maioria de todo o transporte aquático, de bens e pessoas, e podem ainda ser classificados em três categorias distintas [7]: • Portos de cruzeiro; • Portos de apoio; • Portos comerciais. Portos de cruzeiro: Este tipo de portos especializa-se nas atividades afetas aos navios de cruzeiro, proporcionando todas as condições para o embarque e desembarque dos passageiros que viajam nestes navios recreativos. Dadas as exigências de comodidade que este tipo de passageiros apresenta, os portos de cruzeiro, para além de terem que garantir as condições gerais para o funcionamento de qualquer porto, devem ainda estar preparados para responder às mais variadas necessidades dos seus transeuntes [7]. Os portos de cruzeiro são o tipo de portos mais movimentado, com uma constante circulação de passageiros assim como as continuas atividades de carregamento e descarregamento dos navios. Referir ainda que, todas as formalidades inerentes às viagens de cruzeiro têm preparação prévia e são executadas por parte da autoridade portuária [7]. Portos de apoio: São portos que, como a própria designação indica, servem o propósito de prestar apoio a embarcações. Estão situados no meio das rotas que ligam dois portos Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 10 principais e podem ser usados pelas embarcações para lhes serem prestados, por exemplo, abastecimentos de combustível ou reparações essenciais [7]. Portos comerciais: São os portos especializados onde se realizam as movimentações e transações de mercadorias e bens. O carregamento e descarregamento das mercadorias envolve um conjunto de máquinas que pode variar consoante o tipo de carga, por esta razão, os portos comerciais podem ser especializados apenas num, ou em vários tipos de produto [7]. Produtos como madeiras, combustíveis, automóveis, etc. são transportados em granel, este transporte tem exigências distintas do transporte feito em contentores. Ou seja, os portos podem trabalhar apenas com carga em granel, em contentores, ou então, com ambos os tipos de carga, ou seja, são portos capazes de lidar com todo o tipo de mercadorias, tornando-se por isso, nos mais versáteis. Múltiplos terminais são postos em funcionamento simultaneamente para, por eles, serem distribuídos os vários tipos distintos de mercadorias que chegam ao porto [7]. Na Figura 2 é apresentada a configuração típica de um porto comercial marítimo, com os respetivos subsistemas que o constituem. Apesar do exemplo citado ser referente a um porto marítimo comercial, vários dos subsistemas que nele se apresentam são comuns aos vários tipos de portos, tais como, por exemplo, os quebra-mares, paredões, canais e escritórios, enquanto espaços destinados ao controlo logístico do porto. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 17 2.3.3. Gestão de uma infraestrutura portuária Dada a sua vasta amplitude e complexidade, não existe, à data atual, uma definição universal e concreta para o conceito de "gestão portuária", no entanto, Brooks e Pallis (2012: p.512) [18], apresentam uma proposta bastante concreta e completa onde descrevem a gestão portuária como "a adoção e aplicação de regras que regem a conduta e os direitos à propriedade (…) no caso de portos, os governos, ou outros agentes políticos relevantes, normalmente impõem estruturas governativas com vista a servir interesses regionais ou nacionais (…)". Assente nestas premissas, Zhang et al. (2019) desenvolveram uma extensa análise da literatura existente relativa à gestão portuária, da qual resultou um artigo onde se condensa e distribui, ao longo de três níveis de gestão distintos, os "instrumentos" que cada um tem ao seu dispor para melhor atingir os seus objetivos particulares [19]. Em que a interação global das estratégias adotadas por cada nível resulta na gestão final da infraestrutura portuária. Os três níveis de gestão: institucional, estratégico e de gestão. Os agentes com poder de decisão sobre estas realidades são, como já tivemos oportunidade de explorar nos subcapítulos anteriores, as organizações governamentais e as organizações portuárias. Ao nível da gestão institucional, a natureza das decisões a tomar, ou como chamamos, os instrumentos de gestão, têm foco nas alterações ou ajustes da configuração governativa das infraestruturas portuárias, tais como, a reconfiguração da atribuição de responsabilidades ou a descentralização da administração portuária. Dado o seu carácter estrutural e fundamentalista, os instrumentos de gestão institucional, estão tipicamente a cargo das organizações governamentais. Dentro do nível estratégico, as atenções centram-se nos instrumentos utilizados pelas organizações portuárias, que buscam continuamente alcançar posições cada vez mais competitivas no mercado, a relativo longo prazo. Nestes instrumentos incluem-se, "coopetição" portuária, regionalização portuária, integração portuária, gestão estratégica dos stakeholders e gestão corporativa. Por fim, ao nível da gestão, temos presentes instrumentos orientados à gestão e operação de negócios do porto, como por exemplo, concessão de terminais, monitorização e medição da pegada de carbono e negociações comerciais com os clientes do porto. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 18 Comparando com os instrumentos de gestão a nível estratégico com os instrumentos ao nível institucional, os instrumentos estratégicos têm maior foco nas relações internas e externas das organizações portuárias. No geral, os instrumentos de gestão estratégica são altamente utilizados pelos portos para desenvolverem as suas relações com os seus utilizadores, comunidades locais, ou até portos rivais. Importante referir ainda que, o investimento portuário é um importante "sub-instrumento" que se encontra incluído nos instrumentos estratégicos. Por exemplo, o investimento em estações aduaneiras e nos corredores de acesso que ligam o porto marítimo até essas estações é crucial para a regionalização portuária. Ao nível da gestão portuária, a cargo dos gestores de operações e negócios do porto, encontram-se sete instrumentos principais, são eles a fixação dos preços dos serviços que o porto oferece, concessão portuária, o relacionamento com os utilizadores e clientes do porto, controlo regulamentar, controlo da segurança e, por fim, gestão das tecnologias de comunicação e informação e a monitorização e avaliação de performance do porto. Ao contrário dos instrumentos a nível institucional e estratégico, os instrumentos de gestão são mais operacionais, mais diretamente visíveis pela comunidade, e diretamente ligados ao sucesso do negócio do porto [19]. Assim, percebe-se que a gestão das infraestruturas portuárias como um todo é feita através da interação entre a forma como cada um desses instrumentos, afetos aos três níveis distintos, é utilizado. Esta abordagem demonstra claramente a complexidade inerente ao governo das infraestruturas portuárias. A natureza ramificada da gestão portuária impedenos de atribuir responsabilidades, obrigações ou metas a uma entidade isolada, mas antes a uma interação simbiótica entre organizações governamentais e portuárias, por forma a procurarem conciliar os seus interesses e adotarem estratégias que não comprometam as ambições e objetivos que cada parte integrante procura alcançar [19]. Os Quadros 1 a 4 apresentam um resumo com a listagem dos vários instrumentos supracitados, afetos a cada nível de gestão, acompanhados de uma descrição geral. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 19 Quadro 1. Instrumentos de gestão portuária [19]. Nível de atuação Instrumento Descrição Geral Nível Institucional (Organizações Governamentais) Descentralização da gestão portuária Organizações governamentais transferem funções de autoridade portuária para organizações governamentais de nível mais baixo ou para novas entidades (nãogovernamentais). Re-centralização da gestão portuária Ao contrário da descentralização da gestão portuária, na recentralização, as principais organizações governamentais centralizam a administração portuária através de legislação e decretos. Nível Estratégico (Organizações Portuárias) Co-opetição portuária Combinação entre cooperação e competição entre portos. Regionalização portuária A regionalização portuária diz respeito à integração do porto marítimo com centros de distribuição interiores. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 20 Quadro 2. Instrumentos de gestão portuária [19], continuação. Nível de atuação Instrumento Descrição Geral Nível Estratégico (Organizações Portuárias) Integração portuária É uma forma de cooperação portuária. A integração representa a mais íntima forma de cooperação entre portos. Normalmente manifesta-se sob forma de fusões ou aquisições. Gestão estratégica dos stakeholders Foca-se em gerir e balancear os diversos objetivos dos grupos ou organizações interessadas ou relacionadas às questões da gestão portuária. Gestão corporativa Representa a estrutura, os papeis e as responsabilidades que garantem os meios através dos quais a organização é gerida como uma entidade económica com base nos objetivos da empresa, dos seus acionistas ou sócios. Nível da Gerência (Gestores de operações e de negócios do porto) Fixação de preços Inclui, principalmente, o estabelecimento das tarifas portuárias, assim como dos preços cobrados pelos serviços fornecidos pelo porto. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 21 Quadro 3. Instrumentos de gestão portuária [19], continuação. Nível de atuação Instrumento Descrição Geral Nível da Gerência (Gestores de operações e de negócios do porto) Concessão portuária É a concessão dada, por uma autoridade governamental ou portuária, a um operador privado para que este possa fornecer serviços portuários (normalmente, movimentação de cargas) dentro de um período de tempo limitado. Gestão do relacionamento entre utilizadores/clientes com o porto Refere-se aos princípios, práticas e diretrizes que a organização portuária segue ao interagir com os utilizadores dos serviços portuários. Monitorização e avaliação da performance do porto É o processo de avaliação contínua que ajuda o porto a melhorar a sua performance e, consequentemente, atingir os resultados esperados. Controlo regulamentar É uma ferramenta obrigatória usada para estabelecer uma estrutura de trabalho estável que oriente as atividades portuárias de forma transparente, previsível e responsável. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 22 Quadro 4. Instrumentos de gestão portuária [19], continuação. Nível de atuação Instrumento Descrição Geral Nível da Gerência (Gestores de operações e de negócios do porto Controlo da segurança Tem por objetivo garantir o cumprimento da operação segura do porto. Gestão das tecnologias de comunicação e informação Na gestão portuária, as tecnologias de comunicação e informação são aplicadas sob a forma de sistemas informáticos para operação portuária. 2.3.4. Qual a razão de realizar uma gestão portuária A abordagem que as entidades gestoras fazem perante estes instrumentos assim como as estratégias que irão adotar, são motivadas pelas metas que estas pretendem alcançar a curto, médio ou longo prazo. Muitos portos elegem o desenvolvimento económico como um dos seus principais objetivos, tendo em vista a criação de empregos e oportunidades de negócio ao invés de procurarem maximizar a eficiência e eficácia dos portos no seu serviço ao cliente [20]. No entanto, é muito difícil para um porto atingir um desenvolvimento económico duradouro sem considerar um aumento significativo na sua eficiência e eficácia [19]. A eficiência pressupõe, face às quantidades físicas de bens, o nível de esforços, a escala das atividades desenvolvidas e a eficiência em converter esses recursos num produto ou serviço com máximo valor acrescentado possível. Por outro lado, a eficácia diz respeito ao quão bem esta entidade ou organização aplica as suas estratégias, a sua estrutura e o seu ambiente de trabalho de forma a atingir os seus objetivos, assim como o nível de satisfação do cliente final. De uma forma mais direta, Brook et al. (2011) resumiu estes conceitos da seguinte forma: eficiência corresponde a "fazer corretamente as coisas", enquanto que eficácia trata-se de "fazer as coisas corretas", onde as "coisas corretas" são aquelas que serão valorizadas pelo utilizador ou consumidor final [21]. Importante salientar que, apesar da eficiência ser distinta da eficácia, estes dois conceitos são interdependentes. Há casos em que, medidas tomadas para aumentar a eficiência portuária, acabam por aumentar também a eficácia. Noutros Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 23 casos, a eficiência portuária foi alcançada por detrimento da sua eficácia. De uma forma geral, de maneira a um porto ser eficaz, tem de ser eficiente. Na revisão da literatura feita por Zhang et al. (2019), perante a temática dos impactos das reformas na gestão portuária sobre a sua eficácia e eficiência, concluiu que, muitos estudos mostram que reformas portuárias no sentido da sua privatização trazem impactos positivos para a eficiência portuária. Por outro lado, ainda não existem resultados definitos sobre o impacto ao nível da eficácia, sendo uma área que ainda carece de investigação por forma a obter respostas mais concretas e esclarecedoras [19]. 2.4. Gestão Portuária - Panorama Internacional Os "clusters" marítimos têm grande influência na economia regional e nacional, razão pela qual têm tido uma intervenção estratégica por parte dos governos de países como Portugal, Reino Unido, Canadá, Singapura e China [8]. Segundo Shinohara (2010), podemos definir "cluster" marítimo como o conjunto de indústrias que estão, direta ou indiretamente, relacionadas com a atividade portuária e se encontram localizadas dentro de uma determinada zona geográfica [22]. Estes podem ser divididos em clusters com funções logísticas, de serviço, ou mistas. Num estudo realizado por Shi et al. (2020) [8] sobre os trabalhos de inovação realizados no porto de Shanghai para que este mantivesse a sua relevância mundial. Shi et al., conclui que a maior parte dos clusters marítimos tiveram origem nos seus portos, cuja única função original era desempenharem serviços de carregamento e descarregamento. No contexto do mundo atual, a função destes clusters viu-se expandida para um leque muito mais abrangente de atividades, nomeadamente no papel de facilitarem a transação de bens numa cadeia mercantil global e terem em si integrados serviços logísticos e marítimos. Apesar da expansão das suas competências, para os clusters marítimos com ambição de manterem, ou obterem, atenção internacional, este foco isolado no manuseamento de mercadoria já se demostrou bastante insuficiente. Dentro do paradigma económico atual, para alcançarem uma posição de relevância mundial, os clusters marítimos têm de oferecer uma resposta integrada complexa que vise saciar todas as necessidades dos seus utilizadores e que, sobretudo, lhes garanta uma maior facilidade na execução das suas trocas comerciais. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 24 Tendo para isso que possuir um elevado aglomerado de recursos marítimos, serviços logísticos de alta eficiência, um ambiente de negócios próspero e fluído, e uma grande capacidade de escoamento do tráfego marítimo e viário originado pela atividade portuária, sempre com constante atenção aos impactos ambientais [8]. Um ponto fulcral que ditará a atratividade do cluster é o fator cultural e o liberalismo das políticas económicas regionais. Por exemplo, um porto situado num país com políticas bastante restritivas face a investimento estrangeiro, ver-se-á em desvantagem face a outro onde vigorem políticas mais permeáveis. É nestas medidas, absolutamente diferenciadoras, que os agentes políticos têm a capacidade de intervir diretamente no sucesso e prosperidade dos seus clusters marítimos, devendo agir no sentido de flexibilizar a legislação com o intuito de incentivar um público-alvo de negócios mais amplo possível [8]. Como foi referido por Suire e Vicente (2014) [23], clusters com sucesso sustentável são aqueles que continuam a evoluir no sentido de atingirem um nível mais avançado, desconectando-se dos seus velhos ciclos de vida e exibindo uma tendência de crescimento contínuo. Por forma a complementar quantitativamente o enquadramento internacional da atividade portuária, apresentam-se de seguida dois gráficos recolhidos do site da "TheGlobalEconomy" [24], que fazem o ranking mundial do número de TEU's (20-foot equivalent units, tamanho standard dos contentores de carga) que passaram em cada país no ano de 2019 (dados mais recentes à presente data) (Figura 4 e Figura 5). Assim como, um segundo gráfico que faz o ranking da qualidade das infraestruturas portuárias de cada país, com base nos dados recolhidos pela "WEF Executive Opinion Survey". A nota atribuída a cada país é feita com base numa única questão. Os inquiridos devem classificar, entre 1 (subdesenvolvido) e 7 (extensas e eficientes à escala internacional), as infraestruturas portuárias e vias navegáveis interiores nos países em que operam. Para os inquiridos que operam em países sem litoral, estes devem classificar, entre 1 (impossível) e 7 (fácil), o seu acesso a infraestruturas portuárias e às vias navegáveis interiores. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 25 Figura 4. Número de TEU's, em milhões, que passaram pelos portos de cada país, em 2019, [24]. Portugal, segundo este mesmo ranking da TheGlobalEconomy, classificou-se mundialmente no 42º lugar, com um total de 2,92 milhões de TEU's com passagem pelos portos nacionais no ano de 2019. Ao nível do ranking mundial para a qualidade das infraestruturais portuárias, Portugal assume a 36º posição com uma classificação de 4,9. Figura 5. Ranking mundial da qualidade das infraestruturas portuárias, em cada país, de 1(baixa) até 7(alta), 2019, [64]. Um aspeto interessante que merece atenção e uma breve reflexão, é a tendência inversamente proporcional que Portugal tem registado na última década nestes rankings. Apesar da quantidade de TEU's ter aumentado anualmente, a avaliação da qualidade das infraestruturas portuárias portuguesas tem registado um padrão recessivo, como é visível nas Figura 6 e Figura 7. Face a estas observações, pode-se deduzir que Portugal, na última década, focou-se no aumento da eficiência dos seus portos, mas fê-lo em detrimento da eficácia. Ou seja, aumentaram, em termos brutos, as quantidades de mercadorias e bens que circulam diariamente nos portos (aumento da eficiência), no entanto, não acompanharam Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 26 essa evolução com um investimento ao nível do aumento do grau de satisfação dos seus clientes e utilizadores (aumento da eficácia), aspeto que se refletiu diretamente nos inquéritos da WEF Executive Opinion Survey, com base nos quais foi atribuída a classificação final relativa à qualidade das infraestruturas portuárias nacionais. Figura 6. Número de TEUs, em milhões, que passaram pelos portos portugueses, entre 2012 e 2019, [65]. Figura 7. Classificação da qualidade das infraestruturas portuárias portuguesas, entre 2012 e 2019, [66]. Esta análise pode de uma maneira muito simplista, justificar estas tendências contraditórias nos rankings da TheGlobalEconomy relativos ao desempenho das infraestruturas portuárias em Portugal. A solução para inverter o sentido decrescente da classificação de qualidade pode justamente passar pelo investimento dos portos portugueses no melhoramento da sua eficácia. Realizando, por exemplo, estudos que procurem descobrir quais os principais objetivos e necessidades dos seus clientes de modo que os portos nacionais possam agir da Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 33 Figura 12. Rotas estratégicas ao porto de Sines [32]. 2.5.3. Porto de Leixões Construído nos finais do século XIX, o Porto de Leixões, Figura 13, é atualmente o segundo maior porto artificial de Portugal e o principal porto exportador do país. Sozinho, contribui, direta e indiretamente, para 7% do emprego português e lida com cerca de 6% do PIB nacional, valores que o tornam num agente indispensável para o tecido empresarial e industrial nacional [26]. Estrategicamente localizado, 4 km a norte da foz do rio Douro, em Matosinhos, junto à cidade do Porto, situa-se na fachada Noroeste da Península Ibérica, região povoada por uma elevada densidade industrial. Para além do núcleo empresarial e industrial que intercepta. Estas características singulares fazem do Porto de Leixões um player indispensável para as rotas nacionais e internacionais [35]. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 34 Figura 13. Porto de Leixões, [35]. Segundo dados da Associação dos Portos de Portugal (APP) [35], o Porto de Leixões movimenta anualmente cerca de 20 milhões de toneladas de mercadoria, e é responsável por 20% do Comércio Externo Português por via marítima. Por ele cruzam cerca de 2700 navios por ano, mais de 670 mil TEU's (Twenty Foot Equivalent Unit), e todo o tipo de carga, nomeadamente: têxteis, granitos, vinhos, madeira, automóveis, cereais, sucata de ferro, sucata de vidro, ferro e aço, óleos, açúcar, torres de aerogeradores e outros componentes eólicos e produtos petrolíferos. Conta ainda com receção de passageiros de navios de cruzeiro. O porto de Leixões, Figura 14, ao longo dos seus 5 km de cais, 55 hectares de área terreste e 120 hectares de superfície molhada disponibiliza uma vasta gama de serviços e instalações portuárias que denotam claramente a sua escala de verdadeiro porto internacional, assim como o seu papel preponderante a nível regional e nacional. Estruturas internas essas das quais se enumeram [36]: • Cais convencionais de carga geral e granéis sólidos: Compreendem a Doca 1 (Norte e Sul), a Doca 2 (Norte e Sul) e a Doca 4 Norte (ou terminal de Granéis Agroalimentares). As principais mercadorias que aqui se movimentam são: madeira em bruto, prensada e serrada; ferro e aço; rolos de chapa; pedras de granito; sucata; granéis alimentares; Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 35 maquinaria em geral e as cargas de projeto, como geradores eólicos e transformadores; • Cais de movimentação de granéis líquidos: Corresponde à Doca 2 (Sul) e está atualmente destinada à Refinaria da Petrogal, localizada em Leça e da Palmeira, e à CEPSA. Além do Terminal Petroleiro, a Doca 2 (Sul) tem também outros locais afetos à movimentação de outros tipos de granéis líquidos; • Terminal de petroleiros: Foi construído sobre um quebra-mar submerso, com 700 metros de comprimento e uma altura de 15 metros acima do nível do mar, servindo também de proteção à entrada do porto. Está atualmente concessionado à Petrogal - Petróleos de Portugal, S.A. • Terminal de contentores: Sob a forma dos Terminais de Contentores Norte e Sul, totalizam uma área de 22 hectares com capacidade de armazenagem de 19.000 TEU's (cerca de 12.600 contentores), e uma capacidade de movimentação de 650.000 TEU's/ano (cerca de 398.773 contentores/ano). São ambos atualmente operados pela empresa Yilport Leixões; • Terminal Ro-Ro: O Terminal Roll-On Roll-off encontra-se localizado na Doca 1 e oferece serviços de embarque e desembarque de carga rolante no Porto de Leixões. Dispõe ainda de uma área de parqueamento para cerca de 100 trailers; • Terminal multiusos: Situado no Molhe Sul do porto, o Terminal Multiusos destina-se, essencialmente, ao tráfego Ro-Ro, potenciando o desenvolvimento das Auto-Estradas do Mar a partir de Leixões. Este Terminal dispõe ainda de uma área de terrapleno com cerca de 8 hectares que serve de área de apoio; • Terminal de cruzeiros: Recebendo anualmente cerca de 80.000 passageiros em navios de cruzeiro, vindos de todas as partes do globo, o porto de Leixões dispõe de dois terminais de cruzeiro. Terminal de Cruzeiros Norte e Sul com cais para cruzeiros, estação de passageiros, um cais fluviomarítimo para acostagem de embarcações que proporcionem itinerários turísticos no rio Douro, um porto de recreio náutico com capacidade para 170 embarcações e estacionamento para autocarros e viaturas; • Doca de recreio: Localizada no enraizamento do Molhe Norte do porto de Leixões, encontra-se atualmente concessionada à Associação de Clubes Marina Porto Atlântico. Dispõe de uma capacidade de 248 lugares para amarração permanente para amarração temporária existe uma área de pontes com extensão total de 50 Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 36 metros, tem ainda capacidade de acostagem para 4 a 5 iates. Provede serviços de abastecimento de água potável, energia elétrica, sistema de combate a incêndio e recipientes para lixos e óleos; Figura 14. Mapa do Porto de Leixões, [70]. • Porto de pesca: Atualmente concessionado à DOCAPESCA - Portos e Lotas, S.A. É o mais importante porto sardinheiro do país e o maior em capturas por arrasto costeiro. Dispõe de três pontes-cais onde podem acostar simultaneamente 46 traineiras e 20 arrastões. O entreposto frigorífico e a unidade de frio, por seu turno, garantem já o abastecimento de gelo e dispõe de uma capacidade de armazenagem de 5.500 toneladas; • Instalações especializadas (silos, depósitos e armazéns): o Nos silos portuários, a empresa Silos de Leixões - Unipessoal, LDA opera numa área de 2,3 hectares. Vocacionados ao armazenamento de cereais, derivados, oleaginosas e outros produtos alimentares, possuem uma capacidade de 120.000 toneladas; o Os produtos fabricados pela Petrogal na Refinaria de Leça da Palmeira, ligada ao Terminal Petroleiro por duas dezenas de oleodutos e gasodutos, embarcam com destino a portos nacionais, para abastecimento interno, ou com destino a portos estrangeiros; o A CEPSA, localizada em Matosinhos, encontra-se ligada à Doca 2 Sul por dois pipelines para produtos asfálticos e fuelóleo. A capacidade de armazenagem é de 61.000 toneladas; Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 37 o Existem ainda dois armazéns, localizados na Doca 1, para a receção e expedição de cimento a granel, atualmente licenciados à empresa SECIL - Companhia Geral da Cal e Cimento, S.A., ocupando uma área total de 1500 m2. 2.6. Problemáticas na gestão de infraestruturas portuárias As infraestruturas portuárias constituem ativos críticos para a sociedade. São organismos complexos que estão profundamente ligados à realidade económica, funcional e social da região, ou país, onde se inserem. Desta ligação profunda ao meio constam também fortes dependências que deixam as infraestruturas portuárias à mercê do perfeito funcionamento simultâneo de todo o sistema. Falamos, por exemplo, dos sistemas de transporte que escoam os bens do porto, a normal operação dos terminais, e até mesmo, da integridade estrutural e funcional das próprias estruturas portuárias. Dada a íntima conexão entre os diversos subsistemas portuários, eventos disruptivos, ou perturbadores, que podem causar desordem ou até mesmo danos irreversíveis no equilíbrio de todo o sistema. As infraestruturas portuárias têm assistido a um aumento do número de cenários disruptivos que se estendem desde a degradação das infraestruturas com a sua idade e tipos de utilização, ocorrência de desastres naturais, danos por ação humana, questões organizacionais, económicas, fatores tecnológicos, ou até interdependências com outras infraestruturas críticas [37]. Articulando os cenários de risco com o conhecimento sobre os graves impactos da interrupção das atividades portuárias, surge a necessidade da criação e implementação de sistemas preditivos e de resiliência para as infraestruturas portuárias. Cabe a estes sistemas reduzir a probabilidade de falha do porto através da antecipação do choque induzido por um evento disruptivo. O sistema preditivo deve prever atempadamente a ocorrência de tal evento, ou quando não for possível a sua previsão, o sistema de resiliência deve assegurar o retorno ao normal funcionamento da infraestrutura portuária o mais rapidamente possível. Por forma a criar um sistema de resiliência, o primeiro passo a tomar é a elaboração de uma análise dos possíveis eventos de risco que podem ocorrer sobre a infraestrutura e de seguida desenvolver uma estratégia que os procure mitigar ou solucionar, caso ocorram [37]. Estes Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 38 sistemas podem surgir com foco nas mais variadas realidades da gestão portuária, neste trabalho será dado foco aos modelos preditivos de degradação no auxílio da gestão de infraestruturas portuárias. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 39 3. Modelos preditivos de degradação e gestão da infraestrutura portuária 3.1. Introdução, objetivos e gestão dos modelos preditivos A segurança estrutural assume um papel preponderante ao longo de todo o ciclo de vida das infraestruturas portuárias. Expostas a um meio com condições particularmente agressivas, onde a corrosão é uma consequência direta, bastante expressiva, que pode levar a uma redução da funcionalidade estrutural do porto, uma manutenção regular e atenta à performance da infraestrutura portuária é necessária para garantir o normal funcionamento das operações portuárias [38] [39]. Segundo Zhang et al. (2017) [39], a importância da manutenção das infraestruturas portuárias pode ser vista à luz de três aspetos: o longo período de operação, o meio agressivo onde se inserem e a necessidade de garantir um funcionamento ininterrupto. A maior parte das infraestruturas portuárias serão utilizadas durante um longo período. Durante todo o tempo em que porto está em serviço, as deteriorações estruturais ocorrem constantemente. Por esta razão, as operações de manutenção são um trabalho contínuo, inerente à operação portuária, que mantêm o estado de conservação das estruturas acima de um determinado nível. As infraestruturas portuárias estão, normalmente, construídas ao longo da linha costeira, zonas que exigem constantes trabalhos de reparação. Como a maioria destas infraestruturas se encontra diretamente exposta a meios agressivos, são esperados mecanismos de deterioração rápidos nas suas instalações. Por exemplo, a corrosão induzida por cloretos é a principal causa de deterioração nas estruturas de betão armado construídas nas zonas costeiras [40]. Existe por isso uma necessidade, real e imutável, de um planeamento de manutenção eficaz e económico para estas estruturas de deterioração rápida. Assim, é de extrema importância relembrar que, as consequências associadas à falha da infraestrutura portuária, causada por falta de manutenção, podem ser enormes, o que pode trazer impactos adversos para a sociedade. É por isso fulcral que se compreenda que qualquer interrupção na atividade portuária não representa apenas uma perda para os portos, mas também uma possível paralisação de toda a cadeia económica adjacente. Por outras palavras, as condições de performance da infraestrutura afetam a eficiência das operações portuárias assim como Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 40 dos setores associados. Torna-se por isso essencial tomar as devidas precauções e cuidados durante a própria fase de projeto das infraestruturas portuárias, que devem ser sempre acompanhadas de ações de manutenção regulares quando entram em faze de exploração [40]. 3.2. Degradação das Infraestruturas Portuárias O principal desafio para as entidades gestoras das infraestruturas portuárias, perante as suas estruturas em processo de degradação inerente à sua exploração, está em manter a normal operação das mesmas enquanto garantem os níveis necessários de segurança, assim como custos razoáveis de operação. Adicionalmente, as oportunidades de expansão portuária estão cada vez mais limitadas fruto das crescentes preocupações associadas ao impacto ambiental, mas também devido à escassez de espaços disponíveis para a expansão dos portos, quando estes se encontram, por exemplo, próximos ou inseridos em núcleos urbanos [41]. Na Figura 15 é apresentado um mapa simplificado das principais etapas que gerem todo o processo de conservação dos ativos. Desde a tomada de conhecimento do património a gerir, até à decisão relativa à abordagem que será feita sobre o mesmo. Figura 15. Mapa simplificado da gestão de risco em infraestruturas, adaptado de [41]. 3.2.1. Inspeções de infraestruturas portuárias Num estudo realizado por Boero et al. (2009) [41], onde foi feita uma análise nos portos franceses sobre as práticas e programas de manutenção aplicados e em desenvolvimento, foi concluído que a maior parte dos administradores portuários faz uma monitorização constante das suas estruturas por via do seu pessoal técnico do porto, através de equipamentos ou por meio de responsáveis estatais. Este tipo de inspeção permite identificar eventos causados por acidentes, como por exemplo: colisões de embarcações, falhas nos equipamentos de segurança do porto ou ausência de guarda-corpos. Mas também detetar o surgimento de defeitos em zonas abertas, tal como um eventual desalinhamento de carris. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 41 Defeitos facilmente detetáveis como estes têm a capacidade de trazer graves consequências, a curto ou médio prazo, na segurança assim como na disponibilidade de operação das instalações. Por forma a prevenir tais eventos que constringem a normal atividade portuária, é prática comum a realização de inspeções periódicas sobre as estruturas portuárias, complementada, se necessário, por uma inspeção particular mais detalhada. Consoante vários fatores, tais como o tipo de utilização do porto, se este desenvolve uma exploração mais ou menos intensa, o grau de importância regional ou nacional do mesmo, ou até questões de disponibilidade de pessoal ou orçamentais, vários tipos distintos de ações de inspeção podem ser levados a cabo, sob intervalos proporcionalmente ajustados. A abordagem mais simples e expedita, e por isso a mais comummente realizada, trata-se de uma inspeção periódica interna, onde uma equipa composta por engenheiros procuram detetar possíveis defeitos nas estruturas, apenas com recurso a observações in situ, ferramentas ligeiras de monitorização e instrumentos de medição comuns. A frequência deste tipo de inspeção é variável, devendo ser adequada às necessidades do porto em questão, é normalmente realizada bianualmente com um intervalo máximo que não deve passar os três anos. Quando uma inspeção periódica não for suficiente, uma análise completa será feita sob a forma de uma inspeção detalhada. As inspeções detalhadas consistem num diagnóstico completo de todos os componentes da estrutura inspecionada. Meios especializados de medição e testes podem ser implementados se necessário. Por exemplo, os componentes imersos podem apenas ser inspecionados por mergulhadores. Esta tarefa especifica é normalmente realizada por entidades privadas [41]. Se necessário, uma inspeção localizada completa o processo de inspeção. Estas ações são semelhantes às inspeções periódicas, no entanto, são aplicadas particularmente nos seguintes casos [41]: Acidentes (tempestades, colisões, etc.); Surgimento de defeitos; Diagnóstico antes de reparação; Novas necessidades (substituição de equipamentos portuários) e eventos excecionais; Ações estratégicas; e Construções recentes. Por forma a garantir o seu conhecimento sobre o estado atual real das estruturas, as entidades portuárias levam a cabo investigações adicionais. As investigações mais frequentes são [41]: • Medição da espessura residual das armaduras de aço através de ultrassons; Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 42 • Determinação dos perfis de penetração dos iões de cloreto nos componentes de betão armado ou pré-esforçado; • Investigações do solo com recolha de amostras, análise em laboratório e in situ; • Levantamentos topográficos; • Instrumentação/sensorização de componentes de estruturas recém-construídas durante os primeiros anos após construção para acompanhar o seu comportamento global. 3.2.2. Ações de manutenção comuns e reparações das estruturas portuárias As ações de manutenção comuns e reparações são definidas pelas entidades de gestão portuária segundo os seguintes critérios, propostos por Boero et al. (2009) [41]: • Eventos acidentais, como colisões de embarcações. Neste caso, os reparos ou reconstruções necessárias causadas pelos danos provocados na colisão são pagos pela companhia de seguros afeta à embarcação responsável; • Grau de urgência das ações para evitar o colapso global de uma estrutura; • Deteção de defeitos importantes; • Manutenção preventiva que evite danos irreversíveis na performance mecânica da estrutura; • Para estruturas móveis, o respeito das condições de manutenção; • Questões estratégicas associadas às estruturas; • Eficiência das ações; • Custo das ações; • Capacidade das equipas de trabalho em garantir o sucesso dos projetos de reparação. Desta forma, e ainda segundo Boero et al. (2009) [41], estas diferentes intervenções podem ser classificadas de acordo com o impacto medido na performance da estrutura. Neste estudo, os autores sugerem dois níveis distintos de intervenção: manutenções comuns e reparações. A manutenção diz respeito aos trabalhos recorrentes do dia-a-dia, periódicos, ou agendados que são desenvolvidos para garantir o normal funcionamento das instalações. Incluem trabalhos de rotina na prevenção de danos e degradação das instalações, que doutro modo seriam mais caros de restaurar. Reparações, por outro lado, são feitas sobretudo através da reconstrução ou substituição dos componentes degradados ou dos materiais que Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 49 Uma vez estimada a condição de conservação atual {St}, a gestão das operações de manutenção pode ser conduzida com base na comparação do {St} com um valor de referência, valor do estado de conservação mínimo aceitável para a estrutura. Na prática, as probabilidades de transição entre estados são desconhecidas. Desta forma, a matriz de probabilidade de transição tem de ser determinada com base num cálculo inverso, "reconstitutivo", baseado nos registos de inspeção acumulados ao longo dos anos. Assumindo que existe uma base de dados com um número considerável de registos de inspeções, representado sob a forma {St}Inspecionado = [Gdt, Gct. Gbt, Gat]T, de uma infraestrutura existente em instantes discretos t= 1,…,i, a matriz de probabilidade de transição pode então ser estimada comparando-a com o vetor da condição estrutural teórico, {St}Previsto. Esta operação pode ser feita através dos mínimos da seguinte equação [39]: 𝛩=𝑎𝑟𝑔𝑚𝑖𝑛 ∑[{𝑆𝑡}𝐼𝑛𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑑𝑜−{𝑆𝑡}𝑃𝑟𝑒𝑣𝑖𝑠𝑡𝑜]2 𝑡=1,…,𝑖 = ∑ ∑ [𝐺𝑗,𝐼𝑛𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑑𝑜 𝑡−𝐺𝑗,𝑃𝑟𝑒𝑣𝑖𝑠𝑡𝑜 𝑡]2 𝑗=𝑎,𝑏,𝑐,𝑑𝑡=1,…,𝑖 (6) Sendo, 𝛩 = {𝑃𝑑𝑐,𝑃𝑐𝑏,𝑃𝑏𝑎} (7) Onde Θ = {Pdc, Pcb, Pba} representa o conjunto de probabilidades de transição entre estados que têm de ser determinadas para montar a matriz. Uma vez estabelecida a matriz de probabilidade de transição, a condição de conservação da estrutura pode ser determinada, em qualquer instante, com base no estado de conservação inicial, através de [39]: {𝑆𝑡}𝑃𝑟𝑒𝑣𝑖𝑠𝑡𝑜=[𝑃]𝑡{𝑆0} (8) É de extrema importância apontar que, no processo de minimização da Eq. (6), todas as probabilidades de transição na cadeia de Markov foram consideradas como determinísticas. No entanto, a degradação estrutural de uma infraestrutura portuária nunca é homogénea. Por outras palavras, o ritmo de degradação estrutural varia no tempo e pode alterar-se significativamente ao longo do ciclo de vida da infraestrutura. As probabilidades de transição determinadas na Eq.(6) representam apenas um valor médio obtido pelos registos históricos Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 50 das inspeções. Quando pretendemos prever o estado de conservação futuro de uma infraestrutura portuária, as incertezas associadas à não homogeneidade do processo de deterioração têm de ser consideradas. Para introduzir este critério, o presente modelo baseado nas cadeias de Markov incorpora um novo conjunto de variáveis no processo de transição entre estados, às quais chamamos de variáveis de incerteza. Desta forma, além de termos uma matriz de probabilidades limitada apenas aos valores médios, históricos, tem também uma componente de incerteza introduzida por estas novas variáveis. Ou seja, todas as probabilidades de transição de estado são agora modeladas como variáveis de incerteza. Adicionamos desta forma a realidade estocástica áquilo que era a matriz de probabilidade de transição, tendo agora uma matriz coerente com a natureza probabilista do fenómeno em estudo. Fruto destas alterações, a matriz de probabilidade de transição foi refinada para uma matriz de incerteza que se expressa da seguinte forma [39]: {St} [P] {St-1} [𝐺𝑑(𝑡) 𝐺𝑐(𝑡) 𝐺𝑏(𝑡) 𝐺𝑎(𝑡)]=[1−𝑃𝑑𝑐−𝜀𝑑𝑐 0 0 0 𝑃𝑑𝑐+𝜀𝑑𝑐 1−𝑃𝑐𝑏−𝜀𝑐𝑏 0 0 0 𝑃𝑐𝑏+𝜀𝑐𝑏 1−𝑃𝑏𝑎−𝜀𝑏𝑎 0 0 0 𝑃𝑏𝑎+𝜀𝑏𝑎 1][𝐺𝑑(𝑡−1) 𝐺𝑐(𝑡−1) 𝐺𝑏(𝑡−1) 𝐺𝑎(𝑡−1)] (9) Onde εdc, εcb e εba são os termos de incerteza associados às probabilidades de transição. Normalmente, estes termos estocásticos têm de ser determinados em função de registos de inspeção. Estudos levados a cabo por Zhang et al. (2016), [42], demonstraram que as probabilidades de transição variam segundo um coeficiente de variação que ronda os 1020%. Assim, os passos para desenvolver um modelo baseado nas cadeias de Markov, com probabilidades de transição incertas, são os seguintes: i) para cada registo de inspeção, a matriz de probabilidade de transição é estimada com base na Eq.(6) de forma convencional, determinística; ii) análises probabilísticas são realizadas para estimar as probabilidades de transição entre estados e são identificados os modelos estatísticos mais apropriados; e iii) com o desenvolvimento das probabilidades de transição com incertezas, podem ser realizadas, por exemplo, simulações de Monte Carlo para simular vários processos de deterioração baseados em cadeias de Markov para a infraestrutura inspecionada. A performance da infraestrutura portuária pode então ser prevista com base nos resultados destas simulações[39]. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 51 Na Figura 18 apresenta-se um mapa conceptual que sumariza a aplicação de modelos preditivos estocásticos, baseados em cadeias de Markov, em quatro trabalhos distintos: • Na previsão do comportamento/deterioração futuro/a de pontes em betão, com criação de curvas de degradação, por Moscoso et al. (2021) [45]; • Num estudo sobre a corrosão de paredões/cais de estacas prancha em aço, por Boéro et al. (2012) [46]; • No desenvolvimento de um modelo preditivo de degradação para um cais aberto na baía de Tóquio, baseado em cadeias de Markov, que dê conhecimento dos momentos em que ações de manutenção devam ser realizadas de forma otimizada, por Zhang et al. (2017) [39]; • Na criação de um "Analytical Hierarchy Process (AHP)" estocástico para caracterização de Portos Fluviais e identificação dos fatores que mais contribuem para a performance desses portos, assim como para a sua utilização em geral. Um trabalho desenvolvido por Nur et al. (2018) [47]. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 52 Figura 18. Mapa resumo do estado da arte da literatura de modelos de degradação, baseados em cadeias de Markov. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 53 4. Implementação de ferramentas BIM e SIG na gestão da degradação em Infraestruturas Portuárias Num estudo levado a cabo por Jofré-briceño et al. [48], no ano de 2021, sobre a introdução de tecnologias inovadoras no âmbito da gestão dos ativos das infraestruturas portuárias, os autores constaram que, atualmente, as ações de manutenção deste tipo de infraestruturas encontram-se amplamente comprometidas em inúmeros aspetos: as dificuldades de acesso, especialmente nas zonas submersas; a falta de documentação sobre os ativos, uma vez que muitos destes são antigos e já não existe acesso às memórias descritivas dos seus projetos; e os materiais que compõem estas infraestruturas, maioritariamente betão armado, que reagem quimicamente com o ambiente marítimo, gerando anomalias que evoluem progressivamente para danos que as degradam, podendo mesmo vir a inviabilizar as estruturas. Numa tentativa de mitigar os impactos dos fenómenos naturais de degradação, os métodos tradicionais de manutenção das infraestruturas portuárias sempre seguiram, na sua generalidade, uma abordagem de manutenção corretiva. Por via da identificação clara de uma deterioração localizada sobre a qual deveria ser ordenada uma ação de manutenção ou reparação. Este tipo de procedimento, amplamente adotado pelo setor, era, no entanto, muitas vezes ineficiente devido a práticas de gestão de informação pobres [48]. Atualmente, as novas metodologias da era digital que têm vindo a ser implementadas no setor da Arquitetura, Engenharia e Construção (AEC) têm encorajado a adoção de um novo paradigma onde é feita uma gestão preventiva da manutenção das infraestruturas, ao invés de uma manutenção corretiva. Entre as novas tendências no campo da gestão, a gestão de ativos apresenta-se como uma disciplina que procura estabelecer o funcionamento ótimo dos edificios e/ou das infraestruturras através da integração das pessoas, espaços, processos e tecnologias, o que se traduz num serviço otimizado para gestão operacional, gestão da manutenção, entre outras [48]. Uma das "revoluções digitais" mais importantes no setor da construção, no âmbito das tecnologias da informação, foi dada ao longo da última década com a implementação da Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 54 metodologia BIM (Building Information Modelling). Muito sucintamente, o uso do BIM permite a visualização do projeto enquanto integra simultaneamente todos os agentes e ativos com vista à utilização, e gestão, otimizadas das instalações durante todo o seu ciclo de vida. A utilização de modelos paramétricos 3D permitem a identificação da tipologia de cada elemento que constitui a infraestrutura, enquanto garantem total controlo sobre as mesmas nas mais variadas vertentes da sua gestão. Desde a informação relativa aos materiais empregues na obra, plano de custos, tempo, assim como, sobre considerações ambientais, tais valências permitem aos utilizadores desta metodologia um maior controlo e eficiência na fase de projeto, construção, e operação dos ativos. 4.1. Métodos tradicionais de manutenção nas Infraestruturas Portuárias Jofré-briceño et al. [48] desenvolveram uma análise preliminar afeta às práticas de manutenção que mais comummente têm vindo a ser adotadas nas infraestruturas portuárias. Desta análise, os autores concluíram que, tradicionalmente, por forma a elaborar uma estratégia de manutenção para uma infraestrutura portuária, existem quatro fases que devem ser desenvolvidas: (I) Análise da documentação existente; (II) Inventário, (III) Avaliação global, (IV) Registo de ações. A primeira fase, fase (I), consiste na análise de toda a informação existente (planos, registos fotográficos, histórico de reparações, entre outros). Na fase (II), através de uma inspeção visual, todos os elementos são identificados, sendo registadas todas as características geométricas e técnicas de cada elemento. Na fase (III), é obtida a informação relativa ao estado dos ativos da infraestrutura portuária, sendo registadas as anomalias de cada um desses ativos por via a definir posteriormente as técnicas de reparação a empregar, assim como a urgência da intervenção. Por fim, na fase (IV), são executadas as ações de reparação e atualizados os registos do estado dos ativos [48]. Estes métodos tradicionais baseiam-se na recolha de documentação e informação dos ativos no terreno, no entanto, as avultadas dimensões das infraestruturas portuárias tornam este processo muito demorado. A informação recolhida é registada em cadastros ou fichas de inventário, o que inclui, geralmente, referências gráficas ou indicações associadas a plantas existentes que referenciem a localização dos elementos por forma a facilitar o encontro do dano. Frequentemente, estas informações encontram-se digitalizadas, o que facilita o acesso à documentação existente, porém, é também comum a indução de erros durante o processo Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 55 de digitalização. Este atraso é responsável pela ineficiência dos métodos tradicionais baseados em registos físicos e digitais que estão meramente organizados por uma ordem definida, estando a perder todo o potencial das novas tecnologias e metodologias que fariam toda a gestão e visualização da informação e documentação recolhida. Adicionalmente à inspeção visual, ensaios in situ ou em laboratório são feitos frequentemente por forma a melhor definir o estado dos elementos da infraestrutura. Com base nos resultados destes ensaios, é possível evitar erros que seriam cometidos caso apenas tivesse sido levado a cabo uma inspeção visual, uma vez que, por exemplo, patologias como a corrosão das armaduras de elementos em betão armado não são visíveis [48]. Realizar inspeções, ensaios e recolher informação no geral de modo a desenvolver estratégias de conservação torna-se especialmente complexo em infraestruturas marítimas. Esporadicamente, são necessárias inspeções subaquáticas, como a que se pode observar na Figura 19, que apenas podem ser realizadas por mergulhadores profissionais munidos de ferramentas e equipamentos especializados para medirem danos e anomalias nos elementos imersos [48]. Figura 19. Medição realizada por mergulhador em inspeção subaquática [71]. Adicionalmente, se as infraestruturas estiverem classificadas como património protegido, existe ainda um aumento das restrições e cuidados a ter sobre os elementos estruturais, o que somado à escassa documentação existente, geralmente obsoleta, dificulta a criação de Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 56 um plano de manutenções baseado em critérios tradicionais. Fruto destas condicionantes, muitas vezes os danos não são detetados a tempo. Para além dos problemas relacionados com a natureza da infraestrutura portuária, somam-se ainda limitações aos recursos económicos, humanos, e ao uso de tecnologias que dificultam o estabelecimento de uma gestão de conservação eficiente [48]. 4.2. Novas tecnologias no setor da Arquitetura, Engenharia e Construção (AEC) Segundo Jofré-briceño et al. (2021) [48], as novas metodologias e tecnologias que têm vindo a ser incorporadas no setor da Arquitetura, Engenharia e Construção (AEC) tornaram possível a otimização dos ritmos de trabalho através de ferramentas interoperáveis que enaltecem a colaboração e a integração de informação, representando por isso uma evolução dos métodos tradicionais. A metodologia BIM permite a integração e colaboração entre as partes-interessadas num projeto através de modelos paramétricos, a vários níveis de detalhe distintos, que podem ser usados durante todo o seu ciclo de vida. Para além da visualização tri-dimensional, associada a uma base de dados com toda a informação do modelo, a metodologia BIM facilita uma constante atualização do modelo, quer dos parâmetros atribuídos, quer dos planos das diferentes especialidades, sem qualquer perda de informação. Desta forma, uma vez concluído o modelo, é sempre possível modificar os seus parâmetros assim como adicionar, ou remover, elementos com vista a ter um modelo completamente atualizado e fiável ao qual possam aceder todos agentes envolvidos no projeto. Este novo paradigma de trabalho trazido pelo BIM torna obsoletos os sistemas tradicionais, onde os projetos eram realizados, desde a fase de conceção até à sua entrada em utilização, com recurso a registos e cadastros manuais, documentação fragmentada de cada elemento da infraestrutura, e por especialidade, e do levantamento, organização e planeamento manuais das atualizações da informação assim como da gestão das ações de manutenção [48]. A par com as novas metodologias, a gestão de ativos permite a manutenção do correto funcionamento dos edifícios ou infraestruturas. A Associação Internacional da Gestão de Ativos (Internation Association of Facility Management) define "gestão de ativos" como a disciplina que engloba várias áreas por forma a garantir e gerir a operação de edificios e/ou Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 57 infraestruturas assim como os seus serviços associados, através da integração das pessoas, espaços, processos e tecnologias especificas dos respetivos edificios e/ou infraestruturas [49]. Neste sentido, a gestão correta e fiável da informação facilita a tomada de decisões na fase de operação e manutenção do ativo, por outro lado, os métodos tradicionais de gestão de ativos são realizados com base em informação fragmentada ou dispersa, o que exige mais tempo gasto na sua coleta, fruto da falta de integração da informação. Confrontado com as ineficiências dos métodos tradicionais, o setor tem sentido um grande aumento de popularidade na integração do BIM na gestão de ativos. Atualmente, tem sido usado na manutenção de ativos prediais ou de grandes infraestruturas, facilitando o acesso à informação, que se encontra presente na base de dados do modelo BIM, o que aumenta os níveis de eficiência e produtividade do setor através da otimização das trocas de informação através de formatos interoperáveis já existentes no mercado, o que por sua vez otimiza e reduz significativamente os custos de operação e manutenção do ativo [48]. 4.2.1. O BIM como ferramenta de gestão da manutenção em infraestruturas portuárias Em média, todos os anos, cerca de 11% dos custos de operação das infraestruturas portuárias estão alocados à manutenção das suas instalações. Quando olhamos ao custo do ciclo de vida, as ações de manutenção representam cerca de 25% do investimento inicial. Outros estudos afirmam ainda que a contribuição da manutenção ronda os 60%. Facilmente concluímos que a manutenção é uma área tão vital ao porto, quer ponto de vista funcional, assim como preponderante em relação ao impacto económico que tem sobre o mesmo. É por isso fundamental que a sua gestão seja eficiente, conciliando uma excelente capacidade de resposta física, garantindo o permanente funcionamento da infraestrutura, quer económica, adotando estratégias e soluções racionais que procurem sempre atenuar o impacto financeiro que esta atividade tem sobre o porto [50]–[53]. A metodologia BIM permite a redução de custos, uma construção mais eficiente, assim como a possibilidade de todos os agentes envovidos no projeto executarem os seus trabalhos de uma forma perfeitamente integrada e cooperativa. Muito para além das extensivas vantagens que esta metodologia de trabalho traz para os projetos na sua fase de construção, contribuiu igualmente de forma muito vantajosa para a gestão, nomeadamente da manutenção, durante todo o ciclo de vida do ativo, no entanto, para usufruir ao máximo das capacidades que este método traz, é necessário implementar o BIM tendo em consideração, Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 58 desde o ínicio, todas as fases do ciclo de vida do ativo: fase de projeto, construção e operação [53]. Num estudo conduzido por Valdepeñas et al. [53] (2020), justamente sobre a aplicação da metodolgia BIM na gestão da manutenção das infraestuturas portuárias, numa revisão extensiva da literatura existente no tópico, concluíram que o uso da metodologia BIM se tem cingido à gestão da manutenção e conservação no setor da construção na manutenção de instalações. Aquando, dentro do setor das infraestruturas, essa prática encontra-se ainda muito subdesenvolvida, especialmente nas portuárias. Apesar da pouca literatura existente no âmbito da gestão da operação portuária baseada em BIM, todos os autores aparentam apontar as mesmas questões chave, sendo elas, a falta de documentação relativa às infraestruturas existentes, a grande conectividade inerente aos portos, assim como os efeitos que a operação contínua tem sobre os mesmos [53]. A adoção da metodologia BIM na manutenção das infraestruturas portuárias traz uma extensa gama de vantagens, uma das quais sendo o total controlo sobre toda a informação que é produzida, de forma ordeira. Existem já países, como por exemplo o Reino Unido, onde a utilização do BIM é obrigatória nos projetos públicos de AEC. Adicionalmente, é de extrema importância referir que no âmbito das empresas de projeto, nomeadamente as que procuram abranger um leque de clientes mais alargado, é fulcral que se mantenham atualizadas e a par dos movimentos externos precisamente no sentido de não perderem competitividade internacional, nomeadamente em países onde esta obrigatoriedade é já uma realidade [53], [54]. Pois existem ínumeras vantagens na aplicação prática em portos, já comprovadas como no caso do porto de Coruña, que se podem extrapolar para qualquer infraestrutura portuária análoga que adote a metodologia BIM como ferramenta de gestão da manutenção e degradação [53]: • Representação tridimensional da infraestrutura num ambiente de dados integrado; • Armazenamento do histórico de inspeções e reparações executadas na infraestrutura; • Trabalho mais rápido e mais eficiente graças à parametrização de todos os elementos do modelo, permitindo a atualização automática de toda a informação contida nele sempre que é feita uma alteração; Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 65 Figura 21. Embarcações típicas amarradas aos cabeços de amarração da Doca 4 (fotografias pessoais). A cedência de serviço observada na Doca 4 caracterizou-se pela abertura de largas fendas, paralelas à linha do cais, fruto das excessivas ações de tração que as embarcações aplicavam enquanto amarradas através dos cabeços de amarração da doca, Figura 22. Figura 22. Abertura de fendas na Doca 4 fruto das ações de tração das embarcações amarradas sobre os cabeços de amarração (fotografia oferecida pela APDL). Enquanto porto comercial de extrema relevância regional e nacional, o Porto de Leixões, cuja operação é ininterrupta de imediato se mobilizou à reparação da doca. No entanto, a ocorrência deste evento crítico inesperado com consequências tão preponderantes ao Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 66 funcionamento do porto levantou a questão de como agir de modo a não tornar a repetir tão grave e inesperado evento. Foi assente nesta premissa, em torno da gestão da degradação do porto de forma preventiva e inteligente, que surgiu o projeto GIIP - Gestão Inteligente de Infraestruturas Portuárias, numa parceria entre a empresa 3Maps, a Administração dos Portos do Douro, Leixões e Viana do Castelo (APDL), Universidade do Minho e o Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC). Aliando a criticidade das infraestruturas portuárias a nível nacional, preponderantes ao comércio externo, com a exposição destas ao ambiente agressivo envolvente, assim como às intempéries marítimas, este contexto conduz a processos de degradação acelerados. Desta forma, verifica-se como essencial um instrumento de gestão que permita alocar os recursos, cada vez mais escassos, à gestão e manutenção preventivas destas infraestruturas com base em modelos preditivos avançados. Construído no decorrer do século XIX, o Porto de Leixões, como qualquer porto de enorme relevo internacional, enfrenta o desafio de gerir de forma otimizada os seus ativos, combatendo a degradação dos mesmos, para além de promover os seus planos de desenvolvimento. Atualmente, o Porto de Leixões depara-se com algumas fragilidades de gestão das infraestruturas. Apesar da monitorização e diagnóstico desenvolvidos através dos métodos tradicionais, nem sempre se consegue prever e avaliar, com os meios disponíveis, o nível de gravidade ou a urgência com que se deve intervir. Terá sido este contexto que levou à cedência de serviço no presente caso de estudo, Doca 4, com a abertura de fendas ao longo de toda a doca, paralelas à viga-cais, Figura 22. Face à gravidade do ocorrido, e numa ótica de realizar um estudo mais extenso sobre o estado atual e capacidade real da Doca 4, assim como preparar modelos de previsão e gestão que garantam o insight suficiente às partes interessadas e aos agentes decisores para que estes possam prevenir o mesmo de voltar a ocorrer numa outra doca, ou ativo do Porto de Leixões, que a Doca 4 foi eleita como o caso de estudo. Neste enquadramento, associados ao objetivo principal, encontram-se os seguintes objetivos específicos: • Conceber e desenvolver um novo modelo (mais ajustado à realidade) de previsão da performance de infraestruturas portuárias, que permita: Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 67 o Definir níveis de performance, incluindo ou não respetivas consequências (risco); o Simular o efeito de medidas de mitigação, de forma a ser assegurado o cumprimento dos níveis de performance no futuro; o Gerar tipologias de intervenção em função do estado de condição, dos custos e do nível de serviço. • Conceber e desenvolver uma plataforma modular de apoio à tomada de decisão, que permita: o Recolher e gerir dados provenientes de fontes de dados heterogéneas; o Estruturar a informação utilizando uma filosofia BIM (Building Information Modelling); o Integrar, de forma modular e transparente, diferentes modelos de performance de ativos portuários; o Otimizar os custos e benefícios dos vários cenários de intervenção; o Disponibilizar ao utilizador informação útil, de forma simples e intuitiva, sem necessidade de recorrer a ferramentas externas para perceção e orientação. 5.1.1. Constituição da Doca 4 A Doca 4, Figura 23, sobre a qual que são feitas descargas agroalimentares, está localizada no extremo interior do Porto de Leixões, precisamente em frente ao terminal de contentores sul. Estendesse ao longo de cerca de 550 metros, e é constituída por um conjunto estrutural, do qual foi modelado perfil-tipo, Figura 25. Este perfil-tipo representa um módulo que se repete ao longo do cais a cada 4,12 metros. Toda a estrutura da Doca 4 é constituída por betão da classe B225, é discretizada no seguinte conjunto de elementos (Figura 24 e Figura 25): Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 68 Figura 23. Imagem de satélite do Porto de Leixões, com Doca 4 salientada a amarelo, imagens obtidas através do Google Earth. • Vigotas: A estrutura do cais conta com um total de 23 vigotas pré-fabricadas em betão armado, que se estendem ao logo do desenvolvimento de toda a doca, paralelas à viga-cais. Asseguram a ligação entre os diversos módulos apoiados no sistema de estacas. Relativamente ao comportamento estrutural do cais, as vigotas desempenham um papel secundário, uma vez que estas assumem apenas a função de materializar um suporte para o pavimento. As vigotas pré-fabricadas têm secção retangular vertical de 0,3m x 0,6m. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 69 Figura 24. Perfil-tipo da Doca 4 (Desenhos técnicos fornecidos pela APDL). • Estacas de betão armado: O módulo transversal reproduzido da Doca 4 no modelo de elementos finitos, com base no perfil-tipo, que se repete a cada 4,19 metros, conta com uma estaca de betão armado diretamente sob a viga-cais e com um grupo de duas estacas de betão armado, em forma de "V", na parte mais interior do cais, ver Figura 24. As três estacas mencionadas têm secção circular com diâmetro de 1100 milímetros, o seu betão é de classe B225. O comprimento das estacas é de 27,5 metros para a estaca vertical, que se encontra diretamente abaixo da viga-cais, e de aproximadamente 29,9 metros para as duas estacas em "V" do grupo de estacas presentes na parte mais interior do cais, maior comprimento devido à inclinação de cerca de 80⁰ das mesmas, face à horizontal. Todas as estacas atingem uma profundidade de 27,5 metros, em relação à base da viga-cais, onde assentam sobre um maciço rochoso de grande qualidade, granito são, estando as pontas destas 0,50 metros, verticais, cravadas no mesmo. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 70 Face ao comportamento global da estrutura, as estacas de betão são elementos fundamentais no funcionamento da superestrutura do cais. Os deslocamentos associados à falha destes elementos, simulada no modelo através do método de cálculo mecânico com recurso a elementos finitos, são centimétricos ou subcentrimétricos. Por outro lado, a falha de qualquer um destes elementos terá como resultado adicional a redistribuição dos esforços e a provável falha de outros estruturais com consequências mais gravosas no funcionamento do conjunto. Conclui-se que, a falha de qualquer um destes elementos traria graves consequências, enquadrando-se no conjunto dos cenários mais gravosos em termos das consequências no funcionamento do cais. Figura 25. Constituição estrutural da Doca 4. • Estacas prancha: O conjunto de estacas prancha, que atingem a profundidade de 17,5 metros, em relação à base da viga-cais, atuam como muro de contenção quer para o enrocamento, quer para os aluviões lodosos que estão depositados sobre a camada de granitos alterados. O tardoz do muro de contenção, formado pelo conjunto de estacas prancha, encontra-se totalmente submerso durante toda a sua vida útil, tornando o conjunto especialmente suscetível à corrosão. • Viga principal: A viga principal (Figura 25) é uma viga transversal à doca que liga a vigacais ao apoio das estacas em "V", na retaguarda da estrutura. Tem uma secção retangular com 1,6 metros de largura e 2,3 metros de altura, conta com duas Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 71 indentações na parte superior que servem de apoio às vigotas pré-fabricadas, que por sua vez servem de suporte para o pavimento, Figura 27. • Viga interior: A viga interior desenvolve-se longitudinalmente, paralela à viga-cais. Posicionada sobre o encontro do grupo de estacas em "V", que lhe confere um apoio muito rígido que limita a deformação do conjunto. A viga interior conta com uma secção retangular com 1,4 metros de largura por 2,3 metros de altura, constituída, mais uma vez, por betão da classe B225. • Viga-cais: A viga-cais desenvolve-se longitudinalmente ao longo de toda a doca e materializa um elemento estrutural de importância fundamental para o funcionamento de todo o conjunto. É sobre esta que estão acopladas as defensas, assim como os cabeços de amarração dos navios, fazendo deste elemento aquele sobre o qual são mais diretamente aplicadas as ações dos navios, quer durante a acostagem, quer quando estão atracados e exercem trações sobre a viga, devido às ondulações que os deslocam e estão impedidas pelas amarrações, como se pode observar na Figura 26. Figura 26. Pormenor da viga-cais, defensas e cabeços de amarração no modelo de elementos finitios. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 72 Figura 27. Corte do alçado Oeste, Doca 4. • Defensas e cabeços de amarração: Uma das principais cargas sobre a estrutura do cais corresponde à ação das embarcações, quer na acostagem quer, quando presas aos maciços de amarração, por ação das oscilações resultantes das marés ou do vento. Como a massa das embarcações é muito elevada, as forças aplicadas também o são. Como qualquer doca, a Doca 4 está equipada com cabeços de amarração, estes são elementos essenciais no apoio à atracagem dos navios assim como assegurar uma ancoragem estável, impedindo que estes fiquem instáveis perante as oscilações da água no cais. Os cabeços de amarração presentes na Doca 4 são do tipo "T-Head", este tipo de modelo é um dos mais comummente utilizados devido à sua simplicidade e elevada capacidade que pode atingir as 300 toneladas, Figura 28. Além dos cabeços de amarração, a Doca 4, conta ainda com defensas do tipo célula (do inglês "Cell Fender"), estas têm como finalidade auxiliar a atracagem dos navios, impedindo que estes choquem contra a doca, dissipando a energia de possíveis embates, Figura 26 e Figura 29. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 73 Figura 28. Geometria de projeto do cabeço de amarração (Desenhos técnicos fornecidos pela APDL). Figura 29. Doca 4, com defensas tipo célula, semi-submersas, e cabeços de amarração (fotografia oferecida pela APDL). 5.2. Implementação de metodologia BIM na Doca 4 Em coerência com todas as potencialidades e vantagens trazidas pela implementação da metodologia BIM, não só em fase de projeto, mas também ao longo de toda a vida útil do Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 74 ativo como ferramenta de gestão da manutenção, tal como descrito no subcapítulo 4.3, foi feita a modelação BIM da Doca 4 do Porto de Leixões. O software de modelação BIM escolhido para desenvolver o modelo da Doca 4 foi o Autodesk Revit, uma vez que a Universidade do Minho disponibiliza licenças dos softwares do ambiente Autodesk que engloba todo um conjunto de softwares, desde softwares de desenho assistido por computador (softwares CAD, como o AutoCAD), software de modelação numérica para análise de modelos de elementos finitos (Robot Structural Analysis), entre outros. Adicionalmente, estes já têm desenvolvidos entre si ferramentas que lhes garantem interoperabilidade, quer seja através de plug-ins descarregados para os próprios programas, através do site oficial da Autodesk, ou então através dos formatos de exportação/importação que estes softwares já são capazes de trabalhar, precisamente com o intuito de garantir essa permuta de modelos entre si. Acrescentar ainda que os softwares da família Autodesk estão extremamente disseminados no setor AEC, sendo utilizados por um vasto número de empresas, desde projeto a construção, o que garante o acesso e edição contínua dos modelos desenvolvidos, mesmo em softwares com licenças pagas como o caso dos supracitados. Para a criação rigorosa deste modelo, a APDL - Administração dos Portos do Douro, Leixões e Viana do Castelo, forneceu um conjunto alargado de documentos, nomeadamente os desenhos técnicos que foram utilizados no projeto da Doca 4, tal como o apresentado na Figura 24. Foi com base nesses desenhos que foi realizada toda a modelação da doca. Na Figura 30 observam-se os parâmetros mecânicos definidos, com o exemplo do betão aplicado (B225), para cada um dos respetivos materiais que compõem o modelo BIM. Estes parâmetros servem simultaneamente como base de dados da composição do ativo e como caracterização mecânica do mesmo, tornando o modelo apto a ser integrado num software de cálculo estrutural. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 81 capacidade de carga da mesma. No projeto GIIP tinha já sido implementado o uso do software Salomé-Meca, um software com inúmeras vantagens, nomeadamente a sua natureza opensource, a sua capacidade de desenvolver análises estáticas e dinâmicas não lineares, de natureza mecânica, térmica e acústica. Sendo ainda capaz de trabalhar com fluídos, extremamente pertinente para trabalhos futuros no modelo da doca onde será feita a adição do mar que a banha. Neste contexto, foi adotado o Salomé-Meca como o software onde serão feitas todas as análises e simulações de carga do projeto. O capítulo seguinte procura oferecer ao leitor uma breve introdução ao software de análise estrutural adotado, SALOME_MECA, guiando-o através das motivações que levaram à sua escolha, assim como através dos passos fundamentais que foram seguidos na realização deste trabalho. 5.3. Modelo geotécnico e estrutural para análise mecânica da Doca 4 5.3.1. Modelação em software open-source: SALOME_MECA O primeiro estudo a realizar com fim a averiguar a capacidade estrutural da doca e, por conseguinte, os limites de segurança na utilização da mesma, trata-se da execução de uma análise mecânica. Desta forma, efetuou-se uma análise estática com vários cenários de carregamento. Várias configurações de posicionamento de carga, assim como alternância dos valores das mesmas, foram simuladas com o objetivo de compreender a influência que diferentes utilizações têm sobre a estrutura global, podendo assim aferir a sua resposta de modo a definir um limite último às capacidades da mesma. Tornando assim possível balizar os limites para uma utilização segura. Com vista à realização destas análises, o software de cálculo que se demonstrou mais adequado às necessidades do projeto foi o "Code_Aster", escolha fundamentada nas ínumeras valências descritas ao longos dos seguintes parágrafos. Trata-se de um solver, baseado na teoria da mecância dos meios contínuos, que utiliza o método dos elementos finitos (FEA) para resolver problemas mecânicos, térmicos, acústicos, sismicos, de fadiga, não-lineares, entre outros. É um software para simulação geral de problemas mecânicos e cálculo de estruturas [56]. Este solver consiste num pacote open-source desenvolvido desde 1989 pelo setor de “Análise Mecânica Avançada” do departamento de pesquisa e Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 82 desenvolvimento da francesa EDF (Électricité de France). ASTER significa “Analyzes des Structures et Thermomécanique pour des Études et des Recherches”, em português: “Análise Estrutural e Termomecânica para Estudos e Pesquisa” [56]. A grande vantagem da utilização do Code_Aster advém da sua natureza open-source. O facto deste software ter sido/estar a ser desenvolvido em código aberto garante ao utilizador total controlo sobre o funcionamento do mesmo, logo, total controlo sobre as simulações que executa. Pode então configurar e personalizar qualquer etapa da sua análise. Liberdade essa que não é possível com o uso de softwares comerciais. O Code_Aster pode ser utilizado de forma gráfica, através do ambiente AsterStudy, que garante uma experiência mais "user friendly", ou através de linhas de comando, através do ambiente ASTK, associado a maior produtividade [56]. Como tem vindo a ser mencionado, o Code_Aster trata-se somente de um solver de FEA (análise de elementos finitos), a sua utilização é feita de forma integrada com ambientes/módulos de criação de geometria, criação de malha, assim como de um pósprocessador que permitirá a visualização dos resultados calculados pelo solver, como podemos observar nos esquemas das Figura 35 e Figura 36 [56]. Figura 35. Arquitetura de um módulo de CAE (Computer Aided Engineering) [58]. Posto isto, um excelente pacote CAE (Computer Aided Engineering) a usar, também ele opensource, que condensa todos estes módulos interdependentes num único software é o "Salome_Meca". Este consiste numa plataforma integrada de simulação onde constam todos Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 83 os módulos para que o utilizador possa ter uma experiência completa, desde a modelação geométrica, ao cálculo e visualização dos resultados. No qual está integrado o módulo "AsterStudy" da Code_Aster como componente solver do pacote, de acordo com a Figura 36 [56]. Figura 36. Arquitetura do módulo CAE: SALOME_MECA [58]. O pacote Salome_Meca conta com os seguintes módulos, que se apresentam na interface gráfica do software tal como na Figura 37 [56]: 1. Geometry: Para criação de CAD ("Computer Aided Design") de forma paramétrica; 2. Shaper: Possui um comportamento semelhante às ferramentas de CAD comerciais; 3. Mesh: Para a discretização de malhas; [57] 4. AsterStudy: Interface gráfica que permite realizar a configuração dos casos a serem executados no Code_Aster. Também permite iniciar os cálculos, acompanhar o desenvolviemnto dos mesmos e ter acesso aos resultados; 5. ParaVis: Consiste numa poderosa ferramenta de visualização e pós-processamento. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 84 Figura 37. Interface gráfica do Salome_Meca, apresentação dos módulos do pacote [58]. Para desenvolver uma modelação geométrica, tal como a que será descrita para a Doca 4, é utilizado o módulo "Geometry" do pacote supracitado "Salome_Meca" (Figura 36 e Figura 37). Como explicitado anteriormente, dada a aplicação generalizada deste software nas mais diversas áreas, desde a análise estrutural a análises térmicas ou acústicas, este software não se encontra altamente parametrizado como outros softwares de modelação mais convencionais. Quer isto dizer que nele não encontramos objetos/instâncias pré-concebidas que podemos simplesmente selecionar e posicionar no modelo. Todos os elementos/objetos constituintes do projeto têm de ser manualmente modelados através da manipulação de elementos de volume, área ou linha. Uma vez modelada a geometria sobre a qual se pretende correr as análises (mecânicas, térmicas ou acústicas), o módulo com interface gráfica que permite realizar a configuração dos casos de estudo a serem calculados pelo solver, Code_Aster, designa-se por "AsterStudy", Figura 38. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 85 Figura 38. Interface do módulo AsterStudy. De seguida apresentam-se todas as configurações, hipóteses de cálculo e parâmetros que devem ser considerados no módulo AsterStudy e que definem todos os aspetos das análises de simulação que foram desenvolvidas neste estudo. Para configuração de análises recorre-se aos seguintes comandos, visíveis na Figura 38: • Comando "Mesh”: É o comando que atribui à análise a malha de elementos finitos a ser calculada. • Comando "Model Definition”: É o comando onde se define o tipo de análise a ser calculada sobre a malha de elementos finitos. Neste tipo de estudo define-se que será calculada uma análise mecânica sobre toda a malha com recurso a uma modelização 3D. De referir ainda que este software permite seccionar a malha em subgrupos onde se pretendam fazer análises distintas que podem ser mecânicas, acústicas ou térmicas. • Comando "Material”: É no comando "Material", pela opção "Define Material", que são definidos todos os materiais reconhecidos pelo software, através da introdução dos valores das suas características mecânicas (Figura 39). As propriedades mecânicas a introduzir devem estar em conformidade com o tipo de análise a realizar. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 86 Após a definição de todos os materiais com os quais se pretende povoar o modelo, é também no comando "Material", através da opção "Assign Material", que se executa a atribuição de cada material ao respetivo elemento individualizado do modelo geométrico (Figura 39 e Figura 40). Essa mesma atribuição está igualmente registada nas Tabela 1 e Tabela 2, onde é possível observar a referência (nome de determinado elemento no modelo da doca) na segunda coluna das tabelas e o respetivo material que foi associado a cada um desses elementos, na coluna seguinte. Figura 39. Definição e atribuição dos materiais ao modelo. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 87 Figura 40. Atribuição de cada material ao respetivo grupo de elementos. • Comando "BC and Load”: No comando "Boundary Conditions and Load", como o próprio nome indica, são definidas as condições fronteira e os carregamentos a aplicar no modelo. Os apoios do modelo são definidos através da imposição de deslocamentos nulos nas faces que se pretendem imobilizar (através do comando "FACE_IMPO", nas respetivas direções onde se pretende que não haja deslocamento: DX = 0 e/ou DY = 0 e/ou DZ =0). Os carregamentos são aplicados através do comando "FORCE_FACE", onde é aplicada uma carga uniformemente distribuída na(s) face(s) selecionada(s), com determinado valor e na direção pretendida (FX e/ou FY e/ou FZ). Para que a análise inclua a ação do peso próprio dos elementos é necessária a introdução do valor da aceleração da gravidade manualmente, na direção vertical que corresponde, neste modelo, ao eixozz. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 88 • Comando "Analysis”: No comando "Analysis" é feita a seleção de quais os carregamentos e condições fronteira, que foram definidos anteriormente no comando "BC and Load", serão aplicados na análise. • Comando "Output”: No comando "Output" é definida a localização para a qual irá o ficheiro de resultados da análise. Uma vez apresentados os principios fundamentais do Salomé-Meca, assim como as etapas essênciais a seguir no software, far-se-à, no próximo subcapítulo, uma apresentação extensiva de toda a metodologia aplicada no estudo conduzido sobre a Doca 4. 5.3.2. Metodologia aplicada à modelação do caso de estudo: Doca 4 Estabelecidas as metas a alcançar no presente estudo, definiram-se os critérios fundamentais que seriam adotados ao longo do desenvolvimento de todo o trabalho. Um aspeto fundamental imediato a ter em consideração é o grau de complexidade que seria dado ao modelo. Neste aspeto, dado que o âmbito do presente trabalho não era a realização de um estudo detalhado da resposta mecânica da doca, mas sim a simulação de um número relativamente significativo de ensaios de carga, com fim a integrar os resultados na plataforma GIIP, com intuito de possibilitar um acesso e análise mais acessíveis, intuitivos e dinâmicos às entidades gestoras, somado aos limites temporais dados à realização deste trabalho, seriam adotadas algumas simplificações. As simplificações do modelo, que consequentemente se refletem nos resultados obtidos dos ensaios de carga, foram as seguintes: Simplificações da Análise: Materiais em regime Elástico-Linear: Dado o âmbito do presente trabalho, considerou-se aceitável a limitação do comportamento dos materiais ao seu regime elástico-linear. Deste modo, consegue-se caracterizar os materiais de forma expedita, necessitando apenas de definir o seu módulo de elasticidade (E), coeficiente de Poisson (ν) e peso volúmico (γ). Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 89 Com a adoção deste comportamento, apesar de não serem aproveitadas ao máximo as capacidades dos materiais, explorando o seu regime plástico (comportamento não-linear), considerou-se de maior valor, face ao número relativamente elevado de simulações a conduzir, a rapidez com que se consegue correr cada análise (linear), especialmente quando comparada à mesma em regime não-linear. Utilização de betão simples (não armado): Nas memórias descritivas que a APDL forneceu para basear a modelação da Doca 4 constavam apenas informações das armaduras relativas às vigotas. Nenhum dos restantes elementos de betão armado, como a viga-cais, a viga principal ou estacas, trouxeram qualquer informação referente à quantidade ou configuração das armaduras. Como o foco deste modelo está na integração do conteúdo e devido à enorme dificuldade, e tempo que tomaria modelar as armaduras nas peças de betão armado num modelo tão complexo, todos os elementos que seriam de betão armado foram modelados como betão simples. Como todos os ensaios foram realizados em regime elásticolinear, estes elementos estruturais supracitados foram mecanicamente caracterizados da seguinte forma, apresentada no Quadro 6: Quadro 6. Parâmetros considerados na caracterização mecânica do betão. Parâmetro mecânico: Valor considerado: Módulo de Elasticidade (E) 30 GPa Coeficiente de Poisson (ν) 0,25 Peso Volúmico (γ) 2500 kN/m3 Ausência do efeito do impulso horizontal dos solos: Assim como não houve acesso à informação relativa às armaduras dos elementos de betão armado, a informação referente ao material terroso foi também escassa, não sendo suficiente para caracterizar os materiais ao nível da determinação dos impulsos horizontais que exercem sobre o meio envolvente. Deste modo, a única ação exercida pelos solos, considerada, é o seu peso próprio. À semelhança dos restantes elementos do modelo, todo o material rochoso e terroso foi simplificadamente assumido como um meio contínuo, homogéneo, isotrópico, em regime linear-elástico, sendo caracterizado mecanicamente através dos valores do: Módulo de Elasticidade (E); Coeficiente de Poisson (ν); e o Peso Volúmico (γ). Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 90 Ausência da água do cais: No âmbito simplificado da análise levada a cabo neste trabalho, o principal foco estava na observação do comportamento da doca face à solicitação de cargas que surgem sob a forma de carregamentos de granel que sobre esta são depositados. Neste primeiro estudo, a intenção foi de realizar uma análise estática do problema. Ora, a grande pertinência do estudo do efeito da água sobre o cais surge sob a forma das ondulações, fortes impactos frutos das movimentações da enorme massa de água que banha o cais. Para acautelar a degradação infligida por estas ações, seria necessário o desenvolvimento de uma análise dinâmica, que como foi referido, encontra-se fora das ambições e objetivos deste trabalho, que como mencionado, é a integração de resultados na plataforma de gestão. Adicionalmente, de grande importância referir que a água, quando simulada em regime hidrostático, análise estática, exerce uma ação sobre o tardoz do muro, composto pelas cortinas de estacas, que é favorável ao equilíbrio da estrutura, uma vez que a força horizontal que a água exerce sobre a doca contraria as forças de tração exercidas pelos navios amarrados nos cabeços, que a "puxam", criando grandes tensões de tração, sobretudo na viga principal. Este fenómeno já provocou graves danos na doca, ao nível do próprio pavimento, danos esses que têm vindo a ser inúmeras vezes explorados ao longo deste documento, rever Figura 22. Com a consideração de todas estas premissas, conclui-se que a simplificação que exclui a modelação da água que banha o cais não seria preponderante em termos da gravidade da ação que esta exerce, uma vez que está limitada ao regime hidrostático, fruto da análise estática. Antes pelo contrário, a simulação da água nas condições citadas seria favorável ao comportamento da estrutura, pois contribui para o seu equilíbrio global. Assim, considerouse mais conservador e mais pertinente, ao nível dos resultados a obter, a não consideração deste elemento nesta primeira modelação da Doca 4. Uma vez fixadas as condições iniciais e simplificações a adotar no modelo, assim como nas consequentes análises, segue-se a caracterização dos materiais a implementar neste. Estabelecem-se ainda as fronteiras de interação entre os diferentes materiais que dão origem aos diversos elementos que irão constituir o modelo geométrico. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 97 Figura 46. Definição das condições de apoio do modelo: Imobilização das faces extremas do modelo, a amarelo. [2/2] Desta forma, assumimos o meio externo, que contacta e define a fronteira do modelo, como sendo indeformável e assim constituir uma condição de apoio perfeitamente rígida para que todas as deformações provenientes do peso próprio e das cargas aplicadas no modelo sejam acauteladas dentro do mesmo. Definição da malha de elementos finitos: Finalizada a modelação e apoio da Doca 4, resta apenas definir a malha de elementos finitos que povoará o modelo. Na criação de uma malha, a dimensão e quantidade de elementos e nós que a constituem são as características chave que ditarão a qualidade e precisão dos resultados. Quer-se por isto dizer que, quanto menor a dimensão dos elementos, maior o seu número, e consequentemente maior número de nós, melhores serão os resultados finais da análise mecânica do modelo. Para se evitar um tempo excessivo por corrida de análise, uma forma inteligente de otimizar a qualidade/tempo dos resultados é definir estrategicamente a densidade de nós da malha consoante o nível de interesse na área em questão. Por outras palavras, nas zonas onde se sabe à priori que estarão instaladas maiores tensões/deformações, e por isso são o foco da análise, a malha é adensada precisamente para garantir resultados de maior qualidade. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 98 Contrariamente, nas secções do modelo onde são espectáveis menores respostas, a malha encontra-se mais dispersa, e por isso, mais rápida de resolver. Desta forma otimizam-se os tempos por corrida e garantem-se resultados de grande qualidade nas secções críticas do modelo. Em conformidade com as preocupações expressas, podemos observar na malha final gerada, Figura 47 e Figura 48, que as zonas de maior interesse ao estudo, como é o caso dos grupos e cortinas de estacas, da viga cais onde assenta o cabeço de amarração, das defensas, das vigotas, da viga principal, se encontram num tom verde mais carregado dado o aumento do número de elementos nesta zona, adensando a malha. Este cenário contrasta com as secções mais periferias do modelo onde a densidade da malha é significativamente mais baixa, uma vez que estas não representam zonas onde haja necessidade de obter resultados com tanta qualidade como nos outros elementos de maior interesse supracitados, cujos modos de rutura têm importância chave à estrutura global, pelo que devem ser rigorosamente avaliados. Figura 47. Malha de Elementos Finitos gerada sobre o modelo geométrico ("Mesh1"). Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 99 Figura 48. Malha de Elementos Finitos gerada sobre o modelo geométrico ("Mesh1"), em alçado. Tendo todos estes aspetos em consideração, foi gerada automaticamente, com recurso ao algoritmo Netgen3d, Schöberl (1997), uma malha triangular de elementos finitos que já contempla todos os elementos do modelo, sejam eles linhas (elementos 1D), faces (2D) ou volumes (3D), com as seguintes propriedades: • Dimensão máxima: 15 - Sendo dimensão máxima a máxima dimensão linear para as células da malha [58]; • Dimensão mínima: 0.05 - Sendo dimensão mínima a mínima dimensão linear para as células da malha [58]; • Finura: Moderada - A seleção da finura permite calibrar o nível de detalhe da malha [58]; • Malha: Otimizada - Faz com que o algoritmo modifique inicialmente a malha gerada com fim de melhorar a qualidade dos seus elementos [58]; • Malha de segunda ordem - Cria nós intermédios adicionais com fim a ajustar melhor a malha, obtendo resultados mais precisos [58]; • Malha com dimensão limitada pela curvatura da superfície. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 100 Com estes parâmetros obteve-se uma malha de elementos finitos, "Mesh1" (Figura 49), com: • 480 398 Pontos Nodais; • 314 217 Tetraedros do 2º grau. Figura 49. Cálculo da Malha de Elementos Finitos gerada sobre o modelo geométrico através do módulo Mesh do Salome_Meca. De referir ainda que foram criados dois grandes grupos de ensaios onde se recorreu à Mesh1 com discretização linear, análise mais rápida, porém resultados menos precisos, e um segundo grupo com discretização quadrática da malha, análises mais demoradas, mas com resultados de maior qualidade. O raciocínio por detrás desta abordagem será descrito com maior detalhe no capítulo afeto à análise dos resultados. Tendo definidas todas as características geométricas e mecânicas que compõem o modelo, assim como as hipóteses de cálculo adotadas, o próximo subcapítulo dedicar-se-á a explicitar as configurações de todos os cenários de carga simulados nas análises que foram levadas a cabo no presente trabalho. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 101 5.4. Ensaios de simulação de carga na Doca 4 As simulações de carga, desenvolvidas através do método dos elementos finitos, têm como intuito a realização de inúmeros cenários distintos. Estes cenários contam com variabilidade de configuração no posicionamento das cargas, assim como dos valores das mesmas. Variam ainda nas próprias configurações do modelo, consideração dos pesos próprios e restrições de deslocamentos. Todas estas variações têm em vista a obtenção de uma base de dados relativamente extensa, com resultados diversificados, que possam ser integrados na plataforma de gestão da manutenção, alimentando-a. Onde, depois de compilados, será facilmente observável a variação e evolução da resposta da estrutura face ao carregamento aplicado. Para a organização da variabilidade de cenários em estudo, foram criados três grandes grupos. Estes distinguem-se pelos pesos próprios considerados e encastramento (ou ausência deste) da viga principal no modelo: • Grupo 1: Foi considerado o peso próprio de todos os elementos do modelo; • Grupo 2: Não foi considerado o peso próprio de qualquer elemento do modelo, através da omissão do parâmetro da aceleração gravítica; • Grupo 3: Não foi considerado o peso próprio de qualquer elemento do modelo, através da omissão do parâmetro da aceleração gravítica. Adicionalmente, foram imobilizadas, através dos deslocamentos em todas as direções igualados a zero, as faces extremas/encontros da viga principal onde esta liga à viga-cais e à viga interior, (Figura 50). Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 102 Figura 50. Faces encastradas da viga principal (Grupo 3). Para fazer um estudo mais focado no comportamento localizado da viga principal, sobre a qual assenta toda a subestrutura do pavimento da Doca 4 e é feita a ligação da estaca frontal ao grupo de estacas em "V", interiores à doca, foi criado um terceiro grupo que se distingue dos restantes pelo aumento da rigidez nas ligações da viga. Esta condição foi conseguida através do encastramento das faces extremas/encontros da viga principal, imobilizando os deslocamentos onde esta se liga à viga-cais e à viga interior, tal como representado na Figura 50. Na modelação da Doca 4 foi tido em atenção o aspeto do posicionamento das cargas, tendo sido criadas para o efeito um conjunto de 20 "fatias", como pode ser observado na Figura 51, que definem a área sobre a qual é feita a colocação do material a granel. Definindo-se ensaios distintos de posicionamento de cargas uniformemente distribuídas, descritos nos Quadro 7 e Quadro 8, assim como na Figura 52. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 103 Figura 51. Área de carregamento dividida em 20 “fatias”. Quadro 7. Listagem de ensaios de carga. [1/2] Ensaio Zona Carregada Fatias Carregadas Objetivo Ensaio 1 Meio vão da viga Fatias 13 a 18 Observar a deformação da viga principal quando a totalidade das cargas é aplicada na zona central do seu vão. Ensaio 2 Totalidade da viga Fatias 10 a 20 Observar a deformação da viga principal quando esta é carregada na sua totalidade. Ensaio 3 Viga e Pavimento Fatias 1 a 20 Observar a deformação da viga principal e assentamento do pavimento quando carregados na sua totalidade. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 104 Quadro 8. Listagem de ensaios de carga. [2/2] Ensaio Zona Carregada Fatias Carregadas Objetivo Ensaio 4 Totalidade até uma distância de 6 metros do tardoz do cais. Fatias 1 a 14 Cenário real: Nos trabalhos de descarregamento de granel na Doca 4, as cargas apenas começam a ser posicionadas a uma distância mínima de 6 metros a partir do tardoz do cais. Ensaio 5 Totalidade até uma distância de 4 metros do tardoz do cais. Fatias 1 a 16 Cenário conservador: Apesar das cargas, formalmente, serem apenas colocadas com uma distância mínima de 6 metros a partir do tardoz do cais, para acautelar eventuais desvios/incorreções do posicionamento da mesma, foram carregados 2 metros adicionais. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 105 Figura 52. Configuração das áreas carregadas por ensaio. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 106 Em diálogo direto com a APDL foi definido que a carga máxima, a qual é permitida aplicar sobre a Doca 4, são 10 ton/m2, ou seja, 100 kN/m2. Partindo deste valor de referência, definiuse que o intervalo de cargas a aplicar nas simulações seria de: 5; 10; 15; 20; 25 e 30 ton/m2, por forma a procurar o limite último real da mesma, através da avaliação dos seus respetivos deslocamentos/deformações. Em síntese, o estudo realizado dividiu-se em 3 grupos que definem as condições iniciais do modelo, em cada um desses três grupos foram corridos os 5 ensaios, que ditam o posicionamento das cargas ao longo da doca, sendo que, cada um desses ensaios foi repetido para todos os valores de carga enunciados, tal como esquematizado na Figura 53. Desta forma, o número de cenários/análises de carga calculados foi de 90, com recurso a uma interpolação linear da malha de elementos finitos. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 113 Figura 58. Mapa de deformação, em metros, para Ensaio 3 (30 ton/m2), Grupo 1. Figura 59. Mapa de deformação, em metros, para Ensaio 3 (30 ton/m2), Grupo 2. Figura 60. Mapa de deformação, em metros, para Ensaio 3 (30 ton/m2), Grupo 3. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 114 Finalmente, de forma a proporcionar uma visão geral sobre todos os resultados obtidos, apresentam-se nas seguintes imagens, Figura 61, Figura 62 e Figura 63, os valores extremos para cada Grupo em cada um dos cinco ensaios, para todas as cargas aplicadas. Por fim, apresentam-se os gráficos que condensam e estabelecem a comparação dos resultados de cada ensaio, ao longo de todas as cargas analisadas dentro do respetivo Grupo, Figura 64, Figura 65 e Figura 66. Figura 61. Resultados extremos das deformações para o Grupo 1. Figura 62. Resultados extremos das deformações para o Grupo 2. Carga DZ (máx) DZ (min) Carga DZ (máx) DZ (min) Carga DZ (máx) DZ (min) Carga DZ (máx) DZ (min) (Ton) (m) (m) (Ton) (m) (m) (Ton) (m) (m) (Ton) (m) (m) 5 -1,70E-01 0,00E+00 5 -1,70E-01 0,00E+00 5 -1,70E-01 0,00E+00 5 -1,70E-01 0,00E+00 10 -1,70E-01 0,00E+00 10 -1,70E-01 0,00E+00 10 -1,80E-01 0,00E+00 10 -1,80E-01 0,00E+00 15 -1,70E-01 0,00E+00 15 -1,70E-01 0,00E+00 15 -1,80E-01 0,00E+00 15 -1,80E-01 0,00E+00 20 -1,70E-01 0,00E+00 20 -1,70E-01 0,00E+00 20 -1,80E-01 0,00E+00 20 -1,80E-01 0,00E+00 25 -1,70E-01 0,00E+00 25 -1,70E-01 0,00E+00 25 -1,90E-01 0,00E+00 25 -1,90E-01 0,00E+00 30 -1,70E-01 0,00E+00 30 -1,70E-01 0,00E+00 30 -1,90E-01 0,00E+00 30 -1,90E-01 0,00E+00 Grupo 1 : Ensaio 1 Grupo 1 : Ensaio 2 Grupo 1 : Ensaio 3 Grupo 1 : Ensaio 4 Carga DZ (máx) DZ (min) Carga DZ (máx) DZ (min) (Ton) (m) (m) (Ton) (m) (m) 5 -9,20E-03 8,60E-08 5 -9,30E-03 1,10E-07 10 -1,80E-02 1,70E-07 10 -1,90E-02 2,10E-07 15 -2,80E-02 2,60E-07 15 -2,80E-02 3,20E-07 20 -3,70E-02 3,50E-07 20 -3,70E-02 4,30E-07 25 -4,60E-02 4,30E-07 25 -4,60E-02 5,30E-07 30 -5,50E-02 5,20E-07 30 -5,60E-02 6,40E-07 Grupo 2 : Ensaio 4 Grupo 2 : Ensaio 5 Carga DZ (máx) DZ (min) Carga DZ (máx) DZ (min) Carga DZ (máx) DZ (min) (Ton) (m) (m) (Ton) (m) (m) (Ton) (m) (m) 5 -2,20E-03 6,40E-08 5 -3,00E-03 1,10E-07 5 -9,40E-03 1,50E-07 10 -4,40E-03 1,30E-07 10 -5,90E-03 2,30E-07 10 -1,90E-02 3,10E-07 15 -6,50E-03 1,90E-07 15 -8,90E-03 3,40E-07 15 -2,80E-02 4,60E-07 20 -8,70E-03 2,60E-07 20 -1,20E-02 4,50E-07 20 -3,70E-02 6,20E-07 25 -1,10E-02 3,20E-07 25 -1,50E-02 5,70E-07 25 -4,70E-02 7,70E-07 30 -1,30E-02 3,80E-07 30 -1,80E-02 6,80E-07 30 -5,60E-02 9,20E-07 Grupo 2 : Ensaio 1 Grupo 2 : Ensaio 2 Grupo 2 : Ensaio 3 Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 115 Figura 63. Resultados extremos das deformações para o Grupo 3. Figura 64. Comparação dos resultados dos ensaios para o Grupo 1. Carga DZ (máx) DZ (min) Carga DZ (máx) DZ (min) Carga DZ (máx) DZ (min) (Ton) (m) (m) (Ton) (m) (m) (Ton) (m) (m) 5 -1,10E-03 9,40E-06 5 -1,10E-03 5,60E-06 5 -7,00E-03 1,00E-04 10 -2,20E-03 1,90E-05 10 -2,20E-03 1,10E-05 10 -1,40E-02 2,00E-04 15 -3,30E-03 2,80E-05 15 -3,30E-03 1,70E-05 15 -2,10E-02 3,00E-04 20 -4,40E-03 3,80E-05 20 -4,50E-03 2,30E-05 20 -2,80E-02 4,00E-04 25 -5,50E-03 4,70E-05 25 -5,60E-03 2,80E-05 25 -3,50E-02 5,10E-04 30 -6,60E-03 5,70E-05 30 -6,70E-03 3,40E-05 30 -4,20E-02 6,10E-04 Grupo 3 : Ensaio 1 Grupo 3 : Ensaio 2 Grupo 3 : Ensaio 3 Carga DZ (máx) DZ (min) Carga DZ (máx) DZ (min) (Ton) (m) (m) (Ton) (m) (m) 5 -7,10E-03 1,00E-04 5 -7,10E-03 1,00E-04 10 -1,40E-02 2,10E-04 10 -1,40E-02 2,10E-04 15 -2,10E-02 3,10E-04 15 -2,10E-02 3,10E-04 20 -2,80E-02 4,20E-04 20 -2,80E-02 4,10E-04 25 -3,50E-02 5,20E-04 25 -3,50E-02 5,10E-04 30 -4,20E-02 6,30E-04 30 -4,20E-02 6,20E-04 Grupo 3 : Ensaio 4 Grupo 3 : Ensaio 5 Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 116 Figura 65. Comparação dos resultados dos ensaios para o Grupo 2. Figura 66. Comparação dos resultados dos ensaios para o Grupo 3. Como afirmado anteriormente, os ensaios que resultaram nos cenários mais gravosos em termos de deformações tiveram o seu cálculo repetido com recurso, desta vez, a uma interpolação quadrática, que graças à interpolação não-linear que estabelece entre os nós da malha fornece resultados mais precisos que aqueles obtidos através da análise com malha interpolada linearmente. Assim, foram repetidos os ensaios 2 e 3 (com carga de 30 ton/m2) dos Grupos 1 e 2, para confirmação de resultados, Figura 67 até Figura 70. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 117 Por fim, foram sumariados e comparados os resultados obtidos através da interpolação linear da malha com os obtidos através da respetiva quadrática, Quadro 9. É possível observar que os resultados convergem, quase em absoluto, não tendo ficado nenhum ensaio com uma diferença superior a 10%, garantindo a fiabilidade e confiança nos resultados obtidos nos ensaios corridos com recurso à interpolação linear entre os nós da malha. Figura 67. Mapa de deformação, em metros, para Ensaio 2 (30 ton/m2), Grupo 1 (Interpolação Quadrática). Figura 68. Mapa de deformação, em metros, para Ensaio 2 (30 ton/m2), Grupo 2 (Interpolação Quadrática). Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 118 Figura 69. Mapa de deformação, em metros, para Ensaio 3 (30 ton/m2), Grupo 1 (Interpolação Quadrática). Figura 70. Mapa de deformação, em metros, para Ensaio 3 (30 ton/m2), Grupo 2 (Interpolação Quadrática). Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 119 Quadro 9. Comparação de resultados entre interpolação linear e quadrática da malha. Valores DZ Máx: Ensaio 2 (30 ton/m2) Int. Linear Int. Quadrática Diferença Grupo 1 -0,17 m -0,18 m 5,6 % Grupo 2 -0,018 m -0,018 m 0 % Valores DZ Máx: Ensaio 3 (30 ton/m2) Int. Linear Int. Quadrática Diferença Grupo 1 -0,19 m -0,19 m 0 % Grupo 2 -0,056 m -0,061 m 8,2 % Finalmente, obtidos todos os resultados dos ensaios, estes serão agora integrados na Plataforma de Gestão da Manutenção, acompanhados do modelo da Doca 4. Uma vez integrados, será a interface da plataforma a garantir o acesso a toda a informação afeta ao ativo, incluindo todos os cenários de simulação, obtendo-se assim uma ferramenta de gestão preditiva e integrada da manutenção. 5.6. Integração de modelos na Plataforma de Gestão da Manutenção 5.6.1. Criação e funcionamento da Plataforma de Gestão da Manutenção Com o intuito de fazer uma gestão inteligente, eficaz, integral e colaborativa da manutenção, esta deve ser baseada numa ferramenta unificada, sendo desenvolvidos os trabalhos de todas as entidades gestoras com recurso a uma única interface. Para esse efeito, foi criada pela empresa 3Maps uma plataforma que integra as ferramentas de gestão desenvolvidas ao longo de todo o projeto GIIP (Gestão Inteligente de Infraestruturas Portuárias). A plataforma criada tem por isso a função de acoplar as múltiplas ferramentas e modelos com o intuito final de estabelecer o seu funcionamento simultâneo conjunto. A base desta plataforma trata-se de um visualizador, com capacidades de edição, incluindo georreferenciação. A solução que se preconizou foi de uma aplicação Web multiplataforma que possui todos os requisitos base de uma plataforma BIM standard, além de permitir georreferenciar documentos Industry Foundation Classes (IFC) utilizando ortofotomapas e acesso gratuito à cartografia base disponível globalmente. Todos os componentes da solução foram desenvolvidos utilizando tecnologias open-source e de acesso universal gratuito. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 120 A plataforma em desenvolvimento tem por base o conceito do Digital Twin na construção, dispondo de modelos digitais 3D, permanentemente atualizados, incrementados com informação, que permita o conhecimento da realidade da obra em back-office, em tempo real, e facilite a tomada de decisão, incluindo o ajuste constante da alocação de recursos e o desenvolvimento dos processos de produção em condições ótimas e a sobreposição do domínio virtual com o domínio físico. As fontes de informação, assim como os motores que farão o tratamento da mesma, serão da mais variada natureza. A plataforma de gestão criada deve servir como uma interface de acesso única, gerindo e garantindo a interação e interoperabilidade entre toda a informação recebida, assim como do funcionamento conjunto de todos os motores que gerem essa mesma informação. Num estado final de desenvolvimento, a plataforma deve integrar e permitir às ferramentas de gestão desempenharem as seguintes funções: • Motores de tratamento e gestão da informação: o Plataforma SIG: A plataforma de gestão criada deve possuir, no seu cerne, uma plataforma SIG, com acesso ao contexto geográfico, numa escala macro, à doca e a todo o Porto de Leixões. Possuir bases de dados dinâmicas com aptidão para gerirem e trabalharem as mais variadas coletas de informação geo-localizada. Deve também permitir a integração do modelo BIM, a receção e gestão dos dados recolhidos dos sensores colocados in situ, montados nos cabeços de amarração. o Modelo BIM: O modelo BIM da doca/porto deve ser exportado no formato interoperável IFC e ser integrado na plataforma SIG da plataforma de gestão, com georreferenciação do modelo. Neste modelo tridimensional devem estar contidas todas as informações geométricas e semânticas da doca/porto, servindo como uma base de dados de toda a informação interna das Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 121 estruturas. Este deve também ser editável, no sentido de ser possível atualizar o modelo de forma a garantir a sua coerência com a realidade in situ dos ativos. Toda a informação presente neste modelo deve estar disponível para interagir, bidireccionalmente, com as restantes ferramentas de gestão da plataforma, quer sendo o modelo BIM a alimentar as restantes ferramentas com informação, quer sendo o modelo atualizado com as informações provenientes das mesmas. o Modelos Preditivos: Os modelos preditivos devem estar integrados na plataforma de gestão criada e interagirem como recetores e fontes de informação. Estes devem ser alimentados através das bases de dados SIG, assim como pelos dados dos sensores que estão emparelhados com a plataforma, sendo usados como fontes de informação dinâmica e em tempo-real, indispensáveis para o ajuste dos modelos preditivos à realidade (em constante variação) da doca/porto. Devem também usar a base de dados do IFC como fonte de informação, geométrica e mecânica, e usar o modelo 3D como uma interface visual e intuitiva para expor os resultados e avisos. • Fontes de informação (Inputs para as ferramentas de gestão): o Dados dos sensores colocados nos cabeços de amarração: Devem ser transmitidos e armazenados na plataforma criada, servindo como inputs para os modelos preditivos, assim como estabelecerem os valores de entrada das ações em possíveis análises mecânicas a serem feitas sobre o modelo da doca, como por exemplo, análises de capacidade de carga com recurso ao método dos elementos finitos. o Inspeções periódicas, visuais e de outra natureza: Devem ser utilizadas para atualizar o estado de conservação atual quer no modelo BIM, quer nos modelos preditivos. Devem ainda ser comparados os Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 122 valores registados, realidade das estruturas inspecionadas, com as previsões feitas pelos modelos preditivos, de forma a viabilizar os seus resultados. o Manutenções, reparações e alterações executadas na doca/porto: Devem ser utilizadas como fontes de informação para atualização do modelo BIM por forma ao mesmo ser editado/atualizado com fim a manter-se uma representação, um "twiin", coerente com a realidade existente in situ. Estas intervenções na doca/porto devem ser registadas no respetivo modelo BIM, utilizando-o também como uma base de dados de todo o histórico de intervenções. De seguida, na Figura 71, apresenta-se um resumo esquemático do funcionamento da plataforma de gestão da manutenção. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 129 Assim como o modelo original, o modelo povoado com os resultados, mapa de deformações, obtido através dos ensaios de carga com recurso ao método dos elementos finitos, foi também georreferenciado, representando-se na Figura 80 posicionado na sua localização, no porto. Figura 80. Georreferenciação do modelo de elementos finitos, com respetivos resultados, na plataforma de gestão. A plataforma criada é acessível a qualquer utilizador autorizado com ligação à internet, uma vez que a aplicação está a ser executada por uma máquina na Azure, serviço de computação em nuvem da Microsoft. De seguida apresenta-se o diagrama de implantação, ou seja, o diagrama utilizado para visualizar a instalação e execução do sistema desenvolvido através da representação dos nós/dispositivos de um sistema, os links de comunicação entre eles e o software guardado no hardware. A Figura 81 representa o diagrama de implantação, estando a solução desenvolvida em ambiente docker (virtualização aplicacional) alojada num servidor virtual privado (VPS) e deployed numa única máquina na Azure. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 130 Figura 81. Diagrama de implantação [59]. 5.6.3. Upgrade da Plataforma de Gestão da Manutenção Apesar do sistema atual, descrito nos subcapítulos anteriores, constituir uma primeira abordagem fundamental para a criação de uma plataforma de gestão da manutenção integrada, várias funcionalidades e capacidades devem ser adicionadas à mesma por forma a obter-se um produto final que corresponda a uma plataforma de gestão autónoma e autossuficiente, onde todas as ferramentas de gestão da manutenção estão unificadas, interligadas e acessíveis a partir de uma única interface, numa única plataforma, colaborativa multidisciplinar e dinâmica. Assim sendo, alguns aspetos que devem ainda ser desenvolvidos e implementados na plataforma são: • Representação 3D integrada no local: Neste momento, como é possível observar na Figura 78, o modelo da Doca 4 está posicionado, "pousado", sobre o mapa na sua exata localização geográfica. No entanto, como é obvio, a estrutura do modelo da doca encontra-se abaixo da superfície, devendo, em boa verdade, a face superior do modelo, a face do pavimento, corresponder à superfície do mapa. Neste sentido, o modelo da Doca 4, já georreferenciado e posicionado sobre o mapa, poderá ser integrado num modelo de nuvem de pontos da doca, executado através de um varrimento com tecnologia Lidar, de forma a ter o modelo posicionado, não só corretamente num plano aéreo 2D (num mapa, tal como está), mas também tridimensionalmente, ficando devidamente representado no contexto de toda a sua envolvência, integrado no local, tal como no exemplo da seguinte figura, Figura 82, Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 131 onde podemos ver que o modelo BIM, à direita, foi georreferenciado e integrado numa plataforma SIG com representação tridimensional completa da realidade in situ, à esquerda, estando perfeitamente integrado no local. Figura 82. Integração SIG/BIM com representação tridimensional, [60]. • Execução de todas as análises e operações das ferramentas de gestão diretamente através da interface da plataforma (integração total das ferramentas de gestão da manutenção na plataforma): Procura-se na criação de uma plataforma de gestão da manutenção (preditiva) que esta seja autónoma, expedita e colaborativa, ao ponto que as entidades gestoras responsáveis consigam executar rapidamente todas as operações, simulações, que necessitam. Neste momento, como demonstrado nos subcapítulos anteriores, a plataforma faz a integração dos modelos com os resultados das simulações de carga efetuadas, sendo capaz de integrar e representar os resultados das 90 simulações de carga distintas conduzidas sobre o modelo da Doca 4. No entanto, para ter uma verdadeira plataforma de gestão da manutenção integrada e eficiente, as simulações devem poder ser conduzidas diretamente dentro da plataforma de gestão. Isto é, se, por alguma razão, a entidade gestora quiser simular um cenário que não faça parte dos cenários de carga pré-feitos, o utilizador não deve ser obrigado a sair da plataforma, Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 132 dirigir-se a um software de cálculo estrutural, importar nesse o modelo, conduzir a simulação, extrair os resultados e voltar a integrá-los na plataforma. Este processo seria demasiado moroso e muito pouco otimizado, de modo que, o intuito final é de chegar a um ponto de desenvolvimento da plataforma onde possam ser-lhe introduzidos diretamente os inputs, da simulação a correr, diretamente na sua interface, e a própria faz todo o processo de cálculo, apresentando os resultados no visualizador de seguida, sem mais qualquer intervenção do utilizador, este apenas introduz os inputs na plataforma e esta encarrega-se de conduzir a análise e apresentar os resultados. De forma a garantir tal capacidade na plataforma esta terá, ou de incorporar um solver que calcule as simulações através dos inputs fornecidos pelo utilizador, ou ter um mecanismo de interação entre a plataforma e o software de cálculo a utilizar, sob a forma de uma extensão ou plug-in no tal software, para o qual a plataforma conduz os inputs introduzidos na sua interface e traz de volta para o visualizador os resultados obtidos, assim, o utilizador apenas contacta diretamente com a interface da plataforma de gestão da manutenção. • Garantia da acessibilidade da interface da plataforma: Como plataforma de gestão da manutenção, esta será usada por vários utilizadores encarregues de gerir o funcionamento otimizado da infraestrutura. Estes utilizadores podem, e com certeza, provirão de outras áreas que não necessariamente da engenharia civil. Esta questão levanta a importância para que a interface da plataforma, a forma como esta apresenta os resultados, as suas mensagens e avisos, seja suficientemente intuitiva, sem perder o seu rigor, ao ponto de ser fácil e indubitavelmente interpretada pelo utilizador que a opera. Quanto à apresentação dos resultados, mensagens ou avisos de perigo, seguindo esta ordem de pensamento, para o funcionamento quotidiano desta plataforma, os desenvolvedores deverão dar privilégio, por exemplo, na apresentação dos resultados sob a forma de mapas de cor legendados sobre o modelo tridimensional da doca, ao invés de gráficos com resultados "em bruto", de forma a procurar transmitir a informação essencial ao gestor da maneira mais visual possível, tornando-a mais intuitiva, menos dúbia, mais prática, e mais afeta a captar da atenção do utilizador. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 133 6. Considerações finais 6.1. Conclusões O objetivo principal da presente dissertação de mestrado consistiu no desenvolvimento e integração do modelo de degradação/desempenho de um ativo portuário numa plataforma de gestão da manutenção para previsão e melhoria da gestão das infraestruturas portuárias ao longo de todo o ciclo de vida. Para tal, foi escolhido como caso de estudo a Doca 4 do Porto de Leixões. Sobre esta, foi feita a modelação numérica com recurso ao software opensource: Salomé-Meca, onde foram configurados um conjunto de cenários distintos de carga por fim a aferir a resposta do ativo, ao nível das deformações/assentamentos, em função do carregamento aplicado. Posteriormente, este modelo, acompanhado dos respetivos resultados, foi integrado numa plataforma SIG por forma a obter uma plataforma de gestão da manutenção. Através de uma revisão da literatura afeta ao domínio da gestão da manutenção de infraestruturas portuárias, é preponderante a discussão que versa sobre a mudança de paradigma em relação à metodologia aplicada na gestão destas infraestruturas. Os autores distinguem os métodos tradicionais de manutenção, utilizados há décadas no setor, dos novos métodos de manutenção, defendendo uma transição global para os últimos. Por forma a mitigar as ineficiências inerentes aos métodos tradicionais, foram adotadas novas tecnologias tais como: plataformas SIG, implementação da metodologia BIM, modelos preditivos da degradação. A implementação destas tecnologias constituiu um novo método de gestão da manutenção, permitindo realizar uma manutenção preventiva. Foi feita a modelação BIM, em Revit, da Doca 4. A modelação deste ativo permitiu concluir que, apesar de ser amplamente implementada, nomeadamente ao longo da última década esta ainda não é expedita quando aplicada no âmbito de infraestruturas, nomeadamente portuárias, mesmo com recurso a um dos principais softwares do mercado (Revit). Quer isto dizer que a modelação da doca enfrentou limitações que dificultaram a sua realização, o que, inevitavelmente acabou por diminuir o realismo do modelo. Fala-se em particular da falta de parametrizações disponíveis para representar realisticamente os elementos do ativo em estudo. Desta forma, tiveram de ser feitas adaptações na modelação de alguns elementos Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 134 estruturais específicos, tais como nas cortinas de estacas, adicionalmente, é notória a falta de elementos essenciais a qualquer cais como cabeços de amarração ou defensas para os muro-cais. Todas estas ausências demonstram uma falta de prontidão dos softwares perante infraestruturas portuárias. A necessidade de adoção de soluções alternativas dificulta e diminuiu o realismo do modelo final, o que consequentemente aumenta a resistência à adoção desta metodologia e prejudica a sua utilização no controlo do ciclo de vida destes ativos. Após concluída a modelação BIM do ativo em estudo, o objetivo seguinte foi a criação de um modelo de degradação/desempenho. Neste seriam conduzidos um número alargado de simulações de carga por fim a aferir a resposta da estrutura, ao nível das deformações/assentamentos, face ao carregamento aplicado. Inicialmente ponderou-se a utilização do modelo BIM da doca como o modelo de simulação. Este seria exportado do Revit e importado num software específico de análise mecânica, nomeadamente no Robot Structural Analysis, também da família de softwares da Autodesk. Porém, este demonstrou várias limitações que fizeram dele uma solução pouco adequada para o contexto proposto. Nomeadamente, o facto do Robot S.A. ser mais adequado para o cálculo de análises lineares, a sua incapacidade de integrar o meio geotécnico e ainda a inconveniência associada ao facto deste ser um software comercial com licença anual paga. Dado que estas são análises de interesse contínuo ao longo de todo o ciclo de vida do ativo, obrigaria a uma subscrição ativa, caso fosse intenção desenvolver cenários adicionais. Neste contexto, foi tido conhecimento de um software open-source, Salomé-Meca, que respondia perfeitamente a todas as questões e inconveniências levantadas, pelo que foi implementado o seu uso, obrigando a uma nova modelação da doca. Trata-se de um software com capacidade de cálculo de complexas análises em regime não-linear, permitindo que no futuro aquando forem desenvolvidas análises mais pormenorizadas ao comportamento da estrutura, seja explorado o comportamento plástico, dos materiais de forma a aproveitar todas as capacidades dos mesmos, tendo por isso resultados de simulação mais realistas e otimizados. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 135 Foram realizadas 90 análises distintas de carregamento das quais foi possível acompanhar a evolução das deformações e assentamentos da doca. Nos piores cenários, os resultados globais obtidos mostraram uma deformação vertical de cerca de 1 mm a meio vão da viga principal, um assentamento de 7 mm relativo à ponta do grupo de estacas, e um assentamento de 19 cm na superfície do pavimento sobre o aterro. Estando a presente dissertação focada na integração de modelos de degradação numa plataforma de gestão da manutenção, não houve oportunidade para definir critérios de rotura para os elementos estruturais. Teria sido pertinente, caso fosse esse o âmbito deste trablaho, a definição de critérios de Estado Limite Último e de Serviço para cada elemento estrutural, comparando os valores desses critérios aos obtidos nos resultados por forma a aferir qual seria o limite real de carregamento na Doca 4. Como tal não foi possível, a avaliação dos resultados cingiu-se a uma análise comparativa da resposta da estrutura face à variação do carregamento aplicado. De mencionar ainda que, para um estudo criterioso, para aferir os estados limite da doca, seria pertinente voltar a correr os ensaios desenvolvidos, desta vez em regime não-linear, com a atribuição do critério de rotura de Mohr-Coulomb ao material geotécnico, de modo a aproveitar todas as suas capacidades e fornecer resultados mais realistas. Obtidos os resultados, estes foram finalmente integrados numa plataforma SIG de gestão da manutenção, criada pela empresa especialista 3MAPS. Foi feita a integração do modelo da doca, associada aos respetivos resultados. A solução preconizada para obtenção da ferramenta de apoio à decisão, foi precisamente o cálculo de um conjunto alargado de cenários de carga previamente num software especializado, Salomé-Meca, integrando de seguida todos os resultados obtidos na plataforma, de forma a criar uma base de dados para que o utilizador pudesse selecionar, na interface da plataforma, qual o cenário de carga ao qual gostaria de ver a resposta da estrutura. Esta solução tem a evidente limitação de não ser possível ao utilizador estudar um cenário de carga que não tenha sido previamente calculado e integrado na plataforma, ou seja, não faça parte da sua base de dados. Outro aspeto que deve ainda ser trabalhado é o da geolocalização e integração do modelo com o meio envolvente. Apesar de estar já geolocalizado e inserido no mapa, o modelo da doca aparenta “pousar” em cima da superfície, sendo que deveria estar abaixo desta, tendo apenas a face superior do pavimento alinhada com a linha de superfície do mapa. Para isso, e de modo aumentar o grau de perceção de toda a representação, o modelo poderia ser integrado com Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 136 um levantamento de nuvem de pontos de toda a doca, sendo o conjunto geolocalizado e inserido no respetivo mapa. Todos os aspetos discutidos demonstram a inúmera potencialidade de expansão do presente trabalho. Alguns dos pontos cujo desenvolvimento assenta diretamente na continuidade desta dissertação estão partilhados no seguinte subcapítulo enquanto trabalhos futuros. 6.2. Trabalhos futuros Relativamente aos ensaios de análise de cargas, conduzidos sobre o modelo de elementos finitos da Doca 4, com recurso ao software Salomé-Meca, estes representaram apenas uma primeira abordagem que traçou as linhas orientadoras daquelas que serão as próximas iterações do modelo e da configuração dessas mesmas análises. Devido ao limite temporal fixado à elaboração desta dissertação de mestrado, as análises de simulação sobre a doca viram-se forçadas a ficar dentro das condições altamente simplificadas que foram assumidas na sua configuração, simplificações como: a limitação no realismo da resposta dos materiais, tendo estes ficado limitados a um comportamento dentro do regime elástico linear, regime considerado para todos os elementos do modelo sem exceção; ou mesmo a própria discussão dos resultados desses mesmos ensaios que ficou limitada a uma abordagem global e superficial, sem grandes focos pormenorizados em locais de maior criticidade na resposta da estrutura às ações solicitantes, uma vez que o principal intuito deste trabalho era a obtenção de resultados que ilustrassem de forma expedita o comportamento global da doca para que pudessem ser integrados na plataforma de gestão da manutenção. Não obstante, aquando da realização dos trabalhos conduzidos, foram também traçadas ambições que representam a evolução que seria dada ao trabalho caso houvesse a disponibilidade temporal. Deste modo, as próximas metas a cumprir seriam: 1. Usufruir das capacidades avançadas de análise mecânica do Salomé-Meca, atribuindo aos materiais do modelo regime não-linear, elásto-plástico, assim como o critério de rotura de Mohr-Couloumb ao material geotécnico (com definição da coesão e ângulo de atrito), assim como a implementação do coeficiente de impulso horizontal nos aterros. Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 137 A não-linearidade da análise permitirá aos materiais usufruir do seu regime plástico, aproveitando ao máximo as capacidades últimas do material, sem comprometer a fiabilidade dos resultados; 2. Atualizar as configurações do comportamento dos materiais do modelo, de acordo com as descritas no ponto anterior, ponto "1.", e repetir os ensaios de carga descritos no subcapítulo 5.4, (Figura 52 e Figura 53); 3. Definição de critérios de rotura para vigotas e viga-principal. As vigotas representam uma subestrutura da doca que suporta diretamente o pavimento, onde são aplicadas as cargas sob a forma dos descarregamentos de granel. Por sua vez, a viga-principal é a estrutura sobre a qual as vigotas se apoiam. Como falamos de elementos em betão armado, deve recorrer-se ao Eurocódigo 2 para definição dos critérios de falha das peças para estados limite últimos e de serviço. Numa análise a sensibilidade, dadas as condições sob as quais se encontram o conjunto de vigotas e a viga-principal, é expectável que o estado limite condicionante destes elementos seja a largura excessiva de abertura de fendas (estado limite de serviço). Assim sendo, o primeiro passo a tomar será a definição da largura máxima admissível para abertura de fendas nestes elementos, recorrendo ao EC2. Como no atual modelo da doca, devido à sua complexidade, não foram modeladas as armaduras, será aconselhável fazer um estudo do comportamento destas vigas isoladamente num novo modelo, já com as respetivas armaduras modeladas. Nestes modelos isolados, de forma a garantir o máximo de rigor e realismo, deve ser aplicado um estado de tensão nestes elementos semelhante ao determinado nos ensaios de carga conduzidos previamente no modelo completo da doca, no Salomé-Meca; 4. Às análises de carga do modelo (Salomé-Meca), discutidas nos pontos "1." e "2." (Figura 52 e Figura 53), adicionar as forças aplicadas pelos navios, que resultam em esforços de compressão diretamente sobre as defensas durante o atracar, e de tração sobre os cabeços de amarração enquanto amarrados. Estes esforços de compressão e tração propagam-se ao longo de toda a estrutura do cais, com impacto direto e Aplicação de modelos BIM e SIG para a análise da degradação e gestão de infraestruturas portuárias 138 especial criticidade ao nível da viga-principal, viga-cais, muro de estacas e grupo de estacas, pelo que deve ser feito um acesso às tensões experienciadas por estes elementos, em diversos cenários distintos de utilização, acautelando esses esforços seguindo-se estudos de afetação aos possíveis modos de rotura nas zonas críticas mencionadas. Na seguinte figura, Figura 83, apresenta-se um esquema que, de forma muito simplista, ilustra a influência das ações na estrutura, assim como alguns dos aspetos que seriam de grande interesse o estudo, tais como: os esforços resistentes da vigaprincipal à tração e compressão, induzidos pelos navios atracados; a análise do possível modo de rotura da estaca e do muro de estacas, por flexão, no encontro com o leito do cais; o assentamento das estacas fruto do peso das cargas de granel depositadas sobre o pavimento da doca. Figura 83. Esquema simplificado da influência das diversas ações na doca. 5. Desenvolvimento de um sistema de análise da resposta mecânica e previsão, a longo prazo, da redução da capacidade de carga da doca, ao longo do tempo. O sistema será composto pelo modelo de elemento finitos, pelo registo de ações solicitantes à doca,