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426 IBRACON Structures and Materials Journal • 2013 • vol. 6 • nº 3
Monitoring of crack opening in masonry and concrete using mobile platform
1. Introdução
Nos últimos anos houve um elevado crescimento no segmento de
Construção Civil (aumento de 42,41% entre 2004 e 2010), poden-
do continuar a manter a expansão entre 4 e 5% para os próximos
anos [1]. Dessa forma cresce também o número de edificações
que apresentam alterações estruturais, em razão de atualizações
de projeto e mudanças ambientais locais. Neste contexto, existe
cada vez mais a preocupação com a inspeção de estruturas em
alvenaria e concreto, que podem apresentar modificações ou ava-
rias visíveis ao longo do tempo.
A análise de fissuras ou trincas é um importante item de segu-
rança a ser avaliado nas vistorias ou inspeções de estruturas na
Engenharia Civil [2], [3] e [4]. A vistoria das construções em alve-
naria permite observar a estabilidade ou aumento da abertura de
fissura, que pode indicar a necessidade de reparos estruturais. O
termo abertura de fissura envolve a abertura de uma ou mais fis-
suras em alvenaria e concreto. A alteração na abertura de fissura
é um item referencial na análise do técnico nas vistorias periódicas
estruturais. A vistoria é realizada na estrutura avariada em perí-
odos diferentes, para identificar possíveis alterações de fissura.
Um método de monitoramento constante da abertura de fissura
é o uso do instrumento extensômetro mecânico ou elétrico, insta-
lado entre as estruturas avariadas. Em outro método, a medição
convencional é obtida por um técnico de inspeção, com um instru-
mento de metrologia dimensional colocado manualmente sobre a
estrutura avariada. Na leitura da abertura de uma fissura, o técnico
observa no instrumento o traço de medida e o valor da escala cor-
respondente à abertura de fissura.
A observação direta na medição convencional é uma tarefa muito
minuciosa e exaustiva e depende da experiência do técnico. Além
disso, fatores como cansaço, fadiga e distrações podem contribuir
para conduzir a registros de dimensões de fissuras diferentes das di-
mensões verdadeiras. Embora essa técnica manual seja conhecida e
de baixo custo, o tempo demandado nas medições e as imprecisões
nos resultados têm motivado a pesquisa por métodos automáticos.
O objetivo do presente trabalho é contribuir com uma ferramenta
para a análise comparativa da abertura de fissura em alvenaria e
concreto. O propósito é reduzir a carga de trabalho do técnico de
inspeção, facilitando e produzindo resultados mais exatos e con-
sistentes (menor erro de repetibilidade).
Muitos trabalhos têm proposto a automatização dos processos
de identificação e avaliação da taxa de aumento de fissuras em
alvenaria. Alguns trabalhos utilizaram imagens de vídeo, apli-
cando técnicas de contraste de cor entre agregados do concreto
e a argamassa [5], e na detecção de fissuras em pavimento [6]
utilizou-se redes neurais artificiais. Todavia, outros trabalhos em-
pregaram rotinas de processamento de imagem para identificar
fissuras em alvenaria, com aplicação da análise de Fourier [7], e
na detecção de bordas de fissuras aplicando técnicas de binariza-
ção da imagem [8], [9] e [10]. Imagens de superfícies em alvenaria
preparada com fluorescência foram analisadas para a detecção
de microfissuras [11]. Filtros espaciais em imagem colorida foram
aplicados para realizar a separação da região da fissura do res-
tante da imagem [12]. Os detectores de borda Sobel e Canny,
associados com a transformada rápida de Fourier [13], foram uti-
lizados para identificar a região ocupada por fissuras em alvena-
ria. Com um algoritmo de processamento de imagem aplicando a
transformada Hough [14], obteve-se a verificação do comprimento
e largura (abertura) de fissuras. O detector de borda de Canny e
limiarização de Otsu [15] foi utilizado para identificar trincas em
tubos de concreto. A medição óptica de câmeras e a expressão de
Green-Lagrange [16] são ferramentas que foram aplicadas para
medições em fissuras. Filtros de textura na superfície da região
de interesse [17] foram utilizados para a identificação de fissuras.
Com webcam e ferramentas de imagens do software Matlab [18],
torna-se possível encontrar e medir as fissuras em alvenaria. Na
aplicação de algoritmo matemático [19] ocorre detecção de fissu-
ras pela diferença de reflexões de radiação de luz termográfica da
região intacta da alvenaria. As fissuras são também identificadas
por meio de um algoritmo [20] aplicando um filtro mediano na ima-
gem. As técnicas de fotogrametria digital [21] e [22] são utilizadas
para medir as dimensões de fissuras e estimar deformações em
estruturas da Eng. Civil. Apesar da exatidão e da consistência dos
resultados demonstrados por essas propostas, o desempenho da
maioria dos sistemas automáticos é dependente de uma platafor-
ma fixa para realizar a medição. A plataforma fixa é composta por
uma câmera de vídeo para a aquisição de imagens e um compu-
tador pessoal (PC) para executar os algoritmos de processamento
e de análise das imagens. Essa exigência contribui para restringir
parcialmente o uso de tais métodos em laboratórios de pesquisa
ou ambientes restritos.
O aumento da capacidade de processamento e de armazenamen-
to de dados, associados à integração de câmeras de vídeo de
alta resolução aos modernos telefones celulares de baixo custo,
têm permitido ampliar substancialmente o elenco de aplicações
desses sofisticados equipamentos portáteis. Nesse sentido, esse
artigo propõe a automação da comparação dimensional de fissu-
ras em alvenaria (alvenaria estrutural ou alvenaria de fechamento)
e em concreto, a partir da integração do hardware e do software
em uma única plataforma móvel. Para atingir tal objetivo, essa pro-
posta usou como plataforma móvel o aparelho celular Samsung
modelo Omnia WSGH-i677 UG, processador de 1,4 GHz e 512
MB (RAM) e sistema operacional Windows Phone 7.5.
Pretende-se contribuir para a redução da subjetividade do técnico
no monitoramento da abertura de fissura e das incertezas estatís-
ticas, quando comparadas com o método convencional.
Embora a capacidade de processamento dessas plataformas
móveis tenha aumentado, os algoritmos de processamento de
imagem originalmente desenvolvidos para PC ainda mostram-se
computacionalmente mais complexos, para serem executados
diretamente em aparelhos celulares. Nesse contexto, a otimiza-
ção de um algoritmo de processamento de imagem, tipicamente
utilizado em PC, de tal maneira que ele possa ser executado em
aparelho celular, representa outra contribuição desse trabalho.
O artigo é organizado conforme a seguir. A Seção 2 apresenta os
procedimentos necessários da medição convencional na avalia-
ção do aumento da abertura de fissura em alvenaria. O sistema de
monitoramento proposto é descrito na Seção 3. A Seção 4 apre-
senta o processamento digital da imagem e a Seção 5 discute os
resultados obtidos. As conclusões estão na Seção 6.
2. Método convencional
Em um procedimento convencional, o técnico de inspeção verifi-
ca o aumento da abertura de fissura ao longo de um período de
tempo, por meio da medição manual. Esse tipo de medição ma-