artigo 1 - aspectos gerais sobre a monitoração da ponte jk sobre o lago paranoá em brasília

V Simpsio EPUSP sobre Estruturas de Concreto 1

ASPECTOS GERAIS SOBRE A MONITORAO DA PONTE J K SOBRE O LAGO PARANO EM BRASLIA

Pedro Afonso de Oliveira Almeida (1); Fernando Rebouas Stucchi (2); Jos Fernando

Souza Rodrigues (3); Marcelo Waimberg (4); Daniel Berger (5)

(1) Professor Doutor, Departamento de Engenharia de Estruturas e Fundaes Escola Politcnica, Universidade de So Paulo LSE Laboratrio de Sistemas Estruturais Ltda.

e-mail: [email protected] (2) Professor Associado, Departamento de Engenharia de Estruturas e Fundaes

Escola Politcnica, Universidade de So Paulo e-mail: [email protected]

(3) Doutor em Engenharia de Estruturas pela EPUSP, Eng. da LSE Laboratrio de Sistemas Estruturais

LTDA. e-mail: [email protected]

(4) Mestre, Departamento de Engenharia de Estruturas e Fundaes, Escola Politcnica, Universidade de

So Paulo / EGT Engenharia e-mail: [email protected]

(5) Eng. Civil, Escola Politcnica, Unversidade de So Paulo / EGT Engenharia

e-mail: [email protected]

Resumo

Para a montagem e a monitorao da operao da Ponte JK, em Braslia DF, foi realizada uma instrumentao durante a fase de construo da ponte, empregando-se sensores para medida de deformaes especficas, deslocamentos dos blocos, foras nos estais, medida da temperatura, velocidade do vento e aceleraes. Os sensores foram interligados a um sistema de aquisio de dados, com protocolo TCP/IP e 3 condicionadores de sinais, operando simultaneamente ao longo da fase de montagem da obra. Em seguida a instrumentao foi empregada para a realizao dos ensaios dinmicos de recebimento da ponte e tambm vem sendo usada periodicamente para os ensaios de monitorao do trfego aleatrio, onde se pode avaliar o desempenho estrutural da ponte ao longo da utilizao.


1 Introduo

A terceira ponte sobre o Lago Parano, em Braslia, uma obra com trs (3) vos isostticos, com os tabuleiros metlicos estaiados em trs (3) arcos metlicos de duzentos e quarenta metros (240 m) de vo cada um, totalizando um comprimento de 720 metros. Os arcos esto com seus eixos principais oblquos em relao aos eixos dos tabuleiros, sendo que cada tabuleiro estaiado por apenas um arco. Os arcos esto engastados em dois blocos centrais de concreto armado, que coroam tubules de at vinte e oito (28 m) metros de altura. As ligaes entre os vos isostticos so com vos metlicos de quarenta metros (40 m) de comprimento cada, apoiados diretamente sobre pilares inclinados, que tambm esto engastados nos mesmos blocos de apoio dos arcos.

A relevncia do arranjo estrutural principalmente baseada na disposio oblqua (com eixo paralelo projeo da diagonal do tabuleiro), que resulta em um estaiamento em superfcie reversa. Essas questes so importantes em razo dos possveis diferentes comportamentos estruturais que possam resultar, por exemplo, em vibraes de seus elementos de sustentao devidas as cargas acidentais inerentes do trfego rodovirio, das aes do vento, que podem resultar em alteraes de suas caractersticas bsicas de desempenho e durabilidade. Essa uma das primeiras questes a enfrentar com a monitorao.

Adicionalmente, a estrutura, por ser estaiada em superfcie reversa em arcos, sempre mais esbelta que o usual, apresentando flechas significativas por cargas acidentais e tambm por variao trmica por ser tratar de uma obra com superestrutura metlica. O acompanhamento dessas flechas tambm til porque fornece informaes para a execuo da ponte durante as fases construtivas (contra-flechas) e de operao.

Finalmente, e da maior importncia, vem a questo da manuteno da obra. Como qualquer obra de arte usual, essa obra demanda um plano de manuteno que prev, no mnimo: um acervo tcnico estruturado e modelado, composto dos documentos de projeto e

as built da obra original e das recuperaes e reforos, relatrios de inspees e de campanhas de monitorao;

um manual de instruo das inspees, que define o que deve ser verificado e registrado nas inspees de rotina e nas inspees especiais;

um plano de monitorao, que contenha as fases de monitorao, contemplando a instrumentao e procedimentos de anlise do comportamento estrutural.

2 Equipamentos e materiais

Para a medida das variveis estruturais de interesse nas trs fases de monitorao e retroanlse foram utilizados sensores especficos para as medidas de fora, acelerao, deslocamentos lineares e angulares, deformaes especficas e temperatura, dispostos espacialmente ao longo dos trechos em arco da ponte: arco clubes, arco central e arco shis, Fig 1. integrados por um moderno sistema de aquisio de dados trabalhando na plataforma TCP/IP.


Fig. 1 Arranjo esquemtico dos trechos em arcos da 3a. Ponte sobre o Lago Parano,

BR Pte J K

As variveis estruturais, neste caso, so normalmente induzidas pelas aes ambientais, tais como ao do vento e temperatura, assim como pelas vibraes induzidas pelos veculos, que so identificados e monitorados por anemmetros, transdutores de temperatura, transdutores de deslocamentos, acelermetros e extensmetros eltricos de resistncia, Fig. 2, Fig. 3 e Fig. 4, para os arcos clubes, central e shis, respectivamente. O esquema integrado de aquisio de dados est mostrado na Fig. 5. e Fig. 6.

A seguir so especificados os equipamentos e sensores empregados na monitorao e ensaios dinmicos da ponte, com uma breve descrio das caractersticas bsicas de cada um:

- medida de foras clulas de carga do tipo monocordoalha, equipamento aplicado externamente ao dispositivo de ancoragem dos estais, para a medida direta da fora na ancoragem, com capacidade at 250 kN por cordoalha;

- medida de acelerao as aceleraes em estruturas civis induzidas por trfego e vento so de baixa amplitude, da ordem de 0,1 m/s2 e ocorrem tambm em frequncias baixas, neste caso de aproximadamente 0,4 Hz a 8,0 Hz, so medidas por sensores do tipo servoacelermetros com capacidades de 1g a 5g (g acelerao da gravidade 9,8 m/s2), em escala de 10-2 g, marca KYOWA, modelo ASQ-AL;

- medida de deslocamentos os deslocamentos (linear e angular) da ponte decorrem das aes acidentais, atuantes diariamente no sistema, assim como daqueles efeitos decorrentes de recalques ou outros tipos de acomodao ao longo das primeiras idades das estruturas, que so medidos por meio da


integrao das aceleraes em programas de computador tipo AQDADOS-SISDIN, no caso de aes dinmicas, ou por uma estao total topogrfica, para o caso das medidas quase estticas ao longo das primeiras idades da estrutura, com instalao de seis (6) prismas, sendo um em cada bloco (B5, B6 e B7) e um em cada seo central dos arcos (clubes, central e shis);

- medida de deformaes especficas as deformaes especficas da estrutura da ponte decorrentes tanto das aes acidentais quanto das aes permanentes so medidas por extensmetros eltricos colados diretamente sobre a regio de interesse, tipo KFG para instalao em regio de prospeco, tipo KFGT nas regies onde o efeito de temperatura for predominante e KCH para a monitorao de longa durao;

- medida de abertura entre peas estruturais na zona de interao entre a nascena do arco de concreto e arco metlico, inicialmente sero instalados amplificadores de deformaes para a determinao das aberturas, se houver, tipo transdutores BCD da KYOWA, fixados nas faces superior, inferior e laterais das nascenas dos arcos e na seo central, podendo assim avaliar os efeitos locais ao longo da montagem da estrutura;

- medida de temperaturas os efeitos estruturais so medidos simultaneamente com a temperatura, podendo assim realizar a correo dos efeitos induzidos pela temperatura, com a medida realizada por transdutores de temperatura tipo BTS da KYOWA, largamente empregados na instrumentao de estruturas;

- medida do vento os efeitos estruturais induzidos pela ao do vento so medidos pelos sensores de acelerao e extensometria simultaneamente com a velocidade e direo do vento, que sero medidos pelos anemmetros de copo, instalados na face superior da seo central de cada um dos arcos;

- veculo padro para excitao da ponte para a avaliao de desempenho da ponte, na fase de ajuste (antes da fase de operao) est sendo empregado um veculo tipo caminho com eixo caracterstico da classe 45, onde so instalados sensores para medida da fora aplicada no tabuleiro em tempo real e registrada simultaneamente com os respectivos efeitos ao longo do tabuleiro da ponte;

- sistema de aquisio de dados - ADS 2000 as medidas dos efeitos e aes de interesse so realizadas por meio do Sistema de aquisio de dados ADS 2000, de fabricao da LYNX Tecnologia Eletrnica LTDA, que amplifica, condiciona A/D, armazena dados em disco magntico gerenciado pelo programa de computador AQDADOS V.7 e interliga a outros sistemas tipo ADS 2000 por meio de interface com padro TCP/IP;

- retroanlise a retroanlise do sistema desenvolvida a partir das informaes do projeto e as primeiras informaes medidas na ponte a serem fornecidas pelo AQDADOS/SISDIN (programas de computadores do sistema ADS 2000), de onde sero desenvolvidos e melhorados os modelos


numricos para anlise esttica e dinmica, baseados em plataforma do sap 2000, verso nonlinear 8.0.

Nomenclatura: ANEM : anemmetro de copo; E #### : extensmetros nas 4 faces do arco; TD ####: transdutores de deslocamentos extensomtricos PR # : prisma para estao total LC # : clula de carga monocordoalha LCR# : clula de carga monocordoalha nos aparelhos de apoio ADS 2000 : condicionador de sinais HUB : dispositivo de rede em TCP/IP

Fig. 2 - Arranjo da instrumentao do arco clubes


Fig. 3 - Arranjo da instrumentao do arco central



Fig. 4 - Arranjo da instrumentao do arco shis

Fig. 5 Arranjo da instrumentao integrada clubes, central e shis


Fig. 6 Clula de carga para monocordoalha LCi, onde i o nmero do estai 3 Resultados Os resultados das variveis estruturais, que vem sendo medidas na ponte JK esto apresentadas nas figuras a seguir nas figuras 7 a 11.

Fig. 7 Instrumentao da seo transversal do arco extensmetros eltricos


Deformaes - ARCO SHIS (8A)

-900,0

-700,0

-500,0

-300,0

-100,0

100,0

300,0

13/06/02 03/07/02 23/07/02 12/08/02 01/09/02 21/09/02 11/10/02 31/10/02 20/11/02

Data

defo

rma

o e

spec

fica

(um

/m

E1E2E3E4E5E6E7

Fig. 8 Srie temporal de deformaes especficas em (m/m 10-6)

Fig. 9 Anemmetro instalado no arco central


Fig. 9 Clula de carga instalada nos tirantes de fixao do tabuleiro no apoio

Fig. 10 Srie temporal de foras durante 21 h, na fase montagem


Fig. 11 Diagramas de controle do estaiamento fase de montagem Brasla-DF

Fig. 12 Srie de aceleraes do trfego aleatrio aps a inaugurao ponte JK

FORAS NOS ESTAIS - ARCO SHIS - 80% - 3a. ETAPA

0

500

1000

1500

2000

2500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

ESTAI

FOR

A

, em

kN

Fora (kN) Fora EGT (kN)


Fig. 13 Diagrama de conforto humano, direo longitudinal, ponte JK ISO 2631/1991


4. Concluses

A instrumentao empregada na ponte JK foi essencial para montagem da ponte, pois possibilitou a medio das foras nos 48 estais em tempo real, permitindo que os fenmenos induzidos pela temperatura e modificaes das rigidezes de apoio (descarregamento do cimbre) fossem compensados ao longo da montagem. As foras de correo foram determinadas via modelo numrico calibrado em cada fase do processo com as informaes experimentais. Esse mtodo permitiu que as foras de montagem do estaiamento fossem ajustadas com os valores previstos no projeto rapidamente, reduzindo o tempo de estaimento de 3 meses para 18 dias, alm de garantir o ajuste final das foras dos estais.

Aps a fase de montagem a instrumentao implantada possibilitou a determinao das caractersitcas estticas e dinmicas da ponte, obtendo-se assim a Assinatura Dinmica da ponte, que ser empregada para efeito de comparao nas prximas avaliaes ao longo da vida da estrutura.

Deve-se tambm esclarecer que em razo das caractersticas geomtricas da estrutura, a estimativa computacional do comportamento estrutural da ponte apresenta elevado grau de dificuldade, alm das incertezas inerentes de um modelo estrutural. Portanto a instrumentao ser mantida pelo perodo mnimo de 3 anos, contados a partir da inaugurao da ponte, onde sero realizadas monitoraes perodicas da estrutura visando auxiliar o ajuste do programa de manuteno da ponte. Referncias bibliogrficas SOCIETY FOR EXPERIMENTAL MECHANICS, INC. Handbook on Structural Testing.

Edited by Robert T. Reese & Wendell A. Kawahara. USA. 1993. PENNER, Elisabeth. Avaliao de desempenho de sistemas estruturais de pontes de

concreto. Tese de Doutoramento. Orientador: Pedro Afonso de Oliveira Almeida. Escola Politcnica da USP, 2001.

artigo 1 - aspectos gerais sobre a monitoração da ponte jk sobre o lago paranoá em brasília

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