dinamica - dissertação ufrj

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  • 7/24/2019 Dinamica - Dissertao UFRJ

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    Universidade do Estado do Rio de Janeiro

    Centro de Tecnologia e Cincia

    Faculdade de Engenharia

    Joesley Pereira Mendes

    Anlise dinmica e controle de vibraes de passarelas de

    pedestres submetidas ao caminhar humano

    Rio de Janeiro2014

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    Joesley Pereira Mendes

    Anlise dinmica e controle de vibraes de passarelas de pedestres

    submetidas ao caminhar humano

    Dissertao apresentada, como requisitoparcial para obteno do ttulo de Mestre,ao Programa de Ps-Graduao emEngenharia Civil, da universidade doEstado do Rio de Janeiro. rea deconcentrao: Estruturas.

    Orientador: Prof. Dr. Jos Guilherme Santos da Silva

    Coorientador: Prof. Dr. Wendell Diniz Varela

    Rio de Janeiro

    2014

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    CATALOGAO NA FONTE

    UERJ / REDE SIRIUS / BIBLIOTECA CTC/B

    Autorizo, apenas para fins acadmicos e cientficos, a reproduo total ou parcial

    desta dissertao, desde que citada a fonte.

    Assinatura Data

    M538 Mendes, Joesley Pereira.Anlise dinmica e controle de vibraes de passarelas de

    pedestres submetidas ao caminhar humano / Joesley PereiraMendes. - 2014.

    212 f.

    Orientador: Jos Guilherme Santos da SilvaCoorientador: Wendell Diniz Varela.Dissertao (Mestrado)Universidade do Estado do Rio de

    Janeiro, Faculdade de Engenharia.

    1. Engenharia Civil. 2. Passarelas para pedestresDissertaes. I. Silva, Jos Guilherme Santos da. II. Universidadedo Estado do Rio de Janeiro. IV. Ttulo.

    CDU 625.712.34

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    DEDICATRIA

    Dedico este trabalho a Deus e a minha famlia.

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    AGRADECIMENTOS

    Deus, por ter me sustentado com sua fora e sabedoria ao longo desta

    caminhada.

    minha famlia, pelas oraes e torcida para que esse objetivo fosse concludo.

    Ao meu orientador, professor Jos Guilherme, pela grande oportunidade e confiana

    depositada, pelos preciosos conhecimentos ensinados, por todas as orientaes,

    pela pacincia, por todas as motivaes e pela amizade destes anos de trabalho.

    Ao meu Coorientador, professor Wendell, pela amizade, pelo seu conhecimento

    ensinado e fundamental para a concretizao deste trabalho, pela ateno sempre

    demonstrada e por todas as horas despendidas na sua coorientao.

    Aos professores e funcionrios do Programa de Ps-Graduao em Engenharia Civil

    da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (PGECIV UERJ), pelosensinamentos transferidos e contribuio em meu aprimoramento profissional.

    Aos meus colegas do mestrado pelo companheirismo.

    Aos colegas de trabalho Alan, Vernica, Carlos Dantas e Galdino pelos incentivos.

    FAPERJ pelo apoio financeiro.

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    O senhor a minha fora e o meu escudo;

    nele o meu corao confia,

    e dele recebo ajuda.

    Salmos 28:7

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    RESUMO

    MENDES, Joesley Pereira.Anlise dinmica e controle de vibraes de passarelasde pedestres submetidas ao caminhar humano. 2014. 212 f. Dissertao (Mestradoem Engenharia Civil)Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio deJaneiro, Rio de Janeiro, 2014.

    Passarelas de pedestres mistas (ao-concreto) e de ao sofrequentemente submetidas a aes dinmicas de magnitude varivel, devido travessia de pedestres sobre a laje de concreto. Estas aes dinmicas podemproduzir vibraes excessivas e dependendo de sua magnitude e intensidade, estesefeitos adversos podem comprometer a confiabilidade e a resposta do sistema

    estrutural e, tambm, podem levar a uma reduo da expectativa de vida til dapassarela. Por outro lado, a experincia e o conhecimento dos engenheirosestruturais em conjunto com o uso de novos materiais e tecnologias construtivas tmproduzido projetos de passarelas mistas (ao-concreto) bastante arrojados. Umaconsequncia direta desta tendncia de projeto um aumento considervel dasvibraes estruturais. Com base neste cenrio, esta dissertao visa investigar ocomportamento dinmico de trs passarelas de pedestres mistas (ao-concreto)localizadas no Rio de Janeiro, submetidas ao caminhar humano. Estes sistemasestruturais so constitudos por uma estrutura principal de ao e laje em concreto eso destinados travessia de pedestres. Deste modo, foram desenvolvidos modelosnumrico-computacionais, adotando-se as tcnicas tradicionais de refinamentopresentes em simulaes do mtodo de elementos finitos, com base no uso dosoftware ANSYS. Estes modelos numricos permitiram uma completa avaliaodinmica das passarelas investigadas, especialmente em termos de confortohumano. As respostas dinmicas foram obtidas em termos de aceleraes de pico ecomparadas com valores limites propostas por diversos autores e normas de projeto.Os valores de acelerao de pico e acelerao rms encontrados na presenteinvestigao indicaram que as passarelas analisadas apresentaram problemasrelacionados com o conforto humano. Assim sendo, considerando-se que foidetectado que estas estruturas poderiam atingir nveis elevados de vibrao quepossam vir a comprometer o conforto dos usurios, foi verificado que uma estratgia

    para o controle estrutural era necessria, a fim de reduzir as vibraes excessivasnas passarelas. Finalmente, uma investigao foi realizada com base emalternativas de controle estrutural objetivando atenuar vibraes excessivas, a partirdo emprego de sistemas de atenuadores dinmicos sintonizados (ADS).

    Palavras-chave: Passarelas de pedestres; Anlise dinmica; Modelagem em

    elementos finitos; Conforto humano; Vibraes excessivas; Controle de vibraes.

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    ABSTRACT

    MENDES, Joesley Pereira.

    Dynamic analysis and vibration control of pedestrianfootbridgessubjected to human walking. 2014. 212 f.Dissertao (Mestrado emEngenharia Civil)Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio deJaneiro, Rio de Janeiro, 2014.

    Steel and steel-concrete composite pedestrian footbridges are frequentlysubjected to dynamic actions with variable magnitudes due to the pedestriancrossing on the concrete deck. These dynamic actions can produce excessivevibrations and depending on their magnitude and intensity, these adverse effects cancompromise the structural systems response and its reliability and may also lead to areduction of the expected footbridge service life.

    The structural engineers experience and knowledge together with the use ofnewly developed materials and technologies have produced steel-concretecomposite daring footbridges. A direct consequence of this design trend is aconsiderable increase of structural vibrations.

    Based on this scenario, this dissertation aims to investigate the dynamicbehaviour of three steel-concrete composite pedestrian footbridge submitted tohuman walking vibration, located at Rio de Janeiro. These structural systems arecomposed by steel structure and a concrete slab and are destined for pedestriancrossing.

    Computational models were developed adopting the usual mesh refinementtechniques present in finite element method simulations using ANSYS software.These numerical models have enabled a complete dynamic evaluation of theinvestigated footbridges especially in terms of human comfort and its associatedvibration serviceability limit states.

    The dynamic responses were obtained in terms of peak accelerations andwere compared to the limiting values proposed by authors and design standards. Thepeak acceleration values found in the present investigation indicated that theanalysed footbridges have presented problems related to human comfort.

    Considering that it was detected that these structures could reach highvibration levels that might compromise the footbridge users comfort, it was proposed

    a structural control system in order to reduce the excessive vibrations. Thus, aninvestigation was performed based on some structural control alternatives forattenuating excessive vibrations using tuned mass damper (TMD) systems.

    Keywords: Pedestrian footbridges; Dynamic analysis; Finite element modelling;

    Human comfort; Excessive vibrations; Vibration control.

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    LISTA DE FIGURAS

    Figura 1 Passarela do Millennium em Londres [3]. ........................................ 25

    Figura 2 Passarela Solferino [6]. .................................................................... 25

    Figura 3 Vista geral da passarela Toda Park Bridge [8]. ................................ 26

    Figura 4 Vista da passarela Toda Park Bridge com grande fluxo de pedestres

    [8]. .................................................................................................... 26

    Figura 5 Passarela em Forchheim analisada [11]. ......................................... 34

    Figura 6 Vista da passarela estaiada analisada [31]. ..................................... 36

    Figura 7 Detalhes dos ADSs instalados na passarela investigada [31]. ........ 36

    Figura 8 Resposta medida no tabuleiro com e sem ADSs para um

    carregamento de vandalismo de 10 pedestres, com frequncia de

    1,55 Hz, com reduo de 90% da resposta [31]. ............................. 36

    Figura 9 Passarela em Podgorica [32]. .......................................................... 37

    Figura 10 Vista da passarela Pedro e Ins [14]. .............................................. 39

    Figura 11 ADSs horizontais instalados na passarela Pedro e Ins [15]. .......... 39

    Figura 12 Passarelas analisadas [36]. ............................................................. 40

    Figura 13 Dispositivo de controle instalado [36]. .............................................. 40

    Figura 14 Acelerao de pico recomendada para o conforto humano em

    vibraes originadas de aes humanas [22]. ................................. 52

    Figura 15 Curva base de vibraes para aceleraes verticais [50]. ............... 56

    Figura 16 Curva base de vibraes para aceleraes horizontais (transversal e

    longitudinal) [50]. .............................................................................. 57

    Figura 17 Organograma da metodologia Stra [5]. .......................................... 58

    Figura 18 Fator de minoraona situao de caminhadaCaso 1 e 2 [5]. .... 65

    Figura 19 Fator de minorao na situao de caminhadaCaso 3 [5]. .......... 68

    Figura 20 Organograma para verificao de desempenho dinmico [18]. ....... 70

    Figura 21 Fator de minorao [18]. .................................................................. 77

    Figura 22 Intervalos de frequncias nas direes transversal vertical e

    transversal horizontal na caminhada de um pedestre em passarelas

    [52]. .................................................................................................. 87

    Figura 23 Diagrama de cargas para um pedestre em caminhada para as

    direes transversal vertical e transversal horizontal [53]. ............... 87

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    Figura 24 Relao entre frequncia de passo, comprimento de passo e

    velocidade de movimento para caminhada e corrida [54] apud [55].89

    Figura 25 Representao de um pedestre em caminhada [29]. ...................... 91

    Figura 26 Funo de carregamento dinmico transversal vertical para pedestre

    em caminhada [1]. ............................................................................ 94

    Figura 27 Funo de carregamento dinmico transversal vertical para pedestre

    em caminhada [22]. .......................................................................... 96

    Figura 28 Funo de carregamento dinmico transversal vertical para pedestre

    em caminhada [43]. .......................................................................... 98

    Figura 29 Esquema de controle passivo [74]. ................................................ 102

    Figura 30 Isoladores de base [75]. ................................................................. 102

    Figura 31 Amortecedor visco-elstico [77]. .................................................... 103

    Figura 32 Amortecedor friccional [77]. ........................................................... 103

    Figura 33 Amortecedor metlico [77]. ............................................................ 104

    Figura 34 Amortecedor visco-fluido [4]. .......................................................... 104

    Figura 35 ADSs projetados por Battista [68] e instalados na ponte Rio-Niteri,

    Brasil. Acervo pessoal, 2013. ......................................................... 106

    Figura 36 Emprego dos ADSs no estdio do Macaran por Battista et al.[81,82]apud Varela [66,67]. ....................................................................... 106

    Figura 37 Emprego dos ADSs no estdio do Mineiro por Arajo et al. [79]. 106

    Figura 38 Emprego dos ADSs em pisos por Varela [66] e Varela e Battista

    [38].. ............................................................................................... 107

    Figura 39 Emprego de ADSs na passarela Britzer Damm em Berlim [83]. .... 107

    Figura 40 Emprego dos ADSs em uma passarela [80]. ................................. 107

    Figura 41 Amortecedor lquido sintonizado [84]. ............................................ 108

    Figura 42 Amortecedor de coluna lquida sintonizada [84]. ........................... 109

    Figura 43 Esquema de controle ativo [74]. ..................................................... 110

    Figura 44 Esquema de controle semiativo [74]. ............................................. 111

    Figura 45 Esquema de controle hbrido [74]. ................................................. 112

    Figura 46 Diagrama caracterstico de um ADS inventado por Frahm [95] em

    1909 e implementado em uma estrutura sem amortecimento

    excitado por uma fora harmnica. ................................................ 114

    Figura 47 Amplitudes da estrutura principal e do atenuador [98]. .................. 117

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    Figura 48 Diagrama caracterstico de um ADS desenvolvido por Den Hartog

    [98] e implementado em uma estrutura sem amortecimento excitado

    por uma fora harmnica. .............................................................. 118

    Figura 49 Amplitude do movimento da estrutura principal para q=0,9 e =0,2

    para distintos valores do coeficiente de amortecimento do ADS

    [101].. ............................................................................................. 119

    Figura 50 Modelo estrutural I. Dimenses em mm. ........................................ 123

    Figura 51 Modelo estrutural II. Dimenses em mm. ....................................... 125

    Figura 52 Modelo estrutural III. Dimenses em mm. ...................................... 126

    Figura 53 Elemento finito BEAM44 [104]. ...................................................... 128

    Figura 54 Elemento finito SHELL63 [104]. ..................................................... 129

    Figura 55 Elemento finito COMBIN14 [104]. .................................................. 129

    Figura 56 Elemento finito MASS21 [104]. ...................................................... 130

    Figura 57 Modelo computacional em elementos finitos - passarela (ME-I)

    [104].. ............................................................................................. 130

    Figura 58 Modelo computacional em elementos finitos - passarela (ME-II)

    [104]. ....................................................................................................... 131

    Figura 59 Modelo computacional em elementos finitos - passarela (ME-III)[104]. ....................................................................................................... 132

    Figura 60 Deslocamentos estticos do modelo estrutural I (ME-I). ................ 136

    Figura 61 Deslocamentos estticos do modelo estrutural II (ME-II). .............. 137

    Figura 62 Deslocamentos estticos do modelo estrutural III (ME-III). ............ 138

    Figura 63 Modos de vibrao do modelo ME-I. ............................................. 140

    Figura 64 Modos de vibrao do modelo ME-II.............................................. 142

    Figura 65 Modos de vibrao do modelo ME-III............................................. 144

    Figura 66 Fator de amplificao dinmica, FAD, em funo do parmetro de

    frequncia, ,para o modelo ME-I. ................................................ 146

    Figura 67 Fator de amplificao dinmica, FAD, em funo do parmetro de

    frequncia, ,para o modelo ME-II. ............................................... 147

    Figura 68 Fator de amplificao dinmica, FAD, em funo do parmetro de

    frequncia, ,para o modelo ME-III. .............................................. 148

    Figura 69 Pedestre em caminhada rpida, frequncia de 2,4 Hz no modelo

    ME-I. Dimenses em m. ................................................................. 149

    Figura 70 Respostas dinmicas no domnio do tempo do modelo ME-I. ....... 150

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    Figura 71 Pedestre em caminhada normal, frequncia de 2,0 Hz, modelo ME-

    II. Dimenses em m. ...................................................................... 155

    Figura 72 Respostas dinmicas no domnio do tempo do modelo ME-II. ...... 156

    Figura 73 Pedestre em caminhada com frequncia de 2,15 Hz, modelo ME-III.

    Dimenses em m. .......................................................................... 160

    Figura 74 Respostas dinmicas no domnio do tempo do modelo ME-III. ..... 161

    Figura 75 Locao dos ADSs no modelo estrutural I. .................................... 169

    Figura 76 Detalhes e caractersticas fsicas dos ADSs instalados no modelo

    estrutural I. ..................................................................................... 170

    Figura 77 Amplitudes de deslocamentos e aceleraes, sem e com controle

    (terico e real), no domnio do tempo para o modelo ME-I. ........... 172

    Figura 78 Aceleraes, sem e com controle (terico e real), no domnio da

    frequncia para o modelo ME-I. ..................................................... 173

    Figura 79 Locao dos ADSs no modelo estrutural II. ................................... 176

    Figura 80 Detalhes e caractersticas fsicas dos ADSs instalados no modelo

    estrutural II. .................................................................................... 177

    Figura 81 Amplitudes de deslocamentos e aceleraes, sem e com controle

    (terico e real), no domnio do tempo para o modelo ME-II. .......... 179

    Figura 82 Aceleraes, sem e com controle (terico e real), no domnio da

    frequncia para o modelo ME-II. .................................................... 180

    Figura 83 Locao dos ADSs no modelo estrutural III. .................................. 183

    Figura 84 Detalhes e caractersticas fsicas dos ADSs instalados no modelo

    estrutural III. ................................................................................... 184

    Figura 85 Amplitudes de deslocamentos e aceleraes, sem e com controle

    (terico e real), no domnio do tempo para o modelo ME-III. ......... 186

    Figura 86 Aceleraes, sem e com controle (terico e real), no domnio da

    frequncia para o modelo ME-III. ................................................... 187

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    LISTA DE TABELAS

    Tabela 1 Passarelas com sistemas de amortecimento implementados [18]. .. 28

    Tabela 2 Frequncia crtica para alguns casos especiais de estruturas

    submetidas a vibraes pela ao de pessoas [2]. .......................... 45

    Tabela 3 Fator de configurao da estrutura [44]. .......................................... 48

    Tabela 4 Fator de resposta dinmica [44]. ...................................................... 48

    Tabela 5 Frequncias da excitao e coeficientes dinmicos associados s

    aes humanas [22]. ........................................................................ 53

    Tabela 6 Valores recomendados para os parmetros P0, e limites para a0/gAISC [22]. ......................................................................................... 55

    Tabela 7 Aceleraes mximas admissveis [49]. .......................................... 56

    Tabela 8 Intervalos de acelerao para vibraes na direo vertical [5]. ...... 61

    Tabela 9 Intervalos de acelerao para vibraes na direo horizontal [5]. . 61

    Tabela 10 Faixas de frequncias com riscos de ressonncia para os modos de

    vibraes na vertical e horizontal longitudinal [5]. ............................ 62

    Tabela 11 Faixas de frequncias com riscos de ressonncia para o modo devibrao na horizontal transversal [5]. .............................................. 62

    Tabela 12 Casos de carregamento a serem considerados na anlise [5]. ....... 63

    Tabela 13 Densidade de pedestres a ser considerada [5]. ............................... 64

    Tabela 14 Coeficientes de amortecimento estrutural [5]. .................................. 64

    Tabela 15 Carregamento dinmico para o caso 1 [5]. ...................................... 65

    Tabela 16 Densidade de pedestres a ser considerada [5]. ............................... 66

    Tabela 17 Carregamento dinmico para o caso 2 [5]. ...................................... 67

    Tabela 18 Densidade de pedestres a considerar para o caso 3 [5]. ................. 67

    Tabela 19 Carregamento dinmico para o caso 3 [5]. ...................................... 68

    Tabela 20 Classes de trfego de pedestres e densidades [18]. ....................... 72

    Tabela 21 Definio das classes de conforto com intervalos de aceleraes

    limites [18]. ....................................................................................... 73

    Tabela 22 Exemplo de especificao de situaes especiais de projeto [18]. .. 73

    Tabela 23 Parmetros de amortecimento [18]. ................................................. 74

    Tabela 24 Parmetros de amortecimento para elevados nveis de vibraes

    [18]. ......................................................................................................... 74

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    Tabela 25 Intensidade da fora de um nico pedestre isolado [18]. ................. 76

    Tabela 26 Nmero de pedestres equivalentes [18]. .......................................... 76

    Tabela 27 Constantes para aceleraes verticais pelo mtodo dos espectros de

    resposta [18]. ................................................................................... 79

    Tabela 28 Constantes para aceleraes horizontais transversais pelo mtodo

    dos espectros de resposta [18]. ....................................................... 79

    Tabela 29 Constantes para avaliao da massa modal para o modo vertical e

    de toro [18]. .................................................................................. 80

    Tabela 30 Constantes para avaliao da massa modal para os modos de flexo

    lateral [18]. ....................................................................................... 80

    Tabela 31 Intervalos de frequncias crticas propostas por normas e guias deprojeto. ............................................................................................. 83

    Tabela 32 Aceleraes mximas propostas por normas e guias de projeto. .... 84

    Tabela 33 Frequncias mdias de passo propostos por diversos pesquisadores

    [51]. .................................................................................................. 86

    Tabela 34 Comprimento mdio de passo proposto por [1]. .............................. 88

    Tabela 35 Velocidades mdias de passo propostos por diversos pesquisadores

    [1]. .................................................................................................... 89

    Tabela 36 Correlao da frequncia de passo, velocidade e comprimento de

    passo para a ao de caminhada e corrida de pedestres [1]. .......... 90

    Tabela 37 Coeficientes dinmicos [1]. .............................................................. 93

    Tabela 38 Coeficientes dinmicos [22]. ............................................................ 95

    Tabela 39 Coeficientes dinmicos [41]. ............................................................ 97

    Tabela 40 Frequncias naturais do modelo ME-I. .......................................... 139

    Tabela 41 Frequncias naturais do modelo ME-II. ......................................... 141

    Tabela 42 Frequncias naturais do modelo ME-III. ........................................ 143

    Tabela 43 Amplitude das respostas dinmicas obtidas por meio da modelagem

    numrico-computacional para o modelo ME-I. ............................... 151

    Tabela 44 Comparao entre as aceleraes limites e as aceleraes obtidas

    para o modelo ME-I. ....................................................................... 152

    Tabela 45 Anlise das aceleraes mximas para o modelo ME-IStra [5]152

    Tabela 46 Anlise das aceleraes mximas para o modelo ME-I HIVOSS

    [18]. ....................................................................................................... 153

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    Tabela 47 Resultado analtico da acelerao mxima para o modelo ME-I

    AISC [22]. ....................................................................................... 153

    Tabela 48 Amplitude das respostas dinmicas obtidas por meio da modelagem

    numrico-computacional para o modelo ME-II. .............................. 157

    Tabela 49 Comparao entre as aceleraes limites e as aceleraes obtidas

    para o modelo ME-II. ...................................................................... 157

    Tabela 50 Anlise das aceleraes mximas para o modelo ME-II Stra

    [5]...... ............................................................................................. 158

    Tabela 51 Anlise das aceleraes mximas para o modelo ME-II HIVOSS

    [18]. ................................................................................................ 158

    Tabela 52 Resultado analtico da acelerao mxima para o modelo ME-II AISC [22]. ....................................................................................... 159

    Tabela 53 Amplitude das respostas dinmicas obtidas por meio da modelagem

    numrico-computacional para o modelo ME-III. ............................. 162

    Tabela 54 Comparao entre as aceleraes limites e as aceleraes obtidas

    para o modelo ME-III. ..................................................................... 162

    Tabela 55 Anlise das aceleraes mximas para o modelo ME-III Stra

    [5].... ............................................................................................... 163

    Tabela 56 Anlise das aceleraes mximas para o modelo ME-III HIVOSS

    [18]. ................................................................................................ 163

    Tabela 57 Resultado analtico da acelerao mxima para o modelo ME-III

    AISC [22]. ....................................................................................... 164

    Tabela 58 Parmetros do ADS terico e real instalado no modelo estrutural

    I...... ................................................................................................ 168

    Tabela 59 Comparao da efetividade entre os ADSs (tericos e reais) nasituao de ressonncia para o modelo ME-I. ............................... 172

    Tabela 60 Parmetros do ADS terico e real instalado no modelo estrutural

    II..... ................................................................................................ 175

    Tabela 61 Comparao da efetividade entre os ADSs (tericos e reais) na

    situao de ressonncia para o modelo ME-II. .............................. 179

    Tabela 62 Parmetros do ADS terico e real instalado no modelo estrutural

    III.... ................................................................................................ 182

    Tabela 63 Comparao da efetividade entre os ADSs (tericos e reais) na

    situao de ressonncia para o modelo ME-III. ............................. 186

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    LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

    AASHTO American Association of State Highway and Transportation Officials

    ADS Atenuador dinmico sintonizado

    AISC American Institute of Steel Construction

    AMA Amortecedor de massa ativo

    ANSYS Swanson Analysis Systems

    BS British Standards Institution

    CEB Comit Euro-Internacional du Bton

    HIVOSS Human Induced Vibrations of Steel StructuresISO International Organization for Standardization

    NBR Norma Brasileira

    OHBDC Ontario Highway Bridge Design Code

    ONT Ontario Ministry of Transportation

    RPM Recomendaciones para el Proyecto de Puentes Metlicos

    STRA Srvice dtudes Tchniques des Routes et Autoroutes

    TLCD Tuned liquid column damperTLD Tuned liquid damper

    TMD Tuned mass damper

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    LISTA DE SMBOLOS

    a Comprimento do menor vo

    amax Acelerao mxima

    alim Acelerao limite

    amax,d Acelerao mxima pela anlise dos espectros de resposta

    a1 Constante em funo da densidade de pedestres

    a2 Constante em funo da densidade de pedestres

    a3 Constante em funo da densidade de pedestres

    ap/g Razo entre a acelerao de pico e a acelerao da gravidadeao/g Acelerao limite recomendada pela norma ISO 2631/2

    b1 Constante em funo da densidade de pedestres

    b2 Constante em funo da densidade de pedestres

    b3 Constante em funo da densidade de pedestres

    B Comprimento do vo da passarela

    c Constante que considera o mximo do espectro do carregamento

    C Matriz de amortecimentoCa Amortecimento do atenuador

    d Densidade de pedestres sobre o piso da passarela

    E Mdulo de elasticidade

    Ecs Mdulo de elasticidade secante

    f Frequncia da excitao

    fn Frequncia natural

    fcrtica Frequncia crticafi Frequncia natural coincidente com o valor mdio das frequncias de

    passo dos pedestres

    fa Frequncia do atenuador

    fp Frequncia de passo

    fopt Relao tima entre a frequncia do atenuador e da estrutura principal

    Fe(t) Fora harmnica externa

    Fo Fora externa

    fy Resistncia ao escoamento do ao

    fck Resistncia caracterstica compresso do concreto

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    F(t) Fora representativa da ao dinmica humana ao longo do tempo

    g Acelerao da gravidade

    Hz Hertz

    i Mltiplo harmnico da frequncia de passo

    k Fator de configurao da estrutura

    K Matriz de rigidez

    Ka Rigidez do atenuador

    Ka,d Fator de pico

    Ka,95% Constante relacionado ao percentual de 95% da acelerao mxima

    kf Constante de multiplicao da varincia da excitao

    Ki,n Rigidez modal do respectivo modo de vibrao consideradokn Rigidez modal

    k1 Rigidez da estrutura principal

    K1 Constante para avaliao da massa modal

    k2 Rigidez do atenuador

    K2 Constante para avaliao da massa modal

    K3 Constante para avaliao da massa modal

    K4 Constante para avaliao da massa modalKg/m Quilograma por metro quadrado

    l Comprimento do maior vo

    L Largura da passarela

    LP Comprimento de passo

    m Metro

    m* Massa modal generalizada

    M Matriz de massamn Massa modal

    mi Massa modal do modo i considerado

    m1 Massa da estrutura principal

    m2 Massa do atenuador

    m/s Metro por segundo

    m/s Metro por segundo ao quadrado

    m Metro quadrado

    mm Milmetro

    n Nmero de pedestres em trnsito sobre o piso da passarela

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    n Nmero de pedestres equivalente sobre a superfcie carregada

    N Newton

    Neq Nmero de pedestres equivalentes

    NL Nmero de pedestre limite

    N/mm Newton por milmetro

    N/m Newton por metro

    Ns/m Newton segundo por metro

    P Peso de um pedestre

    Po Fora constante

    P1 Carga nodal

    P2 Carga nodalP3 Carga nodal

    p* Carga generalizada

    q Relao entre a frequncia do atenuador e a frequncia da estrutura

    principal

    r1 Relao entre a frequncia da excitao e a frequncia da estrutura

    r2 Relao entre a frequncia da excitao e a frequncia do atenuador

    rms Valor quadrtico mdio (root mean square)R Fator de reduo

    s Segundos

    S Superfcie do piso carregada por pedestres

    t Tempo

    VP Velocidade do movimento

    W Peso efetivo do piso

    x1 Deslocamento da estrutura principalx2 Deslocamento do atenuador

    Xest Deslocamento esttico da estrutura principal

    X1 Deslocamento mximo da estrutura

    X1,est Deslocamento esttico da estrutura

    Ye Flecha esttica

    Parmetro que considera a contribuio da matriz de massa

    i Coeficiente de Fourier associado ao i-simo harmnico da atividade

    Coeficiente de amortecimento modal

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    n valor da componente modal do modo de vibrao nem relao ao

    grau de liberdade que se pretende instalar o atenuador.

    Parmetro que considera a contribuio da matriz de rigidez

    1 Constante de multiplicao do desvio padro da acelerao

    2 Constante de potncia do desvio padro da acelerao

    Decremento logartmico do amortecimento

    i Coeficiente de Fourier para o harmnico i

    iP0 Amplitude da fora do harmnico i

    Gi Amplitude da componente da carga harmnica

    t Intervalo de tempo

    Fator de resposta dinmica Relao entre as massas do atenuador e da estrutura principal

    a Coeficiente de Poisson do ao estrutural

    c Coeficiente de Poisson do concreto

    1 Coeficiente de amortecimento da estrutura

    2 coeficiente de amortecimento do atenuador

    2opt Relao de amortecimento terico do atenuador

    a Massa especfica do aoc Massa especfica do concreto

    a Desvio padro da acelerao

    F2 Varincia da excitao

    1 Constante de multiplicao fora representativa da ao do pedestre

    2 Constante de carga

    i ngulo de fase para o harmnico i

    n Modo de vibrao n Fator de minorao

    n Frequncia natural da estrutura principal

    Frequncia angular da fora externa

    a Frequncia angular do atenuador

    n Frequncia natural angular

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    SUMRIO

    INTRODUO..................................................................................... 23

    1. REVISO BIBLIOGRFICA................................................................ 31

    2. AVALIAO DE VIBRAES EM PASSARELAS NORMAS E

    GUIAS DE PROJETO.......................................................................... 43

    2.1 Norma brasileira NBR 6118/2007 [2]................................................. 44

    2.2 Norma brasileira NBR 8800/2008 [42]............................................... 45

    2.3 Norma canadense ONT 83 [26]......................................................... 46

    2.4 Norma CEB/1991 [43]......................................................................... 47

    2.5 Norma espanhola RPM-95 [44].......................................................... 47

    2.6 Norma americana AASHTO/1997 [45]............................................... 49

    2.7 Norma sueca Bro 2004 [46]............................................................... 49

    2.8 Norma britnica BS 5400-2/2006 [27]................................................ 50

    2.9 Guia de projeto do AISC/2003 [22].................................................... 51

    2.10 Norma EUROCODE 5 Parte 2/2004 [49]......................................... 55

    2.11 Norma ISO 10137/2007 [50]............................................................... 56

    2.12 Guia de projeto Stra/2006 [5]........................................................... 57

    2.12.1 Definio da classe da passarela ......................................................... 59

    2.12.2 Definio do nvel de conforto da passarela ........................................ 60

    2.12.3 Determinao das frequncias naturais de passarela e verificao da

    necessidade de execuo de clculo dinmico ................................... 61

    2.12.4 Clculos para os casos de carregamentos dinmicos ......................... 63

    2.13 Guia HIVOSS/2008 [18]...................................................................... 68

    2.13.1 Etapa 1: Avaliao das frequncias naturais ....................................... 71

    2.13.2 Etapa 2: Verificao do intervalo de frequncias crticas ..................... 71

    2.13.3 Etapa 3: Determinao das situaes de projeto ................................. 72

    2.13.4 Etapa 4: Determinao dos parmetros de amortecimento da

    estrutura... ............................................................................................ 73

    2.13.5 Etapa 5: Determinao da acelerao mxima .................................... 74

    2.13.6 Etapa 6: Verificao de critrios para a sincronizao lateral lock-in80

    2.13.7 Etapa 7: Verificao do nvel de conforto humano ............................... 81

    2.14 Resumo............................................................................................... 82

    3 MODELAGEM DA AO DINMICA DO CARREGAMENTO........... 85

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    3.1 Parmetros para o carregamento dinmico.................................... 85

    3.1.1 Frequncia de passo ............................................................................ 85

    3.1.2 Comprimento de passo ........................................................................ 87

    3.1.3 Velocidade do movimento .................................................................... 88

    3.2 Modelagem numrica da ao dinmica de pedestres................... 89

    3.2.1 Modelo de carga dinmica proposto por Bachmann e Ammann (1987)

    [1] ........................................................................................................ 92

    3.2.2 Modelo de carga dinmica proposto por AISC/2003 [22] ..................... 95

    3.2.3 Modelo de carga dinmica proposto pelo CEB/1991 [43] .................... 96

    4 CONTROLE DE VIBRAO ESTRUTURAL...................................... 99

    4.1 Alterao da massa.......................................................................... 100

    4.2 Enrijecimento estrutural.................................................................. 100

    4.3 Alterao do amortecimento estrutural......................................... 101

    4.4 Controle passivo.............................................................................. 101

    4.4.1 Isolamento de base ............................................................................ 102

    4.4.2 Amortecedor visco-elstico ................................................................ 103

    4.4.3 Amortecedor friccional ........................................................................ 103

    4.4.4 Amortecedor metlico ........................................................................ 104

    4.4.5 Amortecedor visco-fluido .................................................................... 104

    4.4.6 Tuned mass damper (TMD) ............................................................... 105

    4.4.7 Amortecedor lquido sintonizado ........................................................ 108

    4.5 Controle ativo................................................................................... 109

    4.6 Controle semiativo........................................................................... 111

    4.7 Controle hbrido............................................................................... 112

    5 CONCEPO MATEMTICA DE UM ATENUADOR DINMICOSINTONIZADO (ADS)........................................................................ 113

    5.1 Emprego de um absorvedor de vibraes em uma estrutura sem

    amortecimento ................................................................................. 114

    5.2 Emprego de um ADS em uma estrutura sem amortecimento...... 117

    6 DESCRIO DOS MODELOS ESTRUTURAIS DAS PASSARELAS

    INVESTIGADAS................................................................................ 122

    6.1 Modelo estrutural I (ME-I)................................................................ 122

    6.2 Modelo estrutural II (ME-II).............................................................. 123

    6.3 Modelo estrutural III (ME-III)............................................................ 125

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    7 MODELO NUMRICO-COMPUTACIONAL DAS PASSARELAS

    INVESTIGADAS................................................................................ 127

    7.1 Modelagem numrico-computacional............................................ 127

    7.2 Modelagem do amortecimento estrutural...................................... 132

    8 ESTUDO DE CASOS......................................................................... 135

    8.1 Anlise esttica................................................................................ 135

    8.1.1 Anlise esttica do modelo estrutural I (ME-I) .................................... 136

    8.1.2 Anlise esttica do modelo estrutural II (ME-II) .................................. 137

    8.1.3 Anlise esttica do modelo estrutural III (ME-III) ................................ 137

    8.2 Anlise modal................................................................................... 138

    8.2.1 Anlise modal do modelo estrutural I (ME-I) ...................................... 139

    8.2.2 Anlise modal do modelo estrutural II (ME-II) .................................... 141

    8.2.3 Anlise modal do modelo estrutural (ME-III) ...................................... 143

    8.3 Anlise harmnica........................................................................... 145

    8.3.1 Anlise harmnica do modelo estrutural I (ME-I) ............................... 146

    8.3.2 Anlise harmnica do modelo estrutural II (ME-II) ............................. 146

    8.3.3 Anlise harmnica do modelo estrutural III (ME-III) ........................... 147

    8.4 Anlise transiente............................................................................ 148

    8.4.1 Anlise transiente do modelo estrutural I (ME-I) ................................ 149

    8.4.2 Anlise transiente do modelo estrutural II (ME-II) .............................. 154

    8.4.3 Anlise transiente do modelo estrutural III (ME-III) ............................ 160

    8.5 Controle do nvel de vibrao......................................................... 165

    8.5.1 Controle de vibraes no modelo estrutural I (ME-I) .......................... 167

    8.5.2 Controle de vibraes no modelo estrutural II (ME-II) ........................ 174

    8.5.3 Controle de vibraes no modelo estrutural III (ME-III) ...................... 181

    9 CONSIDERAES FINAIS............................................................... 189

    9.1 Principais concluses..................................................................... 190

    9.2 Sugestes para trabalhos futuros.................................................. 198

    REFERNCIAS ................................................................................. 200

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    23

    INTRODUO

    Desde os primrdios de sua existncia at os dias atuais, o homem tem feito

    uso, em seus deslocamentos na busca de seus mais diversos objetivos, de

    estruturas de transposio de obstculos, estruturas estas, que se iniciou de simples

    troncos de rvores cadas sobre um pequeno rio at as modernas e arrojadas

    estruturas construdas atualmente.

    Ao longo dos anos ocorreu um progresso ligado s tcnicas construtivas, o

    que se estendeu tambm a construo de passarelas de pedestres. Isto se deve

    acelerada melhoria em dois pontos: dos materiais de construo utilizados e dosprocessos construtivos.

    Nos dias atuais, alguns projetos de passarelas de pedestres vm se

    destacando em virtude de suas concepes arquitetnicas que se revelam cada vez

    mais arrojadas, com notria beleza e preponderante esbeltez. Em consequncia

    estas estruturas se caracterizam por apresentarem reduzida massa, baixo

    amortecimento estrutural e elevada flexibilidade.

    As estruturas de passarelas enquadradas neste contexto, quando submetidasa um carregamento originado de uma das diversas formas de aes dinmicas, que

    se associam s distintas formas de movimento de pedestres, como: caminhar, correr

    e saltar sobre o piso da passarela, podem estar sujeitas a nveis de vibraes

    excessivas capazes de conduzir a um quadro de desconforto aos pedestres, assim

    como a ocorrncia de degradao estrutural ao longo do tempo.

    O nvel elevado de vibraes percebido pela travessia de pedestres em uma

    passarela ocorre principalmente devido ao fenmeno da ressonncia que surge pelacoincidncia ou proximidade entre a frequncia da passada dos pedestres ou seus

    mltiplos com as frequncias naturais da estrutura da passarela.

    Considerando estruturas de passarelas caracterizadas por possurem baixa

    rigidez e amortecimento estrutural, tais estruturas ficam susceptveis a nveis de

    vibraes indesejveis ao se submeter a carregamentos dinmicos de ordem

    peridica ou prximos, como o caso das aes dinmicas de pedestres. Cabe

    salientar tambm que as vibraes nas estruturas, quando se apresentam

    excessivas podem resultar em fadiga estrutural, alm de um quadro de fendilhao

    dos revestimentos da estrutura da passarela, Bachmann e Ammann [1].

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    Correntemente, as estruturas so dimensionadas e verificadas atravs

    apenas de uma anlise esttica, recorrendo-se ao uso de um artifcio de se

    considerar a carga dinmica por meio de um equivalente esttico. A norma NBR-

    6118 [2] define estado limite de vibraes excessivas como o estado em que as

    vibraes atingem os limites estabelecidos para a utilizao normal da construo.

    Com a identificao das vibraes excessivas nas estruturas segue-se com a

    necessidade de se intervir de forma a minimizar as vibraes a nveis que garantam

    o conforto de seus usurios.

    A medida de interveno mais adotada a de enrijecer a estrutura

    objetivando afastar algumas frequncias naturais importantes do intervalo de

    frequncias de passo dos pedestres, evitando-se assim a ocorrncia do fenmenoda ressonncia.

    Nos ltimos anos novas tecnologias tm sido apresentadas e aplicadas no

    controle de vibraes em estruturas, dentre as vrias tcnicas que sero

    comentadas posteriormente, destaca-se a que utiliza o atenuador dinmico

    sintonizado (ADS), o qual foi escolhido para emprego nos modelos estruturais das

    passarelas analisadas nesta dissertao com o intuito de reduzir as respostas

    dinmicas das estruturas para nveis que atendam aos critrios de conforto humano.No cenrio apresentado acima e como citao de alguns casos de

    ocorrncias reais de vibraes excessivas em estruturas de passarelas de

    pedestres, a Figura 1 ilustra a Millennium Footbridge, em Londres. Trata-se de uma

    passarela pnsil em ao que cruza o rio Tmisa, tendo sido inaugurada em 10 de

    junho de 2000, quando na ocasio da sua abertura ao pblico, notou-se que a

    estrutura apresentava amplitude de oscilaes laterais expressivas, ocasionadas

    pelo movimento das pessoas sobre a estrutura. As amplitudes mximas atingirammedidas em torno de 75 mm com frequncias no intervalo de 0,8 a 1,0 Hz, o que

    levou as autoridades locais a interditarem a passarela trs dias aps a sua

    inaugurao para adoo de medidas corretivas adequadas, conforme relatado por

    Newland [3].

    Em sua abertura ao pblico, cerca de 80.000 a 100.000 pessoas cruzaram a

    passarela. Anlises das imagens de vdeos na ocasio indicaram a presena de at

    2.000 pessoas na passarela simultaneamente, levando a uma densidade mxima de

    ocupao de at 1,3 a 1,5 pedestres/m, de acordo com Dallard et al. [4].

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    Figura 1Passarela do Millennium em Londres [3].

    A passarela Solferino, mostrada na Figura 2, est localizada na cidade de

    Paris e apresenta uma estrutura formada por arco em ao com traados parablicos.

    A passarela composta por dois pisos: um superior e plano e o outro

    acompanhando o desenvolvimento parablico dos arcos. A estrutura de ao em arco

    tem comprimento total de 140 m e vo de 106 m. Sua largura funcional varia de 12

    m a 14,80 m [5].

    Figura 2Passarela Solferino [6].

    Em sua abertura ao pblico em dezembro de 1999 apresentou vibraes

    excessivas na direo transversal horizontal durante a travessia de pedestres.

    Charles e Bui [7] desenvolveram testes na passarela Solferino e registraramrespostas em termos de aceleraes na faixa de 0,10 a 0,15 m/s quando se deu

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    incio ao sincronismo lateral da estrutura com o carregamento de teste. Os

    pesquisadores recomendaram um procedimento de projeto para se evitar a

    ocorrncia do fenmeno.

    Outro caso de destaque relacionado a problemas vibratrios em estruturas

    est relacionado passarela Toda Park Bridge, ver Figura 3, localizada na cidade de

    Toda no Japo. A passarela formada por uma estrutura estaiada com uma torre de

    61,4 m de altura em concreto armado e possui 2 planos de cabos estaiados com 11

    cabos por plano. O tabuleiro da passarela desenvolve um comprimento total de 179

    m dividido em 2 vos, sendo o principal de 134 m e o menor de 45 m. A passarela

    une por sua travessia um terminal de nibus a um estdio de corrida de lanchas o

    que provoca em alguns dias um trfego de multides de pedestres pela passarela,conforme mostrado na Figura 4.

    Figura 3Vista geral da passarela Toda Park Bridge [8].

    Figura 4Vista da passarela Toda Park Bridge com grande fluxo de pedestres [8].

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    A inaugurao da passarela Toda Park Bridge se deu em 1989 e com alguns

    dias de uso e com o trfego de milhares de pessoas foi notado um quadro de

    vibraes excessivas na direo transversal horizontal da passarela. As amplitudes

    dos deslocamentos laterais foram da ordem de 10 mm para a viga central sob ao

    de uma multido de pessoas caminhando com frequncia de excitao de 0,93 Hz

    na direo lateral, o que ocasionou a ressonncia da estrutura no primeiro modo de

    vibrao lateral, cuja frequncia natural associada de 0,9 Hz. Nesta situao

    alguns usurios se sentiram desconfortveis e inseguros, Nakamura [9] e Nakamura

    et al. [10]. Pela observao de vdeos e pelas amplitudes laterais medidas foi

    concludo que 20% da multido na travessia sincronizaram perfeitamente seus

    passos com a vibrao, Nakamura e Fujino [8]. Os pesquisadores estimaram comauxlio de imagens que a densidade de pedestres na travessia estava em torno de

    0,8 a 1,3 pedestres/m.

    Inmeros outros casos de vibraes excessivas em passarelas foram

    registrados e investigados, alm do desenvolvimento de projetos de controle de suas

    vibraes no objetivo de atenuar as amplitudes excessivas medidas em cada caso,

    como por exemplo: a passarela de Forcheheimna Alemanha [11]; a passarela pnsil

    localizada em Minden na Alemanha [12]; a passarela M-Bridge (Maple Valley greatsuspension bridge) situada na cidade de Nasu Shiobara no Japo [13]; Passarela

    Pedro e Ins em Portugal [14,15]; a passarela Stade de France Footbridge na

    Frana [16]; a passarela Bellagio to Ballys footbridgena cidade de Las vegas [17],

    etc. Na Tabela 1 so elencados alguns casos de problemas vibratrios em

    passarelas de pedestres e suas solues de controle adotadas na implementao

    de sistemas de amortecimento.

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    Tabela 1Passarelas com sistemas de amortecimento implementados [18].

    PassarelaNmerode vos /

    vo (m)

    TipoFrequnciascontroladas

    (Hz)

    Direo davibrao

    dominante

    Tipo de sistemade

    amortecimentoimplementado

    Efeito doamortecimentodo sistema no

    comportamentoglobal

    T-Bridge,Japo

    2 vos,134 + 45

    Estaiada,viga caixo

    metlicacontnua

    0,93 Lateral

    Amortecedoresde lquidos

    sintonizados,no interior daviga caixo.Total de 600

    caixas, massade 0,7% da

    massa modal.

    Deslocamentolateral dotabuleiro

    reduzido de8,3mm para

    2,9mm.

    Millennium,Londres

    3 vos,108 + 144

    + 80

    Pnsilsuspensa

    0,80,51,0

    Lateral

    Amortecedoresviscosos e

    ADSs usadospara atenuarmovimentoshorizontais e

    ADSs usadospara controlar

    oscilaesverticais,

    frequnciasentre 1,2 e

    2,0Hz.

    Vibraestornaram-se

    imperceptveispara os

    usurios.

    Stade deFrance, Paris

    3 vos,64 + 54 +

    50Viga 1,95 Vertical

    ADSs commassa de

    2.400kg porvo

    Aumento doamortecimentoestrutural de

    0,2-0,3% para4,3-5,3%.

    Solfrino,Paris 106 (vocentral)

    Arco 0,811,942,22

    LateralVerticalVertical

    1 ADS lateralcom massa de

    15.000kg e 2ADSs verticaiscom massas de

    10.000kg e7.600kg.

    Aumento doamortecimento

    estrutural de0,4% para 3,5%(lateral), e de

    0,5% para 3% e2% (vertical).

    PassarelaPedro e Ins,

    Coimbra

    110 (vocentral)

    Arco / viga

    0,851,74; 1,8 e

    2,342,74; 3,07 e

    3,17

    LateralVertical

    1 ADS lateralcom 14.800kg

    e 6 ADSsverticais.

    Aumento doamortecimentolateral de 0,5%para 4% e do

    amortecimentovertical de

    0,3%-2,2% para3%-6%.

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    Motivao

    O desenvolvimento da engenharia estrutural atualmente busca alcanar a

    qualidade de projetos que atendam simultaneamente as especificaes necessrias,

    as prescries normativas e sempre atendendo ao menor custo. Inmeros trabalhos

    de pesquisas direcionados aos estudos e aperfeioamentos de anlises dinmicas,

    bem como, na implementao de sistemas de controle de vibraes vem sendo

    realizados, face ao cenrio cada vez mais frequente de casos de problemas de

    vibraes excessivas em estruturas, notadamente em passarelas.

    Objetivos

    Este trabalho objetiva a elaborao de um estudo que se refere anlise do

    comportamento dinmico de passarelas mistas (ao-concreto) de pedestres quando

    submetidas ao caminhar humano, na considerao dos critrios normativos quedizem respeito ao conforto humano, bem como, o desenvolvimento de um controle

    estrutural de possveis nveis de vibraes excessivas nas passarelas, tendo como

    referncias projetos estruturais e atravs da verificao dos limites de conforto

    humano e ao atendimento aos estados limites de servios.

    Estrutura da dissertao

    No captulo um feita uma reviso de trabalhos de autores que contriburam

    aos estudos que dizem respeito anlise dinmica em estruturas submetidas s

    aes humanas, bem como, das solues adotadas para o controle dos nveis

    excessivos de vibraes.

    No captulo dois so expostas inmeras normas e guias de projetos com

    recomendaes referentes aos limites aceitos para o atendimento aos critrios de

    conforto humano em passarelas de pedestres.

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    O captulo trs aborda os parmetros dinmicos que influenciam na

    modelagem numrica das aes humanas, bem como, so apresentados os trs

    modelos de carregamentos adotados nas anlises dinmicas realizadas.

    No captulo quatro feita uma abordagem das tcnicas usuais no controle de

    vibraes excessivas em distintas estruturas da engenharia civil.

    O captulo cinco trs os comentrios sobre o desenvolvimento matemtico de

    um atenuador dinmico sintonizado (ADS).

    No captulo seis feita a caracterizao das trs passarelas investigadas

    neste trabalho de dissertao, por meio da descrio dos seus projetos.

    No captulo sete feita uma abordagem sobre o desenvolvimento da

    modelagem numrico-computacional das estruturas das trs de passarelas mistas(ao-concreto) que foram estudadas e ainda, da modelagem do amortecimento

    estrutural.

    O captulo oito apresenta o desenvolvimento da anlise dinmica completa de

    todas as estruturas tomadas como estudo de caso desta dissertao. E na

    identificao da necessidade de atenuao dos nveis de vibraes nas estruturas

    para atender aos critrios de conforto humano, um sistema de controle passivo de

    vibraes, com uso de atenuadores dinmicos sintonizados (ADSs) desenvolvido eseus desempenhos verificados.

    E por fim, no captulo nove so relatadas as consideraes finais do trabalho,

    alm de sugestes de futuros trabalhos, que podem ser elaborados para o

    aprofundamento deste.

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    1.REVISO BIBLIOGRFICA

    Este captulo visa apresentar trabalhos de alguns autores relacionados ao

    estudo da anlise dinmica em estruturas de obras civis, sobretudo de passarelas

    de pedestres, quando na interao com aes humanas. Dois aspectos foram

    considerados nesta reviso: a anlise dos nveis de vibraes, no aspecto do

    conforto humano e o controle para reduo das vibraes excessivas, quando os

    limites definidos por normas e guias de projetos, foram excedidos. Tais

    conhecimentos expostos nesta reviso bibliogrfica contriburam relevantemente

    para o alcance dos objetivos desta dissertao.Rainer et al. [19] por meio de foras dinmicas medidas durante a caminhada

    formada por quatro harmnicos, os autores propuseram um processo

    simplificado para se obter a acelerao de pico de passarelas sujeita a aes

    dinmicas de pedestres. Respostas de passarelas so calculadas usando clculos

    analticos, baseado no carregamento dinmico de uma pessoa, onde se leva em

    conta o efeito dinmico do carregamento em funo do tempo de atuao do

    mesmo.Bachmann [20] com anlises em inmeros tipos de estruturas, incluindo as de

    passarelas, diante da excitao originada pelo dinamismo humano na interao com

    tais estruturas, sendo identificado o surgimento de nveis de vibraes excessivas.

    Diante da problemtica, o autor prope alterao na frequncia natural da estrutura

    de modo a evitar o harmnico crtico da frequncia de excitao, contornando dessa

    forma o fenmeno da ressonncia. Tal alterao alcanada com modificaes

    estruturais, tanto em nveis de projetos, por exemplo, mudanas no arranjo estruturalou at mesmo alteraes nas estruturas j construdas, neste caso podendo ser

    realizado um enrijecimento estrutural.

    Magluta [21] realizou em seu trabalho uma investigao relacionada a

    utilizao de sistemas passivos de absoro para a reduo de nveis de vibraes

    considerando as suas vantagens e limitaes de seu uso. Neste enfoque

    ferramentas tericas e numricas foram desenvolvidas, onde as mesmas foram

    aferidas por meio da comparao com resultados experimentais e de anlise

    paramtrica de modelos estruturais submetidos a distintos carregamentos.

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    Aplicaes dos sistemas passivos de absoro de vibraes em duas estruturas de

    estdios de futebol so apresentadas.

    Murray et al. [22] elaboraram para o American Institute of Steel Construction

    (AISC) um guia de projeto denominado Floor Vibrations due to Human Activity, Steel

    Design Guide Series, no qual os autores apresentaram um mtodo simplificado para

    uso em avaliao dinmica de pisos e passarelas submetidas a atividades rtmicas e

    de caminhada. O guia representa uma referncia para os projetistas estruturais na

    anlise do conforto humano fazendo uso de clculos analticos. Em seu ltimo

    captulo feita a avaliao de problemas de vibraes, bem como, apresentado

    recomendaes como medidas corretivas.

    Rana e Soong [23] realizaram um estudo paramtrico para melhorar acompreenso de algumas caractersticas importantes do atenuador dinmico

    sintonizado (ADS). O efeito em alguns parmetros tericos do ADS foi analisado

    quando em situao de no sintonia com a estrutura em que se encontrava

    acoplado. Determinaram uma relao para a utilizao dos parmetros tericos a

    partir de um sistema com um grau de liberdade em sistemas com vrios graus de

    liberdade.

    Pimentel et al. [24] avaliaram o desempenho das normas utilizadas na prticade manuteno das vibraes em passarelas submetidas s cargas induzidas pelo

    homem devido ao caminhar. A avaliao presente no trabalho sustentada por

    evidncia experimental a partir de testes realizados pelos autores em passarelas

    que apresentavam vibraes excessivas. A descrio dos avanos nas pesquisas foi

    citada, bem como uma abordagem comparativa de algumas orientaes de uso

    internacional no tocante problemtica vibracional em passarelas.Sugestes foram

    feitas direcionando a ateno a uma definio mais realista do carregamento verticaldevido ao caminhar sobre a passarela.

    Pimentel e Fernandes [25]elaboraram como proposta um mtodo de clculo

    simplificado para verificao do comportamento dinmica de estruturas de

    passarelas buscando uma aproximao dos resultados obtidos atravs dos mtodos

    simplificativos das normas OHBDC-1983 (Ontrio Highway Bridge Design Code

    1983) [26] e a BS 5400/2-2006 (Britnica British Standard Institution 2006) [27] com

    os resultados que so obtidos por meio da modelagem em elementos finitos.

    Seiler et al. [11] sugeriram para a descrio do movimento de pessoas

    correndo uma nova abordagem matemtica baseado nas leis da fsica sobre impulso

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    e conservao de energia. De acordo com os autores o modelo de uso tradicional

    para reportar o carregamento gerado por um pedestre que considera uma parcela

    esttica referente ao peso da pessoa e uma srie de funes senoidais, no caso,

    sries de Fourier, j se mostrou muito efetivo na representao de pedestres

    caminhando. Contudo, a mesma efetividade no se tem alcanado na representao

    de pedestres em corrida. Para a validao da nova abordagem matemtica fizeram-

    se estudos de ordem experimental e numrica em uma passarela construda na

    cidade de Forchheim, utilizada como travessia sobre o canal Main - Donau, a 200

    km aproximadamente da capital Munique, na Alemanha. A passarela possui um

    comprimento de 117,5 m e largura de 4,25 m. A estrutura estaiada em ao, com

    piso em madeira, conforme pode ser visualizada na Figura 5. Testes experimentaisforam realizados com um grupo de pessoas em corrida. Um modelo em elementos

    finitos da passarela foi desenvolvido. De acordo com a modelagem e resultados

    experimentais a frequncia natural do primeiro modo de flexo vertical resultou em

    1,18 Hz. Os testes experimentais demonstraram que a estrutura da passarela era

    mais suscetvel a ressonncia com pessoas correndo na frequncia do segundo

    modo de vibrao na direo vertical com valor de 2,76 Hz. Fato este comprovado

    em teste com um grupo de 5 pessoas correndo na frequncia de 2,80 Hz sobre apassarela, no qual as respostas registradas foram da ordem de alguns centmetros

    em termos de deslocamentos verticais e de 2 m/s em termos de aceleraes

    verticais mximas. Ocorreram os mesmos resultados tanto nas duas primeiras

    frequncias naturais, como nos dois primeiros modos de vibraes obtidos, tanto

    pelo novo modelo proposto, como pelos os resultados experimentais. Uma

    comparao foi realizada para um carregamento de pessoas em corrida por meio de

    sries de Fourier e pelo modelo proposto pelos autores, com relao aos resultadosexperimentais. Concluiu-se que os resultados do novo modelo se aproximaram

    muito mais aos resultados dos testes experimentais. Alm do que, verificou-se que

    os resultados com o uso das sries de Fourier na representao do carregamento

    amplificaram as respostas da estrutura.

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    a) Vista geral da passarela. b) Vista do piso em madeira.

    Figura 5Passarela em Forchheim analisada [11].

    Mackenzie et al. [28] propuseram um mtodo simplificado para instituir

    critrios de conforto humano em passarelas, sendo empregado nos valores

    relacionados aos limites mximos de acelerao, coeficientes de redues, que

    consideram o nvel de conforto humano que se pretende alcanar; as aes

    dinmicas que atuam na estrutura, bem como, as caractersticas da passarela em

    anlise.

    Figueiredo [29] em seus estudos concluiu que nas passarelas de pedestres

    analisadas de forma numrica as suas respostas dinmicas so dependentes do

    modelo de carregamento considerado. Na situao do uso de carregamentos que

    no levam em conta a variao temporal e espacial da carga dinmica, os

    resultados em termos de aceleraes de pico se mostram conservadores.

    Zivanovic et al. [30] fizeram uma reviso da literatura tcnica no que se refere

    manuteno de passarelas submetidas as vibraes induzidas pelo homem e o

    caso da passarela Millennium Footbridge em Londres tomada como exemplo

    principal. Em sua reviso o artigo cita uma vasta gama de referncias cerca de 200que lidam com as questes fundamentais relacionadas com as problemticas

    vibracionais de passarelas e pontes. A pesquisa bibliogrfica identificou o homem

    como a mais importante fonte de vibrao para passarelas. No entanto, a

    modelagem da fora dinmica induzida por multido no est claramente definida,

    apesar das tentativas para resolver esta questo nos ltimos anos. A racionalizao

    do problema em seus trs aspectos fundamentais: a fonte de vibrao, caminho e o

    receptor so adotados hoje em dia quando se trata de vibrao no desempenho daspassarelas. Finalmente, no existe uma nica orientao nacional ou internacional

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    de projeto que contemple todos os aspectos do problema de forma abrangente e

    deve-se consultar diversas fontes de informao para se projetar grandes estruturas

    de passarela. Visando atender os requisitos de segurana e desempenho em

    servio.

    Karsek et al. [31] relataram que ao trmino do projeto da passarela Plzeos

    projetistas concluram que a passarela era dinamicamente sensvel ao carregamento

    dinmico de pedestres na direo vertical, principalmente por vandalismo. A

    passarela localizada na autoestrada D5 prximo da cidade de Plze, na Repblica

    Checa apresenta uma estrutura estaida com trs pares de cabos de 40 mm de

    dimetro ancorados em um poste metlico de 24 m de altura, que por sua vez

    ancorado por trs pares de cabos de 50 mm, que se ligam aos blocos decoroamento da fundao profunda. A estrutura estaiada sustenta o tabuleiro da

    passarela de 65 m de comprimento que formada por uma viga metlica em caixo

    e piso em chapas metlicas de 10 mm de espessura, conforme ilustrado na Figura 6.

    Uma das solues para se conferir um maior amortecimento estrutura foi a da

    utilizao de atenuadores dinmicos sintonizados (ADSs) para amortecer a vibrao

    do primeiro modo de flexo vertical. Com isso, chegou-se a deciso de se realizar

    um teste de carga dinmica in situ para se descobrir os parmetros reais dinmicosda passarela e medir a resposta dinmica da estrutura sob carregamento humano. O

    resultado do ensaio de carga dinmica mostrou uma boa concordncia com a

    anlise dinmica computacional e com base nos resultados do teste foi decidido que

    o uso de ADSs seria necessrio. Os parmetros modais medidos da passarela foram

    usados para projetar os ADSs. Aps a instalao dos ADSs um segundo ensaio de

    carga dinmica in situfoi realizada. Com os resultados deste teste verificou-se que

    a resposta dinmica do tabuleiro da passarela com os ADSs foi significativamentereduzida. Os deslocamentos e as aceleraes relativos ao tabuleiro passaram a

    satisfazer os critrios de conforto para pedestres. Na Figura 7 so exibidos os ADSs

    instalados na passarela e na Figura 8 observado um dos resultados do trabalho,

    neste caso para um carregamento crtico de vandalismo que considerou um grupo

    de dez pessoas efetivamente pulando sincronizados para cima e para baixo em

    frequncias crticas.

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    Figura 6Vista da passarela estaiada analisada [31].

    a) Vista do iamento dos ADSs. b) ADSs instalados no interior da viga caixo.

    Figura 7Detalhes dos ADSs instalados na passarela investigada [31].

    a) Acelerao sem controle. b) Acelerao com controle.

    Figura 8Resposta medida no tabuleiro com e sem ADSs para um carregamento de vandalismo de10 pedestres, com frequncia de 1,55 Hz, com reduo de 90% da resposta [31].

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    Zivanovic et al. [32] realizaram anlises numricas e ensaios dinmicos em

    uma passarela de pedestres, que mostrada na Figura 9 e est localizada sobre o

    rio Moraca, na cidade de Podgorica, capital de Montenegro. Desde a sua

    inaugurao a passarela apresenta vibrao perceptvel relacionada ao modo de

    flexo vertical. Tanto para uma anlise em elementos finitos, como para testes

    experimentais realizados na estrutura, foram utilizados procedimentos de estado da

    arte disponveis na ocasio. A correlao entre um modelo bem detalhado em

    elementos finitos e resultados experimentais realizados foi analisada. Para o sistema

    estrutural considerado, a rigidez da viga de suporte na direo longitudinal e a

    rigidez flexo das colunas inclinadas foram identificadas como os parmetros de

    modelagem que mais influenciaram nos modos de vibrao de flexo vertical ehorizontal da passarela. Por meio do ensaio dinmico identificou-se que a passarela

    apresentava um coeficiente de amortecimento muito baixo de apenas 0,26% nos

    modos de flexo vertical e horizontal-lateral, alm da frequncia natural fundamental

    de 2,04 Hz para o modo vertical. Uma calibrao do modelo em elementos finitos foi

    realizada a partir dos dados medidos tendo sido alcanado uma reduo das

    diferenas mximas nas frequncias naturais de 37% para apenas 4%.

    Figura 9Passarela em Podgorica [32].

    Silva et al. [33] desenvolveram para anlise de vibrao de uma passarela

    excitada por cargas verticais humanas, um modelo em elementos finitos de uma

    passarela existente e localizada na cidade do Rio de Janeiro, Brasil. A anlise linear

    elstica objetivou obter a resposta dinmica da estrutura em termos de aceleraes.

    Para isso, quatro modelos de carregamentos distintos foram desenvolvidos para

    incorporar no modelo os efeitos dinmicos induzidos por pessoas caminhando, na

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    resposta da passarela. Os resultados alcanados apontaram para a possibilidade de

    a passarela investigada atingir altos nveis de vibrao, comprometendo o estado

    limite de conforto humano.

    Brownjohn e Pavic [34] elaboraram um mtodo para o clculo das massas

    modais para os modos de vibrao induzidas por pedestres. Dados experimentais

    foram utilizados no desenvolvimento do trabalho. O mtodo pode ser utilizado em

    geral para os casos em que a excitao de ressonncia de estruturas de pedestres

    uma preocupao, portanto, pode ser usado para os modos de flexo vertical,

    laterais e de toro em passarelas e at mesmo para pisos com frequncias naturais

    baixas e bem espaadas.

    Racic et al. [35] examinaram 250 referncias que tratam de diferentescaracterizaes experimentais e analticas das foras relacionadas com as

    caminhadas humanas, bem como, a sua aplicao no projeto de manuteno de

    vibraes de estruturas de engenharia civil quando submetidas ao movimento de

    pedestres correntes em passarelas, pisos e escadas. O principal objetivo na reviso

    foi o de fornecer informao de base consistente e indicar as principais lacunas no

    assunto apontando as direes para futuras pesquisas.

    Caetano et al. [14,15] desenvolveram a anlise de um estudo de casoreferente a passarela denominada Pedro e Ins localizada em Coimbra, Portugal. A

    passarela, ilustrada na Figura 10, apresenta sua estrutura relativamente longa e

    esbelta, apresentando-se vulnervel a vibraes excessivas nos modos de flexo

    verticais e laterais, quando submetida ao trfego de pedestres. Tal fato motivou a

    avaliao completa do comportamento dinmico da estrutura com o objetivo de

    instalar um sistema de controle. O trabalho descreve os estudos realizados em uma

    fase de concepo e os resultados de uma cuidadosa avaliao experimental daspropriedades da passarela construda. Este teste experimental, em particular,

    permitiu a identificao de parmetros modais e a observao in locodo efeito da

    travessia de fluxos de pedestres antes da instalao dos dispositivos de controle. As

    amplitudes na direo vertical e lateral induzidas por pedestres motivou um estudo

    extenso para a concepo e implementao de um sistema de controle baseado em

    um conjunto vertical e lateral de atenuadores dinmicos sintonizados (ADSs). Na

    Figura 11 ilustrado o conjunto de ADSs horizontais instalados. O trabalho discute a

    estratgia adotada no projeto e na avaliao da eficincia deste sistema de controle,

    apontando problemas especficos com os ADSs instalados na direo horizontal. Os

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    resultados do controle so apresentados no trabalho incluindo uma caracterizao

    completa e experimental dos ADSs instalados, resultados de mais de um ano de

    monitorao dinmica contnua da passarela.

    Figura 10Vista da passarela Pedro e Ins [14].

    Figura 11ADSs horizontais instalados na passarela Pedro e Ins [15].

    Weber e Feltrin [36] realizaram a reavaliao de duas passarelas equipadas

    com sistemas constitudos por um conjunto de massas e molas, alm de dispositivos

    viscosos, com leo de silicone. A resposta devido a aes de pedestres

    comparada com a resposta medida no momento em que se deu instalao dos

    dispositivos de controle. As estruturas das passarelas foram submetidas a testes de

    vibrao forada na busca de se identificar os parmetros da estrutura daspassarelas, bem como, dos atenuadores de massa sintonizados (ADSs).A avaliao

    mostrou que em ambas as passarelas os ADSs se apresentam com bom

    desempenho. Em uma das estruturas analisadas foi identificado uma falta de

    sintonizao na frequncia. Com tudo, h evidncias de que o desvio na

    sintonizao estivesse presente na ocasio da instalao dos dispositivos de

    controle. Por fim, os autores analisaram o efeito combinado de sintonizao inicial e

    desafinao devido aos efeitos da temperatura, os quais foram expressos comoperdas de amortecimento eficazes. Nas Figuras 12 e 13 so ilustradas as passarelas

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    de anlise no referido trabalho, bem como, um dos dispositivos de controle

    instalados nas estruturas.

    a) Passarela em vigas metlicas. b) Passarela estaiada.

    Figura 12Passarelas analisadas [36].

    Figura 13Dispositivo de controle instalado [36].

    Li et al. [37] investigaram as caractersticas de vibraes de passarelas

    induzidas pela caminhada aleatria de multido, alm de apresentarem a aplicao

    de mltiplos atenuadores dinmicos sintonizados (MADSs) para minimizar as

    vibraes induzidas pela multido. Neste modelo de vibrao aleatria, umaformulao analtica foi desenvolvida para calcular a acelerao em uma posio

    arbitrria da passarela. O efeito da ressonncia foi observado com as frequncias

    naturais da passarela dentro da faixa da frequncia de excitao da multido. Para

    minimizar a acelerao excessiva para o nvel de conforto de caminhada normal

    humana, um sistema MADSs foi usado para melhorar o desempenho dinmico da

    passarela. De acordo com o modelo de vibrao aleatria, um procedimento de

    otimizao, baseado na minimizao de acelerao mxima (rms) da passarela foiintroduzido para determinar os parmetros tericos de projeto do sistema de

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    MADSs. Anlise numrica mostrou que o MADSs projetado pelo mtodo de

    otimizao proposto mais eficaz do que a metodologia tradicional de projeto de

    MADSs na reduo da resposta dinmica durante a ressonncia provocada pelo

    trfego de multido na passarela.

    Varela e Battista [38] em laboratrio desenvolveram testes em carter

    experimental fazendo uso do prottipo de um piso de estrutura mista (ao e

    concreto) em escala real. Nos testes, a estrutura foi submetida a aes dinmicas

    relativas ao caminhar humano. Na estrutura em anlise, buscando a reduo das

    vibraes, um sistema de controle passivo foi projetado e instalado. Com isso, foram

    realizadas comparaes das respostas do piso em termos de aceleraes sem o

    controle e com o controle, onde se alcanou redues considerveis face ao baixoamortecimento estrutural presentes em estruturas mistas (ao e concreto) de pisos

    com vos expressivos. Os autores propem, ainda, que tal sistema de controle seja

    includo na fase de projeto estrutural por apresentar um baixo custo, dessa forma

    sugerindo uma nova filosofia na concepo de estruturas, que na fase de projeto, j

    sejam prescritos os necessrios dispositivos de controle de vibraes,

    fundamentados nas consideraes das novas tendncias estruturais no que se

    refere leveza, economia e funcionalidades das novas estruturas.Jangid [39] realizou estudos para o uso em estruturas, com e sem

    amortecimento, de mltiplos atenuadores dinmicos sintonizados (MADSs) em um

    cenrio onde as estruturas estariam sujeitas a aes harmnicas de base e

    externas. Na busca por parmetros tericos para o MADSs e utilizando uma tcnica

    numrica realizou variaes nas razes de massas e nos nmeros de atenuadores.

    Alm de obter expresses para os parmetros tericos, importantes concluses

    foram alcanadas, como: a razo de amortecimento tima para o MADSs inversamente proporcional ao nmero de atenuadores e diretamente proporcional

    com a razo de massa; a frequncia de sintonia tima do MADSs inversamente

    proporcional com a razo de massa e diretamente proporcional com o nmero de

    atenuadores. E por fim, a largura de banda tima para o MADSs diretamente

    proporcional com o nmero e a massa dos atenuadores.

    Inglfsson et al. [40] realizaram uma anlise abrangente dos estudos

    relacionados s vibraes laterais induzidas por pedestres em passarelas,

    principalmente com foco nos estudos publicados na ltima dcada. A reviso foi

    conduzida de forma a contemplar o contedo seguindo uma diviso em trs

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    categorias: testes completos e estudos de laboratrio em passarelas existentes

    sujeitos a carregamentos de multido; interao estrutura-homem com pedestres se

    movendo gerando componentes laterais nos pisos e a modelagem matemtica da

    carga induzida por pedestres.

    Daniel et al. [41] trataram assuntos relacionados com a distribuio e

    dimensionamento de mltiplos atenuadores dinmicos sintonizados (MADSs) numa

    tentativa de reabilitao de passarelas com vrios modos vibracionais crticos

    originados da excitao de trfego de pedestres. A metodologia simples e prtica

    que os autores apresentam e propem inclui o uso de um procedimento interativo de

    anlise que converge para um dado nvel aceitvel de acelerao. Um exemplo

    apresentado de uma passarela que utiliza esta metodologia para atenuao dasamplitudes de vibrao.

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    2. AVALIAO DE VIBRAES EM PASSARELAS NORMAS E GUIAS DE

    PROJETO

    Neste captulo sero apresentadas vrias recomendaes e normas de

    projeto com critrios para verificao do nvel de conforto humano em passarelas

    submetidas ao caminhar humano. Nas distintas normas e na realizao da avaliao

    dinmica de uma estrutura, o parmetro dinmico usual na medio do conforto

    humano a acelerao. Com isso, buscando uma simplificao na anlise do

    comportamento dinmico de passarelas, alguns pesquisadores, guias e normas de

    projeto sugeriram mtodos para a obteno da mxima resposta da estrutura emtermos da acelerao. importante ressaltar que h diferenas na comparao

    entre as normas, guias e recomendaes sobre os limites de aceitabilidade dos

    nveis de vibraes relacionados ao conforto humano, bem como, pela forma de se

    obter a acelerao.

    As normas se apresentam de duas formas no que se refere aos critrios de

    avaliao. A primeira se relaciona aos critrios de segurana estrutural, onde na

    considerao do intervalo de frequncia caracterstica do caminhar humano entre1,4 a 2,4 Hz busca-se evitar a coincidncia de uma das frequncias naturais da

    passarela neste intervalo, de forma a impedir a possibilidade de ocorrncia do

    fenmeno de ressonncia causado pela passagem de pedestres na passarela.

    Ainda assim, h a possibilidade do segundo harmnico da frequncia fundamental

    do caminhar humano excitar algum modo de vibrao da estrutura da passarela,

    quer pela aproximao ou coincidncia de frequncias. Devido a este fato, algumas

    normas estendem o limite do intervalo da frequncia crtica para a passarela afrequncia de 5 Hz.

    No segundo aspecto os critrios normativos se dirigem ao conforto humano e

    estritamente na observao do desempenho dinmico da estrutura da passarela

    submetida ao caminhar de pedestres que realizada com a estimativa do nvel de

    vibraes, seguido da comparao com os limites mximos definidos pelas normas

    que diminuem o risco de desconforto dos usurios. Entretanto, estes limites variam

    de acordo com a publicao consultada, em face da disperso nos resultados dos

    testes realizados por vrios grupos de pesquisadores e pela variao da tolerncia

    s vibraes das pessoas.

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    2.1 Norma brasileira NBR 6118/2007 [2]

    A norma NBR 6118 [2] fixa os requisitos bsicos que so exigidos para

    projeto de estruturas de concreto simples, armado e protendido, excludas aquelas

    em que se empregam concreto leve, pesado ou outros especiais.

    Conforme referido no item 23.2 NBR 6118 [2], as aes dinmicas podem

    provocar estados limites de servio e estados limites ltimos por vibrao excessiva

    ou por fadiga dos materiais. Na considerao do estado limite de vibraes

    excessivas a referida norma afirma no item 23.3 NBR 6118 [2], que a anlise das

    vibraes pode ser feita em regime linear no caso das estruturas usuais. A normaorienta que para assegurar comportamento satisfatrio das estruturas sujeitas a

    vibraes, deve-se afastar o mximo possvel a frequncia natural da estrutura (fn)

    da frequncia critica (fcrtica), que depende da destinao da respectiva edificao,

    conforme a equao (1).

    crtican ff .21,> (1)

    O comportamento das estruturas sujeitas a aes dinmicas cclicas que

    originam vibraes pode ser modificado por meio de alteraes em alguns fatores

    tais como: aes dinmicas, frequncia natural (pela mudana da rigidez da

    estrutura ou da massa mobilizada) e aumento das caractersticas de amortecimento.

    Quando a ao crtica originada numa mquina, a frequncia crtica passa a

    ser a da operao da mquina.

    Nesse caso, pode no ser suficiente afastar as duas frequncias, natural e

    crtica, conforme mencionado no item 23.3 NBR 6118 [2]. Principalmente quando a

    mquina ligada, durante o processo de acelerao da mesma, usualmente

    necessrio aumentar a massa ou o amortecimento da estrutura para absorver parte

    da energia envolvida.

    Nos casos especiais, em que as recomendaes anteriores no puderem ser

    atendidas, deve ser feita uma anlise dinmica mais aprimorada, conforme

    estabelecido em normas internacionais, enquanto no existir norma brasileira

    especfica, de acordo com o referido no item 23.3 NBR 6118 [2].

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    Na falta de valores determinados experimentalmente, adota-se os valores

    indicados na Tabela 2 para a fcrtica.

    Tabela 2 - Frequncia crtica para alguns casos especiais de estruturas submetidas a vibraes pelaao de pessoas [2].

    Caso fcritica(Hz)

    Ginsio de esportes 8,0

    Salas de dana ou de concerto sem cadeiras fixas 7,0

    Escritrios 3,04,0

    Salas de concerto com cadeiras fixas 3,4

    Passarela de pedestres ou ciclistas 1,64,5

    Apesar das passarelas deste estudo serem constitudas por estruturas mistas,

    composta por estrutura de ao e laje em concreto armado, so aplicadas as

    recomendaes da norma NBR 6118 [2], que se destina a estruturas de concreto

    armado. A presente norma estabelece que deve-se afastar o mximo possvel a

    frequncia fundamental da estrutura da frequncia crtica que depende dadestinao da respectiva edificao. No caso de passarelas de pedestres, esse valor

    varia de 1,92 a 5,4 Hz.

    2.2 Norma brasileira NBR 8800/2008 [42]

    A norma NBR 8800 [42] define os princpios gerais que regem o projeto

    temperatura ambiente das estruturas de ao e das estruturas mistas de ao e

    concreto de edificaes, incluindo passarelas de pedestres e suportes de

    equipamentos. Com relao aos estados-limites de servio a NBR 8800 [42] no item

    11.4.1 estabelece que:

    Sistemas de pisos suscetveis a vibraes tais como os de grandes reasque no possuem divisrias ou outros elementos de amortecimento, devemser dimensionados de forma a se evitar o aparecimento de vibraestransientes inaceitveis, devidas ao caminhar de pessoas ou a outrasfontes, conforme o anexo L (NBR 8800, 2008, p. 100).

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    No que se refere ao conforto humano durante as atividades humanas normais

    a norma NBR 8800 [42] define, em seu anexo L, que em nenhum caso a frequncia

    natural da estrutura do piso pode ser inferior a 3 Hz.

    No item L.2, a NBR 8800 [42] prescreve que o problema da vibrao de pisos

    deve ser considerado no projeto de estrutura por meio de anlise dinmica, levando-

    se em conta pelo menos: as caractersticas e a natureza das excitaes dinmicas,

    como por exemplo, as decorrentes do caminhar das pessoas e de atividades

    rtmicas; os critrios de aceitao para o conforto humano em funo do uso e

    ocupao das reas do piso; a frequncia natural da estrutura do piso; a razo de

    amortecimento modal e os pesos efetivos do piso. Como procedimentos para a

    realizao de uma avaliao dinmica precisa a NBR 8800 [42] recomenda umabibliografia em seu anexo S.4

    Para uma avaliao simplificada da questo da vibrao em pisos causados

    pelas atividades humanas normais, a norma NBR 8800 [42] fixam regras e