mÉtodo para diagnÓstico do comportamento de sistemas estruturais de pontes de concreto lem / epusp...

MÉTODO PARA DIAGNÓSTICO DO COMPORTAMENTO DE SISTEMAS

ESTRUTURAIS DE PONTES DE CONCRETO

LEM / EPUSP - Laboratório de Estruturas e Materiais Estruturais da

Escola Politécnica da Universidade de São Paulo

LYNX - Tecnologia Eletrônica Ltda.

EQUIPE DE TRABALHOEQUIPE DE TRABALHO

Prof. Dr. Pedro Afonso de Oliveira AlmeidaProf. Dr. Pedro Afonso de Oliveira AlmeidaDiretor do LEM- PEF -EPUSPDiretor do LEM- PEF -EPUSP/ / Engenharia CivilEngenharia Civil

e-mail: [email protected]

Prof. Dr. Fernando Rebouças StucchiProf. Dr. Fernando Rebouças StucchiProf. do PEF - EPUSPProf. do PEF - EPUSP/ / Engenharia CivilEngenharia Civil

MSc. Elisabeth PennerMSc. Elisabeth PennerDoutoranda da EPUSP/ Engenharia CivilDoutoranda da EPUSP/ Engenharia Civil


EngEngoo Ricardo T. Tanaka Ricardo T. TanakaDiretor técnico da LYNX / Engenharia EletrônicaDiretor técnico da LYNX / Engenharia Eletrônica


EngEngoo Lauro T. Muramoto Lauro T. MuramotoDepto. de software da LYNX / Engenharia EletrônicaDepto. de software da LYNX / Engenharia Eletrônica


EngEngoo Luiz A. B. Coelho Luiz A. B. CoelhoProf. da EPUSP / Engenharia EletrônicaProf. da EPUSP / Engenharia Eletrônica


EQUIPE DE TRABALHOEQUIPE DE TRABALHO

Prof. Dr. Pedro Afonso de Oliveira AlmeidaProf. Dr. Pedro Afonso de Oliveira AlmeidaDiretor do LEM- PEF -EPUSPDiretor do LEM- PEF -EPUSP/ / Engenharia CivilEngenharia Civil


Prof. Dr. Fernando Rebouças StucchiProf. Dr. Fernando Rebouças StucchiProf. do PEF - EPUSPProf. do PEF - EPUSP/ / Engenharia CivilEngenharia Civil

MSc. Elisabeth PennerMSc. Elisabeth PennerDoutoranda da EPUSP/ Engenharia CivilDoutoranda da EPUSP/ Engenharia Civil


EngEngoo Ricardo T. Tanaka Ricardo T. TanakaDiretor técnico da LYNX / Engenharia EletrônicaDiretor técnico da LYNX / Engenharia Eletrônica


EngEngoo Lauro T. Muramoto Lauro T. MuramotoDepto. de software da LYNX / Engenharia EletrônicaDepto. de software da LYNX / Engenharia Eletrônica


EngEngoo Luiz A. B. Coelho Luiz A. B. CoelhoProf. da EPUSP / Engenharia EletrônicaProf. da EPUSP / Engenharia Eletrônica


MÉTODO PARA DIAGNÓSTICO MÉTODO PARA DIAGNÓSTICO DO COMPORTAMENTO DE DO COMPORTAMENTO DE

SISTEMAS ESTRUTURAIS DE SISTEMAS ESTRUTURAIS DE PONTES DE CONCRETOPONTES DE CONCRETO

MÉTODO PARA DIAGNÓSTICO MÉTODO PARA DIAGNÓSTICO DO COMPORTAMENTO DE DO COMPORTAMENTO DE

SISTEMAS ESTRUTURAIS DE SISTEMAS ESTRUTURAIS DE PONTES DE CONCRETOPONTES DE CONCRETO

Análise do projeto Inspeção visual Ensaios dinâmicos

Veículo de prova Monitoração do tráfego normal

Modelos numéricos Reanálises Identificação e caracterização Diagnóstico

Análise do projeto Inspeção visual Ensaios dinâmicos

Veículo de prova Monitoração do tráfego normal

Modelos numéricos Reanálises Identificação e caracterização Diagnóstico

MÉTODO PARA DIAGNÓSTICO DO COMPORTAMENTO DE SISTEMAS

ESTRUTURAIS DE PONTES DE CONCRETO

Ponte sobre o Rio Guandu - RJ

Ponte sobre o Rio Guandu - RJ

Viaduto do Tatuapé - SP

Viaduto do Tatuapé - SP

Pontes sobre o Rio Pavuna - RJ

Pontes sobre o Rio Pavuna - RJ

Ponte sobre o Rio Entupido - SP

Ponte sobre o Rio Entupido - SP

ESTRUTURAS JÁ INVESTIGADAS E DIAGNOSTICADAS

Ponte sobre o Rio Piracicaba -SP

Ponte sobre o Rio Piracicaba -SP

Justificativas consideração inadequada das ações de natureza dinâmica nas fases de

concepção e projeto danos estruturais; mudança das características dos veículos que trafegam nas rodovias; Os modelos de cálculo devem ser reavaliados com base nos carregamentos

efetivos das pontes. Objetivo

Identificar e caracterizar os mecanismos de fenômenos que afetam o comportamento esperado ou desejado de uma estrutura.

Justificativas consideração inadequada das ações de natureza dinâmica nas fases de

concepção e projeto danos estruturais; mudança das características dos veículos que trafegam nas rodovias; Os modelos de cálculo devem ser reavaliados com base nos carregamentos

efetivos das pontes. Objetivo

Identificar e caracterizar os mecanismos de fenômenos que afetam o comportamento esperado ou desejado de uma estrutura.

Verificação do projeto; Inspeção visual da estrutura; Ensaios dinâmicos realizados com um veículo de prova instrumentado; Monitoração da estrutura sob ação do tráfego normal; Análise de sinais; Modelos numéricos calibrados (reanálises) identificação e caracterização; Diagnóstico do comportamento estrutural.

Verificação do projeto; Inspeção visual da estrutura; Ensaios dinâmicos realizados com um veículo de prova instrumentado; Monitoração da estrutura sob ação do tráfego normal; Análise de sinais; Modelos numéricos calibrados (reanálises) identificação e caracterização; Diagnóstico do comportamento estrutural.

MÉTODO PARA DIAGNÓSTICO DO COMPORTAMENTO DE SISTEMAS ESTRUTURAIS DE PONTES DE CONCRETO

COMO?COMO?COMO?COMO?

ENSAIOS DINÂMICOSENSAIOS DINÂMICOSVANTAGENS DO MÉTODO

A estrutura é excitada por uma ação de mesma natureza de sua operação:

veículos em movimento

ação com variação espacial e temporal

Não há necessidade de interrupção da operação da rodovia.

A estrutura é excitada por uma ação de mesma natureza de sua operação:

veículos em movimento

ação com variação espacial e temporal

Não há necessidade de interrupção da operação da rodovia.

CONCEITOS DE ANÁLISE MODALInter-relações dos modelos dinâmicos

VEÍCULO DE PROVA (VP)

Sistema de aquisição de dados instalado a bordo do VP

Sistema de aquisição de dados instalado a bordo do VP

Instrumentação dos eixos do VP com extensômetros elétricos

Instrumentação dos eixos do VP com extensômetros elétricos

Pesagem do VP Pesagem do VP

INSTRUMENTAÇÃO E AQUISIÇÃO DE DADOS DA PONTE

Sensores de passagemSensores de passagem

Sistema de aquisição de dados

Sistema de aquisição de dados

Sistema laser para registro da passagem de

veículos

Sistema laser para registro da passagem de

veículos

Sistema triaxial de medidas de aceleração

Sistema triaxial de medidas de aceleração

Imagemsérie temporal de

deslocamentos S2 (mm) DescriçãoMáximo

deslocamento S2(mm)

-0,75

-0,50

-0,25

0,00

0,25

0,50

caminhão + ônibus

14:18:55

0,592

-0,75

-0,50

-0,25

0,00

0,25

0,50

caminhão tanque

carreta

14:20:40

0,491

0,646

Imagemsérie temporal de

deslocamentos S2 (mm) DescriçãoMáximo

deslocamento S2(mm)

-0,75

-0,50

-0,25

0,00

0,25

0,50

caminhão + ônibus

14:18:55

0,592

-0,75

-0,50

-0,25

0,00

0,25

0,50

caminhão tanque

carreta

14:20:40

0,491

0,646

Ponte sobre o Rio EntupidoPonte sobre o Rio Entupido

MONITORAÇÃO DO TRÁFEGO NORMAL

câmera filmadora sincronizada com a aquisição de dadoscâmera filmadora sincronizada com a aquisição de dados

ANÁLISE DOS SINAIS

-1,50

-1,00

-0,50

0,00

0,50

1,00

1,50

Série tem poral de Deslocam entosVão central – G uanduT ráfego norm al - DAF = 1,44 e 1,22

tem po

des

loca

men

tos

(mm

)

DAFestáticopico

dinâmicopico

Os dados coletados em campo são

séries temporais de acelerações e

deformações específicas que são

transformadas em séries temporais de

deslocamentos dinâmicos e estáticos.

Isso possibilita a determinação dos

fatores de amplificação dinâmica (DAF).

Os dados coletados em campo são

séries temporais de acelerações e

deformações específicas que são

transformadas em séries temporais de

deslocamentos dinâmicos e estáticos.

Isso possibilita a determinação dos

fatores de amplificação dinâmica (DAF).

deslocamento (mm)

-4,00

-3,00

-2,00

-1,00

0,00

1,00

2,00

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50

posição (m)

PONTE SOBRE O RIO ENTUPIDODiagrama de Deslocamentosveículo de prova carregado velocidade: 75 km/h

PONTE SOBRE O RIO ENTUPIDODiagrama de Deslocamentosveículo de prova carregado velocidade: 75 km/h

ENSAIOS DINÂMICOS

As séries temporais de deslocamentos

são analisadas em função das

coordenadas da ponte a partir dos

sinais de posição do veículo. Dessa

análise resultam os diagramas de

deslocamentos devidos às passagens

do veículo de prova (VP) a diferentes

velocidades.

As séries temporais de deslocamentos

são analisadas em função das

coordenadas da ponte a partir dos

sinais de posição do veículo. Dessa

análise resultam os diagramas de

deslocamentos devidos às passagens

do veículo de prova (VP) a diferentes

velocidades.

ESPECTROS DE FORÇAS (VP)

1,86 Hz1,86 Hz

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20frequência (Hz)

Dia

.Esq

rm

s (t

f)

PONTE SOBRE O RIO ENTUPIDOEspectro de Forças (roda dianteira esquerda) VP carregado a 41 km/h

PONTE SOBRE O RIO ENTUPIDOEspectro de Forças (roda dianteira esquerda) VP carregado a 41 km/h

2,44 Hz2,44 Hz

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

frequência (Hz)

Dia

.Dir

rm

s (t

f)

PONTE SOBRE O RIO ENTUPIDOEspectro de Forças (roda dianteira direita) VP descarregado a 87 km/h

PONTE SOBRE O RIO ENTUPIDOEspectro de Forças (roda dianteira direita) VP descarregado a 87 km/h

Banda excitadora: 1,5 Hz a 3 Hz

As séries temporais de

deformações específicas,

coletadas a bordo do veículo de

prova (VP) são calibradas em

sinais de força. Essas séries

temporais de forças são

analisadas no domínio da

freqüência que fornecem os

valores das freqüências

excitadoras.

As séries temporais de

deformações específicas,

coletadas a bordo do veículo de

prova (VP) são calibradas em

sinais de força. Essas séries

temporais de forças são

analisadas no domínio da

freqüência que fornecem os

valores das freqüências

excitadoras.

RESPOSTA EM FREQUÊNCIA DAS PONTESresultados dos ensaios dinâmicos excitado com o VP = Tráfego Normalresultados dos ensaios dinâmicos excitado com o VP = Tráfego Normal

4,15 Hztráfego normal

4,15 Hztráfego normal

4,10 HzVP a 60km/h

4,10 HzVP a 60km/h

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Freqüência (Hz)

aV2

(mm

/s2)

RM

S

50

60

PONTE SOBRE O RIO ENTUPIDO

PONTE SOBRE O RIO ENTUPIDO

2.93 HzVP a 70 km/h

2.93 HzVP a 70 km/h

2.93 Hztráfego normal

2.93 Hztráfego normal

0

10

20

30

40

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Freqüência (Hz)

AV

21

(m

m/s

2) R

MS

PONTE SOBRE O RIO PAVUNA - PMN

PONTE SOBRE O RIO PAVUNA - PMN

MODELOS NUMÉRICOS

Ponte sobre o Rio Guandu

Ponte sobre o Rio Guandu

Ponte sobre o Rio Entupido

Ponte sobre o Rio Entupido

A reanálise do sistema parte de

modelos numéricos desenvolvidos

inicialmente na situação de projeto.

Posteriormente, esses modelos são

calibrados de acordo com os

resultados obtidos experimentalmente.

A partir dos modelos calibrados são

simuladas diferentes situações de

carregamento ou de alteração do

sistema estrutural que atendam as

respostas obtidas ou especificadas.

A reanálise do sistema parte de

modelos numéricos desenvolvidos

inicialmente na situação de projeto.

Posteriormente, esses modelos são

calibrados de acordo com os

resultados obtidos experimentalmente.

A partir dos modelos calibrados são

simuladas diferentes situações de

carregamento ou de alteração do

sistema estrutural que atendam as

respostas obtidas ou especificadas.

MODELOS NUMÉRICOS

Ponte sobre o Rio Pavuna -PMN

Ponte sobre o Rio Pavuna -PMN

Ponte sobre o Rio Pavuna -PN

Ponte sobre o Rio Pavuna -PN

MODELOS NUMÉRICOS

V

T

L

V

LT

Viaduto do Tatuapé

Viaduto do Tatuapé

Ponte sobre o Rio Piracicaba


DEFORMADAS MODAIS

1o modo 2o modo 3o modo

Deformadas modais obtidas numericamente comparadas àquelas obtidas experimentalmente a partir da análise espectral



Envoltória de deslocamentos

-11

-10

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40

Posição (m)

De

slo

cam

en

tos

(mm

)

VP - modelo calibradoTB36 - reanáliseTB45 - reanáliseTTESP - reanáliseTB36 - situação de projetoVP - 22 km/hVP - 41 km/hVP - 75 km/hVP - 79* km/h

RESULTADOS DAS REANÁLISESPonte sobre o Rio Entupido

Os resultados das reanálises fornecem informações em relação ao comportamento estrutural devido a diferentes situações de carregamento. Essas informações são essenciais para o diagnóstico e possibilitam a tomada de decisões em relação à necessidade, ou não, da execução de obras de reforço ou recuperação.

Os resultados das reanálises fornecem informações em relação ao comportamento estrutural devido a diferentes situações de carregamento. Essas informações são essenciais para o diagnóstico e possibilitam a tomada de decisões em relação à necessidade, ou não, da execução de obras de reforço ou recuperação.

FREQÜÊNCIAS NATURAISrelações entre o maior vão da ponte e a freqüência natural medida nas pontes -

comparação com valores internacionais

Tatuapé

PMNPN

Guandu

Entupido

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Vão Máximo (m)

banda dos valores das freqüências dos veículos

ressonância

Fre

qü

ênci

a N

atu

ral (

Hz)

1.5

Piracicaba

Freqüências (Hz)

Situação de projeto (modelo)

Experimental Modelo calibrado (reanálise)

A diferença entre os valores das freqüências de resposta nas diferentes situações, podem indicar perda de rigidez da estrutura por fissuração ou consideração inadequada das condições de contorno na fase de projeto.

FREQÜÊNCIAS NATURAIS

COEFICIENTES DE IMPACTOobtidos a partir das séries temporais de forças do VPobtidos a partir das séries temporais de forças do VP

1.00

1.05

1.10

1.15

1.20

1.25

1.30

1.35

1.40

1.45

1.50

1.55

1.60

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Velocidade do VP (km/h)

Co

efic

ien

te d

e Im

pac

to

1.00

1.05

1.10

1.15

1.20

1.25

1.30

1.35

1.40

1.45

1.50

1.55

1.60

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100


Co

efic

ien

te d

e Im

pac

to

VP descarregado VP carregado



1.00

1.10

1.20

1.30

1.40

1.50

1.60

1.70

1.80

1.90

2.00

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100


Fat

or

de

Am

plif

icaç

ão D

inâm

ica

(DA

F)

1.00

1.10

1.20

1.30

1.40

1.50

1.60

1.70

1.80

1.90

2.00

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100


Fat

or

de

Am

plif

icaç

ão D

inâm

ica

(DA

F)




FATORES DE AMPLIFICAÇÃO DINÂMICA (DAF)

Análise do projeto; Inspeção visual da estrutura; Ensaios dinâmicos: Veículo de prova; Monitoração do tráfego normal;

Análise dos sinais coletados; Reanálises; Análise dos resultados; Identificação e caracterização; Diagnóstico do comportamento do

sistema estrutural.

Análise do projeto; Inspeção visual da estrutura; Ensaios dinâmicos: Veículo de prova; Monitoração do tráfego normal;

Análise dos sinais coletados; Reanálises; Análise dos resultados; Identificação e caracterização; Diagnóstico do comportamento do

sistema estrutural.

SINTESE DO MÉTODO PARA DIAGNÓSTICO DO COMPORTAMENTO DE SISTEMAS ESTRUTURAIS

DE PONTES DE CONCRETO

Laboratório de Estruturas e Materiais Estruturais - LEM/EPUSPLaboratório de Estruturas e Materiais Estruturais - LEM/EPUSP LYNX - Tecnologia Eletrônica Ltda.LYNX - Tecnologia Eletrônica Ltda.

Laboratório de Estruturas e Materiais Estruturais - LEM/EPUSPLaboratório de Estruturas e Materiais Estruturais - LEM/EPUSP LYNX - Tecnologia Eletrônica Ltda.LYNX - Tecnologia Eletrônica Ltda.

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