MÉTODO PARA DIAGNÓSTICO DO COMPORTAMENTO DE SISTEMAS ESTRUTURAIS DE PONTES DE CONCRETO
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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
e-mail: [email protected]
EngEngoo Ricardo T. Tanaka Ricardo T. TanakaDiretor técnico da LYNX / Engenharia EletrônicaDiretor técnico da LYNX / Engenharia Eletrônica
e-mail: [email protected]
EngEngoo Lauro T. Muramoto Lauro T. MuramotoDepto. de software da LYNX / Engenharia EletrônicaDepto. de software da LYNX / Engenharia Eletrônica
e-mail: [email protected]
EngEngoo Luiz A. B. Coelho Luiz A. B. CoelhoProf. da EPUSP / Engenharia EletrônicaProf. da EPUSP / Engenharia Eletrônica
e-mail: [email protected]
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
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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
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EngEngoo Lauro T. Muramoto Lauro T. MuramotoDepto. de software da LYNX / Engenharia EletrônicaDepto. de software da LYNX / Engenharia Eletrônica
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EngEngoo Luiz A. B. Coelho Luiz A. B. CoelhoProf. da EPUSP / Engenharia EletrônicaProf. da EPUSP / Engenharia Eletrônica
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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
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
Ponte sobre o Rio Piracicaba
Ponte sobre o Rio Piracicaba
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
Velocidade do VP (km/h)
Co
efic
ien
te d
e Im
pac
to
VP descarregado VP carregado
VP descarregado VP carregado
Ponte sobre o Rio EntupidoPonte sobre o Rio Entupido
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
Velocidade do VP (km/h)
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
Velocidade do VP (km/h)
Fat
or
de
Am
plif
icaç
ão D
inâm
ica
(DA
F)
VP descarregado VP carregado
VP descarregado VP carregado
Ponte sobre o Rio EntupidoPonte sobre o Rio Entupido
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.