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MÉTODO PARA DIAGNÓSTICO DO COMPORTAMENTO DE SISTEMAS ESTRUTURAIS DE PONTES DE CONCRETO LEM / EPUSP - Laboratório de Estruturas e Materiais Estruturais.

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2 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.

3 EQUIPE DE TRABALHO Prof. Dr. Pedro Afonso de Oliveira Almeida Diretor do LEM- PEF -EPUSP / Engenharia Civil Prof. Dr. Fernando Rebouças Stucchi Prof. do PEF - EPUSP / Engenharia Civil MSc. Elisabeth Penner Doutoranda da EPUSP/ Engenharia Civil Eng o Ricardo T. Tanaka Diretor técnico da LYNX / Engenharia Eletrônica Eng o Lauro T. Muramoto Depto. de software da LYNX / Engenharia Eletrônica Eng o Luiz A. B. Coelho Prof. da EPUSP / Engenharia Eletrônica EQUIPE DE TRABALHO Prof. Dr. Pedro Afonso de Oliveira Almeida Diretor do LEM- PEF -EPUSP / Engenharia Civil Prof. Dr. Fernando Rebouças Stucchi Prof. do PEF - EPUSP / Engenharia Civil MSc. Elisabeth Penner Doutoranda da EPUSP/ Engenharia Civil Eng o Ricardo T. Tanaka Diretor técnico da LYNX / Engenharia Eletrônica Eng o Lauro T. Muramoto Depto. de software da LYNX / Engenharia Eletrônica Eng o Luiz A. B. Coelho Prof. da EPUSP / Engenharia Eletrônica MÉTODO PARA DIAGNÓSTICO DO COMPORTAMENTO DE SISTEMAS ESTRUTURAIS DE PONTES DE CONCRETO

4 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

5 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

6 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?

7 ENSAIOS DINÂMICOS ENSAIOS DINÂMICOS VANTAGENS 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.

8 CONCEITOS DE ANÁLISE MODAL Inter-relações dos modelos dinâmicos

9 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

10 INSTRUMENTAÇÃO E AQUISIÇÃO DE DADOS DA PONTE Sensores de passagem Sistema de aquisição de dados Sistema laser para registro da passagem de veículos Sistema triaxial de medidas de aceleração

11 Ponte sobre o Rio Entupido câmera filmadora sincronizada com a aquisição de dados MONITORAÇÃO DO TRÁFEGO NORMAL câmera filmadora sincronizada com a aquisição de dados

12 ANÁLISE DOS SINAIS 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).

13 PONTE SOBRE O RIO ENTUPIDO Diagrama de Deslocamentos veículo de prova carregado velocidade: 75 km/h PONTE SOBRE O RIO ENTUPIDO Diagrama de Deslocamentos veículo 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.

14 ESPECTROS DE FORÇAS (VP) PONTE SOBRE O RIO ENTUPIDO Espectro de Forças (roda dianteira esquerda) VP carregado a 41 km/h PONTE SOBRE O RIO ENTUPIDO Espectro de Forças (roda dianteira esquerda) VP carregado a 41 km/h PONTE SOBRE O RIO ENTUPIDO Espectro de Forças (roda dianteira direita) VP descarregado a 87 km/h PONTE SOBRE O RIO ENTUPIDO Espectro 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.

15 resultados dos ensaios dinâmicos excitado com o VP = Tráfego Normal RESPOSTA EM FREQUÊNCIA DAS PONTES resultados dos ensaios dinâmicos excitado com o VP = Tráfego Normal 4,15 Hz tráfego normal 4,15 Hz tráfego normal 4,10 Hz VP a 60km/h 4,10 Hz VP a 60km/h Freqüência (Hz) aV2 (mm/s2) RMS PONTE SOBRE O RIO ENTUPIDO

16 MODELOS NUMÉRICOS Ponte sobre o Rio Guandu 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.

17 MODELOS NUMÉRICOS Ponte sobre o Rio Pavuna -PMN Ponte sobre o Rio Pavuna -PN

18 MODELOS NUMÉRICOS Viaduto do Tatuapé Ponte sobre o Rio Piracicaba

19 DEFORMADAS MODAIS 1 o modo 2 o modo 3 o modo Deformadas modais obtidas numericamente comparadas àquelas obtidas experimentalmente a partir da análise espectral Ponte sobre o Rio Piracicaba

20 RESULTADOS DAS REANÁLISES Ponte 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.

21 FREQÜÊNCIAS NATURAIS relações entre o maior vão da ponte e a freqüência natural medida nas pontes - comparação com valores internacionais Tatuapé PMN PN Guandu Entupido Vão Máximo (m) banda dos valores das freqüências dos veículos  ressonância Freqüência Natural (Hz) 1.5 Piracicaba

22 FREQÜÊNCIAS NATURAIS

23 obtidos a partir das séries temporais de forças do VP COEFICIENTES DE IMPACTO obtidos a partir das séries temporais de forças do VP  VP descarregado  VP carregado  VP descarregado  VP carregado Ponte sobre o Rio Entupido

24  VP descarregado  VP carregado  VP descarregado  VP carregado Ponte sobre o Rio Entupido FATORES DE AMPLIFICAÇÃO DINÂMICA (DAF)

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


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