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

1. LEM / EPUSP - Laboratório de Estruturas e Materiais Estruturais da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo LYNX - Tecnologia Eletrônica Ltda. MÉTODO PARA DIAGNÓSTICO DO COMPORTAMENTO DE SISTEMAS ESTRUTURAIS DE PONTES DE CONCRETO

2. EQUIPE DE TRABALHO Prof. Dr. Pedro Afonso de Oliveira Almeida Diretor do LEM- PEF -EPUSP/ Engenharia Civil e-mail: padoalme@usp.br Prof. Dr. Fernando Rebouças Stucchi Prof. do PEF - EPUSP/ Engenharia Civil MSc. Elisabeth Penner Doutoranda da EPUSP/ Engenharia Civil e-mail: epenner@usp.br Engo Ricardo T. Tanaka Diretor técnico da LYNX / Engenharia Eletrônica e-mail: lynxtec@attglobal.net Engo Lauro T. Muramoto Depto. de software da LYNX / Engenharia Eletrônica e-mail: lynxsw@attglobal.net Engo Luiz A. B. Coelho Prof. da EPUSP / Engenharia Eletrônica e-mail: coelho@lcs.poli.usp.br MÉTODO PARA DIAGNÓSTICO DO COMPORTAMENTO DE SISTEMAS ESTRUTURAIS DE PONTES DE CONCRETO

3. MÉTODO PARA DIAGNÓSTICO DO COMPORTAMENTO DE SISTEMAS ESTRUTURAIS DE PONTES DE CONCRETO • Análise do projeto • Inspeção visual • Ensaios dinâmicos • Veículo de prova • Monitoração do tráfego normal • Modelos numéricos • Reanálises • Identificação e caracterização • Diagnóstico

4. Ponte sobre o Rio Guandu - RJ Ponte sobre o Rio Piracicaba -SP Ponte sobre o Rio Entupido - SP Pontes sobre o Rio Pavuna - RJ Viaduto do Tatuapé - SP ESTRUTURAS JÁ INVESTIGADAS E DIAGNOSTICADAS

5. MÉTODO PARA DIAGNÓSTICO DO COMPORTAMENTO DE SISTEMAS ESTRUTURAIS DE PONTES DE CONCRETO • 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. COMO? • 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.

6. ENSAIOS 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.

7. CONCEITOS DE ANÁLISE MODALInter-relações dos modelos dinâmicos

8. VEÍCULO DE PROVA (VP) Instrumentação dos eixos do VP com extensômetros elétricos Pesagem do VP Sistema de aquisição de dados instalado a bordo do VP

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

10. MONITORAÇÃO DO TRÁFEGO NORMALcâmera filmadora sincronizada com a aquisição de dados Ponte sobre o Rio Entupido

11. 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).

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

13. 0,16 1,86 Hz 0,14 0,12 0,10 Dia.Esq rms (tf) 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 frequência (Hz) 0,12 0,10 2,44 Hz 0,08 Dia.Dir rms (tf) 0,06 0,04 0,02 0,00 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 frequência (Hz) ESPECTROS DE FORÇAS (VP) PONTE SOBRE O RIO ENTUPIDO Espectro de Forças (roda dianteira esquerda) VP carregado a 41 km/h 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. 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

14. 50 4,10 Hz VP a 60km/h 45 40 35 PONTE SOBRE O RIO ENTUPIDO 30 4,15 Hz tráfego normal 25 aV2 (mm/s2) RMS 20 15 10 5 2.93 Hz VP a 70 km/h 0 60 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 50 Freqüência (Hz) 2.93 Hz tráfego normal 40 30 AV21 (mm/s2) RMS PONTE SOBRE O RIO PAVUNA - PMN 20 10 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Freqüência (Hz) RESPOSTA EM FREQUÊNCIA DAS PONTESresultados dos ensaios dinâmicos excitado com o VP = Tráfego Normal

15. MODELOS NUMÉRICOS 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. Ponte sobre o Rio Guandu Ponte sobre o Rio Entupido

16. MODELOS NUMÉRICOS Ponte sobre o Rio Pavuna -PMN Ponte sobre o Rio Pavuna -PN

17. Viaduto do Tatuapé MODELOS NUMÉRICOS Ponte sobre o Rio Piracicaba

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

19. 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.

20. 8.0 7.0 banda dos valores das freqüências dos veículos  ressonância 6.0 Guandu 5.0 Freqüência Natural (Hz) 4.0 Piracicaba Entupido PMN 3.0 PN Tatuapé 2.0 1.5 1.0 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Vão Máximo (m) FREQÜÊNCIAS NATURAISrelações entre o maior vão da ponte e a freqüência natural medida nas pontes -comparação com valores internacionais

21. FREQÜÊNCIAS NATURAIS

22. COEFICIENTES DE IMPACTOobtidos a partir das séries temporais de forças do VP Ponte sobre o Rio Entupido  VP descarregado  VP carregado

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

24. SINTESE DO MÉTODO PARA DIAGNÓSTICO DO COMPORTAMENTO DE SISTEMAS ESTRUTURAIS DE PONTES DE CONCRETO • 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. Laboratório de Estruturas e Materiais Estruturais - LEM/EPUSP LYNX - Tecnologia Eletrônica Ltda.