Metodologia de caracterização dinâmica de pontes em concreto armado : modelo físico escalonado: estudo teórico e experimental

Abstract

Resumo: As pontes e viadutos são de grande importância no cenário socioeconômico brasileiro. Com o desenvolvimento de materiais cada vez mais resistentes, foi possível a execução de estruturas mais esbeltas. Além disso, fatores como o aumento de volume e peso dos veículos ocasionaram um aumento de problemas relacionados a dinâmica. Tendo isto em vista, o objetivo principal deste trabalho é investigar o comportamento, sob carregamento dinâmico, de uma ponte através do uso de modelo físico escalonado aplicando métodos experimentais e numéricos. Neste estudo, foi dimensionada uma ponte de referência conforme normas vigentes e dimensões adotadas em pontes da malha rodoviária brasileira. Com esta estrutura hipotética, modelos numéricos em escala real e reduzida (esc. 1:50) foram desenvolvidos, alterando geometria e material. Com base no modelo numérico em escala reduzida desenvolveu-se um modelo físico em escala reduzida para comparação. A partir destes, torna-se possível a identificação da correlação entre modelos, evidenciando o potencial de aplicação de modelos físicos escalonados para caracterização dinâmica. Adicionalmente, uma caracterização de materiais foi realizada neste trabalho, com intuito de escolher um material para a fabricação do modelo físico em escala reduzida e identificar propriedades como módulo de elasticidade, densidade, fluência e coeficientes de amortecimento. Realizou-se uma avaliação das frequências naturais e modos de vibração dos modelos da ponte, de forma a evidenciar potenciais problemas em função de vento, impacto ou até mesmo tráfego. Em conclusão, foi possível comparar os modelos, viabilizando o uso do método através de modelos escalonados para identificar as frequências mais significativas do sistema (naturais e naturalmente amortecidas) e os modos de vibração. Palavras-chave: Dinâmica, Ponte de concreto armado, modelo físico escalonado.

Abstract: Structures as bridges and viaducts have a major role in the Brazilian socioeconomic background. The development of resistance materials made possible that construct structures become slimmer despite the increase of the traffic volume and vehicle load. These two facts induce dynamic problems. The main goal of this work is investigating the behavior, applying a dynamic load, of a reinforced concrete bridge using experimental studies applied on reduce scaled modelling. In these Project, a real scale bridge was design according to standards and common characteristics found in Brazilian reinforced concrete bridges. Numerical simulations were made in real and reduced scales (1:50) models to compare the dynamic behavior of both models. Through these results, it was possible to have correlations between models in addition to better understand the mechanical behavior of reinforced concrete bridges under dynamic loads. In addition, a material characterization has been done in order to collect additional information about the material properties, such as damping factor. Natural frequencies and modal shapes were evaluated on the bridge models, in order to see potential problems related to the kinds of loads such as wind loads and traffic load. In conclusion, it was possible to compare the studied bridge models, being identified that physical model can expose resonant frequency ranges, vibration modes and other dynamic behavior. Keywords : Dynamic, Reinforced concrete bridge, scaled physical model