Análise estrutural dinâmica e verificação de projeto à fadiga de pontes rodoviárias em aço e mistas (aço-concreto)

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Quissanga, Vencislau Manuel
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade do Estado do Rio de Janeiro; Centro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de Engenharia; Brasil; UERJ; Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil
• Palavras-chave em Português: Civil engineering; Structural analysis (Engineering); Residual stresses; Mixed construction; Bridges; Engenharia civil; Análise estrutural (Engenharia); Tensões residuais; Construção mista; Pontes; ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::ESTRUTURAS
• Link de acesso: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/18879

As pontes rodoviárias estão sujeitas a ações de carregamentos dinâmicos de impacto relevantes, oriundos de condições de tráfego aleatórias, ao longo da vida útil de serviço. A rugosidade dos pavimentos asfálticos representa um fator chave para o aumento significativo dos valores de deslocamentos e tensões sobre os tabuleiros das pontes. As ações das cargas dinâmicas, principalmente as cíclicas, podem vir a causar a nucleação de fraturas ou mesmo a propagação destas sobre a estrutura. Estes efeitos podem comprometer o sistema estrutural e sua confiabilidade, além de reduzir a vida útil das pontes. Assim sendo, este trabalho de pesquisa tem como objetivo o de desenvolver uma metodologia de análise estrutural dinâmica e verificação da fadiga de pontes rodoviárias de aço e mistas (aço-concreto), quando submetidas a ações de cargas provocadas pela travessia de veículos, considerando-se para tal a interação dinâmica do sistema veículo-estrutura com as irregularidades da pista, assim como a inclusão do efeito da deterioração progressiva do pavimento ao longo do tempo. Deste modo, um aplicativo computacional foi desenvolvido tendo como base a metodologia associada ao cálculo das tensões estruturais para análise de fadiga, visando à interligação entre o programa de elementos finitos ANSYS e o programa MATLAB. As abordagens locais para verificação à fadiga são investigadas sobre determinados detalhes estruturais de ligações soldadas das pontes, pois estes detêm os problemas mais críticos e que requerem ferramentas eficientes para permitir soluções viáveis. Objetivando contextualizar e contribuir para os principais desenvolvimentos da pesquisa, os métodos relevantes de análise de fadiga disponíveis nos códigos de projeto são estudados, tais como: o método de tensão nominal global e o método da tensão hot-spot em detalhes com ligações soldadas. Neste contexto, foram adotadas inicialmente duas pontes rodoviárias como casos de estudos, visando comparar as respectivas respostas em termos de comportamento dinâmico, para ao final selecionar uma destas estruturas para a investigação. O caso de estudo selecionado corresponde a uma ponte típica rodoviária mista, com eixo reto e vão de 40 metros. O sistema estrutural é constituído por quatro longarinas metálicas e uma laje de concreto com 0,225 m de espessura. O modelo numérico da ponte e o modelo do veículo foram desenvolvidos com base no emprego do programa ANSYS, por meio do uso de técnicas usuais de discretização, via emprego do Método dos Elementos Finitos (MEF). Considerando-se a abordagem via tensão hot-spot, os resultados da investigação mostraram que este método é mais eficiente e capaz de proporcionar respostas estruturais mais realistas, quando comparado aos métodos de análise convencionais. De forma a ilustrar a aplicação do método da tensão hot-spot para verificação à fadiga da ponte rodoviária investigada, são apresentados e discutidos os resultados obtidos para a vida útil de serviço da estrutura, considerando-se diversos cenários de danos baseados no tráfego rodoviário simulado ao longo do estudo. Finalmente, os resultados alcançados demonstram a relevância da renovação do pavimento da pista a partir do décimo quarto ano, com referência ao início do tráfego de veículos sobre o tabuleiro, visto que tal medida contribui efetivamente para a diminuição dos valores das tensões e do dano estrutural, produzindo um aumento significativo da vida útil à fadiga dos detalhes mais críticos da ponte rodoviária.