Vibrações induzidas por chuva e vento em cabos de pontes estaiadas : investigação experimental dos mecanismo em túnel de vento

• Ano de defesa: 2012
• Autor(a) principal: Machado, Daniel de Souza
• Orientador(a): Loredo-Souza, Acir Mércio
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Pontes estaiadas (Engenharia); Pontes (Engenharia); Túnel de vento
• Palavras-chave em Inglês: Cable-stayed bridges; Rain and wind; Water rivulets
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/76170

Desde 1988, ao redor do mundo, têm sido relatadas, ocorrências de vibrações de cabos de pontes estaiadas sob ação combinada de chuva de vento. Este mecanismo tem sido de grande interesse dos engenheiros de pontes e pesquisadores, por provocar vibrações de grandes amplitudes em cabos de pontes estaiadas. Estas vibrações, que são predominantemente transversais à direção do vento, foram observadas apenas sob condições de chuva leve e baixa velocidade do vento ocorrendo simultaneamente. As oscilações são provocadas principalmente pela formação e pelo movimento de filetes d´água que se dispõem ao longo da superfície dos cabos e modificam continuamente a distribuição de pressões em volta destes. Devido à alta flexibilidade, massa relativamente pequena e amortecimento extremamente baixo, o sistema de cabos de pontes estaiadas pode estar sujeito a largos movimentos dinâmicos induzidos pela ação combinada de chuva e vento. As grandes amplitudes atingidas reduzem a vida útil dos cabos e de suas conexões e em consequência causam danos aos dutos de proteção contra corrosão. Além disso, as oscilações excessivas podem provocar choques entre cabos adjacentes e causar situações de desconforto ao usuário. O melhor conhecimento do fenômeno evitará que perigosas oscilações induzidas pelo efeito combinado de chuva e vento ocorram evitando que medidas sejam tomadas apenas após a ocorrência de acidentes e não na fase de projeto. O objetivo principal deste trabalho foi investigar os mecanismos relacionados ao efeito combinado de chuva e vento através da identificação e quantificação da influência dos filetes sobre coeficientes aerodinâmicos e sobre a esteira de modelos seccionais. Modelos seccionais de diâmetros 110 mm e 200 mm foram posicionados verticalmente com vento incidente normal ao eixo longitudinal e posicionados verticalmente com vento incidindo obliquamente ao eixo. Os números de Strouhal apresentaram valores diferentes, variando de forma aleatória entre 0,18 e 0,27, em função do diâmetro do cabo e posição dos filetes. Existe, portanto a presença de vórtices de kármám (St=0,2), vórtices de alta velocidade reduzida (St=0,18) e vórtices de alta frequência (St=0,28), sendo estes dois últimos ocorrendo devido a presença dos filetes. Foi confirmada através dos gráficos de densidade espectral a existência de amplificação ou diminuição da intensidade do desprendimento dos vórtices em função da posição do filete superior podendo ocorrer até a supressão dos vórtices. Os modelos inclinados não apresentaram resultados visíveis para a análise de desprendimento de vórtices através de anemometria. Isso pode ter ocorrido devido a presença outros efeitos do vento que normalmente ocorrem sobre cabos inclinados. O escoamento axial, por exemplo, (que ocorre na direção axial do cabo e a sotavento da seção) pode ter sido impedido de se representar na câmara de ensaio do túnel, pois o escoamento pode encontrar as paredes ou pisos como obstáculo ao fluxo. Puderam-se reunir dados experimentais de cabos de diâmetros, posições de filetes e tipos de escoamentos diferentes. Estes resultados servem como base de dados para diversos modelos teóricos já desenvolvidos para estudo do fenômeno.