eBook Cae2013 Isep

OS NOVOS DESAFIOS DO CLCULO AUTOMTICO NA ENGENHARIA DE ESTRUTURAS

Instituto Superior de Engenharia do Porto

Porto

Maio 2013

Ficha tcnica

Editores:

Diogo Ribeiro1

Srgio Neves1

Paula Carvalhal2

1 Instituto Politcnico do Porto, Instituto Superior de Engenharia, Departamento de Engenharia Civil

2 Datech Portugal

Ficha tcnica

Paginao e montagem: ISEP - Diviso de Cooperao e Comunicao - Gabinete de Design e Multimdia

Assessoria: Slvia Azevedo

ISBN: 978-989-95907-6-2

Os autores. 2013

Os editores. 2013

Instituto Superior de Engenharia do Porto

Rua Dr. Antnio Bernardino de Almeida, 431, 4200-072 Porto

Texto elaborado a partir da reproduo direta dos originais preparados pelos autores. Apesar do cuidado

na preparao desta publicao, de forma a garantir a sua qualidade e integridade, os editores no

assumem qualquer responsabilidade pelo contedo e por possveis incorrees do texto.

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Outros patrocinadores

Prefcio

Os programas de clculo automtico constituem ferramentas de extrema utilidade na anlise e

dimensionamento de estruturas no domnio da engenharia.

A incorporao de mdulos automticos de clculo, enquadrados luz das disposies

regulamentares vigentes, aliada facilidade da sua utilizao e a implementao de interfaces

grficas apelativas, tm vindo a cativar um nmero crescente de utilizadores destes programas.

Todavia, um conhecimento consolidado das suas capacidades e limitaes nas diversas reas de

aplicao indispensvel e premente tendo em vista a obteno de uma soluo final otimizada.

O livro digital Os novos desafios do clculo automtico na engenharia de estruturas pretende

divulgar e discutir as mais recentes aplicaes de programas de clculo automtico no domnio da

Engenharia de Estruturas.

Esta publicao resulta da compilao das apresentaes dos oradores convidados do seminrio

tcnico Os novos desafios do clculo automtico na engenharia de estruturas que decorreu no

dia 29 de maio de 2013 nas instalaes do Instituto Superior de Engenharia do Porto

(http://www.isep.ipp.pt/cae2013/).

Este evento dirigido a profissionais e estudantes de Engenharia foi organizado pelo Departamento

de Engenharia Civil do ISEP, em parceria com a Autodesk, e contou com a participao de 11

oradores nacionais ligados a universidades, empresas e gabinetes de projeto, de experincia e

mrito reconhecidos.

Os captulos deste livro cobrem vrios subdomnios relacionados com as estruturas de beto

armado, as estruturas metlicas, as estruturas de madeira, as estruturas especiais hidrulicas e

ferrovirias e ainda o projeto integrado.

Diogo Ribeiro Srgio Neves Paula Carvalhal

Contedos

1. Concepo e dimensionamento de estruturas metlicas num edifcio singularHugo Marques e Slvio Gonalves (GEG)

1

2. Aplicao da integrao total ao projecto, detalhe e fabrico de enformados a frioFilipe Santos (Vesam)

43

3. Influncia da situao de incndio na conceo e anlise de estruturas metlicasAdriano Lopes (SE2P)

62

4. Interligao de diferentes modelos de clculo e faseamentos construtivosCamilo Basto (Bysteel, S.A.)

97

Contedos

5. Avaliao do comportamento estrutural de pontes metlicas antigas: ponte do Pinhoe ponte Luiz IBruno Costa (UBI)

117

6. Anlise estrutural em aproveitamentos hidroeltricosD. Silva Matos e Jos Paixo (EDP Gesto da Produo de Energia, S. A.)

144

7. Possibilidades e desafios do clculo dinmico de estruturas ferroviriasRui Calada (CSF - FEUP)

179

8. Faseamentos construtivos complexos: caso prtico da Scotland National Arena emGlasgowPedro Silva, Emanuel Rebelo e Matos Silva (Martifer)

226

Contedos

9. Anlise estrutural: estruturas de madeiraSilvia Fernandes (Carmo Estruturas em Madeira S.A.)

300

10. Modelao e clculo de estruturas inseridas em projetos integrados desenvolvidospela AFAconsultCarlos Quinaz (AFAconsult)

342

11. Aplicao de metodologias BIM em projeto de estruturas: possibilidades e desafiosMiguel Azenha (UMinho/ISISE), Jos Carlos Lino (Newton) e Bruno Caires (UMinho/ISISE)

424

1. Concepo e dimensionamento de estruturas metlicas num edifcio singular

Hugo Marques 1 e Slvio Gonalves 2

1 Engenheiro Civil, Coordenador do Departamento de Estruturas, GEG

2 Engenheiro Civil, Projetista de Estruturas, GEG

2. Aplicao da integrao total ao projecto, detalhe e fabrico de enformados a frio

Filipe Santos 1

1 Fundador e Presidente do Conselho de Administrao, Grupo Vesam

1 Introduo1.1 - Como produzido um EF1.2 Vantagens/Desvantagens1.3 IT para a produo de Solues em EF2 Aplicao Informtica2.1 Mdulo de Gesto2.2 Mdulo de Processos2.3 Mdulo de Visualizao3 - Concluses

Resumo

44

Como produzido?

Perfilagem Quinagem

Introduo

45

Vantagens Eficcia Estrutura

Resistncia / Peso =ALTA Versatilidade de

Fabrico Economia no

transporte e manuseamento.

Rapidez de Montagem

Mercado Pequeno ou Nulo

Laminado a Quente

Enformado a Frio

Beto Pr-fabricado

Introduo

46

Aplicaes

Rail Chapa colaborante

Passagens rodovirias Depsitos

Introduo

47

Aplicaes

Unidades Industriais Estrutura Principal e Secundria.

Unidades Habitacionais Parede resistente

Estruturas de Armazenamento Rack System

Unidades Habitacionais Estrutura Porticada

Introduo

48

Ferramenta de Integrao Total - ITProjecto

Modelao Numrica Verificaes Regulamentares

Introduo

49

Ferramenta de Integrao Total - ITProjecto

Propriedades da SecoSteel Type (EN 10149) Geometrical Data

2fyb (Mpa) 355,0 k 7 Type of Sectionfu (Mpa) 430,0 fya 355 C x (mm) y (mm)

l1 (mm) 30,000 118,500 16,848 90 90,000fyb (Mpa) 355,0 E (Mpa) 210000 l2 (mm) 120,000 60,000 1,500 0 90,000fu (Mpa) 430,0 n 0,3 l3 (mm) 450,000 1,500 225,000 0 90,000

l4 (mm) 120,000 60,000 448,500 0 90,000Safety factor l5 (mm) 30,000 118,500 433,152 -90gM0 1,000 t (mm) 3,000gM1 1,000 r (mm) 6,000 N of Proliles 1gM2 1,250

Sugestion 118,500 16,84860,000 1,500

1,500 225,000

60,000 448,500

118,500 433,152

S355

Sugestion

Verificaes do EC

Introduo

50

Ferramenta de Integrao Total - ITDetalheDesenhos

Listas

Introduo

51

Ferramenta de Integrao Total - ITDetalhe Desenho de Montagem

Desenho de Conjunto

Introduo

52

Numa estrutura metlica as vigas, chapas, etc. so tratadas Constituintes de um

Kit que vo passando por diferentes fases do processo.

Assim a execuo uma sequncia de processos interligados (Planeados e

Monitorizados)

As aplicaes informticas gerem os processos dentro de portas. No gerem

trabalhos fora de portas (Sub-empreiteiros e ou montagem).

A EN 1090 introduziu novas politicas de rastreabilidade.

MERP Metalic Enterprise Resource Planning

Introduo

53

MERP

Mdulo de Gesto Planeamento de fases; Monitorizao

Mdulo de Processos Planeamento e registo de operaes

Mdulo de Gesto Visualizao de resultados

Comunicao atravs de FTP, sem necessidade de interveno

Aplicao Informatica

54

Nomenclatura

PJ AP CF DM AS TS EA TP MT IEAcessriosParafusos, Paineis de cobertura, consumiveis, etc

Matrias-primaschapa, barra, perfis, tudos, cantoneiras, vares, etc...

PeasFlanges, Cutelos, reforos, perfis e tubos transformados, etc

Sub-conjuntosConjuntos sub-divididos em partes, como lanos de escadas, vigas seccionadas, etc

ConjuntosVigas, pilares, escadas, asnas, travamentos, chumbadouros, etc

ElementosMadres, chapa de ligao, prumos, etc

DiversosPeas desenhadas e escritas, atividades e listagens personalizadas

Legenda

A - Acessrio C - Conjunto PJ - Projeto AS - Assemblagem e Soldadura MT - MontagemM - Matria-prima E - Elemento AP - Aprovisionamento TS - Tratamanto de Superficies IE - Inspeo e EnsaioP - Pea D - Diversos CF - Corte e Furao EA - Expedio e ArmazenagemS - Sub-conjunto DM - Dobragem e Maquinao TP - Transporte

Processos

Processos possveis

AS

AS, TS, EA, TP, MT, IE

CF, DM, TS, EA, TP, MT,

IE

PJ, EA, MT, IE

Sub-conjuntos, conjuntos e

estrutura final

Peas e elementos

Sub-conjuntos, conjuntos

Conjuntos

Estrutura final

Estrutura final

Estrutura final

Referncias

AP, (AS), EA, TP, MT,

IE

AP, IE

CF, DM, (AS)

AplicaesDescrio / exemplosExpedio, Armazenagem

e TransporteFabricoMontagem, Inpeo

e ControloProjeto e

Aprovisionamento

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Mdulo de Gesto

55

Tipos de Referncias

C Conjunto; P Pea; Etc.Conjuntos

Processos

PJ Projecto; AP Aprovisionamento; Etc Composio dos conjuntos

Mdulo de Gesto

56

Mapa de EntidadesOrdens de Processo

Referncias do processo da entidadeReferncias do processo de ordem

Processos de Entidades

Processo de Ordem

Mdulo de Gesto

57

Estado dos Processos

Filtro de Referncias

RegistosEstado dos Processos

Mdulo de Gesto

58

Referncias de Operao

Operaes diriasOrdem de Processo

Referncias da Ordem

Mdulo de Processos

59

Processos da Obra

Mapa de Obras

Referncias de Processo

Mdulo de Visualizao

60

Os EF so uma tecnologia bastante verstil e econmica.

Devem existir cuidados no calculo estrutural e detalhe.

obrigatrio o estudo da tecnologia para a produo de solues verdadeiramente econmicas. Gesto de produo de subempreiteiros, com um evidente

ganho de capacidade produtiva e diversificao das tipologias; Gesto de todos os processos desde o projecto montagem,

garantindo uma total cobertura do processo produtivo e oferecendo a possibilidade de visualizao pelos donos de obra

Concluso

61

3. Influncia da situao de incndio na conceo e anlise de estruturas metlicas

Adriano Lopes 1

1 Scio-Gerente, SE2P

Desafio: Integrar a anlise ao fogo no processo de conceo e nas anlises econmicas que suportam a tomada de decises em Projeto de Estruturas

Leis de aquecimento padro

Curvas paramtricas, Modelos de 2 zonas

Dinmica dos fludos computacional - CFD

Aes Trmicas Anlise Estrutural Sistema de Proteo

Anlise por elementos

Anlise de parte da estrutura

Anlise daestrutura completa

Valores tabelados

Mtodos analticos

Ensaios em obra

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63

Resposta: Desenvolvimento de uma metodologia robusta de anlise, dimensionamento e avaliao de custo de diferentes solues estruturais

Conceo estrutural

Modelao estrutural

Avaliao de aes e combinaes

Avaliao de segurana temperatura

ambiente

Obteno de temperaturas

crticas

Definio dos sistemas de

proteo

Anlise econmica

64

Garantidos os nveis de segurana compatveis com a regulamentao estrutural, fundamental obter solues econmicas que otimizem os recursos dos Donos de Obra e contribuam para o sucesso dos seus investimentos.Do ponto de vista do Projetista de Estruturas, os fatores que se destacam na influncia que tm no processo de otimizao da soluo estrutural so:

Limitao do desempenho do sistema de proteo ao fogo escolhido Relao no linear do consumo de proteo ao fogo com a massividade do perfil ou com

a sua temperatura crtica Relao inversa no linear entre o consumo de ao estrutural e o consumo de proteo

ao fogo Diferena no fator de imperfeio e curvas de encurvadura entre a situao de incndio

e a temperatura ambiente Importncia dos fenmenos de encurvadura local (classificao de classe 4 implica

assumir uma temperatura crtica de 350C segundo a EN1993-1-2) Efeito do nvel de tenso de compresso na classificao da seo EN1993-1-1 5.5.2(9) Diferenas nas exigncias regulamentares e normativas de vrios mercados geogrficos

Europeus e No Europeus (no exclusivo da situao de incndio) Diferenas nos coeficientes reduzidos das aes entre mercados (com destaque para a

incluso ou no de aes horizontais durante a ocorrncia de um incndio)

65

00.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

0 100 200

Massividade (m-1)

R90 T600C

0

1

2

3

4

5

Massividade (m-1)

R90 T500C

Exemplo do desempenho das tintas intumescentes. Fonte: http://www.warringtoncertification.com/certifire/steelwork-protection/intumescent-coatings.html

0

0.5

1

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2

2.5

0 50 100 150 200

R60 T600C

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0.8

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1.2

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Peso unitrio (kg/m)

R30 T500C

HE AA HE A HE B

HE C HE M

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 50 100 150 200

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) R30 T600C

0

0.5

1

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4

4.5

5

0 50 100 150 200

R90 T600C

0

1

2

3

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Peso unitrio (kg/m)

R60 T500C

HE AA HE A HE B

HE C HE M

0

1

2

3

4

5

Peso unitrio (kg/m)

R90 T500C

HE AA HE A HE B

HE C HE M

66

Edifcio Alto em Salvador da Bahia Brasil

5 pisos de estacionamento2 pisos de lojas10 pisos de escritrios5 860m2 de construoRequisito de resistncia ao fogo R90 segundo Projecto de SeguranaProteo ao fogo realizada com tinta intumescente

A

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67

Edifcio Alto em Salvador da Bahia Brasil

Algumas concluses:

Definio de temperaturas crticas para cada elemento estrutural permitiu reduzir em 12% o custo global

A soluo mais econmica em pilares da srie HEM geralmente a que consome menos ao, mas existem casos em que compensa aumentar o consumo de ao para reduzir o consumo de tinta intumescente

A utilizao de perfis de seo fechada em barras compresso, revela-se quase sempre mais econmica (neste caso at 5% do custo da estrutura), no entanto o custo global da soluo extremamente sensvel a uma boa escolha das dimenses da seo transversal

450

500

550

600

650

700

750

800

Distribuio das Tcrit nos elementos estruturais

Tcrit em pilares Tcrit em vigas

DNA PT DNA PT Armazns

DNA PT s/ instabilidade

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68

Armazenagem em Famalico Portugal

Pilares em perfil HE posicionados numa malha retangular de 25x30mTrelias principais com perfis HE com 2m de altura e 25m de voVigas secundrias em perfil IPE com 30m de vo12m de altura41 270m2 de rea de construoRequisito de resistncia ao fogo R90 segundo Projecto de SeguranaProteo ao fogo realizada com tinta intumescente

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69

Armazenagem em Famalico Portugal

Algumas concluses:

A conceo de trelias metlicas com montantes mais espaados, conduziu ao dimensionamento de perfis com massividades mais baixas, que possibilitaram a utilizao do sistema de proteo de tinta intumescente

Ainda assim foi necessrio um acrscimo de 3,5% no consumo de ao para que nenhum perfil fosse incompatvel com o sistema de proteo escolhido

450

500

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600

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700

750

Distribuio das Tcrit nos elementos estruturais

Tcrit em pilares Tcrit em vigas

DNA PT DNA PT Armazns

DNA PT s/ instabilidade

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70

Centro de Comando Operacional Ferrovirio frica do SulEstrutura semienterrada em beto armadoCobertura de forma circular apoia em 12 pilaresAnel central de 4m de dimetro recebe 24 meias trelias4 500m2 de rea de construoRequisito de resistncia ao fogo R90 segundo Projecto de SeguranaProteo ao fogo realizada com tinta intumescente

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71

Otimizao de elementos estruturais submetidos a compresso pura

Ao da classe S355J0 Nvel de esforo axial para as combinaes de acidente varia entre 100kN e

7500kN Comprimento de encurvadura de 3,5m em qualquer direo e igual em situao

de incndio e temperatura ambiente Resistncia ao fogo requerida de 90 minutos Proteo ao fogo com tinta intumescente ou argamassa de perlite e vermiculite Analisadas as sries completas de HEA, HEAA, HEB e HEM Analisadas duas ou trs espessuras de parede para cada dimenso exterior de SHS

e CHS (o que introduz algumas das variaes observadas nos grficos seguintes)

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o

CHS88.9x4 CHS139.7x8 CHS219.1x10 CHS406.4x10 CHS457x16 SHS140x8 SHS180x12 SHS300x12

CHS114.3x4 CHS193.7x6 CHS273x8 CHS457x10 CHS508x16 SHS120x10 SHS200x12 SHS250x16

CHS88.9x6 CHS219.1x6 CHS244.5x12 CHS323.9x16 SHS100x5 SHS150x8 SHS180x16 SHS350x12

CHS114.3x6 CHS168.3x10 CHS273x12 CHS508x10 SHS120x6 SHS160x8 SHS250x12 SHS300x16



Lista de dimenses de CHS e SHS analisadas

72

0200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

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N

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Peso unitrio (kg/m)

Resistncia axial das sries CHS, SHS, HEA, AA, B e M

CHS Nb,Rd

SHS Nb,Rd

HEA Nb,Rd

HEAA Nb,Rd

HEB Nb,Rd

HEM Nb,Rd

CHS Nb,fi,t20,Rd

SHS Nb,fi,t20,Rd

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Nc

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ELU Situao de Incndio T=20C

Perfil Curva de encurvadura z

SHS140x8 a 0.21 0.53

HEB120 c 0.49 0.53

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Peso unitrio (kg/m)

Resistncia axial das sries CHS, SHS, HEA, AA, B e M

CHS Nb,Rd

SHS Nb,Rd

HEA Nb,Rd

HEAA Nb,Rd

HEB Nb,Rd

HEM Nb,Rd

CHS Nb,fi,t20,Rd

SHS Nb,fi,t20,Rd

HEA Nb,fi,t20,Rd

HEAA Nb,fi,t20,Rd

HEB Nb,fi,t20,Rd

HEM Nb,fi,t20,Rd

Nc

74

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0 50 100 150 200 250 300 350

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2

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(

%

)

Peso unitrio (kg/m)

Perda de resistncia calculada em situao de incndio T=20C

CHS SHS HEA HEAA HEB HEM

75

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0 500 1000 1500 2000 2500 3000

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(

C

)

Esforo axial em situao de incndio (kN)

Evoluo da temperatura crtica com o esforo axial para vrias sees

HE280B CHS323.9x10 SHS250x12

HE300M HE140A HE200AA

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

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C

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(

C

)

Fator de utilizao

Evoluo da Tcrit com o fator de utilizao

76

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Ao S355J0 em perfil (/kg)

Transformao, transporte e

montagem (/kg)

Apenas proteco

anticorrosiva (/m2)

Intumescente e anticorrosiva

(/um/m2)Argamassa e tinta anticorrosiva

(/mm/m2)

CHS 0.85 0.65 10.5 0.03 1.15 mas se

Ex

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50 70 90 110 130 150 170 190

300.00

400.00

500.00

600.00

700.00

800.00

900.00

1,000.00

1,100.00

1,200.00

Peso unitrio (kg/m)

C

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Pilar 3.5m R90 - Compresso Pura - Nvel de carga 1500kN - Argamassa de Perlite e Vermiculite


79

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Em Anexo:

Outros Nveis de Carga

80

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-

100.00

200.00

300.00

400.00

500.00

600.00

700.00

800.00

Peso unitrio (kg/m)

C

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Pilar 3.5m S355 R90 - Compresso Pura - Nvel de carga 100kN - Argamassa de Perlite e Vermiculite


82

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0 20 40 60 80 100 120 140

-

100.00

200.00

300.00

400.00

500.00

600.00

700.00

800.00

Peso unitrio (kg/m)

C

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Pilar 3.5m S355 R90 - Compresso Pura - Nvel de carga 200kN - Tinta Intumescente


83

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-

100.00

200.00

300.00

400.00

500.00

600.00

700.00

800.00

Peso unitrio (kg/m)

C

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84

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0 20 40 60 80 100 120 140

-

100.00

200.00

300.00

400.00

500.00

600.00

700.00

800.00

Peso unitrio (kg/m)

C

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0 20 40 60 80 100 120 140

-

100.00

200.00

300.00

400.00

500.00

600.00

700.00

800.00

Peso unitrio (kg/m)

C

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20 40 60 80 100 120 140

-

200.00

400.00

600.00

800.00

1,000.00

1,200.00

Peso unitrio (kg/m)

C

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87

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20 40 60 80 100 120 140

-

100.00

200.00

300.00

400.00

500.00

600.00

700.00

800.00

Peso unitrio (kg/m)

C

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20 40 60 80 100 120 140

-

100.00

200.00

300.00

400.00

500.00

600.00

700.00

800.00

Peso unitrio (kg/m)

C

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100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200

600.00

700.00

800.00

900.00

1,000.00

1,100.00

1,200.00

Peso unitrio (kg/m)

C

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92

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120 170 220 270 320

1,000.00

1,100.00

1,200.00

1,300.00

1,400.00

1,500.00

1,600.00

1,700.00

1,800.00

1,900.00

Peso unitrio (kg/m)

C

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Pilar 3.5m R90 - Compresso Pura - Nvel de carga 4500kN - Tinta Intumescente

CHS SHS HEA HEB HEM

93

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120 170 220 270 320

700.00

900.00

1,100.00

1,300.00

1,500.00

1,700.00

1,900.00

Peso unitrio (kg/m)

C

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94

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180 200 220 240 260 280 300 320 340 360

1,400.00

1,500.00

1,600.00

1,700.00

1,800.00

1,900.00

2,000.00

Peso unitrio (kg/m)

C

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a

Pilar 3.5m R90 - Compresso Pura - Nvel de carga 7000kN - Tinta Intumescente

CHS SHS HEM

95

Ex

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180 200 220 240 260 280 300 320 340 360

1,000.00

1,100.00

1,200.00

1,300.00

1,400.00

1,500.00

1,600.00

1,700.00

1,800.00

1,900.00

Peso unitrio (kg/m)

C

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CHS SHS HEB HEM

96

4. Interligao de diferentes modelos de clculo e faseamentos construtivos

Camilo Basto 1

1 Engenheiro Civil, Projetista de Estruturas, Bysteel

Apresentao da empresa

Fundada em 2007

Capacidade de produo superior a 12 000 t anuais

160 colaboradores dos quais 43 so Engs

Fundada nos anos 40

928 colaboradores em mais de 50 empresas

Volume de Faturao superior a 300 M (2011)

98

Organizao da apresentao

- Resoluo de casos prticos

- Explorao de capacidades disponibilizadas actualmente

- Preocupaes futuras

99

Vigas mistas

Clculo e optimizao de vigas mistas feitas com PRS

Tabuleiros de pontes mistos

100

Vigas mistas


Clculo directo atravs de folha de clculo em Excel

Principais Vantagens:

- Rapidez de clculo

- Fcil controle de resultados

- Optimizao com recurso

ferramenta Solver.

Principais Desvantagens:

- Dificuldade de simulao de mltiplas combinaes de esforos

- Actualizao conforme alterao dos regulamentos

101

Vigas mistas


Clculo iterativo atravs de modelao em barras e elementos finitos

Principais Vantagens:

- Facilidade de simulao de mltiplas combinaes de esforos

- Rigor no calculo da alternncia de esforos

- Facilidade de anlise de resultados

Principais Desvantagens:

- Validao dos resultados, principalmente devido ao faseamento construtivo

- Iteraes trabalhosas

102

Vigas mistas


Clculo iterativo atravs de modelao em programa de clculo automtico

Colocao inicial

Colocao dos travamentos intermdios

e betonagem da lajeClculo dos esforos na viga metlica vindos do peso prprio da viga, travamentos e laje

Clculo dos esforos na viga vindos das restantes cargas permanentes e todas as aces variveis

103

Vigas mistas


104

Reabilitao GNRation

105

Reabilitao GNRation

106

Reabilitao GNRation

107

CONTROLE DOS CASOS DE CARGA (devem ser iguais)

- Permite uma fcil acoplao de modelos diferentes

CONTROLE DA NUMERAO DAS BARRAS E NS (intervalos)

- Permite uma rpida actualizao dos modelos locais nos modelos globais

CONTROLE DAS CONDIES DE FRONTEIRA LOCAIS

- Construo do modelo global com definio de pontos-chave para receber os modelos locais

Reabilitao GNRation

108

Reabilitao GNRation

109

Reabilitao GNRation

110

Reabilitao GNRation

111

Reabilitao GNRation

112

Modelao

Contabilizao de esforos originrios de encurvadura global

A carga deve

estar descentrada

no valor mximo

de erro

Valor de deformada para anlise linear

Valor de deformada para anlise no linear (P)

113

Modelao GNRation Escada em espiral

Compatibilizao de

deslocamentos feita por

degraus estruturais

114

Modelao

Reforo de sapatas

Reforo:

Rigidez inferior

Sapata original

Rigidez superior

Clculo de assentamentos

Adio de um apoio horizontal

Calculo dos esforos

Gerados pela rotao imposta

115

Validao de resultados

- Formao na rea de trabalho e nos programas de clculo

- Calibrao e validao de programas de clculo

- Calibrao e validao de modelos de clculo

- Anlise de sensibilidade

116

5. Avaliao do comportamento estrutural de pontes metlicas antigas: ponte do Pinho e ponte Luiz I

Bruno Costa 1

1 Assistente Convidado no Departamento de Engenharia Civil e Arquitetura, Faculdade de Engenharia, Universidade daBeira Interior

1. ndice

1. Identificao Estrutural

2. Pontes centenrias reabilitadas: Pinho e Luiz I

3. Ponte do Pinho: modelo global

4. Ponte do Pinho: modelos locais

5. Ponte Luiz I: modelo global

6. Ponte Luiz I: modelos locais

7. Ensaios estticos

8. Ensaios de vibrao ambiental

9. Validao dos modelos

10. Comentrios finais

118

1. Identificao estrutural

Segurana estrutural Capacidade de carga Condies de utilizao

Ensaios laboratoriais e de

campo

MEIOS EXPERIMENTAIS

MEIOS DE CLCULO E SIMULAO

Avaliao do estado das estruturas

Caracterizao dos mecanismos de rigidez e de

resistncia

&Quantificao de

parmetros estruturais

Desenvolvimento de modelos numricos

MANUTENO E GESTO DAS

PONTES

IDENTIFICAO ESTRUTURAL

Anlise fivel e objectiva do

comportamento estrutural

119


Anomalias: Anomalias:

Ponte do Pinho Ponte Luiz I

Pintura deteriorada

LixoSoldadura Bolsas de corroso

Instabilidade Rotura de rebites

Dejectos de aves

Apoios deteriorados

120

Trabalhos de reabilitao:Trabalhos de reabilitao:


Remoo do pavimento em beto armado

Substituio da grelha de carlingas e longarinas

Grelha secundria para as novas cargas

Reforo e reparao de peas diversas

Substituio dos aparelhos de apoio

Hidrodecapagem e pintura

Reforo das carlingas e longarinas do tabuleiro

Nova laje de beto armado

Substituio das diagonais

Reforo das cordas inferiores

Substituio dos aparelhos de apoio

Hidrodecapagem e pintura

Ponte do Pinho Ponte Luiz I

121

3. Ponte do Pinho: modelo global - vos principais

Modelo 3D de EFs (6 GDL):

53460 GDL

4090 elementos de barra

6220 elementos de casca

Estratgia condicionada pela instrumentao

Modelao base com recurso a elementos de barra

Elementos dotados de extensmetros com discretizao alternativa

(combinao de elementos de casca e de barra )

122

3. Ponte do Pinho: modelo global - seco transversal

Pr-reabilitao Ps-reabilitao

Carlinga Corda inferior123

3. Ponte do Pinho: modelo global - transio entre painis

N inferior

N superior

124

4. Ponte do Pinho: modelos locais - ns

Modo de vibrao de toro (deformada vertical anti-simtrica das vigas)

125

4. Ponte do Pinho: modelos locais - juntas de dilatao


Modo de vibrao global da ponte (Ps-reabilitao)

126

4. Ponte do Pinho: modelos locais - juntas de dilatao


127

5. Ponte Luiz I: modelo global

Modelao base com recurso a elementos de barra

Ligao adequada entre diferentes sub-estruturas (elementos de casca)

Incorporao da rigidez dos pavimentos, transversal e longitudinal

Modelo 3D de EFs (6 GDL):

55080 GDL

16880 elementos de barra

1670 elementos de casca

128

5. Ponte Luiz I: modelo global - ligao entre sub-estruturas

A B

D C

A

D

B

C

129

5. Ponte Luiz I: modelo global - coroamento do arco

Vigas I

Arco

Transio de vigas-trelia para vigas de alma cheia

Modelao das vigas-I atravs da combinaode elementos de casca e de barra

Apoio das vigas no coroamento

(rigidez e excentricidade das cargas)

130

5. Ponte Luiz I: modelo global - seco transversal

Tabuleiro superior(pr-reabilitao)

Tabuleiro superior(ps-reabilitao)

Tabuleiro inferior

131

6. Ponte Luiz I: modelos locais - painis do tabuleiro superior

Grande discrepncia entre os resultados

experimentais e as estimativas numricas!

132


PROCEDIMENTO DE CLCULO:

Passo 1

Graus de liberdade unitrios

Passo 2

Construo da matriz de influncia

Passo 3

Clculo das novas

deformaes133


Deformada(Modelo global)

Momentos flectores(Modelo global)

Deformada(Modelo local)

Tenses normais(Modelo local)

134


T originalReforos

135

7. Ensaios estticos

AVALIAO EXPERIMENTAL DIRECTA DO COMPORTAMENTO DA

ESTRUTURA EM RESULTADO DAS ALTERAES PRODUZIDAS PELOS TRABALHOS DE REABILITAO E REFORO

ASPECTOS CARACTERSTICOS

MONITORIZAO EM AMBOS OS ENSAIOS DE SECES E PONTOS COMUNS

REALIZAO DE CASOS DE CARGA IGUAIS OU SEMELHANTES

SISTEMA DE MONITORIZAO COMPLEMENTAR TEMPORRIO (FLECHAS)

UTILIZAO COMO VECULOS DE CARGA APENAS CAMIES RODOVIRIOS (LUIZ I)

398 kN 12.28 kN/m 528 kN 15.28 kN/m

CARREGAMENTOS ESTTICOS E QUASE-ESTTICOS (LINHAS DE INFLUNCIA)136

PROCEDIMENTO DE ENSAIO:

MEDIO A JUSANTE E MONTANTE DOS TABULEIROS SECES INSTRUMENTADAS: 7 POR VO (PINHO) / 28 (LUIZ I) 4 SISMGRAFOS TRIAXIAIS (12 CANAIS)

TEMPO DE AQUISIO POR SETUP: 6 A 16 MINUTOS FREQUNCIA DE AQUISIO: 50-100 HZ.

IDENTIFICAO MODAL:

ANPSDS fi [MTODO PP ] & FUNES DE TRANSF. i

8. Ensaios de vibrao ambiental

137

9. Validao dos modelos - Ponte do Pinho

PR PS

DESVIO MDIO: 2.10%

DESLOCAMENTOS

DESVIO MDIO: 6.20%

PR PS

PR PS

DIAGONAL

CORDA INFERIOR

DEFORMAES

138

9. Validao dos modelos - Ponte do Pinho

MODOS DE VIBRAO

FREQUNCIAS NATURAIS

DESVIO MDIO: 3.15%

PS-REABILITAO

1 (L-T)

2 (V)

4 (L)

3 (L-T)

5 (V)

8 (V)

7 (V)

6 (T)

139

9. Validao dos modelos - Ponte Luiz I

DESVIO MDIO: 2.25%

FLECHAS DEFORMAES

IDENTIFICADOS GRANDES DESVIOS NALGUNS ELEMENTOS

PS-REABILITAO

140


DESVIO MDIO: 2.25%

FLECHAS DEFORMAES

IDENTIFICADOS GRANDES DESVIOS NALGUNS ELEMENTOS

PS-REABILITAO

141


MODOS DE VIBRAO FREQUNCIAS NATURAIS

DESVIO MDIO: 1.74%

PS-REABILITAO1 (L)

2 (L)

3 (L)

4 (L)

5 (V-Long.)

6 (L)

7 (L)

8 (L)

9 (L)

10 (V)

11 (V)

12 (V)

13 (V)142

10. Comentrios finais

Duas pontes metlicas centenrias de tipologia diversa foram alvo de estudos

de caracterizao do comportamento no mbito de projectos de reabilitao e

reforo a que foram sujeitas

Foram adoptados procedimentos e metodologias na elaborao dos modelos

numricos que permitissem simular de forma adequada a resposta estrutural

durante a realizao de ensaios e em condies de servio

A boa correlao dos resultados numricos com os dados experimentais

demonstrou a validade das estratgias de modelao numrica implementadas

Os resultados obtidos constituiem uma referncia valiosa para futuros projectos

semelhantes. A discrepncia assinalvel da distribuio de tenses real nos

elementos estruturais face ao estimado pelos modelos idealizados em projecto

claro indicador de uma lacuna de conhecimento que urge colmatar

143

6. Anlise estrutural em aproveitamentos hidroeltricos

D. Silva Matos 1 e Jos Paixo 2

1 Responsvel do Departamento de Barragens, Direo de Projetos e Investimentos, EDP Produo2 Engenheiro Civil, Departamento de Barragens, EDP Produo

Agenda

1. Aproveitamentos Hidroeltricos e Barragens

2. Estudos relativos a barragens abbada

3. Exemplos de anlises estruturais em barragens abbada

4. Exemplos de anlises estruturais em estruturas de centrais hidroeltricas subterrneas

5. Desenvolvimentos futuros

145

- Novos Aproveitamentos Hidroeltricos em projeto

- Novos Aproveitamentos Hidroeltricos em construo

Novos Aproveitamentos Hidroeltricos:

3. Foz Tua

31. Baixo Sabor

1

- Reforos de Potncia em construo

Reforos de Potncia:

4

4. Frido2

2. Ribeiradio-Ermida

8

8. Venda Nova III

9

9. Salamonde II

7

7. Alqueva II

5

5. Picote II

6

6. Bemposta II

- Reforos de Potncia recentemente concludos


146

Texto

Texto

Altura - 123 mCoroamento - 505 mVolume de Beto - 670 000 m3

Barragem de Montante do Baixo Sabor


147


Barragem de Montante do Baixo Sabor

148

Altura - 96 mCoroamento - 348 mVolume de Beto - 527 000 m3

Altura - 110 mCoroamento- 297 mVolume de Beto - 295 000 m3

Barragem do Alto Lindoso Barragem de Alqueva


149

Forma da consola central

Exemplos de barragens abbada projectadas pela

EDP

Alto Lindoso

(1983)

Alqueva (1987)

Foz Coa(1991)

Frido(1993)

Baixo Sabor (2005)

Foz Tua (2010)

Frido(2011)

Altura (m) 110 96 136 96 123 108 98

Desenvolvimento (m)

Coroamento 297 348 434 300 505 275 300

Fundao 60 145 80 32 60 68 68

Espessura no Coroamento(m) 4 7 6 4.5 6 5 5

Espessura mxima 30,1 33,0 43,4 27,6 39,3 32,0 28,7

Volume de Beto(m3) 295 000 527 000 972 700 227 800 670 000 317 000 251 500


150

Texto

Texto

Venda Nova III - Reforo de potncia

Circuito hidrulico com cerca de 4,5 km (galerias com 12 m), aproveitando uma queda de 420 m. Central equipada com 2 grupos de velocidade varivel com um potncia total de 750 MW.


151

Central Caverna dos Grupos (G2 execuo de betes das paredes e soleira)

Venda Nova III (reforo de potncia)

Dimenses caverna:Largura = 25 mAltura = 53 m


152

ESTUDOS ASSOCIADOS FASE CONSTRUTIVA

Instalao das tenses devidas ao peso de acordo com o plano de betonagens previsto

Evoluo trmica da barragem e controlo das temperaturas

Arrefecimento natural e artificial da barragem

Estudos de otimizao das presses de injeo das juntas de contrao

ESTUDOS EM FASE DE PROJETO

Definio e otimizao de formas (incluindo otimizao da temperatura na poca de injeo das juntas de contrao)

ANLISE ESTRUTURAL PARA CENRIOS CORRENTES

Cenrios envolvendo a ao do peso prprio, presso hidrosttica, subpresses, variaes de temperatura, e sismos base de projeto

Verificao da estabilidade global, e de resistncia do beto e macio de fundao

2. Estudos relativos a Barragens Abbada

153

ANLISE ESTRUTURAL PARA CENRIOS DE ROTURA

Cenrios envolvendo de forma conjugada, ou no, descontinuidades na fundao, o contacto barragem-fundao e as juntas da barragem

Ao do Sismo Mximo de Projeto

Cenrio envolvendo a deteriorao e/ou do macio de fundao


ESTUDOS EM FASE DE PROJETO

ESTUDOS EM FASE CONSTRUTIVA

Estabilidade dos blocos da barragem durante a construo da barragem e instalao das tenses devidas ao peso prprio

Evoluo trmica da barragem e controlo das temperaturas

Arrefecimento natural e artificial da barragem

Estudos de otimizao das presses de injeo das juntas de contrao

154

Desenvolvimentos de modelos para acompanhamento do enchimento da albufeira

Calibrao do modelo aos resultados observados e interpretao dos resultados


ESTUDOS NA FASE DO 1 ENCHIMENTO DA ALBUFEIRA

ESTUDOS EM FASE DE EXPLORAO

Anlise dos resultados da observao da barragem

Calibrao do modelo representativo do comportamento da barragem

Desenvolvimento de modelos para interpretao de eventuais comportamentos anmalos

155

Projeto estrutural da barragem

Definio preliminar das formas

Projetos semelhantes

Mtodo trial-load

Otimizao das formas da barragem

Minimizao do volume de beto impondo comportamento estrutural apropriado

Mtodo dos elementos finitos

Verificao de cenrios obrigatrios

Estudos especficos (elaborados pelo LNEC)

3. Exemplos de anlises estruturais em Barragens Abbada

Barragem de montante do Baixo Sabor

156

Malha de elementos finitos

Elementos finitos hexadricos

4 elementos espessura

Anlise com o software ANSYS


Otimizao das formas da barragem de montante do Baixo Sabor

157

Objetivo

Minimizao do volume de beto

Restries de comportamento

Tenses estticas

Estabilidade ao deslizamento

Restries geomtricas

Evoluo montona do declive dos paramentos das consolas

Espessura nas nascenas dos arcos



Inicial

Final

158

Mtodos

Programao linear sequencial, sendo as derivadas calculadas por diferenas finitas

ou

Minimizao restringida no linear via mtodos heursticos - algoritmos genticos recorrendo a redes neuronais



Variveis de projeto

Valores a vrias profundidades

o das funes definidoras das formas, ou

o da distncia, superfcie de referncia, dos paramentos nalguns perfis radiais

Temperatura instalada na poca de injeo das juntas de contrao

159


Tenses principais para peso prprio e presso hidrosttica

Barragem de montante do Baixo Sabor

160

Anteviso e perfil radial da barragem


Altura - 108 m

Coroamento - 275 m

Volume - 317 000 m3

Barragem de Foz Tua

161


Barragem de Foz Tua

Malha de elementos finitos (1572 elementos e 2790 ns)

162

Valores mximos 0,9 MPa trao (montante) 5,0 MPa compresso (jusante)


Barragem de Foz Tua


163

Tenses principais, paralelas (a) e perpendiculares (b) consola central

A ao trmica de Inverno diminui as tenses de compresso adjacentes aos paramentos

3. Exemplos de anlises estruturais em Barragens AbbadaBarragem de Foz Tua

164



Isolinhas da varivel de dano compresso, na situao final de colapso

Esmagamento da zona central dos arcos superiores determina o colapso da barragem

Barragem de Foz Tua

Cenrio de deteriorao do beto (LNEC)

165

3. Exemplos de anlises estruturais em Barragens AbbadaBarragem de Foz Tua

Cenrios de rotura atravs da fundao (LNEC)

Estabilidade avaliada por reduo gradual das caractersticas resistentes das descontinuidades, at

ocorrer rotura ou os deslocamentos atingirem valores inaceitveis.

N32E;83SE

N14E;34NW

N02E;87NW

N62E;89SE

vertical discontinuity

upstream

fault C

Detalhe do modelo 3DEC para anlise de rotura no encontro esquerdo (barragem e fundao a montante escondidas)

Modelo com fundao elstica, para estudar rotura exclusivamente no contacto barragem-fundao.

Modelos detalhados das margens esquerda e direita, considerando rotura tambm nas descontinuidades da rocha

Modelos analisados com o software 3DEC

(mtodo dos elementos discretos) :

166


Modelo 3DEC para anlise ssmica:

Barragem com juntas de contraco e

junta na interface beto-rocha;

Macio de fundao com blocos para

a simulao do free-field.

Comportamento dinmico para o Sismo Mximo de Projecto (LNEC)

Barragem de Foz Tua

Normal displacement of a contraction joint at the crest (positive is opening)

167


Barragem do tipo abbadas mltiplas de grande vo

Maior abbada: Altura = 55 m; Vo = 54 m

Barragem de Odivelas

168


3. Exemplos de anlises estruturais em Barragens AbbadaBarragem de Odivelas

169




170




171

Tenses normais mximas devidas aco isolada do sismo base de projecto (albufeira cheia)

3. Exemplos de anlises estruturais em Barragens AbbadaBarragem de Odivelas

172

Reforo de potncia do A. H. de Picote

(Picote II)

Principais caractersticas:

Caverna da central com L = 68m, B = 23m e Hmx = 58m

Central equipada com 1 turbina (400m3/s)

1 ponte rolante de 600 ton

A abbada revestida por arco de beto

4. Exemplos de anlises estruturais - Centrais Hidroeltricas Subterrneas

173

Fase Descrio Elementosescavados

4Escavao da galeria de

acesso central

5

Betonagem da abbada;

Extensmetros dos hasteais

6Escavao da cmara dos

transformadores

Fase Descrio Elementosescavados

1

Escavao de 2 galerias longitudinais e 3 transversais;

Extensmetros da abbada

2 Escavao do ncleo central

3Escavao at base das

vigas

Anlise da estabilidade global das escavaes da central

4. Exemplos de anlises estruturais - Centrais Hidroeltricas SubterrneasPicote II

174

PICOTE II - Anlise da estabilidade local das escavaes da Central

Sem contenesCom conteno aplicada ao bloco

mais desfavorvel


175

Anlise de estabilidade global das escavaes da central: Previso dos deslocamentos [m]

A comparao dos deslocamentos obtidos nos estudos e os valores medidos iro permitir aferir a justeza dos pressupostos ou exigir a realizao de retro anlises.

A monitorizao da obra subterrnea permite:

Aferir nvel de segurana;

Perceber mecanismos;

Ajustar as fases de construo;

Calibrar o modelo numrico.


176

4. Exemplos de anlises estruturais - Centrais Hidroeltricas Subterrneas

Venda Nova III (reforo de potncia)

177

5. Desenvolvimentos futuros

Potenciao da customizao dos softwares comerciais utilizados

Standards de CAD/CAE especficos para aproveitamentos hidroeltricos

Otimizao das formas de barragens: parametrizao evolutiva das redes neuronais

Tcnicas de anlise de resultados de observao e de identificao de eventuais comportamentos anmalos

Modelos de clculo para simulao de comportamentos associados a reaes expansivas do beto

Modelos de clculo para simulao da progresso de fissuras

178

7. Possibilidades e desafios do clculo dinmico de estruturas ferrovirias

Rui Calada 1

1 Professor Associado com Agregao, Centro de Saber da Ferrovia, FEUP

ndice

Introduo

Modelao dinmica do sistema comboio-estrutura

Anlise da interao dinmica comboio-estrutura

Clculo dinmico de uma ponte ferroviria do tipo bowstring

Clculo dinmico de uma transio aterro-passagem inferior

Concluses e desafios futuros

180

Introduo

Os comboios interagem com a infraestrutura induzindo vibraes que podem afetar a

estabilidade estrutural dos componentes da infraestrutura, a estabilidade da via, a

estabilidade do contacto roda-carril ou o conforto dos passageiros.

Para uma anlise rigorosa do problema necessrio desenvolver um modelo dinmico

do sistema acoplado comboio-estrutura.

O comportamento dinmico do sistema depende de caractersticas da estrutura, do

comboio e da interface, ou seja, da via e das irregularidades da via.

As anlises dinmicas com interao comboio-estrutura so complexas e exigentes do

ponto de vista computacional.

181

Introduo

Nesta apresentao descrevem-se formas de modelao do comboio, da via e das

irregularidades da via, e apresentam-se mtodos para a resoluo do problema de

interao comboio-estrutura.

As pontes e as zonas de transio aterro-estrutura so componentes crticos da

infraestrutura ferroviria.

Apresentam-se clculos dinmicos de uma ponte ferroviria do tipo bowstring e de

uma transio aterro-passagem inferior situadas na linha do norte da rede ferroviria

nacional, efetuados com o objetivo de avaliar o desempenho da infraestrutura com o

aumento da velocidade de circulao dos comboios.

182


Modelao do comboio Alfa pendular

Afastamento regular entre grupos de eixos D = 25.9 m

Carga por eixo P = 129-137 kN

Comprimento total L = 158.9 m

Velocidade mxima v = 220 km/h

183



(1) Base

(2) Painis laterais

(3) Cobertura

184



185



Parmetros modais numricos

1C - fD = 1.01 Hz 2C - fD = 1.24 Hz 3C - fD = 1.70 Hz

4C - fD = 8.39 Hz 5C - fD = 12.16 Hz 6C - fD = 17.73 Hz

186



Identificao de parmetros modais

Caixa

Bogie

187


Modelao do comboio

Parmetros modais numricos vs experimentais

1.01 Hz 1.01 Hz 0 %

8.39 Hz 8.38 Hz 0.1 %

1.24 Hz 1.33 Hz -6.8 %

12.16 Hz 12.26 Hz -0.8 %

1.70 Hz 1.59 Hz 6.9 %

D. Ribeiro, R. Calada, R. Delgado, M. Brehm and V. Zabel (2013). Finite element model calibration of a railway vehicle based on experimental modal parameters, Vehicle System Dynamics , Vol. 51, No. 6. 188


Modelao da via

kbcbMt

kpcp

kbsfcbsf

EI, m

Balastro

Palmilhas CarrisTravessa

Balastro, subbalastro e fundao

AB

CDbalastro

A: Global da via

40-140 Hz

B: Antirressonncia travessas

80-300 Hz

balastro

balastro

C: Carril sobre palmilhas

250-1500 Hz

balastro

D: Pin-pin

>1000 Hz

Man (2002)

189


Modelao das irregularidades

Caixa0.7-5 Hz

Roda-carril100-1000 Hz

Bogie5-20 Hz

v = 180 km/h

v = 360 km/h

v

f v

m

190


Modelao das irregularidades

G A2

2

0.8246rad/m

0.0206rad/m

Proposta da Deutsche Bahn

70m 25m 3m

Manuteno cuidadaA 0.59233 10!"

Manuteno normalA 1.58610 10!"

191


Resoluo do problema de interao

#$

%&b . #( b + )b . #* b ++b . #b ,b&v . #( v + )v . #* v + +v . #v ,v -&b .. &v/ %#(

b#( v0 + -)

b .. )v/ %#*b

#* v0 + -+b .. +v/ %#

b#v0 %,

b,v0

#1

%+2b . #b ,3b+2 v . #v ,3v

4+2 FFv +2FXv+2FXv +2XXv 7 %#Fv#Xv 0 8

,3Fv,3Xv9 +2 FFv . #Fv = ,3Fv +2 FXv . #Xv ,3Xv = +2 FXv . #Fv + +2 XXv . #Xv

;1;$

gls livres do veculo

gls de interao do veculo

Delgado, R. and Santos, S. (1997). Modeling of railway bridge-vehicle Interaction on high speed tracks, Computers & Structures, 63, 511-523. 192



i = i+1

;ibt = ;sta + ;dyn ,ib t

#ibt

B;dyn ,i ;dyn ,i1;dyn ,i1 B Tol Convergncia?

#iv t = #i1b t ;dyn ,iv t = ;iv t

t=0; i=0

t = t+t

FimSim

t > tfinalSim

No

No

193



+2 PP1 .. +2PP$ . QPR1+2PR$ .. +2PR$SRP1 .

+2RR$ TRRTRR .

#P1#P$#R$UR

,3P1,3P$,3R$V3R

#R$X #W1

Y

gls livres da ponte

gls livres do veculo

gls de interao do veculo

gls de interao

Neves, S.; Azevedo, A. and Calada, R. (2012). A direct method for analyzing the vertical vehiclestructure interaction, Engineering Structures, Vol. 34, January, pp. 414420. 194


Resoluo do problema de interaoAlvo

Ns de contacto

Alvo

N de contacto

h

Mtodo dos multiplicadores de Lagrange Mtodo da penalidade

Alvo

h

N de contacto

195


Ponte ferroviria de So Loureno

DirectionPorto

DirectionLisbon

196


Modelao

197


Parmetros modais numricos

Modo 1 f = 2.34 Hz Modo 2 f = 4.38 Hz Modo 3 f = 6.07 Hz

Modo 4 f = 7.12 Hz Modo 5 f = 7.48 Hz Modo 6 f = 9.77 Hz

Modo 7 f = 10.55 Hz Modo 8 f = 11.72 Hz Modo 9 f = 13.80 Hz 198


Identificao de parmetros modais

199


Parmetros modais numricos vs experimentais

2.34 Hz 2.34 Hz 0.0 % 4.38 Hz 4.37 Hz 0.2 % 6.07 Hz 6.02 Hz 0.8 %

7.12 Hz 7.11 Hz 0.1 % 7.48 Hz 7.43 Hz 0.7 % 9.77 Hz 9.76 Hz 0.1 %

10.55 Hz 9.93 Hz 6.2 % 11.72 Hz 11.30 Hz 3.7 % 13.80 Hz 13.76 Hz 0.3 %

Ribeiro, D.; Calada, R.; Delgado, R.; Brehm, M. and Zabel, V. (2012). Finite element model updating of a bowstring-arch railway bridge based on experimental modal parameters, Engineering Structures, Vol.40, July, pp. 413435. 200

Clculo dinmico de uma ponte do tipo bowstring

Texto

Manuteno cuidadaA = 0.59233 10!"Manuteno normalA 1.58610 10!"

201


Ensaio dinmico com trfego ferrovirio

202


Validao do modelo numrico

Comboio alfa pendular (v = 180 km/h)PORTOLISBOA

203


Comboio alfa pendular (v = 180 km/h)

Validao do modelo numrico

204


Simulao da resposta dinmica

vres f2 D 4.38 25.9 113.4 m/s 405 km/h

f 2= 4.38 Hz

PORTOLISBOA

205


Estabilidade do contacto roda-carril

285 km/h

v

0.6 Qsta0.6 Qsta

Sem irregularidades Com irregularidades

206


Conforto dos passageiros

Ponte Ponte

v = 150 km/h v = 405 km/h

P3.jP3.j

207


P2.1

C2.1

C2.1P2.1

v = 150 km/h v = 405 km/h

fD = 12,16 Hz

4,28 Hz

Conforto dos passageiros

208


Passagem hidrulica km 40+250

209


Modelao Programa LS-DYNAExtenso 57 mElementos de volume 8 ns205684 elementos622767 ns

Contacto superfcie-superfcie

Alvo: carril (elementos de volume)

Contacto: Roda (elementosde volume)

210


Identificao dinmica da via

BalastroSub-Balastro

TravessaCarril

2.0

Solo-Cimento 0.5

PalmilhaZona A Zona B Zona C

211


Identificao dinmica da via

78,1 Hz65,9 Hz 90,3 Hz

Deformabilidade dinmica

Aterro Transio PH

212


Ensaio dinmico com trfego ferrovirio

Travessa

2.1

12.0

D1 D2 D3

3.0 11.4

LVDT

T-5 T-4 T-3 T-2 T-1 T0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12

1 2 4 5 63

E1 E2 E3 E4 E5 E6

213



Solo-Cimento

12.0

Zona de aterro (D1)

Zona da cunha de transio (D2)

Zona da PH (D3)

D1D2D3Validao experimental do modelo numrico

214



Solo-Cimento

12.0

Travessa T1

Travessa T2

Travessa T3

T1T2T3Validao experimental do modelo numrico

215


Simulao do comportamento a longo prazo

Deformao permanente dos elementos

Anlise dinmica do sistema comboio-via

Contacto travessa-balastro

Tenses nas camadas da via ( )

Modelo dinmico do sistema comboio-via

Geometria da via

( ) ( )N N = +N N N= +

Leis de degradao = ( ),f N

216


( ) ( )max maxf . g ,P N p q =

TOTAL

Balastro

Plataforma

Subbalastro

Trfego (MGT)

20

15

10

5

02520151050

D

e

f

o

r

m

a

o

Trfego (106 t)

Leis de degradao

N nmero de ciclos; p tenso mdia; q tensode desvio


217


Variao da tenso de desvio no topo da camada de balastro


218



Evoluo do assentamento da via

219



Evoluo dos vazios entre as travessas e o balastro

220



Evoluo da fora de interao

221



Evoluo da componente dinmica da fora de interao

Alves Ribeiro, C. (2012). Transies aterro-estrutura em linhas ferrovirias de alta velocidade: anlise experimental e numrica, Tese de Doutoramento, FEUP, Porto, Portugal.

222

Concluses

A construo de um modelo de anlise dinmica da interao comboio-estrutura

envolve uma caraterizao adequada da estrutura, do comboio, da via e das

irregularidades da via.

A anlise dinmica do sistema ponte-comboio pode ser efetuada de forma eficiente

recorrendo a diversos mtodos: iterativo, direto ou mecnica do contacto.

Foram construdos modelos dinmicos de uma ponte do tipo bowstring e de uma

transio aterro-passagem inferior da rede ferroviria nacional.

Os modelos, validados experimentalmente, permitiram simular de forma adequada a

resposta dinmica e avaliar a estabilidade do contacto roda-carril e o conforto dos

passageiros em funo da velocidade de circulao do comboio.

223

Desafios futuros

Desenvolvimento de mtodos de anlise da interao dinmica lateral comboio-

estrutura (em curso).

Desenvolvimento de mtodos de simulao probabilstica da resposta dinmica do

sistema comboio-estrutura (em curso).

Estabelecimento de indicadores de desempenho para a monitorizao da condio da

infraestrutura ferroviria, com base em medidas da resposta dinmica do comboio, da

estrutura, ou com base na fuso de medidas (sensor fusion).

Este ltimo desafio uma das principais motivaes da participao do CSF-FEUP no

projeto de investigao europeu CAPACITY4RAIL do 7 Programa Quadro da Comisso

Europeia (perodo: Outubro de 2013 a Setembro de 2017).

224

Agradecimentos

Equipa de investigao

225

8. Faseamentos construtivos complexos: caso prtico da Scotland National Arena em Glasgow

Pedro Silva 1, Emanuel Rebelo 2 e Matos Silva 3

1 Engenheiro Civil, Martifer2 Engenheiro Civil, Martifer3 Engenheiro Civil, Diretor Tcnico, Martifer

Scotland National Arena: The Hydro

Concepo Estrutural

Dados da Obra

Montagem e Modelos de clculo desenvolvidos

Tpicos da apresentao

Execuo data

227

Scotland National Arena: The Hydro

LocalizaoCidade de Glasgow, Esccia, Reino UnidoMargem norte do rio ClydeJunto ao Scottish Exhibition and Conference Centre

228

ObraNome Scotland Nacional Arena The HydroLocal GlasgowCliente SECC representado pela Lend Lease

Proj. EstruturalARUPProjectista das seces metlicas;Revisor do projecto de ligaes;Revisor do faseamento construtivo;

Proj. Arquitectura Foster + PartnersEmpreiteiro de EM Martifer Construes

Tonelagem 6800 ton ao S355

rea 13 000 m2 rea coberta

Altura e vo cobertura 50 m altura e 120 m de vo

Utilizao Eventos musicais e desportivos.12 500 lugares

Estado Em construo

Responsabilidade MARTIFER

Dimensionamento das ligaes definitivas;Concepo da fase construtiva;Verificao da estrutura permanente em fase temporria e dimensionamento de estruturas temporrias;Fornecimento de estrutura metlica e revestimentos de cobertura; Transporte; Montagem

Prazo contratual de entrega MARTIFER Setembro 2013

Scotland National ArenaDados da obra

229

Cobertura:- 1900 ton em ao S355;- Estrutura em abbada em trelia tridimensional;

Scotland National Arena1900ton

4650ton

250ton

Bancadas:- 4650 ton em ao S355;- Estrutura metlica entre as paredes de beto armado para apoio das bancadas;

Lighting Rig (zona tcnica de luzes e som)- 250 ton em ao S355;

- Estrutura metlica treliada suspensa na cobertura.

Concepo Estrutural

230

Scotland National Arena

Dimensionamento de ligaes de salientar as ligaes das cordas inferiores

Ns macios de ao vazado para ligao das diagonais e cordas inferioresAo G12 (30CrNiMo 8) EN 10083 fy = 900 N/mm2Peso mximo 950 kg

Exigncia de uma ligao esteticamente discreta

231


Anlise esttica das ligaes altura real

232

Montagem das bancadas


Montagem com recurso a pilares e escoras temporrias

Montagem

233

Montagem da cobertura


Estudo:

- Peso das peas a elevar

- Rapidez e eficincia na montagem

- Disponibilidade de equipamento de elevao

- Custos dos equipamentos de elevao

234



Montagem com recurso a umatorre de apoio central.

Torre apoia-se sobre as estacasda laje de piso trreo.

Alem da estabilidade vertical atorre responsavel pela totalestabilidade horizontal daestrutura.

Montagem de um segmento centralpor dois motivos:- Falta de espao em estaleiro;- Avano dos trabalhos de

estrutura metlica independenteda estrutura de beto armado;

Elevao do segmento central ataprox. 50m de altura.

Segmento central receber arestante estrutura quando seencontrar na posio final.

Ligao de 16 gomos aosegmento central.

Montagem das barras entre osgomos.

Descimbre da estrutura.

Desmantelamento da torre deapoio.

235



Responsabilidades e importncia do departamento tcnico durante os processos de montagem:

- Concepo do processo construtivo;

- Dimensionamento de estruturas temporrias;

- Verificao da estrutura definitiva para aces temporrias;

- Elaborao de procedimentos de execuo e controlo;

- Actuao em obra antes das fases crticas. Inspeces para garantia da execuo correcta das operaes;

- Acompanhamento em tempo real da estrutura em fases de elevao e descimbres, para validao do comportamento real face ao comportamento terico expectvel;

236



Fase 0:Situao antes da montagem

237

Fase 1:Inicio da montagem da torre de escoramento



238

Fase 2:Continuao da montagem da torre de escoramentoInicio da montagem do segmento central da cobertura



240

Fase 3:Continuao da montagem da torre de escoramentoFim da montagem do segmento central da coberturaInicio de montagem dos gomos no solo



242

Modelo de clculo desenvolvido

- Modelo de elementos finitos do tipo barra com recurso ao software Autodesk Robot StructuralAnalysis Professional

- Analise linear (estrutura de ns fixos)

- Considerao de imperfeies de cada elemento atravs da verificao da estabilidade desses elementos encurvadura por flexo e encurvadura lateral;

- Perfis Europeus, Britnicos e Construdos;

243

Fase 4:Fim da montagem da torre de escoramentoMontagem do sistema hidrulico no topo da torre



245

Fase 5:Montagem dos cabos do sistema de elevaoContinuao de montagem dos gomos no solo



248

Fase 6:Elevao da estrutura central at 50 m de altura Peso 350 ton



250



251


- Modelo de elementos finitos do tipo barra com recurso ao software Autodesk Robot Structural AnalysisProfessional

- 360ton de ao;

- 388 ns e 910 barras;

- Analise no linear P- e considerao de imperfeioes globais atravs de foras horizontais equivalentes;

- Considerao de imperfeioes de cada elemento atravs da verificao da estabilidade desses elementos encurvadura por flexo e encurvadura lateral;

- Apoios simulam deformabilidade das estacas de beto e folgas aplicadas na estaca central;

- Cabos de contraventamento apenas solicitados traco;

- Perfis Europeus, Britnicos e Construdos; 252

Fase 7:Montagem dos gomos



Gomos grandes:40 m x 22 m com 85 ton

Gomos pequenos:40 m x 18 m com 65 ton

Montagem do 1 gomo

254



- 60ton de ao;

- 54 ns e 152 barras;

- Analise linear (estrutura de ns fixos);

- Considerao de imperfeies de cada elemento atravs da verificao da estabilidade desses elementos encurvadura por flexo e encurvadura lateral;

- Apoios auxiliares para estabilizar modelo de clculo;

- Cabos de suspenso apenas solicitados traco;

- Perfis Europeus, Britnicos e Construdos;255



- 460ton de ao;

- 449 ns e 1087 barras;

- Analise no linear P- e considerao de imperfeies globais atravs de foras horizontais equivalentes;




Fase 8:Montagem do 2 gomo



261



- 520ton de ao;

- 494 ns e 1206 barras;





Fases seguintes:Montagem dos restantes gomos



264



- 1150 ton de ao;

- 1176 ns e 3158 barras;





265

Fase de descimbre



Descimbre realizado com 8 escoras com ligaes de ajuste axial, atravs da utilizao de 2 macacos hidrulicos por escora com capacidade de 150 ton

270

Fase de descimbre



Funcionamento das escoras

271

Fase de descimbre:



Acompanhamento em tempo real da evoluo das foras nas escoras com a descida da cobertura:

277

Modelo de clculo desenvolvido- Modelo de elementos finitos do tipo barra com

recurso ao software Autodesk Robot StructuralAnalysis Professional

- 1400ton de ao;

- 1188 ns e 3704 barras;





- Criao de libertaes nas escoras Gaps para construo do grfico de variao Fora/Deformao;

278

Cobertura descimbradaMontagem da cobertura


279



- 1200ton de ao;

- 1001 ns e 3480 barras;



280

Montagem do Lighting Rig


rea tcnica sobre o palco para colocao do sistema de luzes e som

Idealizao de Arquitectura Projecto de estruturas

281

A cobertura no permite acesso a gruas exterioresMontagem do Lighting Rig


Soluo passa pela elevao com recurso a macacos hidrulicosFase1 - Preparao da montagem do Lighting Rig na arena; Montagem dos tirantes definitivos na cobertura;

282



Fase2 Montagem do Lighting Rig no solo

284



Fase3 Ligao do sistema hidrulicoOs 26 cabos de elevao so ligados nas cordas superiores da trelia de coberturaTm que ser evitadas colises nas diagonais e cordas inferiores da trelia de cobertura e nos tirantes definitivosLigao no anel exterior e trelias principais do Lighting Rig

286



Fase4 Elevao e rotao da estrutura

289

Modelo de clculo desenvolvido Posio inferior


- 1350ton de ao;

- 2870 ns e 5677 barras;



- Analise avanada de balano de rigidez dos pontos de apoio, pontos apoiados e cabos, para garantir funcionamento estrutural conjunto dos 26 pontos de suspenso.

290



Fase5 Elevao at posio final; Encavilhamento dos tirantes definitivos;

292

Modelo de clculo desenvolvido Posio superior


- 1350ton de ao;

- 2072 ns e 4658 barras;



293



Fase6 Dejacking da estrutura; Montagem das escadas de acesso;

297


Execuo data

298

Martifer SGPS, S.A.Zona Industrial, Apartado 173684-001 Oliveira de Frades

Portugal

Tel: +351 232 767 702Fax: +351 232 767 750E-mail: [email protected]

Pedro SilvaEmanuel Rebelo

Matos Silva

Eng. Hugo Camacho COOEng. Matos Silva CTOEng. Antnio Viveiros Project ManagerEng. Filipe Martins Construction ManagerEng. Nuno Farias Construction ManagerEng. Luis Gonalves Construction ManagerPedro Palhav TopografiaEng. Ricardo Pinho Gesto Tcnica na concepo da montagemRui Marques Modelao e apoio ao detalheSusete Gomes - Modelao e apoio ao detalheSergio Fernandes - Modelao e apoio ao detalheJos Rocha - Modelao e apoio ao detalheEng. Emanuel Rebelo Projecto do faseamento construtivoEng. Joo Ribeiro Projecto do faseamento construtivoEng. Joo Pinheiro Projecto do faseamento construtivoEng. Mauro Barradas Projecto de ligaes definitivasRui Jorge ValentimMiguel Garcs

Pessoas envolvidas:

299

9. Anlise estrutural: estruturas de madeira

Silvia Fernandes 1

1 Engenheira Civil, Carmo Estruturas em Madeira S.A.

Documents

eBook Cae2013 Isep