Análise de fadiga em pontes curtas de concreto armado a partir de dados de sistemas B-WIM

Autor: Junges, Paulo
Přispěvatelé: Universidade Federal de Santa Catarina, Pinto, Roberto Caldas de Andrade, Miguel, Leandro Fleck Fadel
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2017
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFSC
Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
instacron:UFSC
Popis: Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2017. As pontes curtas e em concreto armado correspondem à maioria das Obras de Arte Especiais (OAEs) brasileiras. Essas estruturas, construídas principalmente antes da década de 1980, estão atingindo a vida útil para a qual foram projetadas (50 anos). Em paralelo, as características dos veículos que trafegam nas rodovias brasileiras vêm mudando muito nas últimas décadas, ocorrendo principalmente um aumento na variedade, quantidade e capacidade de carga dos caminhões. Esses veículos, ao trafegarem sobre a ponte, introduzem esforços que levam ao aparecimento de tensões de natureza cíclica e variável. Dessa forma, essas estruturas já suportaram milhões de ciclos de tensão, sendo, portanto, suscetíveis a falhar por fadiga. A resistência à fadiga é, em geral, verificada de modo determinístico com o emprego de curvas tensão versus número de ciclos (S-N) do material e tensões obtidas na fase de projeto, empregando-se um método de acúmulo de dano linear, como o Palmgren-Miner. A utilização dessas curvas, encontradas nos códigos normativos, está associada a incertezas devidas à grande dispersão dos resultados dos ensaios para a sua construção. Além disso, não se pode afirmar que o carregamento se manterá constante ao longo de toda a vida útil da ponte. Para considerar essas incertezas envolvidas na estimativa da vida útil à fadiga, o presente estudo propõe uma metodologia para avaliação da vida útil de pontes de concreto armado por Confiabilidade Estrutural. Essa metodologia emprega tensões reais obtidas do monitoramento de duas pontes por um sistema de pesagem em movimento em pontes (B-WIM), uma curva S-N descrita como variável aleatória e um modelo de perda de rigidez por corrosão. Também é proposta uma maneira inovadora para o cálculo da tensão equivalente utilizada nas análises. As tensões equivalentes são calculadas para diversos níveis de tensão de corte, de modo a se obter um nível abaixo do qual a falha por fadiga em pontes não ocorre. Ao final do trabalho, a análise de confiabilidade realizada por meio da metodologia proposta, levou a estimativas de vida útil superiores àquelas obtidas de maneira determinista, indicando que os métodos simplificados são favoráveis à segurança. Além disso, não se espera a ocorrência de falha por fadiga em pontes de concreto armado caso as tensões equivalentes, calculadas a partir dos histogramas de tensão, sejam inferiores a 30% do limite de fadiga obtido a partir das normas. Abstract : The short reinforced concrete bridges correspond to the majority of Brazilian bridges. These structures, built mainly in the 80s, are reaching the service life for which they were designed (50 years). In parallel, the characteristics of the vehicles that travel on Brazilian highways have been changing a lot in the last decades, occurring mainly an increase in the variety, quantity and load capacity of the trucks. These vehicles, while traveling over the bridge, introduce efforts which lead to stresses of cyclical and variable nature. Thus, these structures have already withstood millions of stress cycles and are, therefore, susceptible to fatigue failure. The resistance to fatigue is usually determined deterministically by the use of the material tension versus number of cycles (S-N) curve and stresses acquired during the design stage, using a linear damage accumulation method, such as Palmgren-Miner. The use of these curves, found in standard codes, is related to uncertainties due to great dispersion of the results of the tests used for their construction. Besides, it cannot be said that the load will remain constant throughout the bridge lifespan. To deal with the uncertainties involved in the estimation of fatigue life, the present study proposes a reliability based methodology to assess the life cycle of reinforced concrete bridges. This methodology uses real stresses acquired during the monitoring of two bridges with a bridge weigh-in-motion (B-WIM) system, an S-N curve described by a random variable and a model of loss of stiffness due to corrosion. A novel approach to calculate the equivalent stress range used in the analyzes is also proposed. The equivalent stress ranges are calculated for several cut-off stress levels, in order to obtain a level below which the bridge fatigue failure does not occur. At the end of the work, it was possible to say that the reliability analysis performed through the proposed methodology, using a loss of stiffness due to corrosion model, lead to estimates of service life superior to those obtained by a deterministic approach, indicating that the simplified methods are favorable to safety. Also, fatigue failure is not expected to happen in reinforced concrete bridges in which the equivalent stress ranges, calculated from stress histograms, are 30% inferior to the fatigue limit got from the codes.
Databáze: OpenAIRE
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