metodos de análise e avaliação de segurança sísmica de pontes em betão armado

225 Pages·2012·17.94 MB·Portuguese

Frutuoso Tiago Cardoso de Sousa
METODOS DE ANÁLISE E AVALIAÇÃO DE SEGURANÇA
SÍSMICA DE PONTES EM BETÃO ARMADO

Mestrado em Construções Civis
Ramo Estruturas

Professor Doutor Pedro da Silva Delgado

Abril 2015
Índice Geral

INDICE GERAL

Índice Geral……………………………………………………………………………………i
Dedicatória…………………………………………………………………………………...iii
Agradecimentos…………………………………………………………………………….....v
Resumo…………..………………………………………………………………………......vii
Abstract…………………………………………………………………………………....…ix
Résumé………………………………………………………………………………….……xi
Índice de texto……………………………………………………………………………....xiii
Índice de Figuras…………………………………………………………………………...xvii
Índice de Tabelas…………………………………………………………………………...xxv

Capitulo 1 – Introdução………………………………………………..1.1
Capitulo 2 – Comportamento Sísmico das Pontes…………………….2.1
Capitulo 3 – Análise Sísmica………………………………………….3.1
Capitulo 4 – Avaliação de Segurança Sísmica…………………….......4.1
Capitulo 5 – Ensaio Experimental…………..……………….…….......5.1
Capitulo 6 – Conclusão…………..……………….…….......................6.1

Referências Bibliográficas………………………………………………………………...R.1
Anexo 1 – Aspetos Gerais Sobre Pontes………………………..………………………...A.1
Anexo 2 – Soluções de Reforço e Intervenção…...……………..………………………...A.2

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Índice Geral

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Dedicatória

Aos meus pais
pelo esforço que fizeram para eu estar aqui
e à Lina
pela sua coragem e luta
que teve pela vida

iii
Dedicatória

iv
Agradecimentos

AGRADECIMENTOS

Para se poder realizar o seguinte trabalho foi necessário recorrer a muitos recursos humanos e
materiais. Apesar de ser um trabalho individual, queria mostrar o meu reconhecimento e
agradecimento a todos que me acompanharam ao longo da realização deste trabalho.

Assim, começo por agradecer à minha família, pais, irmãos e tia, pela paciência e compreensão
sempre demonstrados ao longo deste trabalho e também por me facultar todas as condições possíveis
para que pudesse realizar uma vida académica, desde o inicio da licenciatura até ao fim deste
mestrado.

Ao doutor professor Pedro da Silva Delgado, por ser o meu orientador, pela sua dedicação e
disponibilidade para as linhas orientadoras desse projeto bem como ter criado a oportunidade de poder
realizar um ensaio experimental. Também, agradecer pelo espírito de amizade que foi aprofundando
na realização desta dissertação.

A todos os docentes da área de estruturas da Escola Superior Tecnologia e Gestão de Viana do
Castelo, nomeadamente aos professores doutores Patrício Rocha e Mário Marques, pelo contributo
direto na realização deste projeto e às professoras doutoras Joana Oliveira e Mafalda Lopes, pela ajuda
na realização da pesquisa bibliográfica deste trabalho. Ao coordenador do mestrado, professor doutor
Mário Russo, por todo o apoio prestado ao longo dessa etapa.

À empresa Irmãos Maia, Lda., pela construção dos pilares ocos ensaiados e igualmente à empresa
S.T.A.P.- Reparação, Consolidação e Modificação de Estruturas, S.A., em particular ao eng. Miguel
Santos, por todo o cuidado prestado na programação e realização dos trabalhos de reparação e reforço
dos provetes.

A todos as pessoas do LESE pela disponibilidade e colaboração para a execução do ensaio
experimental.

À empresa Pretensa, nomeadamente ao engenheiro Francisco Pimenta, por toda a disponibilidade
demonstrada e por todas as informações úteis e essenciais para a realização deste trabalho.

Aos engenheiros António Cruz, Carlos Pimental e ao Sr.º Tiago Rodrigues da E.P., pela sua
colaboração nesse trabalho e o fornecimento dos dados necessários para a realização das modelações.

v
Agradecimentos
A todos os colegas de licenciatura e mestrado da ESTG pelo espírito de amizade, disponibilidade e
ajuda para a realização deste trabalho. Aos meus amigos da minha terra natal, nomeadamente ao
Nuno, pela compreensão, apoio e força demonstrada ao longo do tempo de realização desse trabalho.
À Maria José por todo o apoio dado na realização deste trabalho e pela amizade demonstrada.

Por fim, queria congratular a Catarina, pela força necessária para concluir este trabalho. Por todo
carinho que prestou, pela compreensão, pela motivação e por fim por acreditar em mim, no meu
esforço e sucesso.

vi
Resumo

RESUMO
Este trabalho consiste no estudo do comportamento sísmico de pontes de betão armado. Ao
longo deste, são indicadas as principais metodologias de análise sísmica, e, posteriormente as
principais metodologias de análise de segurança sísmica, tendo em conta o comportamento
não linear das pontes. Ao nível das análises numéricas, serão aplicadas algumas das
metodologias referidas numa ponte porticada de betão armado, submetida a análises
dinâmicas, explorando a sua capacidade histerética, de forma a indicar as vantagens e
desvantagens na sua aplicação prática, para que possam ser envolvidas no futuro, no
dimensionamento e verificação de segurança de estruturas correntes, garantindo um bom
nível de rigor. Posteriormente, serão apresentados os resultados experimentais relativos a um
ensaio de um pilar retangular de secção oca. Finalmente, serão expostas as conclusões da
comparação com outros pilares ensaiados na campanha experimental anterior.
No início deste projeto apresenta-se uma análise aos danos em pontes e viadutos que foram
submetidos à ação sísmica recentemente. A ação sísmica permite testar a capacidade de
dissipação de esforços e respetivo comportamento histerético. Assim, é importante analisar
as estruturas que estiveram já sujeitas a esse fenómeno para se retirar conclusões e,
posteriormente melhorar as condições de comportamento sísmico das estruturas existentes
ou novas.
Na modelação estrutural abordaram-se, primeiramente, os elementos da estrutura, com
modelações bidimensionais e tridimensionais, definindo métodos para obter a resposta
estrutural de pontes. Depois, foi estudado o comportamento dos materiais constituintes do
betão armado sujeitos a cargas cíclicas para que, no fim, sejam definidos os modelos de
avaliação da capacidade resistente dos elementos das pontes. Abordou-se igualmente a
legislação europeia, Eurocódigo 8, e indicando quais são os métodos utilizados pela norma
para se proceder à análise sísmica.
Para avaliação de segurança sísmica enunciaram-se os métodos mais simplificados e
abordou-se uma metodologia mais rigorosa, que parte do princípio da quantificação da
probabilidade de ruina através de uma transformação não linear da ação sísmica e dos seus
efeitos na estrutura. Alguns dos princípios estudados foram aplicados a um caso de estudo.
Por fim, foi realizado um ensaio experimental de um pilar retangular reforçado com bandas
CFRP, com secção oca, dando seguimento à campanha experimental realizada por Delgado
(2009). Finalmente, este ensaio foi complementado com uma análise numérica do pilar, sem
o reforço, submetido à mesma lei de carga utilizado no ensaio experimental.
PALAVRAS CHAVE: pontes de betão armado; análise sísmica; modelação não linear;
análises dinâmicas; dissipadores; probabilidade de ruína; vulnerabilidade sísmica; pilares
ocos; ensaios experimentais; estratégias para reforço.
vii
Resumo

viii
Abstract

ABSTRACT
This work consists of the study of the seismic behavior of reinforced concrete bridges. Along
this thesis are shown the main methods of seismic analysis and subsequently the main
methods of analyzing seismic safety, taking into account the non-linear behavior of the
bridges. In numerical analysis, will apply some of the methodologies referred to reinforced
concrete bridge, subjected to dynamic analysis, exploring its hysteretic capacity, to indicate
the advantages and disadvantages in practical application, that may be involved in future, in
the design and verification of structural safety assessment of current structures, ensuring a
good level of rigor. After will be presented the experimental results of testing hollow section
bridge piers. Finally, will be perform the conclusions of the comparison with other testing
hollow section bridge piers.
In the begining of this work it is show an analysis of the damage to bridges that was
subjected to seismic action lately. The seismic action allows to test capacity of dissipation of
efforts and respective hysteretic behavior. Thus, it is important to analyze the structures that
were subject to this action, to take conclusions and further improve the seismic performance
of existing and new structures.
In structural modeling was studied first the elements of structure, in two-dimensional and
three-dimensional modeling, defining methods for the structural response of bridges. After
this, was read the behavior of the constituent materials of the concrete to cyclic loading in
order to define models to be evaluation of the strength of the elements of the bridges. Also
was studied the European legislation, Eurocode 8, and indicating what the methods that
indicate to conduct seismic analysis are.
For verification of structural safety, was enunciated most simplified methods and addressed
by a more rigorous methodology, which assumes the quantification of the probability of ruin
through a nonlinear transformation of the seismic action and its effect on the structure. Some
of the principles studied wiil be applied to a case study.
Finally an experimental test of reinforced hollow section pier with CFRP sheet following up
experimental campaign by Delgado (2009). Subsequently, when this testing will be complete
with a numerical analysis of the pillar without reinforcement, subjected to the law of load
used in the experimental test.
KEYWORDS: reinforced concrete bridges, seismic analysis, nonlinear modeling, dynamic
analyzes, verification of structural safety, seismic isolation, seismic vulnerability, RC hollow
pillars, experimental tests, retrofit strategies.

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