Monitorização Estrutural da Ponte 25 de Abril da construção à atualidade

Transcrição

1 Monitorização Estrutural da Ponte 25 de Abril da construção à atualidade João Santos LNEC, Departamento de Estruturas

2 Índice 1. Monitorização estrutural durante a construção ( ); 2. Ensaios de carga (1966); 3. Sistema de monitorização estrutural em serviço (1966 a 1977); 4. Ensaios de carga (1999); 5. Ensaios de apoio à gestão da infraestrutura; 6. Monitorização contínua da integridade estrutural.

3 Monitorização estrutural durante a construção ( )

4 Monitorização estrutural durante a construção ( ) Campanhas periódicas de medição Três objetivos fundamentais: I. Verificação da integridade das fundações das torres II. Monitorização dos estados de tensão nos principais elementos estruturais da ponte suspensa, nomeadamente na viga de rigidez e nas torres III. Monitorização dos deslocamentos

5 I. Verificação da integridade das fundações das torres Monitorização estrutural durante a construção ( ) Ensaios de caracterização dinâmica Rebocador puxou cabo com fusível de 250kN até este se partir de forma repentina Medição da resposta com macro- -sismógrafo

6 I. Verificação da integridade das fundações das torres Monitorização estrutural durante a construção ( ) Pilar P3 Long. Transv. Ensaios Projeto f=1.4hz x=5% f=1.1hz x=10% f=2.2hz x=5% f=1.7hz x=10%

7 Plano geral de monitorização de deslocamentos e tensões; Monitorização estrutural durante a construção ( )

8 II. Monitorização dos estados de tensão Monitorização estrutural durante a construção ( )

9 II. Monitorização dos estados de tensão Monitorização estrutural durante a construção ( )

10 III. Monitorização dos deslocamentos (rotações) Monitorização estrutural durante a construção ( )

11 Monitorização estrutural durante a construção ( ) III. Monitorização dos deslocamentos

12 Monitorização estrutural durante a construção ( ) III. Monitorização dos deslocamentos

13 Ensaios de carga (1966)

14 Ensaios de carga (1966) Ensaios de receção da estrutura Objetivos: I. Garantir que a estrutura está íntegra antes da sua entrada em serviço; II. Verificação das hipóteses e dos valores admitidos em projeto; III. Estabelecimento de bases de referência para comparações futuras. Estáticos Dinâmicos - linhas de influência obtidas com carga concentrada; - imposição de esforços com cargas distribuídas; - ensaios de caracterização dinâmica para aferição da resposta dinâmica da estrutura;

15 Ensaios de carga (1966) Ensaios estáticos Sistema de aquisição automático em contínuo

16 Ensaios de carga (1966) Ensaios estáticos Instrumentação

17 Ensaios de carga (1966) Ensaios estáticos Instrumentação

18 Ensaios de carga (1966) Ensaios estáticos linhas de influência Carga concentrada de 8 camiões de 300kN total de 2400kN

19 Ensaios de carga (1966) Ensaios estáticos linhas de influência 57,9 cm

20 Ensaios de carga (1966) Ensaios estáticos linhas de influência 64,6 cm

21 Ensaios de carga (1966) Ensaios estáticos linhas de influência kn.m

22 Ensaios de carga (1966) Ensaios estáticos imposição de esforços com cargas distribuídas 79 camiões, cisterna e de carga carga total máxima de 15500kN 45 kn/m 22,5 kn/m 45 kn/m 45 kn/m 22,5 kn/m 22,5 kn/m 45 kn/m 45 kn/m 45 kn/m

23 Ensaios de carga (1966) Ensaios estáticos imposição de esforços com cargas distribuídas Flecha máxima a meio vão de 327 cm (posição de carga 16) Contra-flecha máxima a meio vão de 118 cm (posição de carga 15)

24 Ensaios de carga (1966) Ensaios de caracterização dinâmica Cabo amarrado ao cabo central, a meio vão do tramo central e tensionado com fusível de 100kN; Resposta dinâmica adquirida com extensómetros de indução, nas cordas da viga de rigidez, a meio vão;

25 Ensaios de carga (1966) Ensaios de caracterização dinâmica Ensaio 1º Vert 2º Vert. f=0.11hz x=2-3% f=0.22hz Projeto f=0.1hz -

26 Sistema de monitorização estrutural em serviço (1966 a 1977)

27 Sistema de monitorização estrutural em serviço (1966 a 1977) Maioritariamente medição contínua mas também campanhas periódicas Objetivos: I. Monitorização da evolução dos estados de tensão nos principais elementos estruturais da ponte suspensa e no viaduto II. Monitorização dos deslocamentos; Sistema ótico ligado a sistema de aquisição automática; III. Monitorização da ação de sismos ou ventos fortes; Anemógrafos e acelerógrafos ligados a sistema de aquisição automática;

28 Monitorização da evolução dos estados de tensão Sistema de monitorização estrutural em serviço (1966 a 1977)

29 Sistema de monitorização estrutural em serviço (1966 a 1977) Monitorização dos deslocamentos e das ações do vento e do sismo

30 Análise da informação adquirida in situ Sistema de monitorização estrutural em serviço (1966 a 1977) Relações ação - resposta Resposta dinâmica Freq. 1º Vert. f=0.119hz 3,2 cm/ mm c.a. 1º Trans. f=0.078hz

31 Ensaios de carga (1999)

32 Ensaios de carga (1999) Ensaios de receção após alargamento / instalação Objetivos: I. Garantir integridade estrutural; II. Verificação das hipóteses e dos valores admitidos em projeto; III. Estabelecimento de bases de referência para comparações futuras. Estáticos Dinâmicos - linhas de influência obtidas com carga concentrada; - imposição de esforços com cargas distribuídas; - ensaios de caracterização dinâmica para aferição da resposta dinâmica da estrutura;

33 Ensaios de carga (1999) Ensaios estáticos linhas de influência Carga concentrada de 2 locomotivas com 2294kN em 14m (Vs. 2400kN em 15.5m) P 1 P 2 P 3 P4 P5 P

34 Ensaios de carga (1999) Ensaios estáticos linhas de influência P 3 P 4 P 1 SUL 99.64m P 2 (80') (72') m (64') (56') 11 (48') (40') 10 (32') (24') 9 (16') 8 (8') F 0 F (0) (8) m 6 (16) E (24) 5 (32) 4 (40) C D G B 3 A (48) (56) (64) (72) (80) NORTE P5 P6 P m 99.64m 99.64m 1.0 dv (mm/10kn) P2 P3 E P4 P5 P ensaio 1999 (2ª (2ª fase) ensaio cálculo, 1966 projecto (1ª fase) ,82 kn/mm ,15 kn/mm

35 Ensaios de carga (1999) Ensaios estáticos linhas de influência P 3 P 4 P 1 SUL 99.64m P 2 (80') (72') m (64') (56') 11 (48') (40') 10 (32') (24') 9 (16') 8 (8') F 0 F (0) (8) m 6 (16) E (24) 5 (32) 4 (40) C D G B 3 A (48) (56) (64) (72) (80) NORTE P5 P6 P m 99.64m 99.64m dv (mm/10kn) P2 P3 F P4 P5 P ensaio 1999 (2ª (2ª fase) ensaio cálculo, 1966 projecto (1ª fase) ,24 kn/mm ,86 kn/mm

36 Ensaios de carga (1999) Ensaios estáticos imposição de esforços com cargas distribuídas Carga máxima de 13950kN em 180m (Vs kN em 345m) Flecha ½ vão Contra- -flecha ¼ vão cm 118cm cm 78cm

37 Ensaios de carga (1999) Ensaios de caracterização dinâmica Ensaios de vibração ambiente 4 macro-sismógrafos sincronizados via GPS 7 secções do tabuleiro P3 P4 SUL P1 P m (80') (72') (64') 66' m (56') (48') 46' (40') (32') (24') (16') (8') (0) (8) m (16) (24) (32) (40) (48) (64) (56) (72) (80) 22' NORTE P5 P6 P m 99.64m 99.64m

38 Ensaios de carga (1999) Ensaios de caracterização dinâmica

39 Ensaios de carga (1999) Ensaios de caracterização dinâmica f = Hz 1st transverse vibration mode - identified mode shape (plan view ) 1º modo transversal f = Hz 1º modo vertical 1st vertical vibration mode - identified mode shape (elevation view ) 22S 0 22N 22S 0 22N 86S 66S 46S 46N 66N 86N 86S 66S 46S 46N 66N 86N f = Hz 2nd transverse vibration mode - identified mode shape (plan view ) 2º modo transversal f = Hz 2º modo vertical 2nd vertical vibration mode - identified mode shape (elevation view ) 66S 46S 22N 86S 22S 0 46N 66N 86N 66S 46S 22N 86S 22S 0 46N 66N 86N f = Hz f f = Hz Hz 3º modo transversal 3rd transverse vibration mode - identified mode shape (plan view ) f = Hz 3º modo vertical 3rd vertical vibration mode - identified mode shape (elevation view ) 22S 22N 22S 22N 86S 66S 46S 0 46N 66N 86N 86S 66S 46S 0 46N 66N 86N

40 Ensaios de apoio à gestão da infraestrutura

41 Ensaios de apoio à gestão da infraestrutura Apoio técnico ao dono da estrutura (Infraestruturas de Portugal) No âmbito de: Ações de reparação e reforço Monitorização dos deslocamentos relativos das juntas do viaduto norte Atividades de inspeção e manutenção Determinação experimental das forças nos 1344 pendurais.

42 Ensaios de apoio à gestão da infraestrutura Monitorização dos deslocamentos das juntas do viaduto norte Junta I Junta II Junta III Junta IV

43 Ensaios de apoio à gestão da infraestrutura Monitorização dos deslocamentos das juntas do viaduto norte Adquiridos deslocamentos relativos e calculadas as amplitudes a cada 10 seg

46 Ensaios de apoio à gestão da infraestrutura Determinação experimental das forças nos pendurais

52 Monitorização contínua da integridade estrutural

53 Monitorização contínua da integridade estrutural Leituras realizadas de forma contínua I. Monitorizar a resposta estrutural global em tempo em tempo real; II. Análise das respostas estruturais; Objetivos: III. Detetar anomalias precocemente Caracterização dinâmica em contínuo; Controlo de deslocamentos; Controlo dos esforços na viga de rigidez e torres; Caracterização das ações impostas à estrutura;

54 Monitorização contínua da integridade estrutural Sistema sensorial 202 Sensores

55 Monitorização contínua da integridade estrutural Sistema sensorial secção 0, montante

56 Monitorização contínua da integridade estrutural Sistema de aquisição, transmissão e processamento de dados SUL NORTE (95') (90') (85') (80') (75') (70') (65') (60') (55') (50') (45') (40') (35') (30') (25') (20') (15') (10') (5') (0) (5) (10) (15) (20) (25) (30) (35) (40) (45) (50) (55) (60) (65) (70) (75) (80) (85) (90) (100) P 19 P 20 A 21 P 1 P2 98,6 483,4 P ,88 P 4 483,4 P 5 P 6 99,6 99,6 P 7 P 8,0 8 74,0 76,0 ENC. P P P P P P P P P P P A NORTE 76,0 76,0 76,0 76,0 76,0 74,2 76,0 74,2 74,2 52,5 32,0 24,0 P P2 66' P3 22' 0 22 P4 66 P5 P6 P7 P Fibra óptica (monomodo; 8 fibras) m Fibra óptica (multimodo; 8 fibras) m Montante Jusante Montante Jusante Switches RuggedCom: RMC IP Address: Subnet mask: Default gateway: P7b 937, PC

57 Monitorização contínua da integridade estrutural Sistema de aquisição, transmissão e processamento de dados Taxa de aquisição: 500 Hz 8.6x10^9 leituras por dia

58 Caracterização das ações impostas à estrutura Monitorização contínua da integridade estrutural

62 Monitorização contínua da integridade estrutural Monitorização da resposta estrutural

63 Monitorização contínua da integridade estrutural Controlo de deslocamentos

64 Monitorização contínua da integridade estrutural Controlo de deslocamentos

65 Monitorização contínua da integridade estrutural f (Hz) Caracterização dinâmica identificação modal estocástica

66 f (Hz) Monitorização contínua da integridade estrutural Caracterização dinâmica Inteligência artificial (algoritmos de clustering)

67 Monitorização contínua da integridade estrutural Caracterização dinâmica

68 Monitorização contínua da integridade estrutural Análise das respostas estruturais

69 Monitorização contínua da integridade estrutural Análise das respostas estruturais - Temperatura; - Peso do tráfego rodoviário; - Ação uniforme do vento. -Passagem de composições ferroviárias; -Passagem de tráfego rodoviário; -Rajada de vento.

70 Monitorização contínua da integridade estrutural Análise das respostas estruturais Aprendizagem da relação ação- -resposta Estimativa das respostas Obtenção dos erros de estimação Análise estatística Ações Repostas Ações Repostas

71 Monitorização contínua da integridade estrutural Análise das respostas estruturais Aprendizagem da relação ação- -resposta Estimativa das respostas Obtenção dos erros de estimação Análise estatística A estrutura não exibe variações Não excedem limites de confiança Erros com tendência nula Erros com caráter aleatório