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IPT avalia estrutura de nova ponte estaiada



12/11/2010

Modelo do tabuleiro da ponte montado no túnel de vento simula as condições reais (Divulgação/IPT)

A nova ponte estaiada em construção na zona Norte da cidade de São Paulo, que vai ligar a avenida do Estado à Marginal Tietê no sentido Castelo Branco, passou por uma bateria de testes no Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT) para a avaliação dos efeitos estruturais devido a ação dos ventos na região.


Os ensaios foram realizados no túnel de vento do Centro de Metrologia de Fluidos (CMF) do Instituto. O trabalho se concentrou principalmente nas determinações dos efeitos do vento sobre um modelo seccional do tabuleiro da ponte, pois esse é o elemento estrutural que está sujeito às maiores cargas de vento.

O pesquisador Gilder Nader, responsável pela operação, diz que “normalmente, o ensaio em túnel de vento de modelos seccionais de pontes é realizado por quase todos os laboratórios do mundo, pois os resultados obtidos possuem alto grau de confiabilidade, possibilitando que o projetista da estrutura utilize esses dados na avaliação de segurança das estruturas”.

Para realizar as análises experimentais, foi construído, instrumentado e monitorado um modelo na escala 1:50, pela empresa parceira nesse ensaio, chamada LSE - Laboratório de Sistemas Estruturais, sob a responsabilidade de Pedro Afonso de Oliveira Almeida, professor da Escola Politécnica da USP. O modelo manteve, para a escala reduzida, as relações de forma geométrica, massa, rigidez e amortecimento do protótipo. Assim, dentro do túnel, o tabuleiro é acoplado a um conjunto de molas e massas que simulam essas características dinâmicas do tabuleiro da ponte. Os efeitos estruturais do modelo reduzido foram registrados pela monitoração das forças de sustentação, forças de arrasto e as de aceleração do tabuleiro, grandezas medidas com células de carga e acelerômetros.

No ensaio da ponte no túnel de vento do IPT foram realizadas medições em modelo rígido (ensaio estático) e em um modelo aeroelástico (ensaio dinâmico). No primeiro foram obtidos os coeficientes de arrasto, sustentação e momento do tabuleiro. Nos testes dinâmicos, por sua vez, foram determinadas a velocidade de desprendimento de vórtices (lock-in) e a velocidade crítica de instabilidade aerodinâmica.

No caso dos ensaios dinâmicos, umas das preocupações é verificar se o fenômeno de ‘lock-in’ ocorrerá para uma velocidade do vento que não trará riscos estruturais à ponte. O pesquisador Paulo Jabardo explica: “O ‘lock-in’ é um fenômeno que ocorre quando a frequência de emissão de vórtices é próxima da frequência de ressonância da estrutura. Nessa situação, é comum haver grandes oscilações na estrutura."

Outros fenômenos analisados são o drapejamento ("flutter") e o martelamento ("buffeting"). Um caso clássico de drapejamento foi registrado em 1940, em Washington (EUA), quando uma ponte então recém-construída sobre o estreito de Tacoma entrou em ressonância, e consequentemente em colapso, com ventos de 65 km/h.

A ponte Rio-Niterói também apresentava problemas de grandes oscilações, que chegavam a 60 centímetros, e o trânsito tinha de ser interrompido para ventos com velocidade da ordem de 55 km/h. Neste caso, a solução foi implementar atenuadores dinâmicos para diminuir as vibrações da ponte. Hoje em dia, com as técnicas de simulação em túnel de vento é possível prever os efeitos de vibração da estrutura de uma ponte, evitando que correções posteriores sejam feitas. Esses testes proporcionam pleno conhecimento para que os projetistas evitem o problema, alterando as características da ponte antes de sua execução.

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