Avaliação das caraterísticas dinâmicas de estruturas existentes

Abstract

O presente trabalho estuda as características dinâmicas de estruturas de engenharia civil com diferentes tipologias por intermédio de avaliação experimental. O interesse desta avaliação reside na validação de modelos numéricos utilizados na análise dos efeitos provocados pelas ações a que, normalmente, essas estruturas estão sujeitas, ou seja, ações ambientais como o vento ou o tráfego de veículos e/ou pessoas, bem como na caraterização global do estado das mesmas, uma vez que esse estado está diretamente relacionado com as suas propriedades dinâmicas. Nos últimos anos, tem-se constatado um grande interesse nas técnicas de identificação modal baseadas na análise da resposta das estruturas às ações referidas anteriormente, como forma de caraterizar dinamicamente as estruturas. Este facto deve-se ao aperfeiçoamento de métodos de identificação modal apropriados e ao avanço observado nas tecnologias dos transdutores de medição de resposta de estruturas, dos sistemas de aquisição de dados e dos meios informáticos. Visto que se pretende estudar estruturas com diferentes tipologias, foram selecionados quatro casos de estudo. São eles: a casa de adobe do Laboratório do Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Aveiro, escolhida por ser uma estrutura constituída por um material típico da região de Aveiro e pela sua construção à escala real; o depósito de água da Universidade de Aveiro, eleito por ser construído, na sua maioria, em betão armado, por ser uma boa representação de uma estrutura com 1 grau de liberdade e pelo facto de ter vindo a ser estudado ao longo do tempo; o depósito de água de Serém de Cima, por ser uma estrutura representativa da maioria dos depósitos de água do país e ter paredes de alvenaria de enchimento, permitindo assim demonstrar o efeito que estas podem ter na resposta de uma estrutura a uma ação externa, seja ambiental, sísmica ou outra; e finalmente, a ponte pedonal da Universidade de Aveiro, selecionada por ter vindo também a ser avaliada ao longo do tempo e apresentar particularidades interessantes quando comparada com outras pontes. Para cada caso de estudo foram desenvolvidos modelos numéricos partindo de informação previamente obtida e de medições realizadas no local. Terminada esta etapa, procedeu-se a uma análise preliminar dos respetivos modelos de modo a se conseguir definir os tipos de setup a utilizar numa avaliação experimental. Uma vez estabelecidos os setups, prosseguiu-se para a avaliação experimental, onde foi realizado um ensaio dinâmico de vibração ambiental, cujos dados foram devidamente processados de modo a obter as frequências naturais e respetivas deformadas modais da estrutura. Com estes resultados calibraram-se os modelos numéricos para que representem com rigor a resposta dinâmica da estrutura. Para cada estrutura foram ainda realizados estudos paramétricos com o objetivo de estudar a influência dos diferentes parâmetros nas características dinâmicas.

The present work studies the dynamic characteristics of civil engineering structures with different typologies through experimental evaluation. The interest of this evaluation involves the validation of numerical models, as well as for the global characterization of their structural characteristics. In recent years, a great interest has been given to the modal identification techniques based on structural response, in order to obtain the dynamic properties the structures under study. This is possible due to the development of appropriate methods of modal identification and advancement of technology related with the transducers for measuring structural dynamic responses, data acquisition systems and computer. The present study intend to analyse structures with different typologies. The selected case studies are: the adobe house of the Civil Engineering Laboratory of Department at University of Aveiro, chosen for being a structure composed for a typical material of the region of Aveiro and yet to have been built at full scale; the elevated water reservoir of the University of Aveiro, choose by be built, mostly, in reinforced concrete, to be a good representation of a structure with 1 degree of freedom and in that it has been studied over time; the elevated water reservoir at Serém de Cima, being a representative structure of most elevated water reservoirs of the country and contain masonry walls, allowing demonstrate the effect that the masonry can have in structure’s response to an external action, whether environmental, seismic, or other; and finally, the pedestrian bridge at University of Aveiro, chosen to has also been evaluated over time and present interesting peculiarities compared with other bridges. For each case study, numerical models have been developed. Completed this stage, a preliminary analysis of the respective models is performed to define the types of setup to be used in the experimental evaluation. The experimental evaluation, in which a dynamic ambient vibration test was carried out, and the data was properly processed to obtain the natural frequencies and the respective modal shapes of the structure. With these results the numerical models were calibrated to accurately represent the dynamic response of the structure. For each structure parametric studies were also developed with the aim of studying the influence of different parameters on the dynamic characteristics.