O COMPORTAMENTO AERODINÂMICO DE ESTRUTURA DE PONTE COM SEÇÃO ALTERADA PELA PRESENÇA DE VEÍCULOS

FACULDADE VERTICE[pic 1]

BACHARELADO EM ENGENHARIA CIVIL

PAULO ROBERTO DA SILVA

COMPORTAMENTO AERODINÂMICO DE ESTRUTURA DE PONTE

COM SEÇÃO ALTERADA PELA PRESENÇA DE VEÍCULOS

RESUMO ACADEMICO

Três Rios

2016

PAULO ROBERTO DA SILVA

COMPORTAMENTO AERODINÂMICO DE ESTRUTURA DE PONTE

COM SEÇÃO ALTERADA PELA PRESENÇA DE VEÍCULOS

[pic 2]

Três Rios

2016

INTRODUÇÃO

As estruturas de pontes estão frequentemente sujeitas as ações dos ventos, não são todas, mas algumas pontes desenvolvem forças que vibram devido a ação do vento, chamado Fenômeno Aeroelásticos. Ocasionando um deslocamento vertical ou horizontal de determinado corpo que está sofrendo uma ação através de uma energia.

Como artigo estudado foi apresentado dados de pesquisa e ensaios tomando como referência a ponte Rio Niterói, já que sua extensão e altura são bem propicias as singularidades de eventos com os ventos fortes.

Há alguns anos, ventos calculados acima de 50 km/h causavam desconforto aos seus usuários, devido as oscilações que ocorriam como vibrações e flexões verticais. Em alguns casos a ponte chegava a 50cm de deslocamento vertical, nessa situações a ponte chegará a ser interditada. Após 1997 com a observação do aumento continuo do efeito flexão (devido a introdução e o aumento de veículos pesados na via, entrarão com uma ação corretiva a fim de minimizar a situação. Foi feito um sistema de atenuadores dinâmicos. Seria a inserção de molas as quais amortecem a vibração neutralizando as oscilações. Esses detalhes segundo ao autor pode ser obtido em Battista e Pfeil (2010).

Diversas Técnicas e Experimentos (ensaios e Numéricos) são feitas para estudar o efeito aerodinâmico. Uma melhores é a dinâmica de fluidos computacional – CFD. Esse sistema tem que obter diversos dados coletados a serem lançados para ser emitida uma serie de dados propostos, inclui diversas equações e módulos para ser feito os cálculos pedidos pelo operador do sistema, equações como as de NAVIER-STOCKER, metodologias de LES – Large Eddy Simulation, aos quais veremos mais a frente, esse conseguem equiparar as equações de grandes escalas e as pequenas essas por sua vez e contida de elementos detalhados aos quais fazem muita diferença no momento de obter o resultado nos cálculos.

DINAMICA DO VENTO NA PONTE RIO-NITEROI

A ponte tem 13 km de extensão e o seu vão central e de 70 m acima do nível da água. Devido a isso ela é propicia a sofrerem as flexões ocorridas dos ventos que surgem do sudoeste da ponte e que apresentam entre 50 a 60 km/h. A frequência natural da vibração  da estrutura na sua forma original era de 0,32hz em modo de flexão.

Desde a sua inauguração, a ponte vinha apresentando eventos de ocilações, causados pelo vórtice. Um vórtex ou vórtice é um escoamento giratório onde as linhas de corrente apresentam um padrão circular ou espiral. São movimentos espirais ao redor de um centro de rotação. Ele surge devido a diferença de pressão de duas regiões vizinhas. Quando isso ocorre o fluido tende a equilibrar o sistema e flui para esta região mudando, eventualmente, a direção original do escoamento e, com isso, gera vorticidade. Exemplo típico um tornado ou furacão.

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Figura (1) - Modelo de cálculos de vorticidade, porém não é nosso foco de estudos pois a casualidade e estudar a bidimensionalidade do efeito a figura acima apresenta dados e elementos tridimensionais.

Segundo Battita e Pfeil (2010) as pressões de vento produzem forças resultantes periódicas horizontais e verticais. A estrutura da ponte apresentada uma elevada rigidez torcional, descartando a hipótese de vibração. Assim o movimento de flexão e verticalmente dominante.

EQUAÇÕES DE NAVIEL-STCKES PARA FUÍDOS INCOMPREENSIVEIS

As equações de Navier Stokes são equações diferenciais que descrevem o escoamento de fluidos. São equações a derivadas parciais que permitem determinar velocidade e de pressão num escoamento, elas descrevem o movimento das substâncias fluidas tais como líquidos e gases. Estas equações estabelecem que mudanças no momento e aceleração de uma partícula fluída são simplesmente o resultado das mudanças na pressão e forças viscosas dissipadas atuando no fluido.

Se tratando de escoamento incompreensível e com viscosidade contate, o problema é regido pelas equações:

Conservação de quantidade de movimento:

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Conservação de massa (equação continuidade) :

[pic 5]

no qual:

ρ é a massa específica do fluido;

[pic 6] , é a tensão viscosa;

μ é a viscosidade dinâmica do fluido;

ua são as componentes de velocidade;

p é a pressão;

fa são as componentes das forças por unidade de volume no corpo.

O modelo contínuo é discretizado em elementos triangulares para representar velocidade e pressão. O mesmo não é aceito no contexto, pois violam as condições de Babuska-Brezzi.

Os problemas bidimensionais, da discretização das equações acima chega-se a um sistema linear simétrico de 3 equações e 3 incógnitas (pressão e velocidades no plano). O sistema é resolvido pelo método do gradiente conjugado mediante um procedimento, onde calculamos primeiro a pressão.