Sistemas De Controlo Ativo Na Engenharia De Estruturas

SISTEMAS DE CONTROLO ATIVO NA ENGENHARIA DE ESTRUTURAS

3.1. GENERALIDADES

3.1.1. UTILIZAÇÃO DE SISTEMAS DE CONTROLO NA ENGENHARIA DE ESTRUTURAS

O dimensionamento de estruturas sujeitas a ações dinâmicas é um processo de elevada complexidade e exigência, que, devido ao facto de o conhecimento existente sobre esta área não se encontrar ainda totalmente cimentado, requer a constante atualização e desenvolvimento de teorias e modelos de cálculo.

Além disso, nos tempos modernos, o grau de exigência para o comportamento das estruturas sujeitas a cargas dinâmicas consideráveis, é cada vez maior, dada a necessidade crescente de se assegurarem ótimos níveis de conforto e segurança na utilização de edifícios e infra-estruturas.

Primariamente, a resolução de problemas dinâmicos na Engenharia de Estruturas conduz ao aumento da rigidez global da estrutura através do aumento da robustez das secções transversais dos elementos estruturais e/ou da introdução de elementos estruturais adicionais e/ou através do reforço estrutural dos elementos existentes. Esta premissa implica, portanto, uma maior quantidade de materiais a utilizar e pode, consequentemente, constituir um acréscimo elevado nos custos da obra.

Uma alternativa a este procedimento tradicional consiste na utilização de sistemas de controlo.

Os sistemas de controlo são mecanismos incorporados numa estrutura que se destinam a reduzir, para níveis de conforto e segurança aceitáveis, a sua resposta estrutural dinâmica (deslocamentos, velocidades e acelerações) face a perturbações externas que a solicitem. Tal controlo é realizado a partir da exerção de um sistema auxiliar de forças na estrutura, que contrariem a perturbação exercida na mesma. A versatilidade inerente ao funcionamento destes sistemas constitui a sua maior vantagem pois permite que o sistema se adapte às variações das ações solicitantes e, consequentemente, que atue de acordo com essas variações.

Atualmente, o recurso a sistemas de controlo na Engenharia Civil tem crescido a um ritmo considerável visto que, como foi referido atrás, o nível de exigência no controlo do comportamento/funcionamento das estruturas é cada vez maior. Esta necessidade é também incentivada pelos impressionantes avanços tecnológicos que têm ocorrido ao longo da última década, que, de certa forma, catalisam a evolução das técnicas de abordagem aos problemas correntes e ajudam a otimizar a eficiência dos sistemas de controlo. Da mesma forma, a evolução progressiva dos materiais de construção, métodos construtivos e ferramentas de cálculo propícia a tendência audaciosa de construir estruturas cada vez mais arrojadas e

Construção de Pontes em Arco com Tirantes Provisórios com Controlo Ativo

54

irreverentes, tornando-as mais suscetíveis de serem condicionadas por solicitações de natureza dinâmica e/ou sísmica, induzindo, portanto, uma viabilidade favorável na aplicação deste tipo de sistemas para controlar tais efeitos [8].

A aplicação de sistemas de controlo estende-se às mais variadas correntes científicas, desde a Engenharia Mecânica até à Engenharia de Produção [8]. Recentemente, na Engenharia Civil, mais propriamente na Engenharia de Pontes, com a introdução do Sistema de Pré-Esforço Orgânico (OPS), visionam-se (e já existem casos práticos em que se executam) aplicações desta tecnologia no controlo do processo construtivo de pontes, o que é precisamente o tema de estudo deste trabalho.

Porém, a aplicação de sistemas de controlo no mundo da construção é vista ainda com algum ceticismo por certas partes da comunidade da Engenharia Civil, nomeadamente devido ao facto de, com estes sistemas, se fazer depender grande parte da segurança da estrutura em elementos mecânicos, o que, como é compreensível, provoca alguma retração nos projetistas quanto à aplicabilidade deste tipo de sistemas. Aliado a este fator estão também as dificuldades técnicas inerentes à exequibilidade na aplicação de forças de grande intensidade com frequências elevadas, os elevados custos que estes sistemas representam, a necessidade exigente de manutenção e monotorização e a complexidade elevada dos circuitos de controlo do próprio sistema [8].

Existem vários tipos de sistemas de controlo, estando entre os principais os sistemas de controlo ativo, objeto de estudo deste trabalho, e os sistemas de controlo passivo. Outro tipo de sistemas existentes são os sistemas de controlo semi-ativo, que correspondem a uma variante particular dos sistemas de controlo ativo, nos quais apenas algumas funções do sistema são asseguradas por alimentação energética exterior. Existe também a possibilidade de se definirem sistemas que combinem certas propriedades destes sistemas referidos, formando desse modo, um sistema de controlo híbrido. Por outro lado, criaram-se também os sistemas efetores de forma a “transportar” a aplicabilidade dos sistemas de controlo para cenários estáticos ou quasi-estáticos.

Visto que este trabalho incide apenas sobre os sistemas de controlo ativo, apresenta-se de seguida uma breve explicitação dos princípios básicos segundo os quais se baseiam os sistemas de controlo passivo, semi-ativo e os sistemas efetores, para que se possa expor uma visão mais global da tecnologia dos sistemas de controlo e também para auxiliar, posteriormente, a caraterização, por contraste, dos sistemas de controlo ativo.

3.1.2. SISTEMAS DE CONTROLO PASSIVO – BREVE REFERÊNCIA

Atualmente, este tipo de controlo é o mais utilizado na Engenharia Civil. Consiste na introdução de dispositivos externos às estruturas, porém conectados a estas, que são capazes de absorver uma determinada percentagem da energia que é transferida para a estrutura aquando da atuação de uma dada solicitação externa sobre esta, aumentando, portanto, a sua capacidade própria de amortecimento. Tais dispositivos, num sistema de controlo puramente passivo, não necessitam de serem alimentados por nenhum tipo de fonte energética exterior pois utilizam a energia elástica ou cinética que é gerada pela própria estrutura durante a sua resposta. Além disso, pelo facto destes mecanismos serem externos à estrutura, não contribuem para a deterioração dos seus elementos, o que se torna bastante vantajoso para a estrutura pois não compromete o seu período de vida útil [8].

Em contrapartida, no caso de eventuais solicitações dinâmicas de elevada intensidade, após a atuação, os dispositivos do mecanismo de controlo podem necessitar de serem reparados ou