Monitorização Estrutural da Ponte 25 de Abril da construção à … · 2016-05-13 · Sessão...

Sessão Especial 50 Anos da Ponte 25 de AbrilMonitorização Estrutural da Ponte 25 de Abril - da Construção à Atualidade

João Santos - LNEC

Monitorização Estrutural

da Ponte 25 de Abril – da

construção à atualidade

João Santos

LNEC, Departamento de Estruturas

Sessão Especial 50 Anos da Ponte 25 de AbrilMonitorização Estrutural da Ponte 25 de Abril - da Construção à Atualidade

João Santos - LNEC

Índice

1. Monitorização estrutural durante a construção (1962-1966);

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.

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Monitorização estrutural

durante a construção

(1962-1966)

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Monitorização estrutural durante a

construção (1962-1966)

Campanhas periódicas de

mediçãoTrês objetivos fundamentais:

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

I. Verificação da integridade das fundações das torres

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Monitorização estrutural durante a

construção (1962-1966)

I. Verificação da integridade das fundações das torres

Ensaios de caracterização

dinâmica

Rebocador puxou cabo com fusível de

250kN até este se partir de forma repentina

Medição da resposta com macro-

-sismógrafo

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Monitorização estrutural durante a

construção (1962-1966)

I. Verificação da integridade das fundações das torres

Pilar P3 Long. Transv.

Ensaios f=1.4Hz

x=5%

f=2.2Hz

x=5%

Projeto f=1.1Hz

x=10%

f=1.7Hz

x=10%

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Monitorização estrutural durante a

construção (1962-1966)

Plano geral de monitorização de deslocamentos e tensões;

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Monitorização estrutural durante a

construção (1962-1966)

II. Monitorização dos estados de tensão

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Monitorização estrutural durante a

construção (1962-1966)

II. Monitorização dos estados de tensão

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Monitorização estrutural durante a

construção (1962-1966)

III. Monitorização dos deslocamentos (rotações)

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Monitorização estrutural durante a

construção (1962-1966)

III. Monitorização dos deslocamentos

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Monitorização estrutural durante a

construção (1962-1966)

III. Monitorização dos deslocamentos

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Ensaios de carga

(1966)

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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.

- linhas de influência obtidas com carga concentrada;

- imposição de esforços com cargas distribuídas;

- ensaios de caracterização dinâmica para aferição

da resposta dinâmica da estrutura;

Estáticos

Dinâmicos

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Ensaios de carga

(1966)

Ensaios estáticos – Sistema de aquisição automático em contínuo

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Ensaios de carga

(1966)

Ensaios estáticos – Instrumentação

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Ensaios de carga

(1966)

Ensaios estáticos – Instrumentação

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Ensaios de carga

(1966)

Ensaios estáticos – linhas de influência

Carga concentrada de 8 camiões de 300kN – total de 2400kN

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Ensaios de carga

(1966)

Ensaios estáticos – linhas de influência

57,9 cm

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Ensaios de carga

(1966)

Ensaios estáticos – linhas de influência

64,6 cm

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Ensaios de carga

(1966)

Ensaios estáticos – linhas de influência

61900 kN.m

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Ensaios de carga

(1966)

Ensaios estáticos – imposição de esforços com cargas distribuídas

45 kN/m

22,5 kN/m

45 kN/m

22,5 kN/m

22,5 kN/m

45 kN/m

45 kN/m

45 kN/m

45 kN/m

79 camiões, cisterna e de carga – carga total máxima de 15500kN

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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)

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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;

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Ensaios de carga

(1966)

Ensaios de caracterização dinâmica

1º Vert 2º Vert.

Ensaio f=0.11Hz

x=2-3%

f=0.22Hz

Projeto f=0.1Hz -

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Sistema de monitorização

estrutural em serviço

(1966 a 1977)

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Sistema de monitorização estrutural em

serviço (1966 a 1977)

Maioritariamente medição contínua

mas também campanhas periódicasObjetivos:

I. Monitorização da evolução dos estados de tensão nos principais elementos

estruturais da ponte suspensa e no viaduto

II. Monitorização dos deslocamentos;

III. Monitorização da ação de sismos ou ventos fortes;

Sistema ótico ligado a sistema de aquisição automática;

Anemógrafos e acelerógrafos ligados a sistema de aquisição automática;

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Sistema de monitorização estrutural em

serviço (1966 a 1977)

Monitorização da evolução dos estados de tensão

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Sistema de monitorização estrutural em

serviço (1966 a 1977)

Monitorização dos deslocamentos e das ações do vento e do sismo

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Sistema de monitorização estrutural em

serviço (1966 a 1977)

3,2 cm/ mm c.a.

1,9 cm/ mm c.a.

Freq.

1º Vert. f=0.119Hz

1º Trans. f=0.078Hz

Relações ação - resposta Resposta dinâmica

Análise da informação adquirida in situ

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Ensaios de carga

(1999)

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Ensaios de carga

(1999)

Ensaios de receção após

alargamento / instalaçãoObjetivos:

I. Garantir integridade estrutural;

II. Verificação das hipóteses e dos valores admitidos em projeto;

III. Estabelecimento de bases de referência para comparações futuras.

- linhas de influência obtidas com carga concentrada;

- imposição de esforços com cargas distribuídas;

- ensaios de caracterização dinâmica para aferição

da resposta dinâmica da estrutura;

Estáticos

Dinâmicos

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Ensaios de carga

(1999)

1,9 cm/ mm c.a.

2.05

P3P2P1

1.952.52

14.05

19.09

1.95 2.05 2.526.05

4P 5P P6

Ensaios estáticos – linhas de influência

Carga concentrada de 2 locomotivas com 2294kN em 14m (Vs. 2400kN em 15.5m)

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Ensaios de carga

(1999)

Ensaios estáticos – linhas de influência

NORTE

3P

3483.42m 99.64m 99.64m1012.88m483.42m99.64m

BC A

(48) (64)

2

(56) (72)

1

(80)

SUL

D

G4

(40)

56

(32)(24)(16)

E

(0) (8)

7

F

89101112

P21P

P4

5P 6P 7PF0

(8')(16')(24')(32')(40')(48')(56')(64')(72')(80')

P3 P4 P5 P6P2 E

-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

dv (mm/10kN)

ensaio 1999 (2ª fase)

cálculo, projecto

P3 P4 P5 P6P2 E

-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

dv (mm/10kN)

ensaio 1999 (2ª fase)

ensaio 1966 (1ª fase)

1999 - 5,82 kN/mm

1966 - 4,15 kN/mm

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Ensaios de carga

(1999)

Ensaios estáticos – linhas de influência

NORTE

3P

3483.42m 99.64m 99.64m1012.88m483.42m99.64m

BC A

(48) (64)

2

(56) (72)

1

(80)

SUL

D

G4

(40)

56

(32)(24)(16)

E

(0) (8)

7

F

89101112

P21P

P4

5P 6P 7PF0

(8')(16')(24')(32')(40')(48')(56')(64')(72')(80')

P3 P4 P5 P6P2 F

-3.0

-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

dv (mm/10kN)

ensaio 1999 (2ª fase)

cálculo, projecto

P3 P4 P5 P6P2 F

-3.0

-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

dv (mm/10kN)

ensaio 1999 (2ª fase)

ensaio 1966 (1ª fase)

1999 - 5,24 kN/mm

1966 -3,86 kN/mm

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Ensaios de carga

(1999)

Ensaios estáticos – imposição de esforços com cargas distribuídas

Carga máxima de 13950kN em 180m (Vs. 15500kN em 345m)

184.29

180.12

184.29

180.12

184.29

180.12

Flecha

½ vão

Contra-

-flecha

¼ vão

1966 327cm 118cm

1999 237cm 78cm

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Ensaios de carga

(1999)

Ensaios de caracterização dinâmica

4 macro-sismógrafos sincronizados via GPS

Ensaios de vibração ambiente

7 secções do tabuleiro

NORTE

3P

483.42m 99.64m 99.64m1012.88m483.42m99.64m

(48) (64)(56) (72) (80)

SUL

(40)(32)(24)(16)(0) (8)

46'66'

P21P

P4

5P 6P 7P(8')(16')(24')(32')(40')(48')(56')(64')(72')(80')

22' 0 22 46 66

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Ensaios de carga

(1999)

Ensaios de caracterização dinâmica

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Ensaios de carga

(1999)

Ensaios de caracterização dinâmica

1st transverse vibration mode - identified mode shape (plan view )

66S 46S

22S 0 22N

46N 66N 86N86S

f = 0.070 Hz 1º modo transversal

2nd transverse vibration mode - identified mode shape (plan view )

66S 46S

22S 0

22N

46N 66N86N86S

f = 0.168 Hz 2º modo transversal

f = 0.168 Hz3rd transverse vibration mode - identified mode shape (plan view )

66N

46N

22N

0

22S

46S

66S

86N86S

f = 0.201 Hz3º modo transversal

1st vertical vibration mode - identified mode shape (elevation view )

66S 46S

22S 0 22N

46N 66N 86N86S

1º modo verticalf = 0.116 Hz

2nd vertical vibration mode - identified mode shape (elevation view )

66S 46S

22S 0

22N

46N 66N 86N86S

2º modo verticalf = 0.143 Hz

3rd vertical vibration mode - identified mode shape (elevation view )

66S 46S

22S

0

22N

46N 66N 86N86S

3º modo verticalf = 0.220 Hzf = 0.299 Hz

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Ensaios de apoio à gestão

da infraestrutura

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Ensaios de apoio à gestão da infraestrutura

Apoio técnico ao dono da estrutura

(Infraestruturas de Portugal)

Atividades de inspeção e manutenção

Ações de reparação e reforço

Determinação experimental das

forças nos 1344 pendurais.

Monitorização dos deslocamentos

relativos das juntas do viaduto norte

No âmbito de:

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Ensaios de apoio à gestão da infraestrutura

Monitorização dos deslocamentos das juntas do viaduto norte

Junta I Junta II Junta III Junta IV

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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

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Ensaios de apoio à gestão da infraestrutura

Monitorização dos deslocamentos das juntas do viaduto norte

Junta I Junta II

Junta III Junta IV

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Ensaios de apoio à gestão da infraestrutura

Monitorização dos deslocamentos das juntas do viaduto norte

Junta I Junta II

Junta III Junta IV

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Ensaios de apoio à gestão da infraestrutura

Determinação experimental das forças nos pendurais

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Ensaios de apoio à gestão da infraestrutura

Determinação experimental das forças nos pendurais

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Ensaios de apoio à gestão da infraestrutura

Determinação experimental das forças nos pendurais

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Ensaios de apoio à gestão da infraestrutura

Determinação experimental das forças nos pendurais

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Ensaios de apoio à gestão da infraestrutura

Determinação experimental das forças nos pendurais

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Ensaios de apoio à gestão da infraestrutura

Determinação experimental das forças nos pendurais

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Monitorização contínua da

integridade estrutural

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Monitorização contínua da integridade

estrutural

Leituras realizadas de forma contínua Objetivos:

I. Monitorizar a resposta estrutural global em tempo

em tempo real;

II. Análise das respostas estruturais;

Caracterização dinâmica em contínuo;

Controlo de deslocamentos;

Controlo dos esforços na viga de rigidez e torres;

Caracterização das ações impostas à estrutura;

III. Detetar anomalias

precocemente

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Monitorização contínua da integridade

estrutural

Sistema sensorial

202 Sensores

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Monitorização contínua da integridade

estrutural

Sistema sensorial

secção 0, montante secção 0, jusante

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Monitorização contínua da integridade

estrutural

Sistema de aquisição, transmissão e processamento de dados

99,699,6483,4

(100)(90)(85)(80)(75)(70)(65)(60)(55)(50)(45)(40)(35)

1012,88

(30)(25)(20)(15)(10)(5)(0)(5')(10')(15')(20')(25')(30')(35')(45') (40')(50')(55')(60')(65')(70')

483,498,6

(95') (90') (85') (75')(80')

P7P6P54PP1

2P

SUL

P3

NORTE

P8

74,0 76,0

P9

P10

P11

76,0

P12 P

13P14

P15

76,0 76,0 76,0 76,074,2 76,074,2 74,2 52,5 32,0 24,0

937,1

P16

P17

P18

P19

P20

A21

P19A

ENC.NORTE

8,0

Fibra óptica (monomodo; 8 fibras) - 3821 m

P2 66' P3 0 22 66 P5

Fibra óptica (multimodo; 8 fibras) - 3368 m

P4 P722' P14

P7b

P6P1

Montante Jusante

Montante Jusante

IP Address: 192.168.171.___

Subnet mask: 255.255.255.0

Default gateway: 192.168.171.254

.10

.20

.30.40 .41

.50 .60 .70.80 .81 .90 .100

.110

.120 .130

.131

.220 .221 .254

PCSwitches RuggedCom: RMC40-0705-___

492 483 484 485 486 487 488 489 490 491 493

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Monitorização contínua da integridade

estrutural

Sistema de aquisição, transmissão e processamento de dados

Taxa de aquisição: 500 Hz 8.6x10^9 leituras por dia

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Monitorização contínua da integridade

estrutural

Caracterização das ações impostas à estrutura

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Monitorização contínua da integridade

estrutural

Caracterização das ações impostas à estrutura

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Monitorização contínua da integridade

estrutural

Caracterização das ações impostas à estrutura

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Monitorização contínua da integridade

estrutural

Caracterização das ações impostas à estrutura

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Monitorização contínua da integridade

estrutural

Monitorização da resposta estrutural

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Monitorização contínua da integridade

estrutural

Controlo de deslocamentos

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Monitorização contínua da integridade

estrutural

Controlo de deslocamentos

Sessão Especial 50 Anos da Ponte 25 de AbrilMonitorização Estrutural da Ponte 25 de Abril - da Construção à Atualidade

João Santos - LNEC

Monitorização contínua da integridade

estrutural

Caracterização dinâmica – identificação modal estocásticaf

(Hz)

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João Santos - LNEC

Monitorização contínua da integridade

estrutural

Caracterização dinâmica – Inteligência artificial (algoritmos de clustering)f

(Hz)

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João Santos - LNEC

Monitorização contínua da integridade

estrutural

Caracterização dinâmica

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João Santos - LNEC

Monitorização contínua da integridade

estrutural

Análise das respostas estruturais

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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.

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Monitorização contínua da integridade

estrutural

Análise das respostas estruturais

AçõesRepostas

AçõesRepostas

Aprendizagem da

relação ação-

-resposta

Estimativa das

respostas

Obtenção dos

erros de

estimação

Análise

estatística

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Monitorização contínua da integridade

estrutural

Análise das respostas estruturais

Aprendizagem da

relação ação-

-resposta

Estimativa das

respostas

Obtenção dos

erros de

estimação

Análise

estatística

Erros com

tendência nula

Erros com caráter

aleatório

Não excedem

limites de

confiança

A estrutura não exibe

variações

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Monitorização contínua da integridade

estrutural

Análise das respostas estruturais

Tensão (

Mpa)

Deslo

cam

ento

(m

m)

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Monitorização contínua da integridade

estrutural

Análise das respostas estruturais

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João Santos - LNEC

Monitorização Estrutural

da Ponte 25 de Abril – da

construção à atualidade

João Santos

LNEC, Departamento de Estruturas