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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
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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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João Santos - LNEC
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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João Santos - LNEC
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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João Santos - LNEC
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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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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João Santos - LNEC
Monitorização contínua da integridade
estrutural
Controlo de deslocamentos
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Monitorização contínua da integridade
estrutural
Caracterização dinâmica – identificação modal estocásticaf
(Hz)
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Monitorização contínua da integridade
estrutural
Caracterização dinâmica – Inteligência artificial (algoritmos de clustering)f
(Hz)
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Monitorização contínua da integridade
estrutural
Caracterização dinâmica
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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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Monitorização Estrutural
da Ponte 25 de Abril – da
construção à atualidade
João Santos
LNEC, Departamento de Estruturas