Desprendimento de vórtices em pontes : vibrações transversais induzidas no tabuleiro

Abstract

A ação do vento é um aspecto predominante no projeto aerodinâmico que determina as características da seção transversal de um tabuleiro de ponte. Dessa forma, a aplicação da teoria aerodinâmica, em estruturas de pontes conhecidas, deve se voltar para a supressão de fenômenos autoexcitados, como as vibrações transversais induzidas por desprendimento de vórtices, afim de impedir sua instabilidade. A vibração induzida por vórtice é uma resposta aerodinâmica que pode ocorrer para estruturas flexíveis sujeitas a ventos transversais, como os tabuleiros de pontes de longos vão e proporções esbeltas. A interação entre fluido e estrutura, através da separação do escoamento do ar, provoca desprendimento de vórtices alternadamente em cada face do tabuleiro da ponte, que por sua vez pode ocasionar um movimento oscilatório do tabuleiro da ponte quase sempre associado à ruína por fadiga dos materiais constituintes ou, por exemplo, de cabos de estaiamento a ele conectados. Foram estudadas modificações geométricas em uma seção transversal de um tabuleiro de ponte ensaiado no Túnel de Vento prof. Joaquim Blessmann, na Universidade Federal do Rio Grande do Sul, através da implementação de dispositivos aerodinâmicos de controle passivo de vibrações como forma de verificar uma redução nas amplitudes de vibração provocadas pelo desprendimento de vórtices. De maneira a investigar experimentalmente a influência de dispositivos aerodinâmicos de controle passivos para prevenir vibrações em seções transversais, são utilizados resultados de ensaios em túnel de vento com modelos em escala reduzida e estabelecidas comparações entre as reduções de amplitude observadas nas respostas correspondentes aos mesmos casos de ataque de vento.

The wind effect is a major factor in the aerodynamic design, which determines characteristics of a bridge deck cross-section. Thus, the application of aerodynamic theory in known bridge structures must head towards the suppression of self-excited phenomena such as transverse vibrations induced by vortex shedding, in order to prevent its instability. The vortex-induced vibration is an aerodynamic response, which appears in flexible structures subjected to transverse winds, as well as bridge decks with slender long span and slender cross-sections. The interaction between fluid and structure, through separation of air flow causes vortex shedding alternatively on either side of the bridge deck, which in turn can cause an oscillatory motion of bridge deck almost always associated with failure by fatigue of the constituent materials or, for example, stay-cables attached to it. Geometric modifications were studied in a cross-section of a bridge deck tested in Wind Tunnel prof. Joaquim Blessmann at the Federal University of Rio Grande do Sul, through the implementation of aerodynamic devices for passive vibration control as a way to verify a reduction in the vibration amplitude caused by vortex shedding. In order to experimentally investigate the influence of passive control aerodynamic devices to prevent vibrations in cross sections, wind-tunnel test results using reduced scale models were used to establish comparisons between reductions in responses amplitude corresponding to the same cases of attack of wind.