Simulação numérica pelo método dos elementos finitos das etapas construtivas de uma ponte segmentada pré-moldada com protensão

Abstract

O projeto de pontes segmentadas, que utilizam elementos de concreto pré-moldado com protensão e a técnica de construção do tabuleiro por balanços sucessivos, envolve uma análise de alta complexidade. A justificativa para a realização deste trabalho vem da crescente utilização destas pontes ao longo dos anos, pois é uma alternativa muito eficaz para vencer grandes vãos. Esta dissertação de mestrado apresenta uma análise numérica a partir de um modelo tridimensional em elementos finitos que simula as etapas construtivas de um trecho do tabuleiro da Nova Ponte do Guaíba, localizada na cidade de Porto Alegre, utilizando o software ANSYS, versão 21.2. Apresenta-se, inicialmente, uma revisão sobre as pontes segmentadas, a técnica construtiva por balanços sucessivos, assim como sobre a protensão nestas estruturas. Em seguida, descrevem-se as relações constitutivas viscoelásticas dos materiais, empregadas na representação numérica. Para o concreto, utilizou-se um modelo de Kelvin generalizado, com o auxílio da ferramenta de customização UPF (User Programmable Features), onde foram adicionadas sub-rotinas, ao programa principal, em linguagem FORTRAN. Para o aço das armaduras de protensão, utilizou-se um modelo de Maxwell Generalizado, disponível no ANSYS. Foram, então, simuladas numericamente as etapas construtivas por balanços sucessivos de um trecho da Nova Ponte do Guaíba, seguindo fielmente a sequência adotada na sua construção. A partir dos dados de monitoramento da construção da ponte, foi possível realizar a comparação dos valores de deslocamento vertical, obtidos no modelo numérico e coletados em campo. Observou-se uma boa concordância entre esses valores.

The design of segmental bridges, which use precast prestressed concrete elements and the technique of building the deck by successive cantilever method, involves a highly complex analysis. The justification for carrying out this work comes from the increasing use of these bridges over the years, as it is a very effective alternative to overcome large spans. This master's dissertation presents a numerical analysis based on a three-dimensional finite element model that simulates the construction stage of part of the deck from the Nova Ponte do Guaíba, located in the city of Porto Alegre, using the software ANSYS, version 21.2. Initially, a review of the segmental bridges, the constructive technique by successive cantilever method, as well as the prestressing in these structures is presented. Then, the viscoelastic constitutive relationships of the materials used in the numerical representation are described. For the concrete, a generalized Kelvin model was used, with the help of the UPF (User Programmable Features) customization tool, where subroutines were added to the main program in FORTRAN language. A generalized Maxwell model, available in ANSYS, was used for the prestressing steel. The constructive steps by successive cantilevers were then numerically simulated for part of the deck from the Nova Ponte do Guaíba, following the sequence adopted in its construction. From the monitoring data of the construction of the bridge, it was possible to compare the values of vertical displacement, obtained in the numerical model and collected on field. There was a good agreement between these values.