Análise pelo método dos elementos finitos do comportamento das juntas de tabuleiro de ponte composto por aduelas pré-moldadas de concreto

Abstract

Existe demanda de pesquisa para aperfeiçoar as ferramentas de análise e de projeto estrutural de pontes segmentadas, com foco no funcionamento das juntas. Neste contexto, a presente dissertação tem como objetivo realizar uma modelagem numérica tridimensional, via Método dos Elementos Finitos, para simular o comportamento de juntas de concreto em tabuleiros de pontes segmentadas. A estrutura estudada é a Nova Ponte do Guaíba, localizada no município de Porto Alegre, no Rio Grande do Sul. O tabuleiro desta ponte é composto por aduelas pré- moldadas de concreto justapostas, que, após serem posicionadas no greide de projeto, são protendidas através de protensão interna. Ainda, há a presença de mãos-francesas e lajes pré- moldadas, além de concreto moldado in loco. A construção do tabuleiro é finalizada com protensão externa. A estrutura está sob condições de serviço e submetida à ação de cargas móveis. Para a modelagem da ponte, foi utilizado um programa comercial, o software ANSYS, versão 21.2. O modelo proposto é constituído de elementos sólidos para discretizar o concreto e as armaduras passivas, elementos de contato para implementar as juntas, elementos de reforço incorporado para representar a protensão interna e elementos de barra para representar a protensão externa. A análise considera a não linearidade dos materiais, os quais foram incorporados aos modelos numéricos a partir da ferramenta de customização do próprio programa, através da sub-rotina USERMAT. Verificou-se o comportamento dos deslocamentos e das tensões atuantes no concreto, além da possível abertura das juntas, para diferentes níveis de perdas de protensão. Ao final das análises, pode-se perceber que os modelos desenvolvidos são capazes de prever o comportamento desta estrutura, porém, devido às simplificações adotadas para as condições de contorno e para as fases construtivas, a estrutura apresentou seu comportamento alterado. Dessa forma, é fundamental a consideração da construção do modelo completo para uma determinação mais realista das aberturas de juntas e da distribuição das tensões nos elementos.

Research is needed to improve segmental bridges' analysis and structural design tools, focusing on joint functioning. In this context, the present dissertation aims to carry out a threedimensional numerical modeling, via the Finite Element Method, to simulate the behavior of concrete joints in segmental bridge decks. The structure studied is the Nova Ponte do Guaíba, located in the city of Porto Alegre, in Rio Grande do Sul. The deck of this bridge is composed of precast concrete segments juxtaposed, which, after being positioned on the project grade, are prestressed through internal prestressing. Still, braces and precast slabs are present, in addition to concrete cast in place. An external prestressing completes the deck construction. The structure is under service conditions and subjected to the action of mobile loads. The ANSYS software, version 21.2, was used for modeling the bridge. The proposed model consists of solid elements to discretize the concrete and passive reinforcement, contact elements to implement the joints, embedded reinforcement elements to represent the internal prestressing, and bar elements to represent the external prestressing. The analysis considers the non-linearity of the materials, which were incorporated into the numerical models from the customization tool of the program itself, using the USERMAT subroutine. The behavior of displacements and stresses in the concrete, and the possible opening of the joints, for different levels of prestressing losses, were verified. At the end of the analyses, it can be seen that the developed models can predict this structure's behavior. However, due to the simplifications adopted for the boundary conditions and for the construction phases, the structure presented an altered behavior. Thus, it is fundamental to consider the construction of the complete model for a more realistic determination of joint openings and the distribution of stresses in the elements.