Avaliação do comportamento de pontes com tabuleiros de dupla ação mista submetidas ao tráfego de trens de alta velocidade

FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas GeraisCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorO presente trabalho relata o estudo sobre o comportamento estático e dinâmico de uma ponte ferroviária em linha de alta velocidade (L.A.V.), bem como a sua verificação quanto aos critérios de segurança. A ponte em estudo, denominada La Scarpe, está inserida na L.A.V. francesa TGV Nord e é composta por um tabuleiro misto de aço-concreto com tipologia estrutural de uma viga contínua com 333 metros de extensão. No atual trabalho é avaliada a modificação da superestrutura da ponte, através da adição de uma laje inferior de concreto na região do momento fletor negativo entre os pontos de inflexão, transformando-o em uma estrutura conhecida como dupla ação mista. Assim, foram desenvolvidos modelos numéricos tanto para o tabuleiro original quanto para o modificado, por meio do Método de Elementos Finitos (MEF). Optou-se por uma malha tridimensional simplificada composta por elementos de casca e de viga que representam fielmente o comportamento à torção da ponte, desenvolvido no programa computacional ANSYS® v.12 (2009). A modelagem do tabuleiro original foi validada por meio de comparações com resultados numéricos e experimentais disponíveis na literatura. Sendo assim, os resultados obtidos a partir dos modelos numéricos com o tabuleiro original e com o tabuleiro modificado foram comparados a fim de identificar as vantagens e desvantagens decorrentes da utilização de tabuleiros mistos de aço-concreto com dupla ação mista. A adição da laje inferior resultou no aumento dos valores das frequências naturais dos modos de flexão e, principalmente, dos modos de torção, acarretando na redução dos níveis de deslocamento e aceleração da estrutura quando solicitada pela passagem de trens de alta velocidade. Por fim, foram realizadas verificações de segurança da estrutura do tabuleiro com dupla ação mista, conforme as prescrições da norma europeia. Tal tabuleiro demonstrou ser uma boa solução para pontes sujeitas à passagem de trens de alta velocidade, principalmente para estruturas mistas contínuas, com solicitações que proporcionam momentos fletores negativos sobre o apoio e torção do tabuleiro, podendo inclusive acarretar na redução do custo do aço empregado na estrutura.This study addresses the static and dynamic behavior of a high-speed rail (HSR) bridge, as well as its verification of the safety criteria. The bridge under study, called “La Scarpe”, is part of the French HSR network (TGV Nord) and is composed of steel-concrete deck structured in a continuous slab with nine spans, totalizing 333 m in length. This study assesses a modification in the superstructure of this bridge by adding a lower concrete slab in the region of negative bending moment between the inflection points, transforming it into a structure known as double composite action. Thus, a methodology was developed to statically and dynamically evaluate HSR bridges composed of double composite action decks. Subsequently, numerical models were developed, both for the original deck and the modified one, through the Finite Element Method (FEM) using the ANSYS v.12 software. The modeling of the original deck was validated through comparisons between theoretical and experimental results for the “La Scarpe” bridge available in the literature. Thus, the results obtained in the numerical modeling for the original and modified decks were compared in order to identify the advantages and disadvantages resulting from the use of composite steel-concrete decks with double composite action. The addition of the lower slab resulted in a increase of the modes of bending and, especially, torsion modes, resulting in reduction of the levels of displacement and acceleration of the structure when loaded by the passage of high speed trains. Finally, the safety of the modified deck was verified according to requirements of the European standard. The double composite action deck proved to be a good solution for bridges submitted to the transition of high speed trains, especially for continuous composite structures, with loads that provide negative bending moments on the support and twist of the deck, and may even reduce the cost of the steel used in the structure