Avaliação dos efeitos dinâmicos em pontes ferroviárias de alta velocidade de pequeno e médio vão

A presente tese teve como principal objectivo ir ao encontro das recomendações propostas nos vários relatórios da Comissão de Especialistas D214 do ERRI, nomeadamente a necessidade da realização e interpretação de ensaios experimentais e de medições em condições normais de serviço a fim de confrontar e validar os resultados de aplicação das diferentes metodologias e averiguar os efeitos que influenciam o comportamento dinâmico de pontes de pequeno e médio vão. As pontes ferroviárias, com vãos inferiores a 40 m, para o tráfego de alta velocidade com velocidades superiores a 200 km/h são estruturas muito sensíveis aos efeitos dinâmicos, para melhor compreensão do comportamento dinâmico deste tipo de estruturas inicialmente são apresentados alguns parâmetros que o influenciam. A realização de uma campanha de medições em vários viadutos ferroviários de pequeno e médio vão permitiu a identificação dos parâmetros modais das estruturas, frequências próprias e amortecimentos, bem como a medição de acelerações verticais no tabuleiro das pontes quando sujeitas à passagem do tráfego real. Numa avaliação numérica preliminar verificou-se que num número significativo de estruturas, a aceleração vertical máxima do tabuleiro ultrapassava o valor limite de 0,35g chegando a alcançar os 20 m/s2. A caracterização modal dos viadutos, os modos de vibração, frequências próprias e amortecimentos permitiram o desenvolvimento de modelos de elementos finitos cujos comportamentos foram validados com a comparação das respostas de acelerações verticais obtidas nas medições. Os modelos de elementos finitos incluem uma série de factores que condicionam o seu comportamento, tais como as condições de fronteira dos tabuleiros, a continuidade do carril sobre os apoios, a distribuição longitudinal na via das forças verticais dos eixos dos comboios. Na modelação da via férrea sobre a estrutura três modelos dinâmicos foram utilizados, modelos que resultam de investigações efectuadas quer no domínio do comportamento da via, do comportamento dos veículos que sobre ela circulam e da ponte que lhe serve de apoio. Diferentes metodologias foram utilizadas para o cálculo das respostas das pontes, numéricas e simplificadas. As metodologias numéricas compreendem a aplicação das forças rolantes e a interacção entre o veículo e a ponte, algoritmo de contacto. Para ambas as metodologias é descrita a sua implementação e validação no software ADINA. Vários algoritmos de integração passo a passo foram aplicados, o método da Sobreposição Modal, o método de Newmark e o método de Wilson-θ. As metodologias simplificadas, os métodos da Decomposição da Excitação em Ressonância (DER) e da Linha de Influência Residual ou Virtual (LIR ou LIV), também foram expostas e implementadas de forma a comparar os seus resultados com os derivados da aplicação dos métodos de integração passo a passo. Com base no modelo de elementos finitos desenvolvido veículo/via férrea/ponte procurou-se também averiguar a influência das irregularidades da via no comportamento dinâmico de pontes de médio vão. Considerou-se dois tipos de irregularidades: a irregularidade isolada posicionada a meio vão da ponte, simulação de uma má compactação do balastro; e a irregularidade aleatória contínua, posicionada em toda a extensão do carril. A avaliação dos efeitos derivados da consideração de irregularidades aleatórias na via férrea é efectuada recorrendo à técnica de Monte-Carlo, em que diversos perfis de irregularidades são utilizados, gerados a partir de funções densidade espectral de potência de irregularidades da via férrea correspondentes às diversas classes de qualidade da via. As respostas máximas da ponte com as diferentes irregularidades foram determinadas, bem como as respostas dos veículos, as forças de contacto entre a roda e o carril e as acelerações verticais na massa vibrante do balastro da via