DESAFIO DO CLIENTE
Historicamente, os engenheiros civis têm tido uma visão limitada de como as pontes horizontalmente curvas reagem aos terremotos. Como parte de um projeto maior financiado pela Federal Highway Administration (FHWA) para estudar a resiliência sísmica dos sistemas rodoviários, a Universidade de Nevada, Reno NEES Equipment Site (UNR-NEES) foi utilizada para caracterizar totalmente o comportamento de segmentos de pontes curvas sob condições sísmicas. O objetivo da pesquisa era estabelecer diretrizes para projetar pontes curvas que resistissem melhor a grandes terremotos.
Devido à sua forma irregular, as pontes curvas têm requisitos únicos para simulações sísmicas em larga escala. Os tradicionais sistemas de teste uniaxial instalados em trincheiras abaixo do piso reforçado não oferecem flexibilidade de posicionamento para acomodar estes corpos de prova de teste. Na época em que a FHWA financiou um projeto de pesquisa na UNR-NEES, nenhuma simulação sísmica estrutural em larga escala havia sido realizada em pontes curvas no laboratório de testes.
A UNR-NEES se propôs a investigar o impacto sísmico usando um modelo em escala 2/5 de uma ponte curva de três vãos, medindo 44,1 metros de comprimento com um raio de 24,4 metros na linha central do modelo.
"Este foi o maior teste de ponte que já havíamos tentado, envolvendo altas cargas úteis e um corpo de prova grande e de formato único", explica Patrick Laplace, Ph.D., Gerente do Large Scale Structures Laboratory, da UNR-NEES. "Assim, para nós, o maior desafio era encontrar uma maneira de simular com precisão um evento sísmico em uma ponte curva nesta escala e com as forças envolvidas. Só temos um desses modelos em escala para trabalhar, então sabíamos que tudo tinha que dar certo na primeira vez."
Laplace também sabia porque a FHWA selecionou a UNR-NEES para o estudo da ponte curva: devido à instalação de teste único com flexibilidade sem precedentes para acomodar corpos de prova grandes e de formato único. "Conseguimos o projeto porque éramos a única instalação de testes capaz de gerar as forças e movimentos necessários em praticamente qualquer lugar em nosso laboratório", disse ele.
SOLUÇÃO DA MTS
Durante um período de 20 anos, a UNR-NEES trabalhou de perto com a MTS para integrar múltiplos sistemas de mesa vibratória para testes sísmicos em larga escala e de alta força, principalmente em pontes e componentes de pontes.
A instalação inclui atualmente três mesas vibratórias biaxiais, juntamente com uma quarta mesa vibratória 6DOF adicionada em 2009. Cada mesa mede aproximadamente 4,25 metros quadrados (14 pés), tem uma carga útil de 445 kN (50 toneladas) e fica em cima de um piso reforçado de 780 metros quadrados (8.400 pés quadrados), em um laboratório de alto nível com duas pontes rolantes suspensas. A MTS também projetou sob medida um rolamento hidrostático para as mesas vibratórias que impede a elevação, a rolagem, o passo e a guinada sem a necessidade de uma trincheira, tornando possível a instalação desses sistemas diretamente sobre o piso reforçado.
As mesas vibratórias podem ser operadas independentemente, em fase ou diferentemente com as outras mesas, e podem ser posicionadas para atender às exigências de espaço exclusivas de um corpo de prova de teste. Todas as quatro mesas foram utilizadas para as simulações sísmicas em ponte curva, incluindo a mesa 6DOF, definida em modo biaxial.
"Era exatamente isso que a UNR queria": múltiplas mesas vibratórias que podem ser movidas pelo chão e operar individualmente ou em combinação", disse Laplace. "Até onde sei, fomos o primeiro laboratório a usar grandes mesas vibratórias em uma série como esta."
Esta configuração de matriz e portátil permitiu à UNR-NEES testar o modelo em escala de ponte curva de inúmeras maneiras, sem precedentes. Foram realizados seis testes diferentes para examinar vários componentes sob condições de terremoto. Os testes incluíram o projeto com e sem colunas convencionais; projeto de pilar com e sem aterro; isolamento sísmico com e sem modificação da resposta; e carga viva, com e sem caminhões posicionados na superfície da superestrutura.
"Nossa capacidade de estudar o movimento diferencial preenche um vazio antigo para testes sísmicos em pontes curvas", disse Laplace. "Por exemplo, agora podemos simular uma onda de terremoto que atinge um cais antes do próximo, ou com um cais no solo e o outro na rocha. Tal realismo não pode ser alcançado com uma única mesa, não importa quão grande ela seja"
BENEFÍCIOS PARA O CLIENTE
Os testes sísmicos UNR-NEES para o FHWA foram concluídos em março de 2012 após nove meses de atividades experimentais contínuas, equipando o governo dos EUA com uma riqueza de dados de teste sobre o comportamento de pontes de vão curvo sob condições de terremoto. Na época desta matéria, a FHWA estava no caminho certo para estabelecer diretrizes de projeto industrial, beneficiando engenheiros civis e cidadãos de todo o mundo.
A UNR-NEES está atualmente passando por uma grande expansão que inclui a construção de uma segunda instalação de testes maior, localizada ao lado da instalação existente. A expansão de 3.658 metros quadrados (12.000 pés quadrados) abrigará todas as quatro mesas vibratórias, abrindo as instalações existentes para outros testes de piso em larga escala. A MTS está novamente fornecendo a engenharia hidráulica do novo laboratório, a recolocação da mesa vibratória e as atualizações do sistema atual.
De acordo com Sherif Elfass, Ph.D., Professor Assistente de Pesquisa e Gerente de Operações de Sítios da NEES, os pesquisadores da UNR-NEES estão constantemente ampliando os limites do que é possível. Ele atribui a parceria da instalação com a MTS como um dos principais contribuintes para esta confiança de explorar um território desconhecido.
"Nossa atitude é dizer: 'Sim, nós podemos fazer isso', sabendo que iremos ter a colaboração da MTS para descobrir um caminho juntos", explica Elfass. "Ter este apoio da experiência da MTS é fundamental, especialmente à medida que expandimos. Consideramos a MTS como um dos pilares do nosso sucesso, e nosso futuro está ligado a esta relação contínua"
Laplace concorda. "Uma vez que a MTS entrega as chaves, definitivamente não é o fim da história", disse ele. "Há sempre muita interação envolvendo atualizações, manutenção e questões técnicas". A MTS tem uma equipe extremamente conhecedora, em muitas áreas diferentes. Você simplesmente não pode encontrar conhecimento tão amplo e aplicável em nenhum outro lugar".
