USO DE TÉCNICA TOPOGRÁFICA-GEODÉSICA NO
APOIO AO MONITORAMENTO DE INCLINAÇÃO DE
TABULEIRO DE OBRAS DE ARTE RODOVIÁRIAS –
ESTUDO DE CASO SOBRE A PONTE DO RIO JAGUARI
Renaude Santos Carneiro
Ana Paula Camargo Larocca
Paulo César Lima Segantine
Gabriel do Nascimento Guimarães
João Olympio de Araújo Neto
USO DE TÉCNICA TOPOGRÁFICA-GEODÉSICA NO APOIO AO
MONITORAMENTO DE INCLINAÇÃO DE TABULEIRO DE OBRAS DE
ARTE RODOVIÁRIAS – ESTUDO DE CASO SOBRE A PONTE DO RIO
JAGUARI
Renaude Santos Carneiro
Ana Paula Camargo Larocca
Paulo César Lima Segantine
Universidade de São Paulo
Escola de Engenharia de São Carlos
Gabriel do Nascimento Guimarães
Universidade Federal de Uberlândia
Instituto de Geografia
João Olympio de Araújo Neto
Universidade Estadual de Campinas
Faculdade de Engenharia Civil
RESUMO
A importância da implementação de sistemas de monitoramento da saúde estrutural de pontes rodoviárias, tem
sido reconhecida pelas unidades administrativas das rodovias. Estes sistemas buscam garantir a segurança
estrutural e emitir alertas precoces sobre possíveis danos à estrutura. Atualmente, os sistemas que permitem
avaliar a integridade estrutural são baseados no uso de extensômetros, acelerômetros e fibra ótica. A instalação
destes sistemas demanda muito tempo e exige interdição do tráfego na maioria dos casos. Este trabalho explora o
uso de equipamentos topográficos-geodésicos para a medição de inclinação – torsão lateral, longitudinal,
impedimento – de tabuleiro de pontes de concreto de pequeno porte. Estes equipamentos possuem sistema de
instalação, aquisição de dados, programação e suprimento de energia totalmente adaptados para uso a céu aberto,
o que não ocorre com sistemas “convencionais”. A ponte em estudo se localiza na rodovia Fernão Dias – BR
381, km 946, sobre o Rio Jaguari, em Extrema - MG.
1. INTRODUÇÃO
As últimas quatro décadas foram importantes para o desenvolvimento da malha rodoviária
brasileira. O País recebeu incentivos financeiros à sua expansão e diversas soluções
estruturais para pontes e viadutos foram criadas. Em paralelo a este desenvolvimento, houve
nos últimos anos um crescimento significativo dessas estruturas em estágio avançado de
deterioração devido à ausência de programas de manutenção preventiva. Dessa maneira, este
trabalho propõe o uso de nível topográfico para medição de inclinação, num plano de
monitoramento de curta duração para acompanhar o comportamento estrutural de vigas que
compõem o tabuleiro de uma ponte rodoviária curva de concreto armado, já em serviço. Este
trabalho apresenta os primeiros passos para o desenvolvimento da pesquisa, que envolve
também o uso de receptores GPS para transporte de coordenadas geodésicas para a região da
ponte e de gravímetro para determinação precisa da altitude do marco de apoio utilizado.
A ponte monitorada no estudo possui cinco (05) vãos. Os comprimentos são distintos e
variam entre 20 m e 30 m. É conhecida como a ponte sobre o Rio Jaguari, e está localizada no
Município de Extrema - Minas Gerais, na rodovia Fernão Dias – BR 381, km 946 + 300 m,
possui duas faixas de tráfego e extensão total de 134 m.
O desafio de monitorar pontes de concreto com vãos pequenos, como no caso em estudo, está
na dificuldade de detecção das pequenas deflexões verticais. As amplitudes pico a pico podem
alcançar até 5 mm. O seu eixo longitudinal apresenta 5,9% de declividade no sentido sul, e
superelevação contínua de 8% para o tabuleiro em uma curva com raio em projeção de 305,50
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m. Devido à superelevação, existe uma defasagem entre os pares de pilares de
aproximadamente 50 cm. No que tange à transferência de esforços do tabuleiro para os
pilares, ela é feita por meio de aparelhos de apoio em elastômero fretado. Este é o fator que
torna necessária a medição das inclinações que o tabuleiro sofre com o tráfego de caminhões.
A escolha deste caso para estudo está baseada na importância de suas características para a
infraestrutura viária brasileira. Isto porque, a grande maioria das obras de arte da malha
rodoviária do País se caracteriza por pontes de concreto de pequeno e médio porte.
A linha de trabalho a ser apresentada contribuirá para a aplicação em demais monitoramentos
deste tipo de estrutura em todo o Brasil de forma rápida e eficaz. Além disso, possui grandes
potencialidades para se tornar uma metodologia a ser agregada aos métodos convencionais de
monitoramento.
2. PONTE DE CONCRETO SOBRE O RIO JAGUARI - MINAS GERAIS
A ponte de concreto sobre o Rio Jaguari (Figura 1) foi escolhida para os experimentos,
justamente por ser de concreto e de pequeno porte.
Figura 1: Ponte de concreto em estudo, situada sobre o Rio Jaguari.
A ponte está situada sobre o Rio Jaguari, no km 946 + 300 m da Rodovia Fernão Dias - BR
381 no Município de Extrema, região sul de Minas Gerais, próximo à divisa com o estado de
São Paulo.
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O estudo, neste momento, está focado na pista sentido sul, por apresentar vibração mais
elevada e maior deslocamento vertical, em função da carga de tráfego. O comportamento da
estrutura tem sido observado constantemente com métodos estruturais e geotécnicos.
2.1 Modelagem Numérica e Prova de Carga
A modelagem numérica da Ponte foi realizada com base no Método dos Elementos Finitos.
Foram estudados e criados cinco modelos elástico-lineares e um não-linear com auxílio dos
softwares SAP2000® V14 e Midas Fx + for DIANA® (Andrade et al., 2013).
A análise dinâmica foi realizada com o intuito de obter parâmetros que permitam a avaliação
do comportamento da estrutura sob vibração livre.
A Tabela 1 apresenta o deslocamento vertical esperado para a longarina LB a partir dos
resultados da análise linear.
Tabela 1: Comparativo de deslocamento vertical Longarina LB
para o vão de 30 m (Andrade et al., 2013).
Módulo de
Deslocamento (mm)
Erro relativo
Elasticidade Modelo Numérico
(%)
Veículo de
(GPa)
(MN)
Prova (VP)
24,68
2,93
17,37
3,55
23,80
3,05
14,16
O veículo de prova constituiu de um caminhão de cinco eixos, com um cavalo mecânico de
configuração 4x2 e semirreboque de rodagem em tandem triplo. A Figura 2 ilustra o veículo
utilizado na prova de carga. O Peso Bruto Total Combinado (PBTC) e a Tara do veículo de
prova foram de 44,3 t e 16,7 t, respectivamente (Andrade et al., 2013).
Figura 2: Veículo de prova de carga utilizado nos testes.
(Andrade et al., 2013).
3. METODOLOGIA
Os procedimentos para a realização das medições de deslocamento da viga que compõe o
tabuleiro do vão central da ponte ocorreu em quatro etapas, sendo que a primeira já foi
realizada. Nesta, realizou-se o transporte de coordenadas geodésicas para a região próxima da
ponte utilizando receptores GPS; na segunda, serão coletados dados do comportamento
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estrutural da ponte utilizando GPS; na terceira serão coletados dados de gravimetria para
implantação de referencial altimétrico preciso na estação de referência; e na quarta e mais
complexa serão realizadas as medições de inclinação com nível topográfico sobre o tabuleiro.
Esta etapa ocorrerá durante ensaio controlado sobre a ponte e concomitantemente com a
aquisição de dados por sensores convencionais.
A Figura 3 ilustra o marco construído no local próximo das pontes, para transporte de
coordenadas geodésicas e posterior complementação com determinações gravimétricas. Este
procedimento atendeu às normas e padrão de qualidade sugeridos pelo IBGE (Araújo Neto et
al., 2013).
Figura 3: Coleta de dados no marco geodésico próximo da ponte.
(Araújo Neto et al., 2013).
As demais etapas estão em fase de programação de execução.
Agradecimentos
Os autores agradecem ao Conselho Nacional de Pesquisa Cientíca (CNPq) pela concessão das bolsas de estudos,
tornando possível a realização da pesquisa.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Andrade R. G. M.; L. M. Trautwein e T. N. Bittencourt (2013) Comparison and calibration of numerical models
from monitoring data of a reinforced concrete highway bridge. IBRACON, vol. 6, n.1, p. 121-138. São
Paulo, 2013.
Araujo Neto, J. O., et al. (2013) Monitoring the Vertical Deflections of the Small Concrete Bridge with the
adapted Phase Residual Method using High Rate GPS Data. 2nd Joint International Symposium on
Deformation Monitoring (JISDM), Nottingham, Inglaterra.
Daubechies I., et al. (1992) Introduction to the special issue on Wavelet Transforms and Multiresolution Signal
Analysis. IEEE Transactions on Information Theory, vol. 38, n.2, p. 528–531.
Goswami, J. C. e CHAN, A. K. (2011) Fundamentals of wavelets. Microwave and Optical Engineering (2ª ed.).
Wiley Interscience, New Jersey, USA.
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