Zacarias Martin Chamberlain Pravia
Resumo
Pontes em estrutura metálica podem estar sujeitas a defeitos nos materiais de seus componentes, tais como microtrincas e defeitos de soldas. Essas estruturas estão sujeitas a carregamentos dinâmicos de amplitude variável, podendo vir a produzir a nucleação de fraturas e conseqüente propagação, podendo afetar a estabilidade de maneira local ou global da ponte, e ainda reduzir a sua vida útil. Muitos estudos existem sobre os vários temas do conjunto amplo de aspectos necessários ao tratamento da fadiga e fratura em pontes de estrutura metálica, porém, ainda não existem métodos ou processos bem fundamentados que permitam escolher, de maneira simples, uma alternativa para o estudo do problema apresentado pela propagação de fraturas. O presente trabalho objetiva apreciar diferentes alternativas para avaliar a estabilidade de pontes fraturadas, ou ainda, nos estudos para o projeto de novas pontes, fazer a escolha de um modelo adequado que permita tratar o problema de maneira segura e racional. Para alcançar esses objetivos, foi feita uma compilação extensiva do estado da arte das técnicas e procedimentos para definir a vida útil de uma ponte, envolvendo temas tais como: a obtenção de esforços através de análises dinâmicas, técnicas de contagem de ciclos de tensões, assim como o emprego criterioso de regras de dano acumulado combinadas com curvas SN ou, alternativamente, a aplicação dos procedimentos decorrentes da teoria da mecânica da fratura; além dos estudos crítico com respeito a cada um desses procedimentos técnicos que formam um conjunto teórico que raramente é apresentado e discutido de maneira integrada, quando das suas aplicações práticas em problemas de engenharia estrutural. Observa-se que fraturas, principalmente no enfoque da mecânica da fratura, são tratadas de maneira isolada, em geral associadas a problemas clássicos da elasticidade e da plasticidade e não a um problema prático da dinâmica estrutural. No presente trabalho algumas alternativas são consideradas para a escolha ou desenvolvimento de um modelo adequado, que permita analisar a estabilidade a fraturas por fadiga. Alguns exemplos são apresentados e discutidos, sob o enfoque crítico das ferramentas teórico-numéricas disponíveis, permitindo finalmente tirar algumas conclusões e definir caminhos a seguir para o tratamento da estabilidade de pontes suscetíveis a fraturas, provocadas pelo fenômeno de fadiga de juntas soldadas ou do material em certos detalhes geométricos inadequados. O tratamento deste problema, em geral, é bastante complexo, principalmente devido aos empirismos e pontos de vista contraditórios existentes sobre a aplicação prática dos procedimentos técnico-científicos disponíveis na literatura.
Abstract
Steel bridges may have defects in the materials of their components, such as micro cracks and flaws due to the welding operation. These structures are subjected to dynamic loading of variable magnitude, that could produce the nucleation of fractures and their propagation, influencing the local or global stability of the bridge, moreover reducing its service life. Many research studies exist on several themes of the wide group of relevant aspects needed to the treatment of fatigue and fracture in steel bridges. However, there is still a lack of simple theoretically well based straightforward procedures to deal with this problem; and these would allow choosing in a easier way an alternative path to study the problem presented by the propagation of fractures in a steel bridge. The present work aims to study different alternatives to evaluate the stability of fractured bridges, or yet for new bridge designs studies to make the choice of an appropriate model to allow for the treatment of the problem in a safe and rational way. To reach these objectives it was carried out an extensive compilation of the state of the art of the techniques and procedures to define the service life of a steel bridge, involving aspects such as: stress determination through dynamic analyses, techniques for counting of stress cycles, as well as the criterious application of the rules of cumulative damage combined with SN curves or, alternatively, the application of the usual procedures of the fracture mechanics theory; besides the understanding of the criticisms with respect to each one of these technical procedures that form a theoretical package that is rarely discussed and presented in an integrated format. It is observed that fractures, mainly in the framework of fracture mechanics, are treated as a localized phenomenon. In the present work some alternatives are considered for the choice or development of an appropriate model, that allows for the analysis stability of a bridge having fatigue fractures. Some examples are presented and discussed by means of critical analyses of the available theoretical-numerical tools, allowing finally, for drawing a few conclusions and to define new paths for the treatment of the stability of steel bridges prone to fatigue fractures. The treatment of such problem is, in general, very complex, mainly due to the empiricism and controversial points of view still existent on the overall theme and on the practical application of the theoretical-scientific procedures available in the literature.
