2.2.2.1 Monitorização Estrutural Internacional
Os programas de monitorização têm vindo a ser implementados ao longo do tempo, com o propósito de perceber e eventualmente calibrar os modelos de carga e resposta da estrutura. Inicialmente estes eram principalmente de carater dinâmico e efetuados especialmente em estruturas de pontes. É de certa forma impossível fazer uma apresentação exaustiva de todas as monitorizações feitas ao longo do tempo, no entanto de seguida irão ser apresentados as principais e mais importantes monitorizações efetuadas em pontes e edifícios, respetivamente.
Os primeiros trabalhos a serem referenciados no âmbito da avaliação experimental das características dinâmicas de estruturas de Engenharia Civil remetem-se a Dean S. Carder em 1936, desenvolvidos em parceria com a United States Coast and Geodetic Survey, relativamente a estruturas de depósitos metálicos elevados e estruturas de edifícios. Posteriormente, Dean S. Carder em 1937 apresentou resultados importantes, decorrentes da observação de vibrações induzidas pelas ações ambientais, durante a construção das pontes San Francisco-Oakland Bay e Golden Gate. Os resultados foram obtidos através da medição do período de vários componentes durante as suas construções, com o objetivo de obter uma melhor perceção do comportamento dinâmico das estruturas[13]. O equipamento utilizado nas medições foi um sismógrafo, que permitia registar as acelerações em filme fotográfico, tendo este estudo como principal objetivo a avaliação da probabilidade de existência de danos devido a fenómenos de ressonância durante a ocorrência de sismos[16].
Após esta primeira abordagem da monitorização estrutural dinâmica, muitas outras pontes e edifícios foram observados por todo o mundo e por vários especialistas, na medida de se poder melhorar cada vez mais a segurança das estruturas e as próprias técnicas de monitorização. Sendo o principal foco dos
9 especialistas o estudo do comportamento das estruturas quando sujeitas à acção do vento, do tráfego e outo tipo de ações ambientais.
Os estudos mais relevantes relacionados com a ação do vento foram realizados por G. S. Vincent em 1958, em San Francisco na ponte Golden Gate, através da aplicação de acelerómetros mecânicos. Dentro deste contexto em 1967, Mason e Carder, efetuaram medições das acelerações verticais a meio vão (vão central de 488m) na ponte Cheasapeake Bay, situada em Maryland, Estados Unidos. Com o recurso a técnicas de análise espectral Mc Lamore em 1971, avaliou frequências, configurações e coeficientes de amortecimento dos modos de vibração naturais das pontes suspensas Newport Bridge e
William Preston Lane Memorial Bridge, situadas em Rhode Island e Maryland respetivamente, devido
às vibrações induzidas pelo vento e tráfego rodoviário. A ponte suspensa Vicent Thomas Bridge, em Los
Angeles foi analisada por Abdel-Ghaffar em 1978[16], que efetuou ensaios de medição de velocidades
e deslocamentos sob o efeito do vento e tráfego rodoviário[16].
O colapso da ponte Tacoma Narrows Bridge (Fig. 2.2) em Wagshington nos Estados Unidos (1940), levou à inspeção e modificações em outras pontes suspensas, incluindo o reforço da ponte Golden Gate. A generalização dos programas de inspeção em pontes deu-se só em 1967, e está diretamente ligada ao colapso da ponte Point Pleasant, localizada em West Virginia nos Estados Unidos[13].
Fig. 2.2 – Colapso da ponte Tacoma Narrows Bridge [17]
Muitos outros estudos a nível internacional, contribuíram de forma importante para a evolução da monitorização, tal como, Abdel-Ghaffar e Scanlan em 1985 na ponte Golden Gate, Brownjohn em 1986 na ponte Humber, Sriemer em 1986 na ponte atirantada Annacis Bridge, Brownjohn em 1989 fez a análise da primeira ponte do Bósforo na Turquia, Ventura em 1996 realizou ensaios de medição de vibrações ambientais em três passagens superiores na California, Felber e Cantieni em 1996 efetuaram ensaios e medição de vibrações ambiente na Ganter Bridge na Suiça, Ventura em 1996 realizou ensaios dinâmicos na ponte sobre o rio Colquitz no Canadá, Harik em 1997 efetuou ensaios na Brent-Spence
Bridge em Cincinnatti, Yamaguchi em 1999 realizou ensaios dinâmicos in situ na ponte de Tatara no
Japão, de realçar ainda o trabalho de Gates e Smith, que apresentaram um relatório de ensaios de medição de vibrações ambientais em 57 pontes na Califórnia[16].
A monitorização em edifícios, inicialmente focava-se no estudo da instabilidade estrutural provocada principalmente pela ação do vento e por ações do tipo ambiental.
Crawford e Ward em 1964, efetuaram ensaios de vibrações ambientais num edifício de 19 pisos, permitindo fazer a avaliação das suas frequências naturais de vibração a partir da análise dos espetros dos registos de velocidade obtidos. Esses ensaios permitiram também estimar a configuração do
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primeiro modo de translação numa das direções. Em 1972 Jennings e Trifunac realizaram ensaios de vibração em edifícios, com a finalidade de identificar as suas características dinâmicas. Jennigns efetuou um ensaio de vibração forçada num edifício de 22 pisos e comparou-o com o ensaio de vibração ambiental efetuado por Trifunac, num edifico de 9 pisos. Quando compararam os resultados, foi verificada uma boa concordância entre as frequências e configurações modais avaliadas. Em 1977 ensaios do mesmo gênero, de medição de vibrações ambientais e vibração forçada, foram efetuados por Rainer e Van Selst, na Lion’s Gate Bridge, uma ponte suspensa em Vancouver, no Canadá[16].
2.2.2.2 Monitorização Estrutural em Portugal
No domínio da monitorização estrutural dinâmica de estruturas, é de referir a importância dos estudos efetuados em Portugal, principalmente pelo LNEC. Este conta já com mais de 100 relatórios técnicos, sendo a maioria relacionado com estruturas de pontes, mas também com barragens, edifícios e monumentos históricos.
A primeira monitorização efetuada, para obtenção das características dinâmicas de uma estrutura, foi realizada em 1954 na ponte em arco sobre o rio Sousa, pelo Engenheiro José Marecos. Na área de estruturas de pontes ao longo de 50 anos foram efetuados diversos estudos em mais de 100 estruturas diferentes, de todos esses estudos existem alguns de maior relevância pela forma como foram efetuados. Um bom exemplo desses estudos são os ensaios realizados na ponte suspensa sobre o rio Tejo em Lisboa no ano de 1967 pelo Engenheiro José Marecos, ainda na mesma ponte, no ano de 1970 é de destacar a implementação do sistema de monitorização dinâmica pelo Engenheiro José Marecos e Engenheiro Mário Castanheta. Realça-se ainda os ensaios efetuados nas pontes atirantadas sobre o rio Guadiana e sobre o rio Arade, em 1992 pelo Engenheiro Alfredo Campos Costa e Engenheiro Corrêa[16].
Ainda dentro do contexto da monitorização estrutural, mas em edifícios, os primeiros ensaios efetuados foram desenvolvidos pelo Professor M.J. Nigel Priestley em 1969, 7 edifícios de Lisboa foram selecionados para a realização dos ensaios. Nestes estudos, foi estimada a configuração dos primeiros modos de translação em duas direções ortogonais, para além da avaliação das frequências naturais de vibração. Dentro da metodologia efetuada nestes estudos, em 1970 foram estimados os mesmos parâmetros para o corpo do atual edifício do Palácio da Justiça em Lisboa[16].
É de destacar o trabalho também realizado nas instituições de ensino em Portugal, como na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP). Onde estudos de caracterização dinâmica foram efetuados, como o exemplo da ponte Vasco da Gama em 1998, com base em ensaios de medição de vibrações ambiente, pelo Professor Álvaro Cunha. Estudos do mesmo género foram efetuados na ponte de D.Luiz I no Porto, em 1999 pelos Professores Álvaro Cunha e Rui Calçada, e ainda na nova ponte Hintze Ribeiro em Castelo de Paiva pelos Professores Álvaro Cunha e Elsa Caetano, no ano de 2003[16]. Muitos outros estudos no domínio da análise dinâmica foram efetuados na mesma instituição, evidenciando-se algumas teses de mestrado, como a de Nuno Neves[18] (2004) em edifícios, Pedro Almeida[19] (2008) numa ponte em arco, Daniel Silva[20] (2009) em estruturas de pontes, Nuno Martins[21] (2009) numa ponte suspensa, Paulo Mendes[22] (2010) em estruturas de barragens, Cristiana Bonifácio[23] (2012) numa ponte ferroviária, Miguel Tavares[24] (2013) numa ponte em arco, entre muitos outros estudos já realizados.