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Durante as últimas décadas, as técnicas baseadas na medição de vibrações tornaram-se amplamente utilizadas na avaliação da força instalada em cabos. Enquanto a aplicaçãooriginal da chamada teoria de cordas vibrantes na identificação da força de tração foi verificada como válida para cabos muito tensos e relativamente longos [1], a necessidade deinspecionar cabos com outras características (baixo esforço axial, comprimento reduzido) levou a estender tais métodos além de seu limite de aplicação. Para melhorar a qualidadeda estimativa da força, diferentes autores propuseram a implementação de diferentes técnicas de regressão ou otimização [2,3,4], o que pode levar a melhores estimativas dopróprio comprimento livre do cabo, do momento de inércia da seção transversal e da força. No entanto, esses métodos exigem o conhecimento das condições de fronteira do cabo,sendo ainda relevante mencionar que a natureza mal condicionada do método de otimização, em que os vários parâmetros envolvidos apresentam sensibilidades muito diferentes,pode resultar em estimativas de parâmetros que constituem mínimos locais, mas não são a solução real do problema. O presente projeto visa desenvolver e validarexperimentalmente um novo método para a identificação da força e das propriedades mecânicas de um cabo tracionado. Este método baseia-se na medição direta da velocidade depropagação das ondas transversais e utiliza as relações de dispersão para deduzir as propriedades mecânicas, nomeadamente o momento de inércia da secção transversal e o seucoeficiente de corte. Paralelamente, o uso desta velocidade de propagação na fórmula das cordas vibrantes permite estimar a força no cabo sem a necessidade de especificar ascondições de fronteira. Este aspeto é particularmente interessante em cabos de pontes atirantadas onde são utilizados amortecedores, cuja presença origina uma alteração dasconfigurações modais, ou então em cabos curtos, onde a incerteza na definição do comprimento resultaria numa ba  |
Resumo
Durante as últimas décadas, as técnicas baseadas na medição de vibrações tornaram-se amplamente utilizadas na avaliação da força instalada em cabos. Enquanto a aplicaçãooriginal da chamada teoria de cordas vibrantes na identificação da força de tração foi verificada como válida para cabos muito tensos e relativamente longos [1], a necessidade deinspecionar cabos com outras características (baixo esforço axial, comprimento reduzido) levou a estender tais métodos além de seu limite de aplicação. Para melhorar a qualidadeda estimativa da força, diferentes autores propuseram a implementação de diferentes técnicas de regressão ou otimização [2,3,4], o que pode levar a melhores estimativas dopróprio comprimento livre do cabo, do momento de inércia da seção transversal e da força. No entanto, esses métodos exigem o conhecimento das condições de fronteira do cabo,sendo ainda relevante mencionar que a natureza mal condicionada do método de otimização, em que os vários parâmetros envolvidos apresentam sensibilidades muito diferentes,pode resultar em estimativas de parâmetros que constituem mínimos locais, mas não são a solução real do problema. O presente projeto visa desenvolver e validarexperimentalmente um novo método para a identificação da força e das propriedades mecânicas de um cabo tracionado. Este método baseia-se na medição direta da velocidade depropagação das ondas transversais e utiliza as relações de dispersão para deduzir as propriedades mecânicas, nomeadamente o momento de inércia da secção transversal e o seucoeficiente de corte. Paralelamente, o uso desta velocidade de propagação na fórmula das cordas vibrantes permite estimar a força no cabo sem a necessidade de especificar ascondições de fronteira. Este aspeto é particularmente interessante em cabos de pontes atirantadas onde são utilizados amortecedores, cuja presença origina uma alteração dasconfigurações modais, ou então em cabos curtos, onde a incerteza na definição do comprimento resultaria numa baixa precisão da força estimada. Ao combinar uma medição localda velocidade de propagação das ondas transversais com a medição das frequências globais do cabo, o método permite a identificação de dano ao longo de um cabo, em resultadoda variação das propriedades mecânicas correspondentes. O projeto compreende a sistematização de uma formulação já desenvolvida e estudos de sensibilidade para identificarintervalos de parâmetros e intervalos de confiança das estimativas, em especial relacionadas com a percentagem de dano identificável. Numa segunda etapa, será realizada umavalidação laboratorial por meio do ensaio de diferentes tipos de cabos submetidos a diferentes níveis de tensão, com diferentes níveis de degradação. Os ensaios em protótipocomplementarão os ensaios laboratoriais e serão usados como prova de conceito. A equipa do projeto é composta por investigadores altamente experientes em dinâmica de tirantes[5], ensaios dinâmicos [6], avaliação de dano [7] e com experiência prática em pontes e estruturas especiais suportadas por cabos [8, 9]. Em particular, a PI obteve o doutoramentoem Dinâmica de Tirantes e tem feito investigação neste tema nos últimos 20 anos, estando envolvida a nível de consultoria em inúmeros estudos relacionados com a caracterizaçãoda força em tirantes, como foi o caso da cobertura suspensa do Estádio Olímpico de Londres em 2012 [10]. Na presente proposta, ela é responsável pela formulação para aidentificação de força e dano em função da velocidade das ondas transversais geradas, que está a desenvolver em conjunto com o investigador João Rodrigues no contexto dos seustrabalhos de doutoramento. A experiência na componente experimental da PI e de todos os membros da equipa será necessária, tanto para a validação em laboratório, quanto paraos ensaios em protótipo. O co-PI é doutorado em Dinâmica e Controle de Vibrações e tem sido muito ativo no desenvolvimento de sensores e setups para ensaios dinâmicos dediferentes naturezas. Neste projeto, ele será fundamental no desenvolvimento de setups dos ensaios de laboratório. O método proposto neste projeto constitui uma abordageminteiramente nova em comparação com outros métodos de caracterização da força baseados na medição de vibrações, tendo a grande vantagem da facilidade de aplicação e daelevada precisão esperada pela não necessidade de conhecimento do comprimento do cabo na avaliação da força e propriedades mecânicas. A nível internacional, a validação edemonstração do método proposto podem constituir um passo importante, tanto na avaliação da força como na caracterização de potencial dano no cabo, contribuindo paramelhorar a segurança e, eventualmente, prolongar a vida útil de infraestruturas importantes que existem atualmente em toda a Europa e estão a atingir o seu fim da vida. Espera-seainda que, no futuro, este método seja implementado automaticamente por meio de um robô que irá percorrer um cabo de suspensão, por exemplo, para detetar dano local |