Numerical analysis of a semi-integral bridge abutment undergoing cyclic lateral displacements

Abstract

Pontes de encontro integral (PEIs) e pontes de encontro semi-integral (PESIs) são sistemas estruturais construídos sem juntas de expansão térmica nos encontros. Dada essa característica, o encontro sofre movimentos combinados de translação e rotação devido à expansão e contração da superestrutura causada por variações de temperatura. Tal comportamento favorece o aumento das pressões laterais de terra no encontro e dos deslocamentos verticais da superfície do reaterro devido a um complexo mecanismo de interação solo-estrutura associado com os deslocamentos laterais cíclicos do encontro. O propósito da presente investigação é avaliar os efeitos de deslocamentos laterais cíclicos na resposta do sistema reaterro-encontro de uma PESI. Um modelo de elementos finitos foi desenvolvido e validado baseado nos dados de campo de uma PESI instrumentada e localizada no estado do Texas, EUA. Os dados de campo foram obtidos a partir de células de pressão instaladas no encontro e de sensores de temperaturas posicionados abaixo da superestrutura da ponte. O comportamento tensão-deformação do solo foi representado por um modelo constitutivo hiperbólico e os efeitos de expansão e contração da superestrutura foram simulados por deslocamentos horizontais prescritos estimados a partir das variações de temperatura medida pelos sensores de temperatura. Previsões com o modelo numérico proposto produziram boa correlação com dados de campo. Após a etapa de validação, simulações numéricas foram realizadas para prever a resposta diária e anual do sistema reaterroencontro, bem como para analisar a influência da estação de conclusão da construção da ponte, da rigidez da fundação por estaca e da amplitude de deslocamento lateral na resposta do sistema. As pressões laterais de terra no encontro e os deslocamentos verticais da superfície do reaterro aumentaram com os ciclos. As pressões de terra apresentaram uma distribuição não linear ao longo da altura do encontro. O reaterro experimentou recalques próximo ao encontro e elevação em uma certa distância do encontro. Os maiores recalques ocorreram próximo a interface reaterro-encontro e diminuíram com o aumento da distância do encontro. Enquanto os deslocamentos verticais não foram estabilizados, as pressões de terra tenderam a atingir o estado estacionário após alguns ciclos. A estação de conclusão da construção da ponte influenciou os deslocamentos verticais, mas não as pressões de terra. As pressões de terra e os deslocamentos verticais não foram afetados pela rigidez da fundação por estaca. No entanto, a amplitude de deslocamento lateral influenciou as pressões de terra e os deslocamentos verticais.