Verificação da segurança a fenómenos de fadiga provocados pela ação do vento segundo as normas europeias

Abstract

Os avanços tecnológicos e computacionais no domínio da análise estrutural e a utilização de materiais de elevado desempenho, em termos de resistência, têm introduzido novas problemáticas na área da engenharia de estruturas. Um exemplo é o caso das vibrações aeroelásticas e os eventuais problemas de fadiga resultantes, uma problemática outrora mais significativa na área da engenharia aeronáutica. Nesta dissertação abordam-se as metodologias para verificação da resistência à fadiga de acordo com o enquadramento normativo europeu, dando-se particular relevo a dois problemas de instabilidade aeroelástica decorrentes da ação do vento nas estruturas: as vibrações resultantes da força de arrastamento provocada pelo vento na direção do escoamento; e as vibrações transversais à direção do escoamento motivadas pelo desprendimento de vórtices ao longo do eixo do elemento estrutural. Apresentam-se dois casos de estudo para demonstrar a aplicação integrada dos Eurocódigos e normas europeias que abordam as problemáticas da fadiga estrutural e da ação do vento nas estruturas, em particular das vibrações aeroelásticas. O primeiro caso de estudo é de natureza teórica consistindo numa coluna de iluminação. O segundo caso de estudo retrata uma situação real de um tirante de uma ponte com problemas de vibração já documentados na literatura. Os resultados obtidos demonstram que para o primeiro caso de estudo as vibrações condicionantes estão associadas ao segundo modo de vibração e decorrem do desprendimento de vórtices quando a velocidade do vento se aproxima da velocidade crítica. Estas vibrações produzem tensões significativas que podem conduzir a problemas de falha por fadiga num período reduzido de tempo caso a velocidade do vento se aproxime da velocidade crítica. Para o segundo caso de estudo verificou-se que as frequências próprias do tirante são relativamente baixas devido à massa excessiva da secção transversal e falta de tensionamento. O fenómeno de instabilidade aerodinâmica condicionante foi também a libertação de vórtices associada ao segundo modo de vibração a que está associada uma velocidade crítica bastante baixa. Apesar disso, o tirante não apresentou problemas de verificação da segurança à fadiga.