soluções inovadoras para melhor desempenho da estrutura metálica da ponte rio-niteroi

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Ronaldo C. Battista 
Ph.D, Eng. Civil – Estruturas 
Prof. Titular Col. - COPPE/UFRJ 
Diretor Controllato
SOLUÇÕES INOVADORAS PARA MELHOR DESEMPENHO 
DA ESTRUTURA METÁLICA DA PONTE RIO-NITERÓI 
Workshop Ponte Rio-Niterói
Desafios no projeto, obra, manutenção e reforço
21/março/2019 – Auditório do Sinduscon, Brasília-DF
COOPERAÇÃO TÉCNICA COPPETEC - PONTE S.A.
(Período 1997 a 2005 )
Coordenação e Responsabilidade Técnica: Eng. Ronaldo C. Battista
para estudo e solução dos problemas especiais da
superestrutura metálica dos vãos centrais da ponte 
COOPERAÇÃO TÉCNICA - PONTE S.A.
(Período 2006 a 2011)
Avaliação periódica do desempenho das alterações estruturais 
Implementadas com base nas soluções inovadoras projetadas 
para resolver os problemas especiais acima descritos 
Problema Aerodinâmico: 
grandes amplitudes de movimento em flexão vertical induzidas pelo vento
Problema de Mecânica das fraturas:
grande quantidade de fraturas por fadiga em conexões soldadas e 
detalhes geométricos com concentração de tensões 
Problema de Vibração :
vibrações excessivas da estrutura esbelta do tabuleiro ortotrópico 
metálico induzidas pelo tráfego de veículos sobre pavimento asfáltico
Problema de deterioração precoce do pavimento asfáltico:
perda de aderência entre a camada de pavimento asfáltico e a chaparia 
fina de aço do tabuleiro ortotrópico 
Problemas Especiais 
da Superestrutura Metálica dos Vãos Centrais da Ponte
Rio Niterói
300 m 20020030
44
30
44
Grande esbeltez: relação média altura / vão = 1/45
trecho de 
transição~ 60 m
SUPERESTRUTURA METÁLICA COM GRANDES VÃOS CONTÍNUOS
trecho de 
transição
Recorde mundial de pontes metálicas em vigas caixão em vãos contínuos 
Projeto : HNTB – Howard, Needles, Tammen & Bergendoff - USA 
Consórcio Contrutor : Redpath Dorman Long Ltd - UK
Cleveland Bridge and Engineering Co. - UK
Montreal Engenharia S.A - BR
25,90 m
H = 7,45 m no meio do vão central
= 12,90 m nos apoios intermediários
= 4,70 m nos vãos de transição
H
SEÇÃO TRANSVERSAL TÍPICA – VIGAS-CAIXÃO GEMINADAS
Seção com perfil muito não-aerodinâmico
Travejamento 
a cada 30 m
TABULEIRO ORTOTRÓPICO 
DE PONTE EM VIGA CELULAR
EXEMPLOS DE JUNTAS SUSCEPTÍVEIS
A DANOS POR FADIGA
OSCILAÇÕES DA PONTE INDUZIDAS PELO VENTO primeiro
registro videográfico - 1997
COPPETEC Projetos, Pesquisas 
& Consultoria em Engenharia Ronaldo C. Battista, Ph.D, Eng. Civil
Amplitude máxima 
de oscilação
A = ± 26 cm
Duração do evento
T~ 7 min
P 99 P 100 P 101 P 102
RIO NITERÓI
SER1 SER3 SER4 SER5SER2
CCO – CENTRO DE CONTROLE DE OPERAÇÕES
impressora 
Microcomputadores
CABO DE REDE ENTRE SER'sSUBESTAÇÕES REMOTAS
CCO 1 CCO 2
SUBESTAÇÃO REMOTA - SER's
Condicionador 
de Sinais
Caixas de 
Conexão 
Microcomputador
Cabos dos sensores
SISTEMA DE MONITORAÇÃO
ESQUEMA BÁSICO
Distância de ~5,0 km entre o 
vão central e o Centro de Operações
Sinais analógicos dos 160 sensores elétricos
eram digitalizados nas SER’s e enviados
à CCO através de cabo de fibra ótica
Primeiro e maior sistema de monitoração dinâmica de pontes, 
idealizado, projetado e instalado por brasileiros no país
CABO DE 
FIBRA ÓTICA
Subestação Remota SER com 32 canais 
-Vista interna: caixas conectoras para 32 canais, 
condicionadores de sinais, placas A/D, micro computador, 
-
fonte de energia e estabilizador 
-Todos os componentes com artefatos de isolamento das 
vibrações induzidas pelo tráfego de veículos na estrutura 
ESQUEMA BÁSICO SISTEMA DE MONITORAÇÃO
Instrumentação da superestrutura 
com acelerômetros, extesômetros e anemômetros 
Instrumentação do tabuleiro e conexões soldadas 
com sensores elétricos de medição de deformação específica
instalação dos sensores de 
deformação nos enrijecedores e 
conexões soldadas das abas laterais
e do trecho entre almas dos caixões 
do tabuleiro ortotrópico metálico
Carreta de Teste - velocidade controlada
MONITORAÇÃO “QUASE-ESTÁTICA” E DINÂMICA 
DO TABULEIRO ORTOTRÓPICO METÁLICO
conexões soldadas do tabuleiro enrijecido 
com as transversinas 
Instrumentação do tabuleiro e conexões 
soldadas com sensores elétricos de deformação
Sistema de aquisição e tratamento dos sinais 
VARIAÇÕES DAS TENSÕES x TEMPO NOS ENRIJECEDORES TRAPEZOIDAIS 
CAUSADAS PELA PASSAGEM CONTROLADA DE UM CAMINHÃO TRUCADO DE 3 EIXOS
tensão longitudinal 
na mesa inferior do enrijecedor
tensão transversal 
na chapa de conexão soldada
entre o enrijecedor e a transversina
VARIAÇÕES DAS TENSÕES x TEMPO NOS ENRIJECEDORES TRAPEZOIDAIS 
CAUSADAS PELA PASSAGEM CONTROLADA DE UM CAMINHÃO TRUCADO DE 3 EIXOS
BUSCA DE SOLUÇÕES PARA CESSAR OCORRÊNCIA 
FREQUENTE DE FRATURAS POR FADIGA 
NO TABULEIRO ORTOTRÓPICO METÁLICO 
CAUSADAS POR VIBRAÇÕES INDUZIDAS 
PELO TRÁFEGO DE VEÍCULOS PESADOS 
MODELAGEM NUMÉRICA DA ESTRUTURA DO TABULEIRO PROTÓTIPO 
CONSTRUIDO PARA REALIZAÇÃO DE ENSAIOS EXPERIMENTAIS
Pavimento Misto
Pavimento Sanduíche
APLICAÇÃO DE CAMADA VISCOELÁSTICA
FABRICAÇÃO E MONTAGEM DO MODELO FÍSICO
NA ESCALA GEOMÉTRICA DO PROTÓTIPO (ESTRUTURA EXISTENTE)
Execução da camada (~ 5,0mm) de material visco-elástico em 
estado fluido sendo vertido sobre a chapa de aço do tabuleiro
Execução da malha dupla de armaduras de aço CA-50: f 12,5mm 
c/ 20cm na dir. transversal; f 10mm c/ 20cm na dir. longitudinal
Detalhe da instrumentação da laje de C.A. do pavimento sandwich : 
pares de sensores de deformação das barras de aço e do concreto.
Execução da laje de concreto armado sobre a camada de material visco-
elástico aderente à superfície da chapa metálica do tabuleiro ortotrópico.
MONTAGEM PARA TESTES DO MODELO DO TABULEIRO
CONSTRUIDO NA ESCALA DO PROTÓTIPO 
LabEst – Laboratório de estruturas
COPPE/UFRJ 
Atuador hidráulico
Impactômetro
Trave de ancoragem 
do tirante
Chassis do caminhão
SISTEMA DE CARREGAMENTO 
CONTROLADO POR ATUADORES 
HIDRÁULICOS
Laje de Reação e ancoragem do atuador
Chassis do caminhão
Tabuleiro
Vista inferior da aba lateral do 
tabuleiro ortotrópico metálico
Instrumentação com sensores
elétricos de deformação e de 
deslocamento sob a área de 
contato dos pneus
ÁREAS DE APLICAÇÃO 
DO CARREGAMENTO
PONTO DE 
OBSERVAÇÃO
ANÁLISE DINÂMICA DO TABULEIRO METÁLICO 
PARA AS DUAS SOLUÇÕES ALTERNATIVAS
Resposta para um carregamento de 
impulsos periódicos produzidos pela 
ação do trafego de veículos
Ótima correlação entre respostas 
dinâmicas obtidas com os 
programas PEFAMV (desenvolvido 
no LabEst-COPPE) e SAP2000 Modelos MEF 3D do tabuleiro 
Pavimento Misto
Pavimento Sanduíche
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
0 1 2 3 4 5
Tempo (s)
Ac
el
er
aç
ão
 (m
/s
²)
Tabuleiro Metálico
Tabuleiro Misto
Tabuleiro Sanduíche (e = 5 mm)
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
0 1 2 3 4 5
Tempo (s)
Ac
el
er
aç
ão
 (m
/s
²)
Tabuleiro Misto
Tabuleiro Sanduíche (e = 5 mm)
RESPOSTA NO DOMÍNIO DO TEMPO E DA FREQUÊNCIA 
DE UM PAINEL DO TABULEIRO SOB IMPACTOS 
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0 20 40 60 80 100
Freqüência (Hz)
A
ce
le
ra
çã
o 
(m
/s
²)
Tabuleiro Metálico
Tabuleiro Misto
Tabuleiro Sanduíche 
Solução empregada para 
eliminar a ocorrência 
frequente de fraturas por fadiga
Novo pavimento em placa de concreto
armado ligada ao tabuleiro de aço por
meio de conectores eletro-soldados
Barras de aço instrumentadas 
com extensômetros elétricos
modelo numérico da
 estrutura indeformada
Superfície 
rugosa 
Ue
estrutura 
deformada
mp
up
ur
up - (ur+Ue)
Vibração induzida pela passagem de veículos 
numa superficie irregular y flexível
deslocamentos 
relativos
Modelo 3D MEF da estrutura do 
tabuleiro com elementos de casca
Modelo mecánico 3D
do veículo com 02 eixos
Tabuleiro modelado com 
elementos planos de casca
Modelo 2D do 
veículo com 02
eixos
Modelo 
de grelha 
Modelo 3D MEF da estrutura
do tabuleiro com elementos 
de pórtico espacial 
MODELOS MATEMÁTICO-NUMÉRICOS PARA ANÁLISEDA 
INTERAÇÃO DINÂMICA VEÍCULO-PAVIMENTO-ESTRUTURA
Veículo de 03 eixos 
uv
up3
v
mv
up2
v
mp3
up1
mp2mp1
kv3
kp3
cv3
cp3
Iv
Modelo 3D de veículo de carga com 3 eixos e 14 GL
Resortes y
amortiguadores
Masa del vehículo 
Estrutura flexível do tabuleiro
Pavimento com 
superfície rugosa
Vibrações induzidas pela passagem do veículo
MODELOS MATEMÁTICO-NUMÉRICOS PARA ANÁLISE DA 
INTERAÇÃO DINÂMICA VEÍCULO-PAVIMENTO-ESTRUTURA
MODELO 3D DE VEÍCULO DE CARGA COM 4 EIXOS (com 20 GL) 
APLICADO NO MODELO 3D DA ESTRUTURA DO TABULEIRO
ANÁLISE DINÂMICA DA PONTE SOB AÇÃO DO TRÁFEGO DE VEÍCULOS
INTERAÇÃO DINÂMICA VEÍCULO-PAVIMENTO-ESTRUTURA DO TABULEIRO
eixos
pneus
suspensão
pneus
eixo
suspensão
Pavimento 
Irregular 
-6.00
-5.00
-4.00
-3.00
-2.00
-1.00
0.00
1.00
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Tempo (s)
D
es
lo
ca
m
en
to
 (m
m
)
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
5 10 15 20 25 30 35 40
Freqüência (Hz)
D
es
lo
ca
m
en
to
 (m
m
)
Deslocamento vertical x tempo 
num ponto na linha de rodagem
Espectros de frequência
Modelo 3D - Veículo 12 GL
aplicado no modelo MEF 3D da estrutura
ANÁLISE DINÂMICA DA PONTE SOB AÇÃO DO TRÁFEGO DE VEÍCULOS
INSTRUMENTAÇÃO COM SENSORES
ELÉTRICOS DE DEFORMAÇÃO (ROSETAS 45O ) 
ANTES E APÓS CORTES “SCALLOP” 
conexões soldadas originais 
do tabuleiro com as transversinas 
cortes “scalop” nas chapas de ligação das 
tabuleiro- transversinas para alívio da 
concentração de tensões 
Sistema de aquisição e 
tratamento dos sinais 
pontos de concentração de tensões 
Desvio geométrico acentuado 
do perfil longitudinal da pista
Vista do encontro da superestrutura metálica com a de concreto protendido
Deformação por fluência 
do concreto
Vão metálico de ligação 
B
Dente GERBER Tirantes de aço
A
A B AB
ANÁLISE DINÂMICA DA SUPERESTRUTURA SOB A AÇÃO 
DE IMPACTOS PRODUZIDOS PELA PASSAGEM DE VEÍCULOS PESADOS 
Desvios geométricos do tabuleiro causado pela fluência 
da estrutura celular de concreto protendido
A B
Deformação por fluência do concreto Vão metálico de ligação 
B
Dente GERBER Tirantes de aço
A
FORÇAS DINÂMICAS IMPULSIVAS NOS TIRANTES DE 
SUSPENSÃO DOS VÃOS DE LIGAÇÃO PRODUZIDAS 
PELO TRAFEGO DE VEÍCULOS PESADOS
SOLUÇÃO PROPOSTA MAS AINDA NÃO EXECUTADA
SISTEMA DE CONTROLE DINÂMICO ATIVO 
na ponta dos vãos em balanço da superestrutura metálica
Atuador eletro-magnetico
DESEMPENHO DO SISTEMA DE CONTROLE DINÂMICO ATIVO 
instalado na ponta dos vãos em balanço da superestrutura metálica 
Deslocamento vertical X tempo na ponta do vão em balanço 
estrutura controlada X estrutura existente
estrutura c/ controle ativo
MADS - MULTIPLOS ATENUADORES DINÂMICOS SINCRONIZADOS
PARA CONTROLE DAS OSCILAÇÕES INDUZIDAS PELO VENTO 
NA PONTE RIO-NITERÓI
Tópicos abordados:
•Fenômeno aeroelástico de formação de vórtices na esteira do fluxo de ar
•Medições experimentais realizadas na estrutura da ponte sob ação de vento
•Modelagem matemática do carregamento dinâmico oriundo da ação do vento
e modelagem numérica-computacional do sistema acoplado vento-estrutura 
Projeto e avaliação dos dispositivos mecânicos de controle dinâmico:
-Testes mecânicos da unidade protótipo no LABEST 
-Desempenho do Sistema MADS no controle dinâmico das oscilações induzidas
pelo tráfego de veículos e pelo vento na superestrutura de aço da ponte 
OSCILAÇÕES DA PONTE INDUZIDAS PELO VENTO primeiro
registro videográfico - 1997
COPPETEC Projetos, Pesquisas 
& Consultoria em Engenharia Ronaldo C. Battista, Ph.D, Eng. Civil
Amplitude máxima 
de oscilação
A = ± 26 cm
Duração do evento
T~ 7 min
CENÁRIO DO PROBLEMA DE OSCILAÇÕES DEVIDAS AO VENTO
(situação original da ponte sem o sistema de controle MADS)
• Ventos de velocidades relativamente baixas induziam grandes 
oscilações na estrutura metálica
•Para ventos com velocidade sustentada em torno de 55 - 60 km/h a 
ponte apresentava forte oscilação no primeiro modo de flexão vertical 
com periodo ~3 s, induzida pelo fenômeno de desprendimento 
alternado de vórtices.
•Após estudos da COPPETEC e antes da instalação dos MADS, a ponte 
passou a ser fechada ao tráfego sempre que a velocidade do vento 
atingia cerca de 50 km/h.
• Rajadas cinquentenárias de vento com 3 seg. a velocidades de 100 –
120 km/h são esperadas na região, sem entretanto induzir oscilações 
por vorticidade na esteira do fluxo. 
Para segurança dos usuários, a ponte é sempre fechada ao tráfego quando 
ocorrem tempestades com rajadas de vento com velocidades > 70 km/h 
REGISTROS DE EVENTOS COM GRANDES OSCILAÇÕES
• 17 de Agosto de 1980 – primeiro evento reportado
• 16 de Outubro de 1997 – duração de 5 minutos -
primeiro evento registrado em vídeo
• 17 de Fevereiro de 1998 - 7 minutos, registrado em vídeo
• 26 de Novembro de 1999 - 15 minutos, registrado em vídeo
e pelo sistema de monitoração COPPETEC 
• 20 de Dezembro de 2001 – evento relatado por usuários
• 18 de Setembro de 2003 – 12 minutos, registrado em vídeo
mas não monitorado
O sistema de controle MADS foi instalado na ponte e posto
em serviço para testes em agosto de 2004 e continua até 
em hoje em plena operação
LOCALIZAÇÃO DOS VÃOS METÁLICOS DA PONTE RIO-NITERÓI
Niterói
Oceano Atlântico
Baía da Guanabara 
N
S
LO
Praia de 
Ipanema
vãos metálicos
Rio
ponte
10 km
vento sudoeste
BOCA DA BAIA DE GUANABARA VISTA DE CIMA
DO VÃO CENTRAL DA PONTE RIO-NITERÓI
OSCILAÇÕES DA PONTE INDUZIDAS PELO VENTO
Registro videográfico - 1999
COPPETEC Projetos, Pesquisas 
& Consultoria em Engenharia Ronaldo C. Battista, Ph.D, Eng. Civil
Amplitude máxima
de oscilação
A = ± 60 cm
Duração do evento
T~ 15 min
FENÔMENO DE OSCILAÇÕES INDUZIDAS POR VORTICIDADE
Resultados da Fluido-dinâmica-computacional - COPPE 2002
COPPETEC Projetos, Pesquisas 
& Consultoria em Engenharia Ronaldo C. Battista, Ph.D, Eng. Civil
Malha de elementos finitos
Tese D.Sc Patricia H. Hallak
PEC – COPPE 2002
Orientadores:
Michèle S. Pfeil
Alvaro L.G. Coutinho
Paulo Sampaio
Portal COPPE para
fluido-dinâmica-computacional
http://www.cfd-brasil.com
ACELERAÇÃO VERTICAL
NO MEIO DO VÃO CENTRAL
26/11/99 - 13:39h
ACELERAÇÃO VERTICAL 
NO MEIO DO VÃO CENTRAL
26/11/99 - 13:46h
ESPECTROS DE ACELERAÇÃO VERTICAL 
NO MEIO DO VÃO CENTRAL
26/11/99 - 13:46h
Arquitetura do sistema de aquisição dos sinais dos sensores - LABVIEW
Vibração induzida por desprendimento cadenciado de vórtices
Resposta típica
y limitado
 Vibrações induzidas por vórtices desprendidos alternadamente não constituem 
um caso de simples ressonância. O fenômeno de interação fluido-estrutura é 
complexo e envolve forças de auto-excitação.
nS ff  S
DfU ncrit 
U 
U/ fn D
1.0
f s /f n
U/ fn D
y / D "lock - in"
+ y
D
- y
ylim/D
VELOCIDADE DE VENTO MEDIDA EM DOIS PONTOS 
AO LONGO DA PONTE 
Registrado em 26/Nov/99 por dois anemômetros instalados
nos pórticos de sinalização (P17 and P13) fixados na superestrutura em
pontos próximos aos pilares P107 e P77, respectivamente
 
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
13
:3
1
13
:3
5
13
:3
9
13
:4
3
13
:4
7
13
:5
1
13
:5
5
13
:5
9
14
:0
3
14
:0
7
14
:1
1
14
:1
5
14
:1
9
14
:2
3
14
:2
7
14
:3
1
14
:3
5
14
:3
9
14
:4
3
14
:4
7
14
:5
1
14
:5
5
14
:5
9
15
:0
3
15
:0
7
15
:1
1
15
:1
5
15
:1
9
15
:2
3
15
:2
7
Km/h
P 13
P 17
Velocidade de vento (km/h) e
Deslocamento no meio do vão central (cm)
13:37 13:40 13:43 13:46 13:49 13:52 13:55 13:58
0
20
40
60
80
horário no dia 26/11/99
velocidade vento (km/h) deslocamento (cm)
U/ fn D
1.0
f s /f n
U/ fn D
y / D "lock - in"
As grandes amplitudes de deslocamentos e tensões medidas
tinham óbvias implicações na utilização segura da Ponte como
obra rodoviária
As grandes amplitudes de deslocamentos e tensões medidas
tinham óbvias implicações na segurança global da estrutura
metálica
COMENTÁRIOS RELEVANTES SOBRE OS RESULTADOS DA 
MONITORAÇÃO COMPLETA DO COMPORTAMENTO AERODINÂMICO
DISCUSSÃO DAS SOLUÇÕES ALTERNATIVASPARA O PROBLEMA AEROELÁSTICO
• Atenuação indireta da fonte excitação: 
Alteração do perfil aerodinâmico, ie. da seção transversal do 
vão central da Ponte para atenuar o fenômeno de vorticidade
• Atenuação direta das amplitudes de resposta dinâmica: 
Instalação de dispositivos de controle passivo ou ativo para 
redução das amplitudes de oscilação
Implicações:
Acréscimo de massa
Reforço estrutural extensivo
Redução das freqüências de oscilação
Custo x Benefício Impróprio!
Trecho central protendido.
da superestrutura metálica
PROTENSÃO DO VÃO CENTRAL
DA SUPERESTRUTURA METÁLICA
Caixa de ancoragem dos cabos de 
protensão em configuração poligonal 
Modelo em elementos de casca da 
estrutura das travessas e das caixas de 
ancoragens dos 4 cabos de protensão
Picos de tensões principais (Mpa) nas 
ligações entre as chapas para suporte 
das ancoragens e as travessas existentes 
PROTENSÃO DO VÃO CENTRAL DA SUPERESTRUTURA METÁLICA
Sistemas de Controle e Redução das Oscilações
• Sistema de Controle Ativo:
Bastante efetivo, mas necessita fonte de energia elétrica e manutenção 
periódica.
• Sistema de Controle Passivo:
Mecanicamente robusto, efetivo e de baixo custo.
Necessita apenas de inspeções simples e pouco frequentes.
• Sistema de Controle Passivo apropriado para a Ponte RN:
ADS’s - Atenuadores Dinâmicos Sincronizados
EFEITOS AEROELASTIC SOBRE A SUPERESTRUTURA
OSCILAÇÕES INDUZIDAS POR DESPRENDIMENTO DE VÓRTICES
Modelo matematico
 
nnnnnnnn fyyym  )2(
2 
 
)}()()(]1)[({
2
1
22
2
1
2   tsenKC
D
yKY
U
y
D
yKYDUF vL

 
)}()()(]1)[({
2
1
2
2
1
22   tsenKCKY
U
D
KYDUM vM
equation de movimento 
(modo de flexão vertical)
Força por unidade de comprimento (Ehsan & Scanlan, 1990)
22 m
8,8
5,6
27,6
MODELO COMPUTACIONAL ELABORADO COM DOS DADOS CONTIDOS NOS 
DESENHOS DE PROJETO DA ESTRUTURA E FUNDAÇÕES E CALIBRADO COM OS 
RESULTADOS OBTIDOS DAS MEDIÇÕES EXPERIMENTAIS
Forças aerodinâmicas
 
)}()()(]1)[({
2
1
22
2
1
2   tsenKC
D
yKY
U
y
D
yKYDUF vL

Bottom view Wind Tunnel – LAC/UFRGS
ENSAIOS DE MODELOS REDUZIDOS EM TÚNEL DE VENTO 
Ensaios de modelo seccional 
(na escala geométrica 1:45)
no tunel de vento
(LAC-UFRGS, 2013) 
Ensaios de modelo seccional (na escala geométrica 1:45) no tunel de vento
(LAC-UFRGS, 2013) 
FENÔMENO AEROELASTICO 
OSCILAÇÕES INDUZIDAS POR DESPRENDIMENTO DE VÓRTICES 
Características Estrutura 
 ( )B 
32 ADS’s 
 ( )A 
relação( )A / ( )B 
Freqüência (Hz) 0.34 0.31 ~0.9 
Massa, m (ton) 6 x 103 60.0 0.01 
Amortecim.,  (%) 1.0 7.5 7.5 
 
molas
massas
amortec.
y (t)B
v (t)
modelo MEF
nós auxiliaresnós mestres
modelo estrutural
F(t)
SISTEMA DE MÚLTIPLOS ADS PARA CONTROLE PASSIVO
DAS OSCILAÇÕES INDUZIDAS PELO VENTO
ADS
Modelagem matemática- numérica da
interação dinâmica fluido-estrutura 
desenvolvida no PEC-COPPE/UFRJ: 
•Modelo MEF c/ amortec. não-proporcional 
•Subestruturação dinâmica - Síntese modal 
•Forças aeroelásticas geradas pelo vento 
•Ajuste dos parâmetros do sistema MADS 
via Otimização Multi-objetivos-variáveis
Estrutura 
controlada
CaKa
Estrutura 
original
Ma
e/ p
Amplitude de 
deslocamento
razão de frequências
CONTROLE DINÂMICO POR MEIO DE UM ÚNICO ADS
ADS
Idéia básica
ADS
-0.6
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0 100 200 300 400
sem controle
com 32 ADS's
máx. = 56 cm
Amplitude de deslocamento no meio do vão central
RESPOSTA CONTROLADA DA ESTRUTURA(U=60KM/H)
COM PERFIL ALTERADO PELA PRESENÇA DE VEÍCULOS
YB(m)
tempo (s)
Instituto COPPE - Engenharia Civil
Universidade Federal do Rio de Janeiro Ronaldo Battista & Michèle Pfeil
CORRELAÇÃO ENTRE RESULTADOS 
TEÓRICOS E EXPERIMENTAIS 
Medições experimentais do vão 
Central da Ponte Rio-Niterói 
sob ação do vento com o 
Sistema MADS travado e 
em plena operaçãoMonitoração dinâmica da 
superestrutura metálica
Respostas dinâmicas teóricas
da superestrutura metálica
Deslocamento relativo entre 
um ADS e a estrutura metálica
MODELO FÍSICO REDUZIDO DE UMA PONTE SOB AÇÃO DE VENTO 
PROVIDA DE UM SISTEMA DE CONTROLE DINÂMICO
Estratégia usada para convencimento do cliente
Ronaldo C. Battista, Eng. Civil , Ph.D 
SISTEMA MADS - MÚLTIPLOS ATENUADORES DINÂMICOS SINCRONIZADOS
INSTALADO NO INTERIOR DAS VIGAS CELULARES DA PONTE RIO-NITERÓI 
CONCEPÇÃO E PROJETO ORIGINAL DO SISTEMA MECÂNICO MADS
Ilustração CAD
32 ADS instalados dentro
das 2 vigas celulares
num trecho de 30 m
no meio do vão central
Ronaldo C. Battista, Eng. Civil , Ph.D 
TESTES DOS ADS PROTÓTIPOS NO LABORATÓRIO DE ESTRUTURAS
LABORATÓRIO DE ESTRUTURAS DO INSTITUTO COPPE/UFRJ
Ronaldo C. Battista, Eng. Civil , Ph.D 
ENSAIOS DOS CABOS EXTENSORES-AMORTECEDORES 
DE MATERIAL VISCO-ELÁSTICO
LABORATÓRIO DE ESTRUTURAS DO INSTITUTO COPPE/UFRJ
CICLO HISTERÉTICO DO CABO EXTENSOR - AMORTECEDOR
Ronaldo C. Battista, Eng. Civil , Ph.D 
TRANSPORTE DOS COMPONENTES 
DOS 32 ADS’S 
PARA O INTERIOR DA ESTRUTURA
Concessionaria PONTE S.A
Montagem dos Pórticos dos ADS’S dentro das vigas-caixão 
Concessionaria PONTE S.A
Montagem dos ADS’S dentro das vigas-caixão 
Concessionaria PONTE S.A
Montagem dos ADS’S dentro das vigas-caixão 
Concessionaria PONTE S.A
Testes dos ADS’S dentro das vigas-caixão 
Ronaldo C. Battista, Eng. Civil , Ph.D 
Direito Autoral – Registro nº 1.196, CONFEA, Diário Oficial da União data 25 de fevereiro de 2019
SISTEMA DE MÚLTIPLOS ADS EM OPERAÇÃO NA PONTE RIO-NITERÓI
SOB AÇÃO DO TRÁFEGO NORMAL DE VEÍCULOS LEVES E PESADOS
Ronaldo C. Battista, Eng. Civil , Ph.D
Direito Autoral – Registro nº 1.196, CONFEA, Diário Oficial da União data 25 de fevereiro de 2019
AUTO-ESPECTROS DAS RESPOSTAS DINÂMICAS EXPERIMENTAIS 
CONTROLADA E NÃO-CONTROLADA DA SUPERESTRUTURA METÁLICA
DA PONTE RIO-NITERÓI SOB AÇÃO DO TRÁFEGO DE VEÍCULOS
0,34Hz
0,362Hz0,325Hz
não-controlada
controlada
Ronaldo C. Battista, Eng. Civil , Ph.D 
SISTEMA DE MÚLTIPLOS ADS EM OPERAÇÃO 
NA PONTE RIO-NITERÓI SOB AÇÃO DE VENTO
Data do registro: 06/03/2006
Duração do evento: 25 min (15 min 
iniciais V= 55 km/h)
Imagens da câmera de vídeo 
instalada no meio do vão lateral
Imagens da câmera de vídeo 
instalada no interior da viga celular 
Ronaldo C. Battista, Eng. Civil , Ph.D
Direito Autoral – Registro nº 1.196, CONFEA, Diário Oficial da União data 25 de fevereiro de 2019
AGRADECIMENTOS
Engenheiros – Estruturas
Eduardo Miranda Batista, D.Sc.
Eliane M. Lopes Carvalho, D.Sc
Michèle Schubert Pfeil, D.Sc.
Ronaldo C. Battista, Ph.D.
Engenheiros – Sistemas e Monitoração
Albino dos Anjos Aveleda, Eng.
Carlos Magluta, D.Sc.
Flávio Sarquis, Eng.
Francisco Moreira
Frederico Novaes, Eng.
Ney Roitman, D.Sc.
Ricardo Franklin de Andrade, D.Sc.
Ronaldo C. Battista, Ph.D.
Técnicos Especialistas em 
Instrumentação e Montagem
Anísio Ribeiro da Silva
José Carlos R. de Paula
Osvaldo O. Santiago
Osvaldo Sergio Resende
Vicente Roberto Resende
Coordenador: Engº Ronaldo C. Battista, Ph.D.
EQUIPE TÉCNICA da COPPETEC
Engenheiros - Metalurgia
João Marcos A. Rabello, D.Sc
Luís Henrique de Almeida, D.Sc.
EQUIPE TÉCNICA 
da
CONCESSIONÁRIA PONTE S.A.
(Agradecimentos Especiais) 
Engº Francisco Mendes
Engº Nilton Velihovetchi
Engº Ariel Maciel 
FIM 
GRATO PELA ATENÇÃO
Workshop Ponte Rio-Niterói
Desafios no projeto, obra, manutenção e reforço
LISTA DE REFERÊNCIAS
Battista, R. C.; Pfeil, M. S. Reduction of Vortex-Induced Oscillations of Rio-Niterói
Bridge by Tuning Mass-Dampers. Wind Engineering and Building Seminar, IAWE -
Int. Ass. of Wind Engineering, Gramado, RS, 1998
Battista, R. C.; Pfeil, M. S. Reduction of vortex-induced oscillations of Rio-Niterói
bridge by dynamic control devices. Journal of Wind Enginecring and Industrial
Aerodynamics 84 (2000) 273-288, 2000.
Battista, R. C.; Pfeil, M. S. Damping Wind and Traffic-Induced Oscillations ofthe Rio-
Niterói Bridge. International Association for Bridge and Structural Engineering -
IABSE Congress on,Chicago, 2008.
Battista, R. C.; Pfeil, M. S.; Velihovetchi, N.; Maciel, A. Multiple Controllers of Wind-
Induced Oscillations of a Long Span Bridge. International Association for Bridge
and Structural Engineering - IABSE Congress on, Chicago, 2008.
Battista, R. C.; Pfeil, M. S. Control of wind oscillations of Rio-Niterói bridge, Brazil. 
ICE – Institution of Civil Engineers, Proceedings of the Institution of Civil 
Engineers, Structures and Buildings 163, Pages 87–96, Issue SB2, April 2010.