Avaliação da propagação de vibrações induzidas por tráfego - estudo numérico 2d

Abstract

Estudos atuais comprovam que o nível de incomodidade das pessoas, aumenta relativamente ao aumento do tráfego aéreo, seguido pelo rodoviário e, por fim, o ferroviário. Um fator causador de problemas pela vibração do transporte, na superficie ou subterrâneo, é a propagação das ondas no solo que podem chegar as estruturas próximas e serem re-radiadas para as habitações. A propagação da vibração por meio do solo é diretamente relacionada as propriedades do solo. Em terreno macio, a faixa de frequência de vibração é menor e, em geral, as medidas de mitigação na pista são menos eficazes e em terrenos rígidos, as frequências são mais altas, sendo o ruído transmitido pelo solo mais relevante do que a vibração e as medidas de mitigação diretamente na pista podem ser mais eficazes. Para a realização deste trabalho adotou-se um método de elementos finitos em 2D no domínio do tempo para a propagação da onda, combinado com um multidimensional e dinâmico sistema de amortecimento. Esse método permitiu a análise do campo de ondas geradas devido a excitação de uma carga pontual vertical. Sendo assim, realizou-se a simulação de diversos modelos para exemplificações de diferentes comportamentos de ondas. Os modelos apresentavam diferentes características, como diferentes solo, presença da estrutura de um túnel e presença de métodos de mitigação. Os conjuntos de cenários foram divididos em três principais conjuntos de estudos: comportamento para solos homogéneos; comportamento para um sistema de solos sobre estrato rochoso; e o comportamento para uma estrutura de túnel inserida em um solo homogéneo com a presença de métodos de mitigação da vibração. Os métodos adotados foram da trincheira vazia e da parede enterrada em betão. Concluiu-se que os resultados obtidos possibilitaram a comparação entre diversos cenários distintos. O primeiro conjunto de cenários para o solo homogéneo permitiu a definição numérica da camada de amortecimento, que foi utilizada para todos os outros modelos, e a visualização clara do pulso. Enquanto que os modelos para solos heterogêneos demonstraram quanto menor a espessura da camada superior, maior a quantidade de reflexões presentes. Por fim os cenários com uma estrutura de túnel para solo homogéneo e com métodos de mitigação demonstraram que a trincheira vazia é mais eficiente que a parede enterrada.

Current studies show that the level of people’s discomfort increases in relation to the increase in air traffic, followed by road’s traffic and, finally, rail’s traffic. A factor that causes problems due to the vibration of transport, on the surface or underground, is the transmission of waves on the ground that can reach nearby structures and be re-radiated to rooms. The transmission of vibration through the soil is directly related to the properties of the soil. In soft terrain, the vibration frequency range is smaller and, in general, the mitigation measures on the track are less effective and in hard terrain, the frequencies are higher, the noise transmitted by the ground is more relevant than vibration and mitigation measures directly on the track may be more effective. In order to carry out this work, a 2D finite element method in the time domain was adopted for wave transmission combined with a multidimensional and dynamic damping system. This method allowed the analysis of the wave field generated due to the excitation of a vertical point load. Thus, several models were simulated to exemplify different wave propagations. The models had different characteristics, such as different soils, presence of a tunnel structure, different load locations and presence of mitigation methods. The established scenarios were divided into three main sets of studies: behaviour of waves travelling in homogeneous soils; behaviour for a soil system on a rock layer; and the behaviour for a tunnel structure inserted in a homogeneous soil with the presence of vibration mitigation methods. The methods adopted were the empty trench and the buried wall barrier in concrete. It was concluded that the results obtained made it possible to compare different scenarios. The first set of scenarios for homogeneous soil allowed the definition of a numerical damping layer, which was used for all other models, and the clear visualization of the pulse. Whereas models for heterogeneous soils demonstrated the smaller the thickness of the upper layer, the greater the amount of reflections present. And the scenarios with a tunnel structure for homogeneous soil and with mitigation methods demonstrated that the empty trench is more efficient than the buried wall barrier.