Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/49809
ORCID:  http://orcid.org/0009-0003-8655-883X
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Avaliação de danos em dormentes de concreto protendido por meio da técnica de análise modal
Alternate title (s): Damage assessment of prestressed concrete sleepers using the modal analysis technique
Author: Coutinho, Maria Eduarda Guedes
First Advisor: Santos, Antonio Carlos dos
First member of the Committee: Delalibera, Rodrigo Gustavo
Second member of the Committee: Siqueira, Gustavo Henrique
Summary: Os dormentes de concreto protendido são elementos fundamentais da superestrutura ferroviária, responsáveis por manter a bitola da via e transferir as cargas provenientes dos trilhos para o lastro. Ao longo da vida útil, esses elementos podem ser afetados por diferentes mecanismos de dano, incluindo fissuração central associada ao apoio deficiente, fissuração no assento do trilho e deterioração por reações expansivas internas. A inspeção visual, embora amplamente utilizada, apresenta limitações para identificar danos internos ou fissuras parcialmente fechadas pela protensão. Neste contexto, este trabalho avaliou a aplicação da análise modal experimental como ferramenta complementar de diagnóstico não destrutivo em dormentes de concreto protendido. Foram investigados três mecanismos de dano: fissuração central por center bound, fissuração no apoio do trilho e fissuração por reação álcali-agregado. Os dormentes foram submetidos à indução controlada de danos, à caracterização visual e física da fissuração e a ensaios modais com excitação por martelo de impacto. Foram avaliadas as frequências naturais, as razões de amortecimento e as formas modais dos três primeiros modos de vibração. Os resultados indicaram que o primeiro modo de flexão apresentou a resposta mais consistente entre os parâmetros avaliados. Para o center bound, a frequência natural apresentou redução progressiva, embora discreta, com o aumento do dano. Para a fissuração no apoio do trilho, a razão de amortecimento mostrou maior sensibilidade do que a frequência natural. Nos dormentes submetidos à reação expansiva, a frequência natural foi influenciada pela interação entre ganho inicial de rigidez por continuidade da hidratação e perda progressiva de rigidez por fissuração expansiva, enquanto o amortecimento apresentou resposta mais direta à evolução da deterioração. Conclui-se que a análise modal possui potencial para complementar o diagnóstico de dormentes de concreto protendido, desde que interpretada em conjunto com a caracterização física do dano, inspeção visual e identificação dos mecanismos de deterioração atuantes.
Abstract: Prestressed concrete sleepers are essential components of railway superstructures, responsible for maintaining track gauge and transferring loads from the rails to the ballast. During service life, these elements may be affected by different damage mechanisms, including central cracking associated with deficient support, cracking at the rail seat, and deterioration caused by internal expansive reactions. Although visual inspection is widely used, it has limitations in detecting internal damage or cracks partially closed by prestressing. In this context, this study evaluated the application of experimental modal analysis as a complementary non-destructive diagnostic tool for prestressed concrete sleepers. Three damage mechanisms were investigated: central cracking due to center bound, cracking at the rail seat, and cracking induced by alkaliaggregate reaction. The sleepers were subjected to controlled damage induction, visual and physical crack characterization, and modal testing using impact hammer excitation. Natural frequencies, damping ratios, and mode shapes were evaluated for the first three vibration modes. The results indicated that the first flexural mode provided the most consistent response among the parameters assessed. For center bound damage, the natural frequency showed a progressive, although limited, reduction with increasing damage level. For rail seat cracking, the damping ratio was more sensitive than the natural frequency. In sleepers subjected to expansive reaction, the natural frequency was influenced by the interaction between initial stiffness gain due to continued hydration and progressive stiffness loss caused by expansive cracking, whereas damping showed a more direct response to the evolution of deterioration. The results indicate that modal analysis has potential to complement the diagnosis of prestressed concrete sleepers, provided that it is interpreted together with the physical characterization of damage, visual inspection, and identification of the active deterioration mechanisms.
Keywords: Dormentes ferroviários
Concreto protendido
Dano estrutural
Análise modal
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Subject: Engenharia Civil
Ferrovias - Dormentes de concreto
Concreto protendido
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil
Quote: COUTINHO, Maria Eduarda Guedes. Avaliação de danos em dormentes de concreto protendido por meio da técnica de análide modal. 2026. 137 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.526. .
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.526
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/49809
Date of defense: 9-Jul-2026
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Engenharia Civil

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