Publicação: Avaliação de danos em dormentes de concreto protendido por meio da técnica de análise modal
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
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Resumo
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.
Palavras-chave
Dormentes ferroviários, Concreto protendido, Dano estrutural, Análise modal
Citação
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.
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