UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ ALESSANDRO PORTELA FAUSTO ANDREAS ENGEL SCHWARTZ MÉTODO EXECUTIVO PARA ALTEAMENTO DE PONTE NA ESTRADA DA CACHOEIRA

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1 UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ ALESSANDRO PORTELA FAUSTO ANDREAS ENGEL SCHWARTZ MÉTODO EXECUTIVO PARA ALTEAMENTO DE PONTE NA ESTRADA DA CACHOEIRA CURITIBA 2016

2 UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ ALESSANDRO PORTELA FAUSTO ANDREAS ENGEL SCHWARTZ MÉTODO EXECUTIVO PARA ALTEAMENTO DE PONTE NA ESTRADA DA CACHOEIRA Trabalho de conclusão de curso apresentado ao curso de Engenharia Civil da Universidade Tuiuti do Paraná, como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro Civil. Orientadora: Eng.ª Civil Denise Thölken, Me. CURITIBA 2016

3 DEDICATÓRIA Dedico este trabalho primeiramente, ao meu pai João Maria Portela Fausto (in memoriam), que infelizmente não pode estar presente neste momento tão esperado. Obrigado por todos os ensinamentos! Saudades eternas! À minha mãe Maria Cecilia da Silva Fausto e ao meu irmão Sandro Portela Fausto, pois confiaram em mim e me deram a oportunidade de concretizar e encerrar esta jornada. Sei que eles não mediram esforços para a realização deste sonho, sem a paciência, compreensão, ajuda e confiança deles, isto não seria possível. À minha esposa Bruna, por todo carinho, compreensão, amor e paciência principalmente em todos os finais de semana e feriados. Você foi muito importante nesta caminhada. Às turmas de Engenharia Civil da UTP, pois estiveram presente em importantes momentos, alguns mais, outros menos, mas todos, de certa forma contribuíram para esta formação. Muito obrigado! Alessandro Portela Fausto Dedico este trabalho primeiramente, ao meu pai Clayton Pierre Schwartz, por ter sido meu maior e melhor exemplo de vida me ensinando a ser sempre uma pessoa melhor e a batalhar por meus sonhos sempre estando ao meu lado e me apoiando! À minha mãe Romy Engel Schwartz as minhas irmãs Krystin Engel Schwartz e Renate Engel Schwartz, por terem me dado suporte apoio e motivação para sempre seguir em frente e não desistir apesar das dificuldades enfrentadas. Aos meus amigos próximos, que sempre estiveram ao meu lado durante todo o período de conclusão do curso, em especial ao grande amigo Alessandro Portela Fausto, por ter acreditado que poderíamos concluir o presente trabalho com a destreza necessária e por ter sido acima de tudo um bom amigo nesse tempo. Muito Obrigado! Andreas Engel Schwartz

4 4 AGRADECIMENTOS Às nossas famílias, pelo amparo, carinho e compreensão. À Professora Mestre Denise Thölken, pela orientação, dedicação, opiniões, conselhos, cobranças e por transmitir seus conhecimentos ao longo do curso e do trabalho de conclusão, e aos demais professores, pela dedicação e pela formação propiciada. Ao amigo Eng.º Antonio Nunes da Rocha Rios Júnior, pela confiança, companheirismo, ensinamentos e por sugerir este tema como trabalho de graduação. Aos amigos da turma, pelo companheirismo e apoio. E a Deus, por permitir tudo isso.

5 5 Quem viveu em brancas nuvens e em plácido repouso adormeceu, foi espectro de homem, não foi homem, só passou pela vida e não viveu. (Autor desconhecido) O pessimista queixa-se do vento, o otimista espera que ele mude e o realista ajusta as velas. (Willian George Ward)

6 6 RESUMO O presente trabalho inicialmente aborda, de forma sucinta os principais conhecimentos sobre a estrutura de uma ponte, as definições, os tipos existentes, a composição da estrutura, os elementos normativos que devem ser seguidos para o dimensionamento e apresenta o embasamento técnico-teórico para o desenvolvimento da metodologia empregada. Foi realizado um estudo de caso, onde serão abordados inúmeras vezes os tópicos anteriormente citados. Neste caso, procura-se encontrar uma metodologia adequada para executar o alteamento da ponte sobre o Rio Miringuava, localizada na estaca 1065 da estrada da Cachoeira, em São José dos Pinhais. Após a realização da análise estrutural foi constatado que o alteamento da estrutura é possível de acordo com a metodologia apresentada. Encerra-se com a análise crítica do estudo de caso. PALAVRAS-CHAVE: Ponte de concreto armado, Alteamento, Cilindro hidráulico, Análise estrutural, Metodologia executiva.

7 7 LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Vista lateral da erosão na base de um pilar Figura 2 - Vista superior de uma ponte esconsa Figura 3 - Transposição de rio com afluente Figura 4 - Correção do leito de rios de pequena vazão Figura 5 - Tipos estruturais de pontes Figura 6 - Vista geral com os principais elementos estruturais Figura 7 - Disposição das cargas estáticas Figura 8 - Exemplo de caminhão "fora de estrada" Figura 9 - Distribuição das cargas estáticas - veículo especial Figura 10 - Localização da ponte no bairro Figura 11 - Localização da estrada no bairro Figura 12 - Projeção bidimensional da estrutura da ponte de estudo Figura 13 Visão geral da ponte de estudo Figura 14 Detalhes construtivos Figura 15 - Seção longitudinal [cm] Figura 16 Seção transversal da ponte [cm] Figura 17 - Áreas de concreto para cálculo das cargas permanentes Figura 18 - Seção de cálculo para os encontros [cm] Figura 19 - Seção de cálculo para as transversinas [cm] Figura 20 - Seções de cálculo das longarinas [cm] Figura 21 - Áreas de influência nos elementos transversais [cm] Figura 22 - Carregamento das transversinas T1 e T Figura 23 - Diagrama de momento fletor em kn.m para as transversinas T1 e T Figura 24 - Diagrama de esforços cortantes em kn para as transversinas T1 e T Figura 25 - Carregamento das transversinas T2 e T Figura 26 - Diagrama de momento fletor em kn.m para as transversinas T2 e T Figura 27 - Diagrama de esforços cortantes em kn para as transversinas T2 e T Figura 28 - Áreas de influência nas longarinas [cm] Figura 29 - Cargas permanentes Figura 30 - Diagrama de momentos fletores em kn.m para o peso próprio da estrutura Figura 31 - Diagrama de cortantes em kn para o peso próprio da estrutura Figura 32 - Diagrama de momentos fletores em kn.m nas seções Figura 33 - Diagrama de esforços cortantes em kn nas seções Figura 34 - Linha de influência para o cálculo do trem-tipo Figura 35 Carregamentos característicos (PP + Carga móvel) Figura 36 - Carregamentos de cálculo Figura 37 - Diagrama de momentos de cálculo em kn.m Figura 38 - Diagrama de cortantes em kn de cálculo Figura 39 - Sistema de levantamento sincronizado Figura 40 - Exemplo de estacas mega Figura 41 Disposição dos cilindros (hipótese 1) Figura 42 Diagrama de momentos fletores em kn (hipótese 1) Figura 43 Disposição dos cilindros (hipótese 2) Figura 44 - Diagrama de momentos fletores em kn (hipótese 2)... 66

8 Figura 45 - Disposição dos cilindros (hipótese 3) Figura 46 - Diagrama de momentos fletores em kn.m (hipótese 3) Figura 47 - Localização dos cilindros hidráulicos Figura 48 - Planta de locação dos cilindros hidráulicos Figura 49 Escavações mecânicas Figura 50 - Escavação próxima aos encontros Figura 51 - Cravação das estacas e instalação dos cilindros Figura 52 - Seção transversal dos apoios temporários [cm] Figura 53 - Detalhamento do alteamento Figura 54 - Ponte com os novos aparelhos de apoio Figura 55 - Instalação dos cilindros nos encontros Figura 56 - Alteamento concluído

9 9 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Áreas de influência para as transversinas Tabela 2 - Cargas distribuídas nas transversinas Tabela 3 - Esforços solicitantes em cada transversina Tabela 4 - Cargas distribuídas nas longarinas Tabela 5 - Esforços em cada seção de cálculo (peso próprio) Tabela 6 - Envoltória de combinações Tabela 7 - Esforços resistentes e solicitantes Tabela 8 - Carga por cilindro Tabela 9 - Relação de equipamentos... 71

10 10 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO OBJETIVO GERAL OBJETIVOS ESPECÍFICOS JUSTIFICATIVA LIMITAÇÕES REVISÃO TEÓRICA PONTES Elementos Normativos Considerações construtivas e econômicas Classificação das pontes Elementos Constituintes Sistema estrutural SOLICITAÇÕES NAS PONTES Ações AÇÕES PERMANENTES Peso próprio da superestrutura Peso próprio da infraestrutura AÇÕES VARIÁVEIS Trem-tipo Ações nos passeios Ações de construção Ações devidas ao vento Impacto vertical Coeficientes de impacto Coeficiente de número de faixas Frenagem e Aceleração Sobrecarga no aterro Ações devidas à água Ações Excepcionais Cargas rodoviárias excepcionais Distribuição das cargas móveis Estados Limites MATERIAIS E MÉTODOS LOCALIZAÇÃO DA PONTE Visão geral do bairro Localização da via no bairro Projeção da estrutura da ponte Visão geral da ponte de estudo Detalhes construtivos da ponte Tipo de tráfego previsto DETERMINAÇÃO DA COTA DE MÁXIMA CHEIA E VÃO DE OBRA CARACTERÍSTICAS DA PONTE DE ESTUDO Superestrutura da ponte Concreto armado Aço MÉTODO... 43

11 3.6 CARGAS SOLICITANTES Cálculo das cargas permanentes Cálculo das ações DISTRIBUIÇÃO DAS CARGAS Seções de cálculo Áreas de influência das lajes nos elementos transversais Carga uniformemente distribuída ao longo dos elementos transversais Áreas de influência da laje nas vigas longitudinais Carga uniformemente distribuída ao longo das longarinas Representação dos esforços nas seções CÁLCULO DO TREM-TIPO CÁLCULO DAS SOLICITAÇÕES DA CARGA MÓVEL METODOLOGIA EXECUTIVA CILINDROS HIDRÁULICOS Levantamento sincronizado ESTACAS MEGA LOCAÇÃO DOS CILINDRO HIDRÁULICOS APOIOS PROVISÓRIOS CAPACIDADE DOS CILINDROS HIDRÁULICOS DETALHAMENTO DE SERVIÇOS CONSIDERAÇÕES FINAIS APÊNDICE A DETALHE LONGITUDINAL APÊNDICE B DETALHE TRANSVERSAL APÊNDICE C PLANTA DE LOCAÇÃO DE CILINDROS

12 12 INTRODUÇÃO O projeto de uma obra de arte como uma ponte ou viaduto em concreto armado se inicia pela definição de sua finalidade e necessidade, para superar obstáculos, permitindo a continuidade de uma via que possui um fluxo de veículos ou pessoas. Segundo Marchetti (2008, p. 1), denomina-se ponte a obra destinada a transposição de obstáculos à continuidade do leito normal de uma via, tais como rios, braços de mar, vales profundos, outras vias etc. Ainda segundo Marchetti (2008, p.1), quando essas obras especiais são destinadas à vencer obstáculos que não são formados por água, damos o nome de viadutos. As pontes são divididas em três grandes partes estruturais: infraestrutura, que representa a fundação, mesoestrutura, que são os pilares; aparelhos de apoio e encontros; e a superestrutura que são as vigas e a laje do tabuleiro. Os carregamentos atuantes sobre a estrutura são compostos pelas cargas permanentes e por cargas móveis. Segundo Marchetti (2008, p. 21), as cargas permanentes são compostas pelo peso próprio estrutural e por todos os elementos fixos à estrutura e podem ainda ser classificadas em dois tipos: concentradas e distribuídas. A composição das cargas móveis é feita pelos veículos e pessoas que transitam sobre a ponte. Atualmente estas cargas são definidas pela norma NBR 7188 (ABNT, 2013). O trabalho de conclusão de curso apresenta a análise e a metodologia executiva para elevar a altura de gabarito da ponte existente sobre o Rio Miringuava, na Estrada da Cachoeira, em São José dos Pinhais, Paraná, a fim de evitar o represamento do rio, em períodos de precipitação elevada. A ponte de estudo foi construída em 1971, pela empreiteira Raphael F. Grega & Filhos Ltda, tem 25 metros de comprimento longitudinal por 7,30 metros de largura, com balanço de 5 metros em cada extremidade e um tramo de 15 metros apoiado sobre dois pares de pilares paralelos e tendo 4 (quatro) transversinas intermediárias. Com o contínuo assoreamento do Rio Miringuava, nas temporadas de chuva o nível do curso d água deste rio vem sendo elevado continuamente e faz com que nas cheias este seja bloqueado pela longarina da ponte, o que causa alagamento na região e em diversos bairros à montante do rio, ocasionando prejuízos à população e

13 13 empresas, o que torna necessária a adoção de medidas para melhorar a qualidade de vida e conforto dos moradores e empresários destas regiões. Uma das soluções para eliminar a possibilidade destes alagamentos, é o alteamento do tabuleiro da ponte. O alteamento de pontes pode ser indicado em casos de represamento de rios, necessidade de se elevar o gabarito de navegação e para a execução de obras de manutenção na superestrutura e nos aparelhos de apoio. Devido à indisponibilidade do projeto estrutural nos órgãos competentes, foi desenvolvida a análise estrutural, orientada pelas cargas das normas vigentes da época de sua implantação e foi considerado que a construção da ponte obedeceu rigorosamente estes critérios. No desenvolvimento dos cálculos é utilizado o software FTOOL versão 3.00, para auxiliar na obtenção dos diagramas de esforços da estrutura e o software AutoCAD versão 2017 para desenvolver os projetos. 1.1 OBJETIVO GERAL O objetivo deste trabalho é apresentar a análise estrutural da ponte e a metodologia executiva para o Município de São José dos Pinhais executar a obra de alteamento da ponte sobre o Rio Miringuava, na Estrada da Cachoeira. Localizada em uma região de grande movimentação de cargas, os transtornos da empreitada no entorno viário devem ser minimizados, sendo necessária a adoção de uma solução que o tempo de obra seja reduzido. 1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Elaborar a análise estrutural da ponte; Verificar o Estado Limite Último, de acordo com a metodologia executiva adotada; Especificar a metodologia executiva.

14 JUSTIFICATIVA Devido à existência de diversas mineradoras nas margens dos Rios Miringuava e Iguaçu, nas proximidades, além do acúmulo natural de sedimentos no fundo do rio, estas empresas removem indevidamente a vegetação e mata ciliar, que intensifica o processo citado anteriormente. Devido a este acúmulo de materiais, o nível de água do rio, em períodos de chuva eleva-se continuamente, o que causa alagamentos na região em função do represamento causado pela longarina da ponte em estudo. Para evitar os alagamentos nesta região, uma das soluções é o alteamento da ponte. A alteração tem como objetivo evitar o represamento da água em épocas de altos índices de precipitação e, o consequente alagamento das propriedades vizinhas, para se preservar a população envolvida e melhorar a imagem do Município. 1.4 LIMITAÇÕES Existem diversos tipos de pontes, cada uma com seus níveis de complexidade de construção e execução, com projetos específicos para cada tipo de situação. No presente trabalho foi abordado especificamente o estudo de caso do método executivo e análise estrutural da ponte sobre o Rio Miringuava, na Estrada da Cachoeira, em São José dos Pinhais. Neste estudo de caso não foi abordada a concordância do greide do pavimento, análise dos encontros nas duas extremidades, fundação, efeitos de vento e de temperatura e também não foi determinada a solução para elevar os apoios existentes em função do alteamento. Foram analisadas as séries históricas de precipitações disponíveis no site da Agencia Nacional de Águas para a determinação do tirante hidráulico, porém devido à inconsistência destes dados após o ano de 1998, a determinação da cota de elevação do tabuleiro foi excluída deste escopo. Neste estudo foi adotada a utilização de estacas mega como apoios temporários, porem estas não serão aqui dimensionadas devido à indisponibilidade de sondagens. Este estudo foi desenvolvido com a consideração de que na construção da estrutura foram atendidos todos os critérios estabelecidos nas normas vigentes na época.

15 15 2 REVISÃO TEÓRICA 2.1 PONTES Pontes ou viadutos são elementos rodoviários ou ferroviários que permitem a continuação de uma via, quando para isso existe a necessidade da transposição de obstáculos naturais ou criados pelo homem Elementos Normativos A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) é uma entidade oficial encarregada de elaborar e editar os regulamentos técnicos adotados no Brasil. As principais normas em vigência que devem ser consultadas quando da elaboração de pontes rodoviárias em concreto armado são: - NBR 6118: Projeto e execução de obras de concreto armado - Procedimento; - NBR 7187: Projeto e execução de pontes de concreto armado e protendido; - NBR 7188: Carga móvel em ponte rodoviária e passarela de pedestre - Procedimento; - NBR 6120:2000 Cargas para o cálculo de estruturas de edificações; - NBR 6122:2010 Projeto e execução de fundações; - NBR 8681:2004 Ações e segurança nas estruturas Procedimento; - NBR 10839:1989 Execução de obras de arte especiais em concreto armado e protendido Procedimento; - NBR 12655:2015 Concreto Preparo, controle e recebimento; - NBR 6123:2013 Forças devidas ao vento em edificações Procedimento; - NBR 8522:2008 Concreto Determinação do módulo estático de elasticidade à compressão; - NBR 7480:2007 Aço destinado a armaduras para estruturas de concreto armado Especificação.

16 16 O objeto de estudo foi construído em 1971 e as normas em vigência na época, eram as seguintes: - NB 6:1960 Carga móvel em ponte rodoviária e passarela de pedestre; - NBR 6120:1971 Cargas para o cálculo de estrutura de edificações; - NBR 6492:1971 Execução de desenho de arquitetura; - NBR 7187:1970 Cálculo e execução de pontes em concreto armado; - NBR 5679:1969 Elaboração de projetos de obra de engenharia; - NBR 6118:1960 Projeto e execução de obras de concreto armado; - NBR 7188:1960 Carga móvel em ponte rodoviária e passarela de pedestre; Considerações construtivas e econômicas De acordo com Araújo (1999, p. 18), para se determinar o início da execução dessas obras de arte, devem ser observadas as seguintes informações: Condições de acesso ao local da obra; Procedência dos materiais de construção, custo e confiabilidade do transporte; Épocas favoráveis para execução dos serviços, considerando os períodos chuvosos e o regime do rio; Possível interferência de serviços de terraplenagem ou desmonte de rocha, nas proximidades da obra. Ainda de acordo com Araújo (1999, p. 18), durante o desenvolvimento do projeto de uma via, a localização de uma ponte sobre pequenos rios é definida pelo projetista da estrada, porém quando a via cruza médios ou grandes rios, a posição da ponte pode determinar o traçado da via. Neste caso, é importante observar algumas recomendações para escolher a melhor posição para a ponte: - Transpor o canal principal ou o vale no ponto mais estreito possível e não muito distante do traçado original da via;

17 17 - O canal principal ou o vale deve ser transposto, de preferência, perpendicularmente à direção de escoamento, o que permite que se obtenha o menor comprimento possível para a ponte. No caso dela ser esconsa, os pilares em contato com o fluxo d água devem ter sua menor dimensão perpendicular a esse fluxo de forma a evitar ou diminuir a erosão localizada na base do pilar, conforme figuras 1 e 2. Deve-se também evitar eixos localizados no meio do rio onde a velocidade de escoamento d água é maior. - Deve-se evitar transpor um rio logo após a região onde deságua um afluente de modo a evitar a deposição de sedimentos sob a ponte conforme figura 3. Também deve-se evitar transpor à montante dessa região, uma vez que nesse caso haveria a necessidade de duas pontes, o que acarretaria em aumento do custo da obra. A melhor posição para transposição do rio é um pouco a jusante da região onde deságua seu afluente. - Deve-se evitar transpor em regiões onde possa haver, ao longo da vida útil da ponte, mudanças na seção transversal do rio. Essas mudanças normalmente ocorrem em função das características geológicas da região. Um exemplo são rios em regiões sedimentares onde, devido à acumulação de detritos no seu leito, ocorre uma alteração na seção de escoamento. - Quando do cruzamento de rios de pequena vazão, é recomendável evitar curvas para transposição desses rios. Em alguns casos, como mostrado na figura 4, pode ser realizada uma alteração no curso natural do rio através da construção de um canal devidamente dimensionado. Figura 1 - Vista lateral da erosão na base de um pilar Figura 2 - Vista superior de uma ponte esconsa Fonte: Araújo (1999) Fonte: Araújo (1999) Figura 3 - Transposição de rio com afluente Fonte: Araújo (1999)

18 18 Figura 4 - Correção do leito de rios de pequena vazão Fonte: Araújo (1999) Classificação das pontes Segundo Pfeil (1983, p. 3), a classificação das pontes pode ser feita de diversas maneiras, sendo as mais usuais, quanto à sua finalidade, quanto ao material que são construídas, quanto ao tipo estrutural, quanto a extensão do vão, quanto ao tempo de utilização, quanto à fixidez ou mobilidade do estrado. Conforme Pfeil (1983, p. 5), quanto à sua finalidade, as pontes podem ser rodoviárias, ferroviárias, para passarelas de pedestres ou ainda servir de suporte para redes de água, esgoto, gás, óleo, pistas de aeroportos ou ainda vias navegáveis. Ainda segundo Pfeil (1983, p. 4), a classificação das pontes (figura 5) quanto ao tipo estrutural pode ser feita como ponte em laje, ponte em viga reta de alma cheia, ponte em viga reta de treliça, ponte em quadro rígido, ponte em abóbada, ponte em arco superior e ainda, ponte pênsil ou suspensa.

19 19 Figura 5 - Tipos estruturais de pontes Fonte: Pfeil (1983) Elementos Constituintes Segundo Pfeil (1983, p. 1), na maioria dos casos, sob o aspecto funcional, as pontes são divididas em três partes principais: infraestrutura, mesoestrutura e superestrutura. De acordo com Pfeil (1983, p. 8), por excelência, a função viária da ponte é transpor um obstáculo, dando continuidade à estrada. Estas funções são desempenhadas pelos elementos mais ligados ao usuário, tais como: pista de

20 20 rolamento, com ou sem acostamento, linha férrea, com ou sem lastro, passeios laterais, guarda-corpo, barreiras de proteção. Ainda conforme Pfeil (1983, p.8), a função estática de uma ponte é transmitir as cargas da posição em que elas se encontram, até o solo. Estas funções são representadas pelos principais elementos estruturais da obra, que compõem a infraestrutura, mesoestrutura e a superestrutura. Segundo Marchetti (2008, p. 1), a infraestrutura é representada pelos elementos que transmitem ao solo os esforços transmitidos da superestrutura para a mesoestrutura. A mesoestrutura é constituída pelos pilares, que são os elementos que recebem os esforços da superestrutura e os transmitem à infraestrutura e a superestrutura é composta pelas vigas e lajes, ou seja, é o elemento de suporte do tráfego sobre a ponte (figura 6). Segundo Pfeil (1983, p. 9), a ligação entre a ponte e a estrada é feita por elementos situados nas extremidades da obra, tais como encontros, cortinas, alas laterais e muros auxiliares. Figura 6 - Vista geral com os principais elementos estruturais Sistema estrutural Fonte: Marchetti (2008) Segundo Leonhardt (1971, p. 39), o processo de construção mais antigo é o da execução de formas, montadas sobre escoramentos, que recebem o lançamento do concreto, no local. Ainda segundo Leonhardt (1971, p. 10), em 1912 começaram a ser adotadas as pontes em viga e pontes em pórtico, mas a limitação para vãos era de até 30 m.

21 21 Segundo Pfeil (1983, p. 82), em pontes de pequenos e médios vãos, que pode ser com ou sem balanços, como por exemplo, um vão de 20 a 25 m, e dois balanços de 3 a 5 m cada um, a superestrutura em viga é a mais usual, devido ao emprego de alturas construtivas econômicas, com formas relativamente simples. A ligação das vigas com a laje do tabuleiro forma vigas T. A superestrutura das pontes em vigas é formada pelos seguintes elementos estruturais: - vigamento principal, cuja função é vencer o vão livre entre apoios; - laje do tabuleiro, cuja função principal é servir de apoio direto para as cargas atuantes; - transversinas - vigas transversais cuja função é ligar as vigas principais, podendo também servir de apoio para as lajes; - cortinas - transversinas especiais, colocadas nas extremidades da obra, servindo para apoio da laje e contenção do terreno.(pfeil, 1983, p. 86) 2.2 SOLICITAÇÕES NAS PONTES Segundo Pfeil (1983, p. 42), as solicitações das pontes são provocadas pelo peso próprio da sua estrutura, classificadas como cargas permanentes e as provocadas por cargas móveis, de sua utilização, compostas por veículos, multidão, elementos naturais, terra, ar e água. Também as cargas produzidas pelas deformações internas devido à variações de temperatura, retrações, fluência do concreto e empuxos de terra, devido aos aterros nos acessos à obra, originando esforços horizontais que são absorvidos pelos encontros ou pilares da ponte. Para o cálculo de elementos da ponte, as cargas dos veículos e da multidão são utilizadas em conjunto, formando os chamados trens-tipo. O trem-tipo da ponte é sempre colocado no sentido longitudinal da parte e a sua ação, uma determinada seção do elemento a calcular, é obtida por meio do carregamento da correspondente linha de influência conforme determina a NBR 7188 (1984). Não devem ser consideradas nesse carregamento as cargas dos eixos ou rodas que produzam a redução da solicitação em estudo. As cargas concentradas e distribuídas que constituem o trem-tipo mantêm entre si distâncias constantes, mas a sua posição com a linha de influência é variável e deve ser tal que produza na seção considerada do elemento em estudo (viga principal, transversina, laje etc.) um máximo ou mínimo da solicitação. (MARCHETTI, 2008, p. 29)

22 Ações De acordo com a NBR 7187 (ABNT, 2003) e definição constante na NBR 8681 (ABNT, 2003), o aparecimento de esforços ou deformações nas estruturas são causados pelas ações. As ações a considerar nos projetos de pontes são classificadas em permanentes, variáveis e excepcionais. As ações permanentes estão definidas no item 1 da seção 7 da referida norma, conforme segue: Ações cujas intensidades podem ser consideradas como constantes ao longo da vida útil da construção. Também são consideradas permanentes as que crescem no tempo, tendendo a um valor limite constante. As ações permanentes compreendem, entre outras: a) as cargas provenientes do peso próprio dos elementos estruturais; b) as cargas provenientes do peso da pavimentação, dos trilhos, dos dormentes, dos lastros, dos revestimentos, das barreiras, dos guardarodas, dos guarda-corpos e de dispositivos de sinalização; c) os empuxos de terra e de líquidos; d) as forças de protensão; e) as deformações impostas, isto é, provocadas por fluência e retração do concreto, por variações de temperatura e por deslocamentos de apoios. (NBR 7187, ABNT, 2003) De acordo com o item 2 da seção 7 da NBR 7187 (ABNT, 2003), as ações variáveis são as de caráter transitório e compreendem, entre outras: a) as cargas móveis; 2.3 AÇÕES PERMANENTES b) as cargas de construção; c) as cargas de vento; d) o empuxo de terra provocado por cargas móveis; e) a pressão da água em movimento; f) o efeito dinâmico do movimento das águas; g) as variações de temperatura. (NBR 7187, ABNT, 2003) Segundo Pfeil (1983, p. 44), as ações permanentes são constituídas pelo peso próprio dos elementos portantes (estrutura) e de outros materiais que atuam sobre a ponte (sobrecargas fixas).

23 23 Ainda conforme Pfeil, os empuxos de terra e a subpressão de água, quando atuam de forma continuada, são também incorporados nas ações permanentes Peso próprio da superestrutura De acordo com Marchetti (2008, p. 21), na avaliação das cargas devidas ao peso próprio dos elementos estruturais, o peso específico deve ser considerado para o concreto armado ou protendido igual a 25 kn/m³, 24kN/m³ para o concreto simples, 78,5 kn/m³ para o aço e 8 kn/m³ para a madeira. Segundo a NBR 7187 (ABNT, 2003), para a obtenção da carga devida ao peso próprio da camada de pavimentação, a consideração do peso específico do material empregado deve ser no mínimo de 24 kn/m³ e ainda deve ser previsto uma camada adicional de 2 kn/m² para atender a um possível recapeamento. Ainda segundo a referida norma, esta carga adicional pode ser desconsiderada, a critério do proprietário da obra, no caso de pontes de grandes vãos Peso próprio da infraestrutura Conforme estabelecido na NBR 7187 (ABNT, 2003), a determinação do empuxo de terra nas estruturas segue o princípio da mecânica dos solos, em função de sua natureza (ativo, passivo ou de repouso), das características do terreno, assim como das inclinações dos taludes e dos paramentos. Segundo Marchetti (2008, p. 72), para o cálculo de elementos da infraestrutura, pilares de encontro e de cortinas, a determinação do empuxo de terra sobre a estrutura geralmente é necessária e deverá ser feito supondo-se o terreno sem coesão e que não haja atrito entre o terreno e a estrutura, desde que as solicitações assim determinadas estejam a favor da segurança. Ainda segundo Marchetti, na maioria dos terrenos utilizados em aterros, salvo em caso de determinação correta, o peso específico do solo deve ser considerado igual a 18 kn/m³ e o ângulo de atrito interno no máximo igual a 30º. De acordo com a NBR 7187 (ABNT, 2003), o empuxo d água e a subpressão para a verificação dos estados limites devem ser considerados nas situações mais

24 24 desfavoráveis e deve ser dada especial atenção ao estudo dos níveis máximo e mínimo dos cursos d água e do lençol freático. Em carregamentos de longa duração, como no caso da infraestrutura das pontes, deve ser considerada a fluência e a retração do concreto, conforme a seção 8 da NBR 6118 (ABNT, 2014). Se a natureza do terreno e o tipo de fundação permitirem a ocorrência de deslocamentos que induzam a efeitos apreciáveis na estrutura, as deformações impostas decorrentes devem ser levadas em consideração no projeto. (NBR 7187, ABNT, 2003). 2.4 AÇÕES VARIÁVEIS De acordo com Marchetti (2008), as cargas móveis são representadas pelo tráfego de veículos e multidões que transitam sobre a superestrutura da ponte. Os valores característicos básicos das cargas móveis rodoviárias de veículos sobre pneus e ações de pedestres, em projeto de pontes são definidos pela NBR 7188 (ABNT, 2013) Trem-tipo O trem-tipo é composto por cargas concentradas e carga uniformemente distribuída, de acordo com a norma NBR 7188, revisada em 2013, os trem-tipos em pontes rodoviárias são divididos em 2 classes: Classe TB-450: a base do sistema é um veículo-tipo com 450 kn de peso total; Classe TB-240: a base do sistema é um veículo-tipo com 240 kn de peso total. De acordo com a NBR 7188 (ABNT, 2013), o padrão TB-450 de carga rodoviária é definido por um veículo-tipo de 450 kn, composto por 6 rodas de peso igual a 75 kn, 3 eixos de carga afastados entre si por 1,5m, com área de ocupação igual a 18 m², circundado por uma carga de multidão uniformemente distribuída e constante de 5 kn/m². A figura 7 apresenta as distribuições de cargas para o veículo citado:

25 25 Figura 7 - Disposição das cargas estáticas Fonte: NBR 7188 (ABNT, 2013) Conforme a NBR 7188 (ABNT, 2013) o veículo tem 3m de largura e 6m de comprimento, adotando-se um único veículo, inserido na posição mais desfavorável, em favor da segurança. Ainda conforme a NBR 7188 (ABNT, 2013), em obras de estradas vicinais municipais de uma faixa e obras particulares, a critério da autoridade competente, deve-se adotar no mínimo a carga móvel do tipo TB-240, que é definida por um veículo-tipo de 240 kn, com 6 rodas de peso igual a 40 kn, com três eixos de carga afastados entre si por 1,5m, com área de ocupação de 18 m², circundada por uma carga uniformemente distribuída e constante de peso igual a 4,0 kn/m², sendo adotadas as mesmas dimensões do veículo-tipo citado anteriormente. Segundo Pfeil (1983, p. 45), as cargas móveis de cálculo fixadas nas normas não representam as cargas reais que atuam nas estruturas das estradas brasileiras, as cargas de cálculo, segundo a NBR 7188 (ABNT, 2013) utilizam veículos de dimensões especiais, copiadas das normas alemãs, enquanto as cargas reais que transitam são caminhões e carretas com dimensões e pesos fixados em uma regulamentação de trânsito específica, denominada lei da balança.

26 Ações nos passeios De acordo com a NBR 7188 (ABNT, 2013), deve ser considerado nos passeios para pedestres das pontes e viadutos, uma carga uniformemente distribuída de 3 kn/m², localizada na posição mais desfavorável concomitante com a carga móvel rodoviária, para verificações e dimensionamentos dos diversos elementos estruturais, assim como para verificações globais. As ações sobre os elementos dos passeios não são ponderadas pelos coeficientes de impacto vertical (CIV), coeficiente de número de faixas (CNF) e coeficiente de impacto adicional (CIA) Ações de construção Conforme a Norma NBR 7187 (ABNT, 2003), deve ser considerado no projeto e cálculo estrutural as ações das cargas de possível ocorrência durante o período da construção, em especial aquelas devidas ao peso de equipamentos e estruturas auxiliares de montagem e lançamento de elementos estruturais, considerando seus efeitos em cada etapa executiva da obra Ações devidas ao vento Segundo Pfeil (1983, p. 65), a forma da superfície e a sua posição quanto à direção do vento, de efeitos de rajadas, da situação topográfica da obra, influenciam na determinação de sua pressão. De acordo com a NBR 7187 (ABNT, 2003), as cargas de vento devem ser consideradas de acordo com a NBR 6123 (ABNT, 1988), revisada em Impacto vertical Conforme Pfeil (1983, p. 58), denomina-se impacto vertical o acréscimo das cargas dos veículos provocado pelo movimento das mesmas cargas sobre a ponte. Segundo Pfeil, este impacto é causado pelo efeito do deslocamento das cargas ou por irregularidades no pavimento. O primeiro efeito, após a realização de pesquisas, nos quais os resultados matemáticos foram confirmados em modelos de

27 27 laboratório, pode ser interpretado analiticamente. O segundo efeito é aleatório e deve ser determinado por processos experimentais Coeficientes de impacto A NBR 7188 (ABNT, 2013) estabelece que as cargas móveis verticais características devem ser majoradas para o dimensionamento de todos os elementos estruturais pelo coeficiente de impacto vertical (CIV) e adota as seguintes expressões empíricas do coeficiente de impacto: CIV = 1,35, para estruturas com vão menor do que 10 m; CIV = 1 + 1,06 ( 20 (Liv+50 ), para estruturas com vão entre 10 m e 200 m, onde: Liv é o vão em metros para o cálculo do CIV, conforme o tipo da estrutura, sendo: Liv usado para estruturas de vão isostático, média aritmética dos vãos nos casos de vãos contínuos; Liv é o comprimento do próprio balanço para estruturas em balanço; L é o vão, expresso em metros (m). Ainda de acordo com a NBR 7188 (ABNT, 2013), os esforços das cargas móveis devem ser majorados na região das juntas estruturais e extremidades da obra. Todas as seções dos elementos estruturais a uma distância horizontal, normal à junta, inferior a 5 m para cada lado da junta ou descontinuidade estrutural, devem ser dimensionadas com os esforços das cargas móveis majorados pelo coeficiente de impacto adicional, conforme: CIA = 1,25, para obras em concreto ou mistas; CIA = 1,15, para obras em aço Coeficiente de número de faixas Conforme a NBR 7188 (ABNT, 2013), as cargas móveis características devem ser ajustadas pelo coeficiente do número de faixas do tabuleiro (CNF), não sendo aplicado ao dimensionamento de elementos estruturais transversais ao sentido do tráfego (lajes, transversinas, etc.), conforme:

28 28 CNF = 1 0,05 * (n 2) > 0,9, onde: n é o número de faixas de tráfego rodoviário a serem carregadas sobre um tabuleiro transversalmente contínuo. Acostamentos e faixas de segurança não são faixas de tráfego da rodovia Frenagem e Aceleração Conforme Pfeil (1983, p. 61), deve-se admitir um certo valor para a aceleração do veículo, suposta constante em cada caso, (a frenagem se faz com uma aceleração negativa), verifica-se então que o esforço longitudinal representa uma fração (igual à relação a/g) do peso Q do veículo. Para pontes rodoviárias, a norma NBR 7188 (ABNT, 2013) estabelece que estas forças horizontais são um percentual da carga característica dos veículos aplicados sobre o tabuleiro, na posição mais desfavorável, concomitantemente com a respectiva carga: Hf = 0,25 * B * L * CNF, onde: Hf 135 kn; B é a largura efetiva, expressa em metros, da carga distribuída de 5 kn/m²; L é o comprimento concomitante, expresso em metros, da carga distribuída. Ainda segundo Pfeil (1938, p. 62), os esforços de frenagem e aceleração se referem aos pesos dos veículos sem impacto vertical e se supõem aplicados na superfície de rolamento da pista, mas na realidade, os esforços atuam no centro de gravidade dos veículos, então, são desprezados os momentos associados com a transferências dos esforços para o nível do apoio das rodas.

29 Sobrecarga no aterro De acordo com Marchetti (2008, p. 73), a presença da carga móvel sobre o aterro em uma das extremidades da ponte causa empuxo diferencial, chamado de sobrecarga no aterro. A determinação da sobrecarga no aterro é um problema de difícil solução exata. Utiliza-se, na prática, uma solução aproximada que tem sido aceita como suficientemente representativa do valor real. Consiste em transformar o peso da carga móvel em uma altura adicional de aterro (h0) com a extremidade da ponte e calcular o acréscimo de empuxo devido a essa altura complementar. (MARCHETTI, 2008) A NBR 7187 (ABNT, 2003) estabelece que as pressões causadas pela água nos pilares exerce um esforço na infraestrutura da ponte, que é expressado em função da geometria do pilar e da velocidade da água corrente Ações devidas à água Ainda conforme a NBR 7187 (ABNT, 2003), o efeito dinâmico das ondas e das águas em movimento deve ser determinado através de métodos baseados na hidrodinâmica. Segundo Pfeil (1983, p. 70), em rios que estão sujeitos à cheias torrenciais, as águas carregam troncos e galhos de árvores, entre outros objetos. Além dos objetos lançados pela própria natureza, existem aqueles que são depositados nos rios indevidamente, que se prendem nos pilares, aumentando a área de exposição e produzindo esforços superiores aos calculados conforme os critérios da norma. Ainda de acordo com Pfeil, os elementos estruturais mergulhados na água estão sujeitos ao empuxo hidrostático, que produz um esforço vertical para cima igual ao volume de água deslocado pela estrutura. As passagens inferiores em forma de quadros abertos ou fechados, quando situados abaixo do nível d água dos terrenos, sofrem também o efeito do empuxo d água, que produz esforços horizontais e verticais. A estrutura é então, em geral, dimensionada de maneira que seu peso próprio exceda o empuxo vertical em pelo menos 10%. A seção 11 da NBR 6118 (ABNT, 2014) estipula as considerações sobre as variações de temperatura, de acordo com as dimensões dos elementos de concreto.

30 Ações Excepcionais De acordo com a NBR 7188 (ABNT, 2013), as ações excepcionais (colisão) sobre os elementos estruturais e sobre a obra de forma global exigem verificações somente no estado-limite último e de estabilidade global, de forma isolada. Segundo Marchetti (2008, p. 76), as ações excepcionais são aquelas cuja ocorrência se dá em circunstâncias anormais. Compreendem os choques de objetos móveis, as explosões, os fenômenos naturais pouco frequentes, como ventos ou enchentes catastróficas e sismos, entre outros Cargas rodoviárias excepcionais Segundo Pfeil (1983, p. 53), as cargas rodoviárias excepcionais são constituídas por carretas de grandes dimensões, destinadas ao transporte de elementos muito pesados e de dimensões incomuns, como exemplo turbinas, geradores, tubos para gasodutos e outros objetos de dimensões impressionantes. Também devem ser verificados veículos especiais necessários para a execução das obras rodoviárias, como por exemplo caminhões especiais de grande capacidade de carga (100 a 200 toneladas de carga útil), denominados caminhões fora de estrada, representado na figura 8.

31 31 Figura 8 - Exemplo de caminhão "fora de estrada" Fonte: Pfeil (1983) Ainda conforme Pfeil, a passagem deste tipo de veículo sobre as pontes só deve ser autorizada pelos órgãos rodoviários fiscalizadores após análise crítica sobre as solicitações provocadas pelo mesmo, levando em consideração não apenas a resistência de projeto da obra, mas também o estado de conservação da mesma, com inspeção visual minuciosa, realizada por engenheiro especialista. Em alguns casos, deve-se efetuar observações ou medidas de precisão durante a passagem destas cargas. Conforme a NBR 7188 (ABNT, 2013), a critério do órgão com jurisdição sobre a rodovia, as obras a serem implementadas devem ser verificadas para o transporte de carga especial, segundo o anexo A, da referida norma. Para tal verificação, devese proceder para os estados limites últimos, considerando os coeficientes de majoração definidos na norma NBR 8681, referentes a carregamentos especiais e utilizando como veículo tipo o veículo do croqui conforme a figura 9:

32 32 Figura 9 - Distribuição das cargas estáticas - veículo especial Fonte: NBR 7188 (ABNT, 2013) Distribuição das cargas móveis Segundo Pfeil (1983, p. 105), denomina-se linha de influência de uma solicitação Sm, num ponto m, uma linha cujas ordenadas fornecem os valores de Sm para diversas posições de uma carga unitária. Conforme Araújo (1999, p. 30), as cargas móveis podem ocupar qualquer posição sobre o tabuleiro da ponte. Assim, para cada longarina, é necessário procurar a posição do carregamento mais desfavorável possível, para que seja provocada a solicitação máxima em cada uma das seções de cálculo. Ainda conforme Araújo, o trem-tipo, suposto constante ao longo da ponte, pode ocupar qualquer direção longitudinal. Para tanto, é necessário determinar as posições do trem-tipo que produzem valores extremos das solicitações. Para isso, empregamse as linhas de influência, que são diagramas que auxiliam a definir as posições mais desfavoráveis do trem-tipo e calcular as respectivas solicitações. Após a obtenção desses valores extremos de solicitações, em diversas seções de cálculo da viga, é possível definir as envoltórias com os valores das solicitações mais desfavoráveis da carga móvel.

33 33 Assim, o dimensionamento da longarina com os valores em situações extremas, a segurança fica garantida para qualquer posição da carga móvel, pois quaisquer outras posições do carregamento irão produzir solicitações menores Estados Limites De acordo com a NBR 6188 (ABNT, 2014), um carregamento é definido pela combinação das ações que tem probabilidades não desprezíveis de atuarem simultaneamente sobre a estrutura, durante um período preestabelecido. A combinação das ações deve ser feita de forma que possam ser determinados os efeitos mais desfavoráveis para a estrutura. A verificação da segurança em relação aos estados limites últimos (ELU) e aos estados limites de serviço (ELS) deve ser realizada em função de combinações últimas e combinações de serviço, respectivamente. Segundo a NBR 6118 (ABNT, 2014), o cálculo da combinação última das ações para o esgotamento da capacidade resistente de elementos estruturais de concreto armado deve obedecer à seguinte equação: Fd = γgfgk + γεgfεgk + γq(fq1k + Ψ0jFqjk) + γεq Ψ0εFεqk Sendo: Fd = valor de cálculo das ações para combinação última; Fgk = ações permanentes diretas; Fεk = ações indiretas permanentes (retração e temperatura); Fqk = ações variáveis diretas, na qual Fq1k é escolhida como principal; γg, γεg, γq, γεq = coeficientes de ponderação de combinações das ações Ψ0j, Ψ0ε = coeficientes de ponderação das ações. Conforme Marchetti (2008, p. 21), após a obtenção das combinações de esforços atuantes, é possível obter os diagramas de esforços normal, cortante, momento fletor e momento torsor, caso exista, e das reações de apoio.

34 34 3 MATERIAIS E MÉTODOS O objeto de estudo é uma ponte rodoviária de concreto armado, moldado in loco, com duas longarinas, constituída por 1 vão central de 15 metros e dois balanços de 5 metros em cada extremidade, totalizando um comprimento interno de 25 metros e externo, até a face externa dos encontros, de 26,80 metros. A seção transversal é estruturada por meio de duas vigas principais de altura constante e igual a 1,50 metros, e cota de altura menor nos apoios de 1,20 metros. A ligação entre as vigas é feita por uma laje central e transversinas de apoio e de vão. A ponte possui duas pistas de rolamento de 4,15 metros. O guarda-rodas, de concreto armado, tem 0,75 metros de largura e 0,20 metros de altura e apoia o guarda-corpos, também de concreto armado, ambos executados de acordo com as normas da época.

35 LOCALIZAÇÃO DA PONTE Para a compreensão da ponte de estudo, à seguir foi apresentada sua localização geral, uma sequência de fotos bem como uma projeção da estrutura da ponte, desenvolvida no software SketchUp Pro Visão geral do bairro Figura 10 - Localização da ponte no bairro Fonte: Google (2016), disponível em < s+-+pr/@ , ,442m/data=!3m1!1e3!4m5!3m4!1s0x94dcf9c886c848db:0x31a102bb64e34c58!8m2!3d !4d > A figura 10 apresenta uma visão geral do bairro, onde pode ser percebida a localização da ponte (em vermelho) e também pode ser observado o traçado do Rio Miringuava.

36 Localização da via no bairro Figura 11 - Localização da estrada no bairro Fonte: Google (2016), disponível em < s+-+pr/@ , ,300m/data=!3m1!1e3!4m5!3m4!1s0x94dcf9c886c848db:0x31a102bb64e34c58!8m2!3d !4d > Na figura 11, pode ser verificada a localização da via em que se localiza a ponte de estudo, no bairro.

37 Projeção da estrutura da ponte Figura 12 - Projeção bidimensional da estrutura da ponte de estudo Na figura 12, foi apresentada uma projeção bidimensional da estrutura, para detalhamento.

38 Visão geral da ponte de estudo Figura 13 Visão geral da ponte de estudo

39 Detalhes construtivos da ponte Figura 14 Detalhes construtivos Tipo de tráfego previsto Carga máxima por pneu, para eixo simples de roda simples = 30kN; Carga de um eixo padrão de roda simples = 60kN; Carga máximo por pneu, para eixo simples de roda dupla = 25kN; Carga de um eixo padrão de roda dupla = 200kN;

40 40 Carga máxima por pneu, para eixo tandem duplo = 21,25kN; Carga de um eixo padrão tandem duplo = 85kN (x2 = 170kN / Distância entre eixos = 1,36m); Carga máxima por pneu, para eixo tandem triplo = 21,25kN; Carga de um eixo padrão tandem triplo = 85kN (x3 = 255kN / Distância entre eixos = 1,36m); Pressão de Contato = 0,65Mpa; Repetições do ESRD de 100kN / ETD (dois ESRD s em conjunto) / ETT (tandem triplo) = até 1, para 10 anos. 3.2 DETERMINAÇÃO DA COTA DE MÁXIMA CHEIA E VÃO DE OBRA Foram obtidos dados de vazão da estação pluviométrica do Rio Miringuava / Cachoeira, disponível no sistema HidroWeb, à partir do site da Agencia Nacional de Águas (ANA), porém como já citado anteriormente, os dados encontrados à partir de 1998 estavam inconsistentes e por este motivo não foi possível determinar corretamente o vão de obra de projeto. Para este estudo, foi utilizada hipoteticamente a cota de 1,20 metros.

41 CARACTERÍSTICAS DA PONTE DE ESTUDO A figura 15 apresenta um croqui para a visualização das principais dimensões da ponte, com o detalhamento dos elementos constituintes da superestrutura. Figura 15 - Seção longitudinal [cm] Superestrutura da ponte A ponte foi construída em viga, possui duas longarinas e quatro transversinas, seu vão central tem 15 metros e dois balanços de 5 metros cada em ambas as extremidades, totalizando 25 metros. A seção transversal da ponte está detalhada na figura 16.

42 42 Figura 16 Seção transversal da ponte [cm] A pista possui drenos para o escoamento das águas pluviais, com diâmetros de 50 mm, espaçados a cada 4 metros, feitos de PVC, como prescrito na norma NBR Também pode se verificar na figura que a superestrutura possui guarda-corpo e guarda-rodas construídos em concreto armado. 3.4 CARACTERÍSTICAS DOS MATERIAIS Devido à indisponibilidade dos projetos da ponte de estudo não foram informados os materiais com características específicas da estrutura Concreto armado De acordo com a NBR 6118 (ABNT, 2014), se a massa específica real não for conhecida, para efeito de cálculo pode-se adotar: Peso específico = 25 kn/m³ Ainda segundo a NBR 6118 (ABNT, 2014), temos que: Módulo de elasticidade = 1,785 e +07 kn/m²; sendo αe = 1,0 Coeficiente de Poisson = 0,2

43 Aço De acordo com a NBR 6118 (ABNT, 2014), as características do aço são: Tipo: CA-50A Peso específico = 78,5 kn/m³ Módulo de elasticidade = 2,1 e +08 kn/m² Coeficiente de Poisson = 0,3 3.5 MÉTODO O procedimento adotado foi levantar a ponte existente, de concreto armado, em viga. A cota de elevação do gabarito foi calculada pela cota de máxima cheia e o levantamento será feito através de elevação por cilindros hidráulicos específicos para suportarem o peso da ponte durante a adequação da estrutura existente, que terá os pilares e os apoios para a superestrutura também alteados, não dimensionados neste estudo. O estudo para o alteamento da ponte foi realizado conforme as etapas indicadas abaixo: Determinação das cargas solicitantes; Análise da estrutura da ponte para determinar os esforços resistentes e solicitantes máximos; Análise da estrutura da ponte para determinar os esforços solicitantes devido a alteração na localização dos apoios para o alteamento da ponte; Determinação da metodologia executiva; 3.6 CARGAS SOLICITANTES Segundo a NBR 7188 (ABNT, 2013) Carga móvel em ponte rodoviária e passarela de pedestre procedimento (antiga NB6/1960), para obras em estradas vicinais municipais de uma faixa e obras particulares, a carga móvel rodoviária padrão

44 44 é no mínimo igual ao tipo TB-240. A ponte em estudo não se enquadra nos quesitos acima apresentados, portanto, neste estudo será considerado o trem-tipo TB Cálculo das cargas permanentes Para o cálculo do peso próprio foram considerados todos os elementos da ponte. Subdividimos a área complexa em figuras geométricas conhecidas, para que fosse facilitado o cálculo das áreas, conforme apresentado na figura 17. No cálculo da seção transversal, foram desconsiderados elementos como guarda-corpos e guardarodas, apesar de contribuírem para fornecer rigidez ao sistema, são destituídos de função estrutural para que o sistema esteja a favor da segurança. Figura 17 - Áreas de concreto para cálculo das cargas permanentes a) Cargas distribuídas Com o conhecimento das características geométricas da ponte podemos calcular o peso próprio da estrutura. Para cada viga calculamos as áreas de meia ponte, que é a parcela que corresponde a cada viga. Com isso, o dimensionamento encontrado será o mesmo para ambas. O guarda-corpo de concreto armado possui área de 0,613 m² para cada peça que constitui o guarda-corpo da ponte com 2,455 metros de extensão, obtendo uma área de seção transversal de 0,25 m². Para o guarda-rodas calculamos uma área na seção transversal de 0,17 m². O conjunto do guarda-corpo e guarda-rodas foi denominado neste trabalho de elementos complementares, com área de seção

45 45 transversal igual a 0,42 m² que, multiplicada pelo peso específico do concreto armado totaliza um carregamento de 10,50 kn/m. Cálculo das cargas distribuídas conforme as áreas de concreto: 8,125 kn/m² 43,50 kn/m² 11,25 kn/m² - peso próprio da laje: 0,25m x 1m x 25 kn/m 3 = 6,25 kn/m² - peso próprio das mísulas de vão: 0,40+0,25 x 1 m x 25 kn/m 3 = 8,125 kn/m² 2 - peso próprio das mísulas de balanço: 0,40+0,25 x 1 m x 25 kn/m 3 = 2 - peso próprio das transversinas: 0,20m x 1,5m x 1 m x 25 kn/m 3 = 7,5 kn/m² - peso próprio dos encontros: 1,20m x 1,45 m x 1 m x 25 kn/m³ = - peso próprio das longarinas: 0,30m x 1,50 m x 1 m x 25 kn/m 3 = Cálculo das ações De acordo com a NBR 7187 (ABNT,2003) é necessário também considerar para o cálculo dos esforços solicitantes, um coeficiente de impacto. Tal coeficiente se faz necessário, pois não é usual a realização de análises dinâmicas que considerem o impacto de cargas móveis em pontes. Portando, o que a norma sugere é que para cálculos estáticos se multiplique o coeficiente de ponderação das cargas variáveis por um coeficiente de impacto, dado pela equação: φ = 1,4 0,007.l 1 Onde l é o comprimento de cada vão teórico do elemento carregado, o valor do coeficiente de impacto será: - vão central: φ = 1,4 (0, ) = 1,295 - balanços: φ = 1,4 (0, ) = 1,33

46 46 Conforme a NBR 7187, utiliza-se o maior valor entre os dois encontrados, então temos que φ = 1,33. Portanto, as ações serão consideradas conforme a seguinte equação: Fd = 1,4Fgk + (1,4 x 1,33) Fq1k Fd = 1,4Fgk + 1,862 Fq1k Todos os coeficientes aqui utilizados foram pesquisados na norma NBR 6118 (ABNT, 2014). 3.7 DISTRIBUIÇÃO DAS CARGAS A análise da estrutura consiste na verificação da longarina, onde serão apoiados os cilindros hidráulicos. Para encontrar os esforços nesta viga, inicialmente foram calculados os esforços solicitantes para cada transversina, com base nas seguintes considerações: - O peso próprio da laje suportada pela transversina, proporcional a área de influência, obtida a partir das bissetrizes entre o elemento transversal e as vigas principais; - Consideraram-se as transversinas como vigas biapoiadas sobre as vigas longitudinais (longarinas) pois não foram avaliados os efeitos de torção; - Peso próprio da laje suportada pela longarina Seções de cálculo Para as verificações e comparações dos esforços resistentes e solicitantes, foram divididos os elementos transversais e longitudinais em seções de cálculo. As figuras 18 e 19 apresentam as seções que foram distribuídas para o cálculo dos esforços nos elementos transversais.

47 47 Figura 18 - Seção de cálculo para os encontros [cm] Figura 19 - Seção de cálculo para as transversinas [cm] Para os elementos longitudinais, o vão foi dividido em 10 seções e nos balanços foi feita uma seção no meio de cada vão. Assim, a figura 20 apresenta as seções de cálculo definidas. Figura 20 - Seções de cálculo das longarinas [cm]

48 Áreas de influência das lajes nos elementos transversais A figura 21 apresenta a distribuição das áreas de influência de cada elemento transversal, de acordo com sua distribuição no tabuleiro, conforme estabelece a NBR 6188 (ABNT, 2014). Figura 21 - Áreas de influência nos elementos transversais [cm] Carga uniformemente distribuída ao longo dos elementos transversais Para determinar as áreas de influência foi utilizado o diagrama do item e os resultados estão apresentados na tabela 1. As áreas foram obtidas através do software AutoCad. Tabela 1 - Áreas de influência para as transversinas ELEMENTO ÁREA DE INFLUÊNCIA LAJE (m²) MÍSULA (m²) E1 = E2 2,63 x 2 = 5,26 (2,01 x 2) + (1,53 x 2) = 7,08 T1 = T4 (2,63 x 2) + (2,17 x 2) = 9,60 2,01 x 4 = 8,04 T2 = T3 2,17 x 4 = 8,68 2,01 x 4 = 8,04 Nas áreas de influência dos encontros, o peso próprio do guarda-corpos e guarda-rodas compreendido nesta área, resulta em uma carga de 18,375 kn em cada lado.

49 49 Para determinar as cargas distribuídas em cada elemento transversal, foram utilizadas as áreas de influência calculadas, pelo peso próprio de cada elemento, calculado no item 3.6.1, dividido pelo comprimento do vão e somado o peso próprio do elemento. As cargas de cada elemento transversal são apresentadas na tabela 2. Tabela 2 - Cargas distribuídas nas transversinas ELEMENTO CARGA DISTRIBUÍDA AO LONGO DO ELEMENTO g (kn/m) E1 = E2 [((5,26 x 6,25) + (5,78 x 8,125))/10] + 43,5 = 51,48 T1 = T4 [((9,60 x 6,25) + (8,04 x 8,125))/6,1] + 7,5 = 28,04 T2 = T3 [((8,68 x 6,25) + (8,04 x 8,125))/6,1] + 7,5 = 27,10 As transversinas de apoio por não ter ligação com o tabuleiro da ponte, são consideradas como cargas pontuais do seu peso próprio aplicadas na viga principal, conforme a seguinte equação: Ta1 = Ta2 = 1,30m x 0,20m x 6,10m x 25 kn/m 3 = 39,65 kn Cada longarina recebe a carga de meia seção transversal das transversinas de apoio, então a carga pontual de cada transversina de apoio aplicada na longarina é de 19,825 kn. Após a realização dos cálculos das cargas distribuídas nos elementos transversais da ponte, foram aplicadas estas cargas em cada elemento transversal no software FTOOL e foram obtidas as reações de apoio das longarinas, os diagramas de momentos fletores e esforços cortantes em cada transversina.

50 50 As figuras 22, 23 e 24 apresentam respectivamente os carregamentos de g e diagramas de momentos fletores e esforços cortantes das transversinas T1 e T4. Figura 22 - Carregamento das transversinas T1 e T4 Figura 23 - Diagrama de momento fletor em kn.m para as transversinas T1 e T4 Figura 24 - Diagrama de esforços cortantes em kn para as transversinas T1 e T4

51 51 As figuras 25, 26 e 27 apresentam respectivamente os carregamentos de g, diagramas de esforços cortantes e momentos fletores das transversinas T2 e T3. Figura 25 - Carregamento das transversinas T2 e T3 Figura 26 - Diagrama de momento fletor em kn.m para as transversinas T2 e T3 Figura 27 - Diagrama de esforços cortantes em kn para as transversinas T2 e T3

52 52 Após analisar os esforços em cada seção através do software ftool, foram obtidos os valores para cada seção de cálculo previamente definida, apresentados na tabela 3. Tabela 3 - Esforços solicitantes em cada transversina TRANSVERSINA (g) kn/m T1 = T4 g=28,04 kn/m T2 = T3 g=27,10 kn/m SEÇÃO M (kn.m) V (kn) ,00 97, ,421 97, ,00 94, ,049 94,537 0,00 85,522 42, ,761-85,522 82,655 41, ,327-82,655 REAÇÃO DE APOIO (kn) 85,522 82, Áreas de influência da laje nas vigas longitudinais A figura 28 apresenta a distribuição das áreas de influência de cada viga principal, conforme estabelece a NBR 6188 (ABNT, 2014). Figura 28 - Áreas de influência nas longarinas [cm]

53 Carga uniformemente distribuída ao longo das longarinas Para determinar as cargas distribuídas em cada longarina, foram utilizadas as áreas de influência calculadas, multiplicada pela espessura do tabuleiro e pelo peso específico do concreto armado, em seguida foi dividido o resultado pelo comprimento de cada trecho da longarina entre o eixo de cada transversina e em seguida foi somado o peso próprio dos guarda-corpos e guarda-rodas. As cargas de cada vão das longarinas são apresentadas na tabela 4. Carga g1 = g5 g2 = g4 g3 ( 0,80x0,25x25 5,70 ( 0,02x0,25x25 4,20 ( 0,12x0,25x25 4,60 Tabela 4 - Cargas distribuídas nas longarinas Cálculo Carga Distribuída (kn/m) ) + ( 7,31x0,325x25 ) + ( 8,44x0,325x25 ) + 10,50 = 5,70 5,7 33,83 ) + ( 4,38x0,325x0,25 ) + ( 7,35x0,325x25 ) + 10,50 = 4,20 4,20 33,22 ) + ( 5,15x0,325x25 ) + ( 8,05x0,325x25 ) + 10,50 = 33,78 4,60 4,60 Além das cargas distribuídas, a carga dos encontros também deve ser considerada, pois contribui contra efeito de arrancamento da estrutura e consequentemente estes esforços serão transmitidos às longarinas, conforme: Encontros = (43,5 kn/m x 10 m)/2 = 217,50 kn Após a determinação dos esforços em cada longarina, que são transmitidos à infraestrutura da ponte, carregamos a viga principal no software ftool com estes resultados e todas as demais cargas permanentes, assim foi obtido o diagrama com os esforços permanentes da estrutura. A figura 29 apresenta a seção longitudinal da ponte, com seus respectivos carregamentos. Figura 29 - Cargas permanentes

54 54 As figuras 30 e 31 apresentam os diagramas de momentos fletores e esforços cortantes, respectivamente. Figura 30 - Diagrama de momentos fletores em kn.m para o peso próprio da estrutura Figura 31 - Diagrama de cortantes em kn para o peso próprio da estrutura À partir das figuras 30 e 31, que apresentam os esforços devido ao peso próprio da estrutura, retiramos os seguintes valores: Momento máximo positivo: 623,60 kn.m Momento máximo negativo: -831,60 kn.m Cortante máxima positiva: 416,30 kn Cortante máxima negativa: -416,30 kn

55 Representação dos esforços nas seções Após a definição dos diagramas de esforços máximos, conseguimos obter os diagramas de momentos fletores e esforços cortantes para as seções de cálculo, conforme as figuras 32 e 33: Figura 32 - Diagrama de momentos fletores em kn.m nas seções Figura 33 - Diagrama de esforços cortantes em kn nas seções

56 56 Os resultados das solicitações devidas ao peso próprio da estrutura são apresentados na tabela 5, obtidos à partir dos diagramas das figuras 32 e 33. Tabela 5 - Esforços em cada seção de cálculo (peso próprio) Mg (kn.m) Vg (kn) Apoio 0-97,40 S1/2bal -322,40-176,90 S0esq -258,40-831,60 S0dir 416,30 S1-286,40 283,30 S2 101,10 233,40 S3 413,90 183,60 S4 585,60 50,70 S5esq S5dir 623,60 0 S6 585,60-50,70 S7 413,90-183,60 S8 101,10-233,40 S9-286,40-283,30 S10esq -416,30-831,60 S10dir 258,40 S1/2bal -322,40 176,90 Apoio 0 97, CÁLCULO DO TREM-TIPO Foi adotado neste estudo o trem-tipo segundo a norma NBR 7188:2013, da classe TB-450, no qual o veículo tipo possui 450 kn de peso total e uma carga uniformemente distribuída na pista de 5 kn/m². 3.9 CÁLCULO DAS SOLICITAÇÕES DA CARGA MÓVEL Empregando as definições das linhas de influência, que são diagramas que permitem definir as posições mais desfavoráveis do trem-tipo e calcular as respectivas solicitações. Com esses valores, calculados em diversas seções da viga, foi possível traçar as envoltórias de solicitações da carga móvel. Como esses valores são determinados para as piores situações da viga, sabemos que em qualquer outra

57 57 posição os esforços encontrados serão menores. Assim as longarinas são dimensionadas com base nesses valores garantindo a segurança. Para o carregamento nas linhas de influência adotamos um trem-tipo simplificado, no qual carregamos a área do veículo-tipo (3,00m x 6,00m) com a carga de multidão (5 x φ kn/m², sendo φ o coeficiente de impacto). Figura 34 - Linha de influência para o cálculo do trem-tipo Para descobrir os valores dos pontos x1, x2 e x3 representados na linha de influência mostrada na figura 34, utilizamos o método de semelhança de triângulos. Para os cálculos dos esforços seccionais de carga móvel (Mq e Vq) nos décimos de vão carregamos as linhas de influência de momentos fletores e de esforços cortantes com o trem-tipo calculado. As cargas concentradas são posicionadas sobre os pontos mais desfavoráveis das linhas de influência. Com a determinação da posição da carga móvel mais desfavorável para a estrutura, de acordo com a linha de influência, aplicamos o carregamento do trem-tipo no meio do vão, apresentado na figura 35. Os valores das cargas de multidão interna e externa do trem-tipo foram obtidos de acordo com as áreas de influência, considerando como carga pontual na longarina o esforço referente ao trem-tipo transmitido para cada transversina e a carga

58 58 distribuída transmitida diretamente à longarina pela área de influência, com as seguintes expressões: p = (5 kn/m 2. 49,08 m 2 ) / 19 m = 12,92 kn/m p = (5 kn/m 2. 10,80 m²) / 6m = 9 kn/m Figura 35 Carregamentos característicos (PP + Carga móvel) Após a determinação dos carregamentos característicos para o cenário mais desfavorável na estrutura, foi possível efetuar a combinação dos esforços de cálculo e obter a envoltória dos esforços: Fd1 = 1,4 x 33,83 + 1,832 x 12,92 = 71,03 kn/m Fd2 = 1,4 x 33,22 + 1,832 x 12,92 = 70,18 kn/m Fd3 = 1,4 x 33,78 + 1,832 x 12,92 = 70,96 kn/m A figura 36 apresenta a seção longitudinal da ponte com a aplicação de todas as cargas permanentes combinadas com as cargas móveis, representando a situação real de trabalho da estrutura.

59 59 Figura 36 - Carregamentos de cálculo Após a determinação dos diagramas com o carregamento do peso próprio da estrutura e do trem-tipo, foi possível traçar os diagramas de momentos fletores e esforços cortantes de cálculo, conforme apresentado nas figuras 37 e 38. Figura 37 - Diagrama de momentos de cálculo em kn.m

60 60 Figura 38 - Diagrama de cortantes em kn de cálculo Com estes diagramas, determinamos as envoltórias de esforços de cálculo, conforme a tabela 6. Tabela 6 - Envoltória de combinações SEÇÃO (M) ESFORÇO P.P. (kn) CENÁRIO 1 4,70 V + (kn) 416,30 897,10 19,70 V (kn) -416,30-897,10 4,70 M (kn. m) 831, ,50 12,20 M + (kn. m) 623, ,30

61 61 4 METODOLOGIA EXECUTIVA Após a verificação da possibilidade de executar a elevação do tabuleiro da ponte, foi determinada a metodologia para a execução do procedimento, com a utilização de cilindros hidráulicos, apoiados sobre estacas mega, de concreto. 4.1 CILINDROS HIDRÁULICOS A função básica de um cilindro hidráulico é transformar potência ou energia hidráulica em força, potência ou energia mecânica. O cilindro hidráulico, também conhecido como motor hidráulico linear ou macaco hidráulico, integra diferentes equipamentos. O óleo é o fluído hidráulico que é pressurizado (recebe pressão) por um conjunto bomba-motor elétrico. Em outros termos, o tubo fica fixado e a haste se desloca para fora e para dentro, conforme acionada pelo comando. O cilindro hidráulico também é definido como um atuador mecânico utilizado para aplicar uma força através de um percurso linear. Para funcionar, o cilindro hidráulico precisa de energia de um fluído hidráulico pressurizado, que é normalmente um tipo de óleo. Resumidamente, quem faz o trabalho é o cilindro e um pistão móvel conectado a uma haste. O cilindro de contenção está fechado pelos dois extremos, em um está o fundo e no outro se introduz o pistão, que tem uma perfuração por onde sai a haste. Assim, a pressão hidráulica atua no pistão para produzir o movimento linear. Durante o funcionamento do cilindro hidráulico a força que ele exerce é constante do começo até o final do percurso. A velocidade depende do caudal de fluído e da superfície do êmbolo, além disso, o cilindro hidráulico pode realizar forças de tração e/ou compressão Levantamento sincronizado Para obter movimentos de alta precisão de objetos pesados, é necessário controlar e sincronizar os movimentos dos múltiplos pontos de levantamento. O controle por PLC (como exemplo mostrado na figura 39), usa as respostas dos múltiplos sensores para controlar a elevação, a descida e o posicionamento de

62 62 qualquer carga grande, pesada ou estrutura complexa, independentemente da distribuição de peso. Figura 39 - Sistema de levantamento sincronizado Fonte: ENERPAC, disponível em: < acessado em 05/11/2016> às 02:44m. Com a variação do fluxo de óleo em cada cilindro, o sistema mantém um controle de posição muito exato. Ao eliminar a intervenção manual, o levantamento sincronizado ajuda a manter a integridade estrutural e aumenta a produtividade e a segurança do levantamento. Os sistemas de levantamento sincronizado controlados por PLC reduzem o risco de arqueamento, de torção ou inclinação, em decorrência de distribuição desigual de peso ou de movimentação da carga entre pontos de elevação.

63 ESTACAS MEGA Segundo Alonso (1979, p. 114), estas estacas (ilustradas na figura 40) são constituídas de elementos justapostos (de concreto armado, protendido ou de aço) ligados uns aos outros por emenda especial e cravados sucessivamente por meio de cilindros hidráulicos. Estes buscarão reação ou sobre a estrutura existente ou na estrutura que esteja sendo construída ou em cargueiras especialmente construídas para tanto (cravação estática). A solidarização da estaca com a estrutura é feita sob tensão: executa-se um bloco sobre a extremidade da estaca; com o macaco hidráulico comprime-se a estaca calçando a estaca sob a estrutura; retira-se o macaco e concreta-se o conjunto. Figura 40 - Exemplo de estacas mega Fonte: Alonso (1979)

64 LOCAÇÃO DOS CILINDRO HIDRÁULICOS Inicialmente foram realizadas diversas tentativas, através do software ftool, carregando a viga principal com todas as cargas permanentes da estrutura, com o objetivo de determinar a melhor distribuição dos cilindros hidráulicos e utilizar o menor número possível destes equipamentos, sem causar danos à estrutura. Para a determinação dos locais adequados para a instalação, foram comparados os diagramas de esforços resistentes e esforços solicitantes, nas respectivas seções. As figuras 41, 42 e 43, como exemplo, apresentam hipóteses de instalação dos cilindros onde os momentos solicitantes foram maiores que os momentos resistentes, ou seja, os cilindros não poderão ser instalados nestes locais, pois a solicitação será maior que a resistência e a estrutura será rompida. A título de informação, os apoios apresentados nas três hipóteses à seguir são os cilindros hidráulicos. Figura 41 Disposição dos cilindros (hipótese 1)

65 65 Figura 42 - Diagrama de momentos fletores em kn (hipótese 1) Na figura 42 pode-se observar os momentos solicitantes superiores aos momentos resistentes de cálculo, não sendo possível utilizar os cilindros hidráulicos com esta disposição, pois os esforços solicitantes em determinadas seções são superiores aos resistentes. Em seguida foi verificada a hipótese 2, com a seguinte disposição dos cilindros hidráulicos, de acordo com a figura 43, com o respectivo diagrama de momentos na figura 44: Figura 43 Disposição dos cilindros (hipótese 2)

66 66 Figura 44 - Diagrama de momentos fletores em kn (hipótese 2) Na hipótese 2, foi verificado que esta disposição também não permite a execução do alteamento, pois os esforços solicitantes em determinadas seções são superiores aos resistentes. Na hipótese 3, os cilindros hidráulicos foram dispostos da maneira representada na figura 45: Figura 45 - Disposição dos cilindros (hipótese 3)

67 67 Figura 46 - Diagrama de momentos fletores em kn.m (hipótese 3) A figura 46 apresenta o diagrama de momentos fletores em função da elevação do tabuleiro conforme a disposição dos cilindros apresentada na figura 45, pelos apoios. Este diagrama apresenta as seções de cálculo previamente definidas neste estudo. Após a análise deste diagrama, com a comparação dos esforços solicitantes indicados na figura 46 e os esforços resistentes apresentados no item 3.9, foi determinado que esta é a disposição adequada para os apoios temporários para a elevação da superestrutura, de maneira a garantir sua integridade para os apoios indicados, durante o processo de elevação, onde os esforços solicitantes serão menores que os esforços resistentes.

68 68 A tabela 7 apresenta os esforços solicitantes para a elevação e os esforços resistentes da estrutura. Tabela 7 - Esforços resistentes e solicitantes SEÇÃO ESFORÇOS (kn. m) RESISTENTES SOLICITANTES Apoio 0 0 S1/2bal 556, ,30 S , ,00 S1 562, ,70 S2-193,207-94,10 S3-791, ,80 S , ,50 S , ,50 S , ,50 S7-791, ,80 S8-193,207-94,10 S9 562, ,70 S , ,00 S1/2bal 556, ,30 Apoio 0 0 De acordo com a tabela de esforços resistentes calculados e os esforços solicitantes em função do alteamento, conforme a disposição dos apoios provisórios, podemos afirmar que esta locação dos cilindros hidráulicos é adequada e será adotada na metodologia executiva. 4.4 APOIOS PROVISÓRIOS Os apoios para os cilindros hidráulicos durante a elevação do tabuleiro da ponte serão executados com a utilização de estacas mega de concreto. As estacas deverão ser locadas conforme a disposição dos cilindros apresentada na figura 47 e a planta de locação da figura 48. As estacas deverão ser cravadas com a utilização dos mesmos cilindros hidráulicos que serão utilizados na elevação do tabuleiro.

69 69 Figura 47 - Localização dos cilindros hidráulicos Neste estudo foi analisada somente a locação das estacas e a capacidade de suporte da estrutura da ponte. O dimensionamento das estacas deverá ser feito antes da execução da elevação, após a execução de sondagens no solo. A figura 48 apresenta a planta de locação dos cilindros hidráulicos para o alteamento da superestrutura da ponte. Figura 48 - Planta de locação dos cilindros hidráulicos

70 CAPACIDADE DOS CILINDROS HIDRÁULICOS Os cilindros hidráulicos devem ter capacidade para suportar as cargas verticais conforme a tabela 8, ou seja, as reações de apoio da estrutura, apresentadas no diagrama de momentos fletores da figura 46. Tabela 8 - Carga por cilindro CILINDRO CARGA (kn) , , , ,60 O equipamento deverá permitir a sincronização de sua operação por meio de um sistema de controle do conjunto, para minimizar os efeitos de torção. 4.6 DETALHAMENTO DE SERVIÇOS Serão estabelecidos os procedimentos necessários para a execução do alteamento da ponte de estudo, de acordo com a metodologia adotada. Para seguir os critérios desta metodologia, a obra de alteamento deverá ser iniciada na primeira semana do mês de agosto, por ser o mês com menores índices de precipitação e por consequência, menores cotas de nível de água nos rios. Este critério foi extraído do arquivo de cotas da estação Cachoeira do Rio Miringuava, disponível no sistema HidroWeb, acessado em 14/11/2016, disponível no site da Agência Nacional de Águas. Antes do início dos serviços, deverá ser executada sondagem SPT (Standard Penetration Test), para o dimensionamento das estacas mega, bem como deverão ser dimensionados e executados os elementos de apoio que serão utilizados após o alteamento do tabuleiro, para complementar os apoios devido à alteração da altura. Estes itens não integram este estudo, apenas serão ilustrados na metodologia em questão.

71 71 Os passos para execução dos apoios provisórios serão representados apenas em uma das extremidades da estrutura, e devem ser replicados para as outras três extremidades. A tabela 9 apresenta a relação de equipamentos necessários para a execução desta metodologia. Tabela 9 - Relação de equipamentos DESCRIÇÃO QTDE Escavadeira hidráulica 01 Retroescavadeira 01 Caminhão caçamba truck 01 Cilindros hidráulicos 08 Roçadeira à gasolina 01 Motosserra à gasolina 01 Ferramentas manuais Diversas Conjunto de andaimes 02 À seguir serão descritos os passos para execução da metodologia executiva adotada para a elevação da ponte.

72 72 Passo 1: Serviços iniciais e escavações Providenciar o desvio do trânsito do local; Implantar sinalização de trânsito de acordo com as normas vigentes; Mobilizar todos os equipamentos necessários para executar os serviços; Mobilizar todos os materiais necessários para executar os serviços; Executar roçada, limpeza e destocamento nas quatro extremidades da ponte; Remover as defensas existentes; Escavar mecanicamente utilizando a escavadeira e com o auxílio do caminhão, os taludes nas extremidades do tabuleiro da ponte para facilitar o acesso dos operários e formar uma plataforma de serviços, para estoque dos materiais e ferramentas que serão utilizadas durante a execução dos apoios provisórios, conforme mostra a figura 49. O material escavado, caso seja reutilizável, deverá ser depositado em terreno de empréstimo, próximo do local e o restante do material deverá ser destinado a um bota-fora adequado. As inclinações dos taludes deverão ser determinadas de acordo com o solo encontrado, pois não existem sondagens do local; Executar o escoramento do solo, da parede do corte (figura 49), abaixo do encontro até o talude de acesso; Escavar mecanicamente, à partir de cada encontro, horizontalmente no sentido da via; Figura 49 Escavações mecânicas

73 73 Passo 2: Escavação do encontro Remover o escoramento na região do encontro para permitir a escavação manual. Escavar manualmente, abaixo do encontro, conforme mostra a figura 50, para a colocação do apoio temporário. Observar a planta de locação dos apoios temporários da figura 48, com as respectivas cotas. Retirar o restante do escoramento. Escavar mecanicamente o restante do solo, até o talude de acesso. Executar novamente o escoramento do solo no nível abaixo do encontro. Utilizar a retroescavadeira para executar a limpeza dos materiais que possam interferir no acesso aos locais de trabalho. Figura 50 - Escavação próxima aos encontros

74 74 Passo 3: Estaqueamento Com o auxílio da escavadeira hidráulica transportar a quantidade de estacas mega necessárias para a execução dos apoios temporários, até a respectiva plataforma de serviços. Transportar os conjuntos de andaimes até a plataforma de serviços. Executar a cravação das estacas abaixo do encontro, conforme a planta de locação das estacas, com a utilização de um cilindro hidráulico e calços, até se atingir a profundidade de nega. Montar os conjuntos de andaimes o mais próximo possível do pilar, de maneira a não sobrepor o local onde serão cravadas as estacas. Executar a cravação das estacas do cilindro locado próximo ao pilar. O acesso ao local da cravação será feito por água, por este motivo, esta metodologia deve ser executada no período especificado anteriormente. Observar a planta de locação dos cilindros e respectivas cotas. Repetir estes passos para as outras extremidades da ponte. A figura 51 apresenta a instalação dos cilindros hidráulicos. Figura 51 - Cravação das estacas e instalação dos cilindros

75 75 A figura 52 representa o modelo de instalação dos cilindros hidráulicos. Figura 52 - Seção transversal dos apoios temporários [cm]

76 76 Passo 4: Elevação do tabuleiro A cota de elevação necessária, para fins deste estudo, foi hipoteticamente determinada em 1,20 metros à partir da cota atual do tabuleiro, porém para possibilitar a instalação dos apoios complementares aos pilares, deverá ser procedida a elevação até a cota de 1,50 metros e após a execução deste procedimento, o tabuleiro será rebaixado para a cota calculada. Deverá ser instalado um sistema de controle topográfico e é de suma importância uma observação cuidadosa com as transformações que ocorram no tabuleiro durante a execução deste procedimento. Os cilindros hidráulicos deverão ser controlados por um sistema de levantamento sincronizado e, adicionando-se módulos de estaca mega até ser atingida a cota desejada. Durante todo este procedimento, devem ser retiradas do tabuleiro todas as cargas não pertencentes à estrutura. Devido à movimentação vertical, devem ser evitadas torções na estrutura, pois se um dos cilindros perder a capacidade portante durante o procedimento, a estrutura tende a ceder no ponto em que o cilindro falhou e, como consequência, causar fissuras ou até mesmo, em casos extremos, o colapso da estrutura. Na figura 53 podem ser verificados os detalhes das escavações, estaqueamento, colocação dos cilindros hidráulicos e a posição final da superestrutura da ponte, após o alteamento. Figura 53 - Detalhamento do alteamento

77 77 Passo 5: Instalação dos aparelhos de apoio dos pilares Em função do alteamento, existe a necessidade de corrigir a altura dos pilares da mesoestrutura da ponte (figura 54). Com esta finalidade, deverão ser instalados aparelhos de apoio complementares sobre os pilares, para estabilizar novamente a superestrutura após a retirada dos cilindros hidráulicos. Como já foi dito anteriormente, estes elementos não serão dimensionados neste estudo. À seguir, será descrito o procedimento para instalação destes elementos. Transportar o conjunto de andaimes até a plataforma de trabalho. Montar a estrutura de andaimes o mais próximo possível do pilar. Com o auxílio da retroescavadeira, transportar os elementos complementares dos pilares até as plataformas de trabalho. Posicionar a escavadeira hidráulica sobre a plataforma de trabalho e com o auxílio de um cabo de aço, transportar o elemento até local de instalação. Manualmente ou com o auxílio de ferramentas e equipamentos, caso seja necessário, posicionar o elemento corretamente sobre o pilar, retirar o cabo de aço e efetuar as devidas ligações, caso sejam necessárias. Retirar a estrutura de andaimes. Figura 54 - Ponte com os novos aparelhos de apoio

78 78 Passo 6: Remoção dos cilindros hidráulicos do vão Após a elevação do tabuleiro e a devida instalação dos aparelhos de apoio complementares nos pilares, a superestrutura deve ser levada até a cota de cálculo de alteamento e os cilindros hidráulicos sobre as estacas mega próximas dos pilares devem ser removidos, de acordo com as recomendações estabelecidas no passo 4. Passo 7: Instalação dos aparelhos de apoio dos encontros Escavar abaixo do encontro até a cota de meia pista, para a instalação de um cilindro. Instalar os cilindros hidráulicos, conforme a figura 55 até atingir a estabilização do encontro. Remover os cilindros das extremidades dos encontros e instalar a cunha na extremidade da estaca mega. Com o auxílio da retroescavadeira e cabos de aço ou cintas com capacidade para suportar a respectiva carga, instalar o novo elemento de apoio na extremidade do encontro. Após a instalação do elemento, retirar os cilindros hidráulicos do vão do encontro e instalar o elemento de apoio definitivo. Figura 55 - Instalação dos cilindros nos encontros

79 79 Passo 8: Aterros Executar a recomposição de todo o solo escavado, nos encontros das lajes de transição, no pavimento e nas plataformas de trabalho. Deve ser utilizado solo estabilizado e a compactação das camadas deve obedecer rigorosamente as normas vigentes. Passo 9: Pós-alteamento Concluídas as etapas do alteamento, deverá ser feita uma análise visual, estrutural e topográfica da estrutura para se detectar possíveis recalques ou abalos que possam comprometer a estrutura. A figura 56 apresenta a representação da estrutura após o alteamento, contemplando todos os itens descritos nesta metodologia executiva. Figura 56 - Alteamento concluído