PONTES. Prof. Esp. Márcio Matos

Transcrição

1 PONTES Prof. Esp. Márcio Matos

2 Ações Linha de Influência Ações Permanentes Ações Variáveis Ações Excepcionais Ações

3 Ações nas Pontes Conforme a NBR 8681:2003 (Ações e Segurança nas Estruturas - Procedimento), ações são as causas que provocam o aparecimento de esforços ou deformações nas estruturas; as ações são classificadas segundo a sua variabilidade no tempo em três categorias: Permanentes G Variáveis Q Excepcionais E

4 AÇÕES PERMANENTES São aquelas cuja variação no tempo é desprezível em relação ao tempo médio de vida da estrutura, ou seja; são ações cujas intensidades podem ser consideradas como constantes ao longo da vida útil da construção. Compreendem entre outras: a) Cargas provenientes do peso próprio dos elementos estruturais; b) Cargas provenientes do peso da pavimentação, dos trilhos, dos dormentes, dos lastros, dos revestimentos, das barreiras, dos guarda-rodas, dos guarda-corpos; c) Os empuxos de terra e de líquidos; d) As forças de protensão; e) As deformações impostas, isto é, as provocadas por fluência e retração do concreto, variações de temperatura e deslocamentos de apoios.

5 PESO PRÓPRIO DOS ELEMENTOS PONTES METÁLICAS OU DE MADEIRA: O maior número de peças torna conveniente a avaliação prévia da carga proveniente do peso próprio dos elementos estruturais por meio de fórmulas empíricas que variam de acordo com as características da obra. PONTES EM CONCRETO: Esboça-se um ante projeto da ponte fixando as dimensões com base na observação de estruturas anteriormente projetadas; a seguir, calcula-se a carga permanente a partir do volume de cada peça. A carga permanente assim obtida não deve apresentar discrepância maior que 5% em relação ao peso próprio resultante do dimensionamento definitivo. Peso específico do concreto = 25 kn/m³

6 PAVIMENTAÇÃO, LASTRO, TRILHOS PAVIMENTAÇÃO: Deve ser adotado para o peso específico do material empregado o valor mínimo de 24 kn/m³; para fins de cálculo da carga relativa à pavimentação, normalmente considera-se uma camada de asfalto com espessura média igual a 7cm. LASTRO FERROVIÁRIO: Deve ser adotado para o peso específico do material empregado o valor de 18 kn/m³. Deve ser suposto que o lastro atinja o nível superior dos dormentes e preencha completamente o espaço limitado pelos guardalastros, até o seu bordo superior, mesmo se na seção transversal do projeto assim não for indicado. TRILHOS: Na ausência de indicações precisas, a carga referente aos dormentes, trilhos e acessórios deve ser considerada, no mínimo, igual a 8 kn/m por via.

7 EMPUXO DE TERRA E ÁGUA TERRA: O empuxo de terra nas estruturas é determinado de acordo com os princípios da mecânica dos solos, em função da sua natureza (ativo, passivo ou de repouso), das características do terreno, assim como das inclinações dos taludes e dos paramentos. Como simplificação, pode ser suposto que o solo não tenha coesão e que não haja atrito entre o terreno e a estrutura. O peso específico do solo úmido deve ser considerado, no mínimo, igual a 18 kn/m³ e o ângulo de atrito interno, no máximo igual a 30. A atuação do empuxo passivo só pode ser levada em conta quando sua ocorrência puder ser garantida ao longo de toda a vida útil da obra.

8 EMPUXO DE TERRA E ÁGUA ÁGUA: O empuxo d água e a subpressão devem ser consideradas nas situações mais desfavoráveis para as verificações dos estados limites, sendo dada especial atenção ao estudo dos níveis máximo e mínimo dos cursos d água e do lençol freático.

9 FORÇAS DE PROTENSÃO O cálculo da protensão necessária é realizado considerando os estados limites de serviço relativos a fissuração da estrutura. Em casos especiais pode-se determinar a protensão em função da deformabilidade da mesma, assim como ocorre nas pontes estaiadas

10 DEFORMAÇÕES IMPOSTAS RETRAÇÃO (NBR6118:2014) A deformação específica de retração do concreto pode ser calculada conforme indicado no Anexo A. Na grande maioria dos casos, permite-se que a retração seja calculada simplificadamente através da Tabela 8.2, por interpolação. Essa Tabela fornece o valor característico superior da deformação específica de retração entre os instantes t0 e t, εcs (t,t0), em algumas situações usuais (ver Seção 8).

11 DEFORMAÇÕES IMPOSTAS FLUÊNCIA (NBR 6118:2014) As deformações decorrentes da fluência do concreto podem ser calculadas conforme indicado no Anexo A.

12 DEFORMAÇÕES IMPOSTAS VARIAÇÕES TÉRMICAS: Se as deformações produzidas pelas variações térmicas forem impedidas, aparecerão esforços adicionais nas estruturas da pontes. É o caso das pontes com estrutura principal hiperestática, nas quais as diversas partes constituintes devem ser projetadas para resistirem aos acréscimos de tensões. Nas pontes com estrutura principal isostática essas deformações de origem térmicas devem ser levadas em conta no projeto dos aparelhos de apoio. Segundo a NBR 7187, deve ser considerada uma variação uniforme de temperatura de ± 15 ºC.

13 DEFORMAÇÕES IMPOSTAS DESLOCAMENTOS DE APOIOS: As fundações das pontes são em geral dimensionadas para apresentarem recalques diferenciais pequenos, que produzem nas estruturas efeitos de pequena importância. Porém, 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 deverão ser levadas em consideração no projeto.

14 AÇÕES VARIÁVEIS São ações de caráter transitório e compreendem entre outras: a) As cargas móveis; b) As cargas de construção; c) As cargas de vento; d) O empuxo de terra provocado por cargas móveis; e) O efeito dinâmico do movimento das águas.

15 CARGAS MÓVEIS antiga NBR 7188 CARGA MÓVEL: Sistema de cargas representativo dos valores característicos dos carregamentos provenientes do tráfego a que a estrutura está sujeita em serviço. A carga em ponte rodoviária é também referida pelo termo tremtipo. De acordo com a NBR 7188 (Carga Móvel em Ponte Rodoviária e Passarela de Pedestre), o carregamento será feito por cargas concentradas e cargas uniformemente distribuídas para três classes de pontes, as quais são denominadas pelos pesos, em toneladas, dos veículos de cálculo: CLASSE 45: A base do sistema é um veículo-tipo de 45tf (450kN) de peso total; CLASSE 30: A base do sistema é um veículo-tipo de 30 f (300kN) de peso total; CLASSE 12: A base do sistema é um veículo-tipo de 12tf (120kN) de peso total.

16 Trem Tipo CARGAS MÓVEIS antiga NBR 7188

17 CARGAS MÓVEIS antiga NBR 7188

18 CARGAS MÓVEIS nova NBR 7188 Conceitos p: Valor estático da carga móvel uniformemente distribuída. q: Valor estático p acrescido de todos os coeficientes de majoração. P: Valor estático de uma roda do veículo. Q: Valor estático de uma roda do veículo acrescido de todos os coeficientes de majoração. CIV: Coeficiente de Impacto Vertical: amplifica a ação da carga estática simulando o efeito dinâmico da carga em movimento e a suspensão dos veículos automotores. O CIV não simula e/ou elimina a necessidade de análise dinâmica nas estruturas sensíveis e/ou de baixa rigidez, em especial estruturas de aço e estruturas estaiadas.

19 Conceitos CARGAS MÓVEIS nova NBR 7188 CNF: Coeficiente do Numero de Faixas: Corrige distorções estatísticas. CIA: Coeficiente de Impacto Adicional: Consiste em coeficiente destinado à majoração da carga móvel característica devido à imperfeição e/ou descontinuidade da pista de rolamento, no caso juntas de dilatação e nas extremidades das obras, estruturas de transição e acessos. TB: Define o Trem tipo rodoviário Brasileiro.

20 CARGAS MÓVEIS nova NBR 7188 A carga P, em kn, é a carga vertical estática concentrada aplicada no nível do pavimento, com valor característico e sem qualquer majoração. A carga p, em kn/m², é a carga vertical estática uniformemente distribuída aplicada no nível do pavimento, com valor característico e sem qualquer majoração. A carga concentrada Q, em kn, e a carga distribuída q, em kn/m², são os valores da carga vertical móvel aplicados no nível do pavimento, iguais aos valores característicos majorados pelos Coeficientes de Impacto Vertical (CIV), do Numero de Faixas (CNF) e de Impacto Adicional (CIA) abaixo definidos. Q=P*CIV*CNF*CIA q= p* CIV*CNF*CIA

21 CARGAS MÓVEIS nova NBR 7188 As ações para pontes, galerias e viadutos rodoviários são definidas a partir da carga abaixo descrita. Define as cargas estáticas, sua disposição e intensidade, para verificações e dimensionamento dos diversos elementos estruturais, assim como para verificações globais. A carga móvel rodoviária padrão TB-450 é definida por um veículo tipo de 450kN com 6 rodas P = 75kN, 3 eixos de carga afastados entre si de 1,5m. com área de ocupação de 18,0m², circundado por uma carga uniformemente distribuída constante p = 5kN/m², conforme figura

22 CARGAS MÓVEIS nova NBR 7188

23 CARGAS MÓVEIS nova NBR 7188 A carga móvel assume posição qualquer em toda a pista rodoviária com as rodas na posição mais desfavorável, inclusive acostamento e faixas de segurança. A carga distribuída deve ser aplicada na posição mais desfavorável, independentemente das faixas rodoviárias. Admite-se a distribuição espacial da carga concentrada no elemento estrutural a partir da sua superfície de contato numângulo de 45º. Para obras em anel rodoviário e obras com distância inferior a 100km em rodovias de acesso a terminais portuários, as cargas móveis características definidas acima devem ser majoradas de 10%, a critério da autoridade competente Para obras em estradas vicinais municipais de uma faixa e obras particulares, a critério da autoridade competente, a carga móvel rodoviária é no mínimo igual ao tipo TB-240, que é definida por um veículo tipo de 240kN com 6 rodas P = 40kN, 3 eixos de carga afastados entre si de 1,5m. com área de ocupação de 18,0m², circundado por uma carga uniformemente distribuída constante p = 4,0kN/m²

24 CARGAS MÓVEIS nova NBR 7188 Cargas verticais nos passeios Nos passeios para pedestres das pontes e viadutos adotar carga vertical uniformemente distribuída de 3kN/m² 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 estruturais dos passeios não são majoradas pelos Coeficientes de Impacto Vertical (CIV), Coeficiente do Numero de Faixas (CNF) e Coeficiente de Impacto Adicional(CIA). Todos os passeios de pontes e viadutos deverão ser protegidos por barreiras rígidas

25 Coeficiente de Impacto Vertical CARGAS MÓVEIS nova NBR 7188 As cargas moveis verticais características definidas no modelo acima devem ser majoradas para o dimensionamento de todos os elementos estruturais pelo Coeficiente de Impacto Vertical CIV, obtendo-se os valores Q e q para dimensionamento dos elementos estruturais. CIV=1,35 para estruturas com vão menor do que 10,0m. CIV = 1+1,06 * ( 20 ) para estruturas com vão entre 10,0 e 200,0m. Liv+50

26 CARGAS MÓVEIS nova NBR 7188 onde: Liv: vão em metros para o calculo de CIV, conforme o tipo de estrutura, sendo: Liv=L para estruturas de vão isostático. Liv: media aritmética dos vãos nos casos de vãos contínuos. Liv: comprimento do próprio balanço para estruturas em balanço. L: vão em metros. Para estruturas com vãos acima de 200,0m, deverá ser realizado estudo específico para a consideração da amplificação dinâmica e definição do Coeficiente de Impacto Vertical.

27 Coeficiente de Número de Faixas CARGAS MÓVEIS nova NBR 7188 As cargas móveis verticais características definidas devem ser ajustadas pelo Coeficiente do Número de Faixas do tabuleiro CNF, conforme abaixo descrito: CNF=1-0,05*(n-2) >0,9 Na qual: n: número (inteiro) 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. Este coeficiente não se aplica para o dimensionamento de elementos estruturais transversais ao sentido do tráfego (lajes, transversinas, etc.).

28 Coeficiente de Impacto Adicional CARGAS MÓVEIS nova NBR 7188 Os esforços das cargas móveis verticais 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 5,0m para cada lado da junta ou descontinuidade estrutural, devem ser dimensionadas com os esforços das cargas móveis majorados pelo Coeficiente de Impacto Adicional, abaixo definido. CIA = 1,25 para obras em concreto ou mistas. CIA = 1,15 para obras em aço.

29 CARGAS MÓVEIS nova NBR 7188 Ações Horizontais Frenagem e Aceleração As cargas horizontais devido à frenagem e/ou aceleração, aplicados no nível do pavimento, são um percentual da carga vertical característica dos veículos aplicados sobre o tabuleiro, na posição mais desfavorável e concomitante com a respectiva carga vertical. Hf=0,25*B*L*CNF, em [kn] Na qual: Hf 135kN B: largura efetiva [m] da carga distribuída de 5kN/m2. L: comprimento concomitante [m] da carga distribuída.

30 CARGAS MÓVEIS nova NBR 7188 Força Centrífuga As cargas horizontais provenientes da força centrífuga nas obras em curva horizontal, aplicadas no nível da pista de rolamento, são um percentual da carga vertical do veículo tipo aplicado sobre o tabuleiro, na posição mais desfavorável, concomitante com a respectiva carga vertical. Hfc=2,4 * P em kn, para curva com raio R<200m. Hfc = 480 * P em kn, para curva com raio 200<R<1.500m. R Hfc = zero para raios superiores a 1.500m. Na qual: R: raio da curva horizontal no eixo da obra, em metros

31 Impacto em Barreiras CARGAS MÓVEIS nova NBR 7188 O elemento deve ser dimensionado para uma carga horizontal perpendicular à direção do tráfego de 100kN e carga vertical concomitante de 100kN. A ação é aplicada em um comprimento de 50cm., no topo do elemento, admitindo-se distribuição espacial a 45.

33 CARGAS MÓVEIS nova NBR 7188 Ações em Passarelas Cargas verticais A carga vertical a ser adotada é uma carga uniformemente distribuída, aplicada sobre o pavimento entre os guarda-corpos, na posição mais desfavorável, sem consideração de coeficiente de impacto vertical: p = 5,0 kn/m² Carga horizontal excepcional Como medida mitigadora de eventuais impactos, deverá ser considerada uma carga horizontal pontual de 100kN aplicada no ponto mais desfavorável da estrutura da passarela no sentido do tráfego sob a passarela. Todas as ligações da superestrutura e respectivos pilares de passarelas devem ser verificados para esta ação excepcional.

34 CARGAS MÓVEIS nova NBR 7188 Ações em Estruturas para Garagem Cargas Verticais A carga vertical a ser adotada é uma carga uniformemente distribuída, aplicada sobre o pavimento, na posição mais desfavorável, admitindo-se carregamentos repartidos e alternados nos diversos vãos da estrutura, com valor de p = 3kN/m², sem considerar o coeficiente de impacto vertical. Este valor se aplica em toda a estrutura para a verificação global, e dimensionamento dos diversos elementos estruturais. Quando o acesso à estrutura da garagem tiver uma altura ou largura livre transversal superior a 2,50m e inferior a 3,5m, a estrutura e os diversos elementos que a compõem devem ser verificados para a passagem eventual isolada do veiculo utilitário leve sobre 4 pneus com peso total de 80kN.

36 CARGAS MÓVEIS nova NBR 7188 Quando o acesso à estrutura da garagem tiver uma altura ou largura livre transversal superior a 3,5m, a estrutura e os diversos elementos que a compõem devem ser projetados adotando-se uma carga vertical uniformemente distribuída aplicada sobre o pavimento, na posição mais desfavorável, admitindo-se carregamentos repartidos e alternados nos diversos vãos da estrutura com valor de p = 4kN/m² sem a consideração de coeficiente de impacto vertical. Os diversos elementos estruturais também devem ser verificados para a passagem eventual isolada do veiculo TB-240 sem a consideração do coeficiente de impacto vertical. Colisão em pilares de garagem Os pilares existentes junto à circulação de veículos, devem ser verificados para uma carga horizontal de colisão de 100kN na direção do tráfego e 50kN perpendicular ao tráfego, não concomitantes entre si, aplicadas a uma altura de 1,0m do pavimento.

38 AÇÕES EXCEPCIONAIS São aquelas cuja ocorrência se dá em circunstâncias anormais. Compreendem os choques de objetos móveis, as explosões, os fenômenos naturais pouco freqüentes como ventos ou enchentes catastróficas e sismos, entre outros.

41 TREM TIPO LONGITUDINAL ANÁLISE DA DISTRIBUIÇÃO DA CARGA ACIDENTAL SEGUNDOA TRANSVERSAL

42 TREM TIPO LONGITUDINAL O ESFORÇO SOLICITANTE NA VIGA DEPENDE DA POSIÇÃO DA CARGA P (acidental) EM PLANTA (x,y). A SOLUÇÃO É ENCONTRADA ANALISANDO SEPARADAMENTE O PROBLEMA INICIALMENTE ESTUDA-SE QUAL É A PIOR SITUÇÃO, OU SEJA, EM QUAL POSICIONAMENTO DA SEÇÃO TRANSVERSAL P PROVOCARÁ O MAIOR ESFORÇO NA VIGA (POR EXEMPLO) V1

43 TREM TIPO LONGITUDINAL Assim é possível após obter a LI, carrega-la com o trem tipo normativo para obter um conjunto de ações que denominado TTL (Trem Tipo Longitudinal)

49 TREM TIPO LONGITUDINAL Carregamento do conjunto de ações Máximas 40 para V2

50 TREM TIPO LONGITUDINAL Resultando TIPO LONGITUDINAL MÁXIMO do trem tipo longitudinal máximo de V2