PONTES - Engenharia Civil · PDF filetipo. De acordo com a NBR 7188 (Carga Móvel em...

PONTESProf. Esp. Márcio Matos

Ações

• Ações

• Linha de Influência

• Ações Permanentes

• Ações Variáveis

• Ações Excepcionais

Ações nas Pontes

• Conforme a NBR 8681:2003 (Ações e Segurança nas Estruturas -Procedimento), ações são as causas que provocam o aparecimento deesforços ou deformações nas estruturas; as ações são classificadassegundo a sua variabilidade no tempo em três categorias:

Permanentes – G

Variáveis – Q

Excepcionais – E

AÇÕES PERMANENTES

São aquelas cuja variação no tempo é desprezível em relação ao tempomédio de vida da estrutura, ou seja; são ações cujas intensidades podem serconsideradas 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, dosdormentes, 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 doconcreto, variações de temperatura e deslocamentos de apoios.

PESO PRÓPRIO DOS ELEMENTOS

PONTES METÁLICAS OU DE MADEIRA: O maior número de peças tornaconveniente a avaliação prévia da carga proveniente do peso própriodos elementos estruturais por meio de fórmulas empíricas que variamde acordo com as características da obra.

PONTES EM CONCRETO: Esboça-se um ante projeto da ponte fixando asdimensões com base na observação de estruturas anteriormenteprojetadas; a seguir, calcula-se a carga permanente a partir do volumede cada peça. A carga permanente assim obtida não deve apresentardiscrepância maior que 5% em relação ao peso próprio resultante dodimensionamento definitivo.

Peso específico do concreto = 25 kN/m³

PAVIMENTAÇÃO, LASTRO, TRILHOS

PAVIMENTAÇÃO: Deve ser adotado para o peso específico do materialempregado o valor mínimo de 24 kN/m³; para fins de cálculo da cargarelativa à pavimentação, normalmente considera-se uma camada deasfalto com espessura média igual a 7cm.

LASTRO FERROVIÁRIO: Deve ser adotado para o peso específico domaterial empregado o valor de 18 kN/m³. Deve ser suposto que o lastroatinja o nível superior dos dormentes e preencha completamente oespaço limitado pelos guardalastros, até o seu bordo superior, mesmose na seção transversal do projeto assim não for indicado.

TRILHOS: Na ausência de indicações precisas, a carga referente aosdormentes, trilhos e acessórios deve ser considerada, no mínimo, iguala 8 kN/m por via.

EMPUXO DE TERRA E ÁGUA

TERRA: O empuxo de terra nas estruturas é determinado de acordocom os princípios da mecânica dos solos, em função da sua natureza(ativo, passivo ou de repouso), das características do terreno, assimcomo das inclinações dos taludes e dos paramentos. Comosimplificação, pode ser suposto que o solo não tenha coesão e que nãohaja atrito entre o terreno e a estrutura. O peso específico do soloúmido deve ser considerado, no mínimo, igual a 18 kN/m³ e o ângulode atrito interno, no máximo igual a 30°. A atuação do empuxo passivosó pode ser levada em conta quando sua ocorrência puder sergarantida ao longo de toda a vida útil da obra.

EMPUXO DE TERRA E ÁGUA

ÁGUA: O empuxo d’água e a subpressão devem ser consideradas nassituações mais desfavoráveis para as verificações dos estados limites,sendo dada especial atenção ao estudo dos níveis máximo e mínimodos cursos d’água e do lençol freático.

FORÇAS DE PROTENSÃO

O cálculo da protensão necessária é realizado considerando os estadoslimites de serviço relativos a fissuração da estrutura. Em casos especiaispode-se determinar a protensão em função da deformabilidade damesma, assim como ocorre nas pontes estaiadas

DEFORMAÇÕES IMPOSTAS

RETRAÇÃO (NBR6118:2014)

A deformação específica de retração do concreto pode ser calculadaconforme indicado no Anexo A.

Na grande maioria dos casos, permite-se que a retração seja calculadasimplificadamente através da Tabela 8.2, por interpolação. Essa Tabelafornece o valor característico superior da deformação específica deretração entre os instantes t0 e t∞, εcs (t∞,t0), em algumas situaçõesusuais (ver Seção 8).


FLUÊNCIA (NBR 6118:2014)

As deformações decorrentes da fluência do concreto podem sercalculadas conforme indicado no Anexo A.


VARIAÇÕES TÉRMICAS: Se as deformações produzidas pelas variaçõestérmicas forem impedidas, aparecerão esforços adicionais nasestruturas da pontes. É o caso das pontes com estrutura principalhiperestática, nas quais as diversas partes constituintes devem serprojetadas para resistirem aos acréscimos de tensões. Nas pontes comestrutura principal isostática essas deformações de origem térmicasdevem ser levadas em conta no projeto dos aparelhos de apoio.Segundo a NBR 7187, deve ser considerada uma variação uniforme detemperatura de ± 15 ºC.


DESLOCAMENTOS DE APOIOS: As fundações das pontes são em geraldimensionadas 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 ocorrênciade deslocamentos que induzam a efeitos apreciáveis na estrutura, asdeformações impostas decorrentes deverão ser levadas emconsideração no projeto.

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.

CARGAS MÓVEIS – antiga NBR 7188

CARGA MÓVEL: Sistema de cargas representativo dos valores característicosdos carregamentos provenientes do tráfego a que a estrutura está sujeita emserviço. A carga em ponte rodoviária é também referida pelo termo trem-tipo. De acordo com a NBR 7188 (Carga Móvel em Ponte Rodoviária ePassarela de Pedestre), o carregamento será feito por cargas concentradas ecargas uniformemente distribuídas para três classes de pontes, as quais sãodenominadas pelos pesos, em toneladas, dos veículos de cálculo:

CLASSE 45: A base do sistema é um veículo-tipo de 45tf (450kN) de pesototal;

CLASSE 30: A base do sistema é um veículo-tipo de 30 f (300kN) de pesototal;

CLASSE 12: A base do sistema é um veículo-tipo de 12tf (120kN) de pesototal.


Trem Tipo

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 coeficientesde majoração.

• CIV: Coeficiente de Impacto Vertical: amplifica a ação da carga estáticasimulando o efeito dinâmico da carga em movimento e a suspensão dosveículos automotores. O CIV não simula e/ou elimina a necessidade deanálise dinâmica nas estruturas sensíveis e/ou de baixa rigidez, em especialestruturas de aço e estruturas estaiadas.


• Conceitos

• CNF: Coeficiente do Numero de Faixas: Corrige distorções estatísticas.

• CIA: Coeficiente de Impacto Adicional: Consiste em coeficientedestinado à majoração da carga móvel característica devido àimperfeição e/ou descontinuidade da pista de rolamento, no casojuntas de dilatação e nas extremidades das obras, estruturas detransição e acessos.

• TB: Define o Trem tipo rodoviário Brasileiro.


• A carga “P”, em kN, é a carga vertical estática concentrada aplicada nonível do pavimento, com valor característico e sem qualquermajoração. A carga “p”, em kN/m², é a carga vertical estáticauniformemente distribuída aplicada no nível do pavimento, com valorcaracterístico 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 dopavimento, iguais aos valores característicos majorados pelosCoeficientes de Impacto Vertical (CIV), do Numero de Faixas (CNF) ede Impacto Adicional (CIA) abaixo definidos.

Q=P*CIV*CNF*CIA q= p* CIV*CNF*CIA


• As ações para pontes, galerias e viadutos rodoviários são definidas apartir da carga abaixo descrita. Define as cargas estáticas, suadisposição e intensidade, para verificações e dimensionamento dosdiversos elementos estruturais, assim como para verificações globais.

• A carga móvel rodoviária padrão TB-450 é definida por um veículotipo de 450kN com 6 rodas P = 75kN, 3 eixos de carga afastados entresi de 1,5m. com área de ocupação de 18,0m², circundado por umacarga uniformemente distribuída constante p = 5kN/m², conformefigura 5.1.1.


• A carga móvel assume posição qualquer em toda a pista rodoviária com as rodasna posição mais desfavorável, inclusive acostamento e faixas de segurança. Acarga distribuída deve ser aplicada na posição mais desfavorável,independentemente das faixas rodoviárias. Admite-se a distribuição espacial dacarga concentrada no elemento estrutural a partir da sua superfície de contatonum ângulo de 45º.

• Para obras em anel rodoviário e obras com distância inferior a 100km emrodovias de acesso a terminais portuários, as cargas móveis característicasdefinidas acima devem ser majoradas de 10%, a critério da autoridadecompetente

• Para obras em estradas vicinais municipais de uma faixa e obras particulares, acritério da autoridade competente, a carga móvel rodoviária é no mínimo igual aotipo TB-240, que é definida por um veículo tipo de 240kN com 6 rodas P = 40kN, 3eixos 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


• Cargas verticais nos passeios

• Nos passeios para pedestres das pontes e viadutos adotar carga verticaluniformemente distribuída de 3kN/m² na posição mais desfavorávelconcomitante com a carga móvel rodoviária, para verificações edimensionamentos dos diversos elementos estruturais assim como paraverificações globais.

• As ações sobre os elementos estruturais dos passeios não são majoradaspelos Coeficientes de Impacto Vertical (CIV), Coeficiente do Numero deFaixas (CNF) e Coeficiente de Impacto Adicional(CIA).

• Todos os passeios de pontes e viadutos deverão ser protegidos porbarreiras rígidas


• Coeficiente de Impacto Vertical

• As cargas moveis verticais características definidas no modelo acimadevem ser majoradas para o dimensionamento de todos oselementos estruturais pelo Coeficiente de Impacto Vertical “CIV”,obtendo-se os valores “Q” e “q” para dimensionamento doselementos 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


• onde: Liv: vão em metros para o calculo de CIV, conforme o tipo deestrutura, 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 realizadoestudo específico para a consideração da amplificação dinâmica edefinição do Coeficiente de Impacto Vertical.


• Coeficiente de Número de Faixas

• As cargas móveis verticais características definidas devem ser ajustadaspelo Coeficiente do Número de Faixas do tabuleiro “CNF”, conforme abaixodescrito:

• CNF=1-0,05*(n-2) >0,9

• Na qual: n: número (inteiro) de faixas de tráfego rodoviário a seremcarregadas sobre um tabuleiro transversalmente contínuo. Acostamentos efaixas de segurança não são faixas de tráfego da rodovia.

• Este coeficiente não se aplica para o dimensionamento de elementosestruturais transversais ao sentido do tráfego (lajes, transversinas, etc.).


• Coeficiente de Impacto Adicional

• Os esforços das cargas móveis verticais devem ser majorados naregião das juntas estruturais e extremidades da obra. Todas as seçõesdos 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 móveismajorados pelo Coeficiente de Impacto Adicional, abaixo definido.

• CIA = 1,25 para obras em concreto ou mistas.

• CIA = 1,15 para obras em aço.


• 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 dosveículos aplicados sobre o tabuleiro, na posição mais desfavorável econcomitante 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.


• Força Centrífuga

• As cargas horizontais provenientes da força centrífuga nas obras em curvahorizontal, aplicadas no nível da pista de rolamento, são um percentual dacarga vertical do veículo tipo aplicado sobre o tabuleiro, na posição maisdesfavorável, 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


• Impacto em Barreiras

• O elemento deve ser dimensionado para uma carga horizontalperpendicular à direção do tráfego de 100kN e carga verticalconcomitante de 100kN.

• A ação é aplicada em um comprimento de 50cm., no topo doelemento, admitindo-se distribuição espacial a 45°.


• 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.


• 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-secarregamentos repartidos e alternados nos diversos vãos da estrutura, comvalor de p = 3kN/m², sem considerar o coeficiente de impacto vertical. Estevalor se aplica em toda a estrutura para a verificação global, edimensionamento dos diversos elementos estruturais.

• Quando o acesso à estrutura da garagem tiver uma altura ou largura livretransversal superior a 2,50m e inferior a 3,5m, a estrutura e os diversoselementos que a compõem devem ser verificados para a passagemeventual isolada do veiculo utilitário leve sobre 4 pneus com peso total de80kN.


• Quando o acesso à estrutura da garagem tiver uma altura ou largura livretransversal superior a 3,5m, a estrutura e os diversos elementos que acompõem devem ser projetados adotando-se uma carga verticaluniformemente distribuída aplicada sobre o pavimento, na posição maisdesfavorável, admitindo-se carregamentos repartidos e alternados nosdiversos vãos da estrutura com valor de p = 4kN/m² sem a consideração decoeficiente de impacto vertical. Os diversos elementos estruturais tambémdevem ser verificados para a passagem eventual isolada do veiculo TB-240sem 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 e50kN perpendicular ao tráfego, não concomitantes entre si, aplicadas auma altura de 1,0m do pavimento.

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.

TREM TIPO LONGITUDINAL

• ANÁLISE DA DISTRIBUIÇÃO DA CARGA ACIDENTAL SEGUNDOA TRANSVERSAL


• 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


• Assim é possível após obter a LI, carrega-la com o trem tiponormativo para obter um conjunto de ações que denominado TTL(Trem Tipo Longitudinal)


• Carregamento do conjunto de ações Máximas 40 para V2


• Resultando TIPO LONGITUDINAL MÁXIMO do trem tipo longitudinalmáximo de V2

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