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Pontes Aula 04 – Elementos de projeto e solicitações em pontes Turma: Engenharia Civil (? sem. – Noite) Prof. Me. André Oliveira Queiroz Pontes • Dados necessários para o projeto: • Elementos geométricos • Rampas: são tipos de elementos geométricos, definidas de acordo com as características de cada classe de via. • A principal limitação ao emprego das rampas suaves é o fator econômico, ou seja, quanto mais desfavorável topograficamente for a região, maior será o seu custo de construção. Pontes • Dados necessários para o projeto: • Elementos geométricos • Rampas: Estabelecendo-se as rampas máximas, busca-se atingir um equilíbrio entre o custo da construção e o tráfego de veículos pela via (desempenho), principalmente em relação ao seu consumo e desgaste, bem como ao tempo de viagem. Pontes • Dados necessários para o projeto: • Elementos geométricos • Rampas: Pontes • Dados necessários para o projeto: • Elementos geométricos • Largura da pista: - Em geral são recomendados valores entre 3,00 m e 3,60 m para pistas pavimentadas. Pontes • Dados necessários para o projeto: • Elementos geométricos • Superlargura: É dimensionada para os trechos em curva, pois nesses pontos, como os veículos são rígidos e não podem acompanhar a curvatura da estrada, é necessário aumentar a largura da pista para que se mantenha a distância mínima entre veículos que existia no trecho. Pontes • Dados necessários para o projeto: • Elementos geométricos • Superlargura: Além disso, o motorista tem maior dificuldade para avaliar distâncias transversais em curva, o que resulta na necessidade de aumento das distâncias de segurança. Pontes • Dados necessários para o projeto: • Elementos geométricos • Superlargura: - Nesses trechos curvos, as pistas são dimensionadas com superlarguras e superelevações (inclinações transversais) apropriadas, permitindo que o motorista desenvolva a velocidade diretriz da estrada. Pontes • Solicitações em pontes • A construção de pontes considera diversos fatores, como peso próprio, empuxos de terra, tráfego de pessoas e veículos, além de possíveis colisões com os elementos da estrutura. • Projetar a estrutura de uma ponte consiste em dimensionar seus elementos estruturais de modo que seja resistente durante a sua vida útil prevista. Pontes • Solicitações em pontes • Para que isso ocorra, é importante considerar a qualidade, a durabilidade e a segurança das estruturas. • As pontes de concreto devem ser projetadas de acordo com os requisitos estabelecidos pela: • ABNT NBR 7187/2003: Projeto de pontes de concreto armado e de concreto protendido: procedimento. • ABNT NBR 6118/2014: Projeto de estruturas de concreto: procedimento. Pontes • Solicitações em pontes • ABNT NBR 8681/2003: Ações e segurança nas estruturas - Procedimento • ABNT NBR 7188/2013: Carga móvel em ponte rodoviária e de pedestres • ABNT NBR 6122/2010: Projeto e execução de fundações Pontes • Solicitações em pontes • Para analisar o sistema estrutural de uma ponte, devem ser consideradas todas as ações que sobre ela possam causar efeitos significativos em relação aos estados- limites últimos e de serviço. • Uma ponte pode estar sujeita a diversas ações e cargas durante sua vida útil, que podem ser divididas em permanentes, variáveis e acidentais. Pontes • Solicitações em pontes • Cargas permanentes: apresentam intensidade constante ao longo da vida útil da construção. Fazem parte desse grupo: • Peso próprio dos elementos estruturais; • Peso da pavimentação, dormentes, lastros, revestimentos, barreiras, guarda-rodas e dispositivos de sinalização; • Empuxos de terra e de líquidos; • Entre outros. Pontes • Solicitações em pontes • Cargas variáveis: apresentam intensidade com variação significativa ao longo da vida útil da estrutura e de caráter transitório. Fazem parte desse grupo: • Veículos; • Equipamentos de construção; • Carga de vento; • Frenagem de veículos; • Variações de temperatura, entre outros. Pontes • Solicitações em pontes • Cargas acidentais: ocorrem em circunstâncias anormais, têm duração extremamente curta e baixa probabilidade de ocorrência durante a vida útil da construção. • Exemplos: Choques de veículos, incêndios, explosões, fenômenos naturais, como ventos ou enchentes, fenômenos catastróficos, terremotos, etc. Pontes • Solicitações em pontes • Cargas permanentes: • Peso próprio: O peso pode ser determinado em função do peso específico do material constituinte da estrutura e da sua espessura. 𝑃𝑝𝑟ó𝑝𝑟𝑖𝑜 = 𝛾. ℎ 𝑘𝑁 𝑚2 • Onde: 𝑃𝑝𝑟ó𝑝𝑟𝑖𝑜 é carga permanente do peso próprio do elemento (kN/m²); 𝛾 é o peso específico do material (kN/m³) e ℎ é a espessura do elemento (m). Pontes • Solicitações em pontes • Cargas permanentes: • Peso próprio: O peso também pode ser calculado considerando a área ou o volume. 𝑃𝑝𝑟ó𝑝𝑟𝑖𝑜 = 𝛾. 𝐴 𝑘𝑁 𝑚 𝑜𝑢 𝑃𝑝𝑟ó𝑝𝑟𝑖𝑜 = 𝛾. 𝑉 (𝑘𝑁) Pontes • Solicitações em pontes • Cargas permanentes: • Peso próprio: Os valores normatizados para o peso específico dos materiais utilizados em uma ponte são: Material Peso específico (kN/m³) Concreto armado e protendido 25 Concreto simples 24 Aço estrutural 78,5 Pavimentação 24 Pontes • Solicitações em pontes • Cargas permanentes: • Peso próprio: • Obs: Além de se considerar o peso, conforme a tabela anterior, a NBR 7187 recomenda o acréscimo, referente à pavimentação, de uma carga de 2 kN/m² no peso próprio, como forma de prever cargas adicionais em função da execução de recapeamentos. Pontes • Solicitações em pontes • Exercício 1: Calcule o peso próprio de uma viga longarina de concreto armado. Dados: • Comprimento da viga (L): 20 metros • Largura da viga (b): 0,3 metros • Altura da viga (h): 0,5 metros • Peso específico do concreto: 25 kN/m³ Pontes • Solicitações em pontes • Exercício 1: Calcule o peso próprio de uma viga longarina de concreto armado. - Passo 1: Volume 𝑉 = 𝑏 𝑥 ℎ 𝑥 𝐿 = 0,3 𝑥 0,5 𝑥 20 = 3 𝑚³ - Passo 2: Peso próprio 𝑃𝑝𝑟ó𝑝𝑟𝑖𝑜 = 𝛾. 𝑉 = 25 x 3 = 75 kN Pontes • Solicitações em pontes • Exercício 2: Calcule o peso próprio de uma laje do tabuleiro de uma ponte de concreto armado. Considere a laje maciça. Dados: • Comprimento (L): 40 metros • Largura (b): 8,6 metros • Espessura (h): 0,35 metros • Peso específico do concreto: 25 kN/m³ Pontes • Solicitações em pontes • Exercício 2: Calcule o peso próprio de uma laje do tabuleiro de uma ponte de concreto armado. Considere a laje maciça. - Passo 1: Volume 𝑉 = 𝑏 𝑥 ℎ 𝑥 𝐿 = 0,35 𝑥 8,6 𝑥 40 = 119 𝑚³ - Passo 2: Peso próprio 𝑃𝑝𝑟ó𝑝𝑟𝑖𝑜 = 𝛾. 𝑉 = 25 x 119 = 2975 kN Pontes • Solicitações em pontes • Exercício 3: Determine a carga permanente do tabuleiro de uma ponte de concreto armado com espessura de 15 cm e espessura de camada de pavimentação igual a 5 cm. Pontes • Solicitações em pontes • Exercício 3: Determine a carga permanente do tabuleiro de uma ponte de concreto armado com espessura de 15 cm e espessura de camada de pavimentação igual a 5 cm. - Passo 1: Tabuleiro 𝑃𝑝𝑟ó𝑝𝑟𝑖𝑜 = 𝛾. ℎ = 25 . 0,15 = 3,75 kN/m² - Passo 2: Pavimentação 𝑃𝑝𝑟ó𝑝𝑟𝑖𝑜 = 𝛾. ℎ = 25 . 0,05 = 1,25 kN/m² Pontes • Solicitações em pontes • Exercício 3: Determine a carga permanente do tabuleiro de uma ponte de concreto armado com espessura de 15 cm e espessura de camada de pavimentação igual a 5 cm. - Passo 3: Acréscimo de carga 𝑃𝑝𝑟ó𝑝𝑟𝑖𝑜 = 2 kN/m² - Passo 4: Peso total 𝑃𝑝𝑟ó𝑝𝑟𝑖𝑜 = 3,75 + 1,25 + 2 = 7 kN/m² Pontes • Solicitações em pontes • Cargas variáveis: Em função da dificuldade de obter carregamentos de veículos reais no dimensionamento de pontes, foram criadas as cargas móveis. • Estas são constituídas por meio de um sistema de cargas representativo das ações às quais a estrutura fica submetida quando em serviço. Pontes • Solicitações em pontes • Cargas variáveis: Isso significa que é utilizadoum carregamento fictício, a fim de reproduzir as solicitações provocadas pelo tráfego a que a pontes estarão submetidas. • A NBR 7188 classifica as cargas móveis por veículos-tipo, que são os veículos-padrões utilizados para definir os carregamentos nas solicitações na estrutura da ponte. Pontes • Solicitações em pontes • Veículo-tipo: - O veículo-tipo adotado pela norma tem dimensões de 6 m de comprimento por 3 m de largura, com espaçamento entre eixos de 1,50 m. Pontes • Solicitações em pontes • Veículo-tipo: - A NBR 7188 considera duas classes de cargas móveis: a carga móvel rodoviária padrão TB-450 e a carga móvel rodoviária padrão TB-240. Pontes • Solicitações em pontes • Veículo-tipo: - Carga móvel TB-450: é definida por um veículo-tipo de 450 kN, com seis rodas. - A carga estática pontual (P) é igual a 75 kN. Pontes • Solicitações em pontes • Veículo-tipo: - Carga móvel TB-450: Possui três eixos de carga afastados entre si em 1,5 m, com área de ocupação de 18,0 m². - Possui uma carga de multidão (p) que circunda o veículo e tem valor de 5 kN/m². Pontes • Solicitações em pontes • Veículo-tipo: - Carga móvel TB-240: é definida por um veículo tipo de 240 kN, com seis rodas, P = 40 kN, com três eixos de carga afastados entre si em 1,5 m, com área de ocupação de 18,0 m². Pontes • Solicitações em pontes • Veículo-tipo: - Carga móvel TB-240: Este carregamento menor é utilizado para o caso de estradas vicinais municipais de uma faixa e obras particulares. - A carga de multidão considerada é reduzida para p = 4,0 kN/m². Pontes • Solicitações em pontes • Cargas variáveis: • As cargas móveis geradas pelos veículos provocam efeitos dinâmicos, pois são cargas elevadas que variam seu valor em um curto período de tempo. • A NBR 7188 sugere que, dentro de uma análise estática, consideremos a carga estática com coeficientes de majoração, devido ao efeito dinâmico. Pontes • Solicitações em pontes • Cargas variáveis: • A norma define três coeficientes dinâmicos adimensionais que multiplicam a carga do veículo-tipo e a carga de multidão. • Coeficiente de impacto vertical (CIV): Está relacionado com o efeito do deslocamento das cargas e com a irregularidade do pavimento. Pontes • Solicitações em pontes • Cargas variáveis: • Coeficiente de impacto vertical (CIV): • Estruturas com vão menor que 10,0 m: 𝐶𝐼𝑉 = 1,35 • Estruturas com vão a partir de 10,0 m: 𝐶𝐼𝑉 = 1 + 1,06. ( 20 𝐿𝑖𝑣 + 50 ) • Onde: 𝐿𝑖𝑣 é o tamanho do vão em metros. Pontes • Solicitações em pontes • Cargas variáveis: • Coeficiente de número de faixas (CNF): Considera a probabilidade da carga móvel ocorrer em função da quantidade do número de faixas. 𝐶𝑁𝐹 = 1 − 0,05. 𝑛 − 2 > 0,9 • Onde: n = número de faixas de tráfego. • Obs: Não se aplica a elementos transversais. Pontes • Solicitações em pontes • Cargas variáveis: • Coeficiente de impacto adicional (CIA): Está relacionado com o impacto gerado em juntas de dilatação. • As seções dos elementos estruturais que se situam a uma distância inferior a 5,0 m para cada lado da junta ou descontinuidade natural, devem dimensionadas com as cargas móveis majoradas. Pontes • Solicitações em pontes • Cargas variáveis: • Coeficiente de impacto adicional (CIA): Seu valor está relacionado ao tipo de material da ponte: • Para obras em concreto ou mistas: CIA = 1,25 • Para obras em aço: CIA = 1,15 Pontes • Solicitações em pontes • Cargas variáveis: • A carga P é a carga estática concentrada aplicada no nível do pavimento com valor característico e sem qualquer majoração. • A carga p é a carga uniformemente distribuída aplicada no nível do pavimento e sem qualquer majoração. Pontes • Solicitações em pontes • Cargas variáveis: • As cargas Q e q representam os valores de cargas móveis aplicados no nível do pavimento, ponderados pelos coeficientes CIV, CNF e CIA, ou seja: 𝑄 = 𝑃 ∙ 𝐶𝐼𝑉 ∙ 𝐶𝑁𝐹 ∙ 𝐶𝐼𝐴 𝑞 = 𝑝 ∙ 𝐶𝐼𝑉 ∙ 𝐶𝑁𝐹 ∙ 𝐶𝐼𝐴 Pontes • Solicitações em pontes • Cargas de passeio: • Para o caso da ponte ter passeios, deve ser considerada carga de 5 kN/m²; nenhum coeficiente de majoração devido ao efeito dinâmico é considerado. Pontes • Solicitações em pontes • Exercício 4: Calcule as cargas móveis de um veículo-tipo TB-450 em uma ponte de concreto de 2 vias e vão livre de 20 metros. Pontes • Solicitações em pontes • Exercício 4: Calcule as cargas móveis de um veículo-tipo TB-450 em uma ponte de concreto de 2 vias e vão livre de 20 metros. - Passo 1: Coeficiente de impacto vertical (CIV): 𝐶𝐼𝑉 = 1 + 1,06. 20 𝐿𝑖𝑣 + 50 = 1 + 1,06. 20 20 + 50 = 1,30 Pontes • Solicitações em pontes • Exercício 4: Calcule as cargas móveis de um veículo-tipo TB-450 em uma ponte de concreto de 2 vias e vão livre de 20 metros. - Passo 2: Coeficiente de número de faixas (CNF): 𝐶𝑁𝐹 = 1 − 0,05. 𝑛 − 2 = 1 − 0,05. 2 − 2 = 1 Pontes • Solicitações em pontes • Exercício 4: Calcule as cargas móveis de um veículo-tipo TB-450 em uma ponte de concreto de 2 vias e vão livre de 20 metros. - Passo 3: Coeficiente de impacto adicional (CIA): CIA = 1,25 - Passo 4: Carga móvel Q 𝑄 = 𝑃. 𝐶𝐼𝑉. 𝐶𝑁𝐹. 𝐶𝐼𝐴 = 75 𝑥 1,3 𝑥 1,0 𝑥 1,25 𝑄 = 121,9 𝑘𝑁 Pontes • Solicitações em pontes • Exercício 4: Calcule as cargas móveis Q e q de um veículo-tipo TB-450 em uma ponte de concreto de 2 vias e vão livre de 20 metros. - Passo 5: Carga móvel q 𝑞 = 𝑝. 𝐶𝐼𝑉. 𝐶𝑁𝐹. 𝐶𝐼𝐴 = 5 𝑥 1,3 𝑥 1,0 𝑥 1,25 𝑞 = 8,125 𝑘𝑁/𝑚² Pontes • Solicitações em pontes • Cargas acidentais: Os elementos estruturais e não estruturais estão sujeitos à ocorrência de colisões. • As ações excepcionais são de curta duração e ocorrem em situações não corriqueiras. • A NBR 7188 apresenta valores para esse tipo de ação, considerando o local de colisão. Pontes • Solicitações em pontes • Cargas acidentais: • Dispositivos de contenção: • Guarda-rodas: Carga horizontal de 100 kN e carga vertical de 100 kN. • Guarda-corpos: Carga horizontal de 2 kN/m. • Pilares: Carga horizontal de colisão de 1.000 kN na direção do tráfego e 500 kN em direção perpendicular, nunca consideradas juntas. Slide 1: Pontes Slide 2: Pontes Slide 3: Pontes Slide 4: Pontes Slide 5: Pontes Slide 6: Pontes Slide 7: Pontes Slide 8: Pontes Slide 9: Pontes Slide 10: Pontes Slide 11: Pontes Slide 12: Pontes Slide 13: Pontes Slide 14: Pontes Slide 15: Pontes Slide 16: Pontes Slide 17: Pontes Slide 18: Pontes Slide 19: Pontes Slide 20: Pontes Slide 21: Pontes Slide 22: Pontes Slide 23: Pontes Slide 24: Pontes Slide 25: Pontes Slide 26: Pontes Slide 27: Pontes Slide 28: Pontes Slide 29: Pontes Slide 30: Pontes Slide 31: Pontes Slide 32: Pontes Slide 33: Pontes Slide 34: Pontes Slide 35: Pontes Slide 36: Pontes Slide 37: Pontes Slide 38: Pontes Slide 39: Pontes Slide 40: Pontes Slide 41: Pontes Slide 42: Pontes Slide 43: Pontes Slide 44: Pontes Slide 45: Pontes Slide 46: Pontes Slide 47: Pontes Slide 48: Pontes Slide 49: Pontes Slide 50: Pontes Slide 51