Introdução ao Estudo das Pontes: Análise e Dimensionamento

PONT ES UNIDADE 7 INTRODUÇÃO AO ESTUDO DAS PONTES 71 Generalidades 72 Elementos estruturais 73 Classificação 74 Elementos para a Elaboração de Projetos UNIDADE 8 LANÇAMENTO E PRÉ DIMENSIONAMENTO 81 Lançamento da estrutura 82 Prédimensionamento UNIDADE 9 AÇÕES SEGURANÇA E ESTADOS LIMITES 91 Ações 92 Segurança e estados limites SUMÁRIO PONT ES UNIDADE 10 CÁLCULO DAS LAJES DAS PONTES 101 Linhas e superfícies de influência UNIDADE 11 CÁLCULO DAS LAJES DAS PONTES UNIDADE 12 TRANSVERSINAS CORTINAS E ALAS 121 Transversinas ligadas às lajes Centrais 122 Transversinas desligadas da laje central 123 Cortinas 124 Alas SUMÁRIO PONT ES CAVALCANTI G H F Pontes emconcreto armado análise e dimensionamento Ed Blucher 2019 ARAUJO D L Projeto de ponte em concreto armado com duas longarinas 2ª Ed Editora da UFG 2018 MARCHETTI O Pontes de concreto armado Ed Blucher São Paulo 2008 MENDES LC Ponte Ed EdUFF Rio de Janeiro 2003 ABNT NBR 7187 Projeto de pontes de concreto armado e de concreto protendido Procedimento 2003 ABNT NBR 7188 Carga móvel em ponte rodoviária e passarela de pedestre Rio de Janeiro 2013 ABNT NBR 7189 Cargas móveis para projeto estrutural de obras ferroviárias Cancelada ABNT NBR 10839 Execução de obras de arte especiais em concreto armado e concreto protendido Cancelada Apostila do professor Wilson Spernau UFSC Completo mas desatualizada em termos de normas Apostila do professor Mounir El Debs USP São Carlos REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 4 INTRODUÇÃO AO ESTUDO DE PONTES ESTRUTURAS DE CA III PROFª MA ANDRÉIA F TORMEN ANDREIATORMENUCEFFEDUBR PONTES SÃO OBRAS DE ENGENHARIA DESTINADAS A VENCER OBSTÁCULOS NATURAIS OU ARTIFICIAIS Em função de sua complexidade são chamadas Obras de Arte Especiais OAE Quando o obstáculo não possui água são chamados viadutos Pontes de pequenos vãos são denominadas pontilhões Não existe um vão que determine o limite entre um pontilhão e uma ponte A estrutura de uma ponte pode ser dividida em Infraestrutura Mesoestrutura e Superestrutura 71 GENERALIDADES PONT ES Uma ponte é uma obra de arte OAE Infinity Bridge Inglaterra Golden Gate Bridge EUA PONT ES Sua estrutura percorre 164 km de terra e mar ligando as cidades de Xangai e Nanquim Inaugurada 2011 PONTE MAIS EXTENSA DO MUNDO DanyangKunshan Grand Bridge China PONT ES Vão central de 1991 metros Inaugurada 1998 PONTE COM MAIOR VÃO DO MUNDO AkashiKaikyo no estreito de Akashi Japão PONT ES Altura de 565 m Inaugurada 2016 1ª PONTE MAIS ALTA DO MUNDO Ponte de Beipanjiang China PONT ES Altura de 343 m Inaugurada 2004 2ª PONTE MAIS ALTA DO MUNDO Viaduto de Millau França PONT ES Concluída em 1932 demorou 8 anos para ser construída O comprimento total do tabuleiro principal é de 1149m Sydney Harbour Bridge Austrália PONT ES 1966 metros de comprimento suspenso sendo a distância entre as duas torres de 1280 metros Estas torres de suspensão por sua vez erguemse a 227 metros acima do nível do mar Golden Gate São Francisco CA 1933 PONT ES Vão central de 420m 123 quilômetros de comprimento Construída 1998 PONTE MAIS EXTENSA DA EUROPA Ponte Vasco da Gama Portugal PONT ES Vão central de 420m 123 quilômetros de comprimento Construída 1998 PONTES MARCANTES DO BRASIL JK Brasília 2002 PONT ES Ponte é a maior do hemisfério sul em concreto protendido e a maior da América Latina PONTES MARCANTES DO BRASIL Rio Niterói 1974 Maior altura de pilar de 72m Comp Total de 1329 km 72 ELEMENTOS ESTRUTURAIS A superestrutura é composta por lajes e vigas parte útil da obra tabuleiro A mesoestrutura é composta pelos pilares eou pórticos A infraestrutura são as fundações elementos destinados a transmitir os esforços da estrutura ao solo Compreendem as sapatas tubulões estacas e blocos Os encontros são de características muito variáveis tem função de receber os empuxos dos aterros de acesso Podem ser dispensados em pontes em balanço com cortinas e alas 72 ELEMENTOS ESTRUTURAIS PONT ES Seção longitudinal parcial Seção transversal 72 ELEMENTOS ESTRUTURAIS 72 ELEMENTOS ESTRUTURAIS LAJES Lajes centrais quando se apoiam em vigas em todo o contorno Lajes em balanço quando um dos seus bordos está engastado e o outro livre Junto ao apoio são comuns as mísulas para combater os maiores momentos fletores negativos e esforços cortantes Elementos estruturais da SUPERESTRUTURA Constituem o tabuleiro da ponte 72 ELEMENTOS ESTRUTURAIS TRANSVERSINAS São vigas transversais ao sentido do fluxo da ponte podem ou não receber os carregamentos das lajes Quando não recebem tem função apenas de absorver por flexão os momentos torsores sobre as vigas longitudinais Elementos estruturais da SUPERESTRUTURA 72 ELEMENTOS ESTRUTURAIS LONGARINAS OU VIGAS PRINCIPAIS São as vigas paralelas ao fluxo da ponte Podem assumir formas diversas desde seções retangulares até seções caixão Podem ser isostáticas ou contínuas com ou sem balanços Elementos estruturais da SUPERESTRUTURA 72 ELEMENTOS ESTRUTURAIS LONGARINA TRANSVERSINA Elementos estruturais da SUPERESTRUTURA 72 ELEMENTOS ESTRUTURAIS ALAS São placas verticais localizadas nos extremos das pontes com função de conter os aterros de acesso trabalhando engastadas na estrutura CORTINAS São vigas ou paredes de concreto paralelas às transversinas localizadas nas extremidades da ponte com função de receber os empuxos dos aterros de acesso e ainda receber os carregamentos do tabuleiro Elementos estruturais da SUPERESTRUTURA 72 ELEMENTOS ESTRUTURAIS ALAS CORTINAS VIGA DE REFORÇO DA CORTINA Elementos estruturais da SUPERESTRUTURA 72 ELEMENTOS ESTRUTURAIS ALAS CORTINAS VIGA DE REFORÇO DA CORTINA Apoio laje de transição Elementos estruturais da SUPERESTRUTURA 72 ELEMENTOS ESTRUTURAIS LAJES DE TRANSIÇÃO São lajes em concreto armado de previsão obrigatória e usadas para abranger a área problemática entre a zona de aproximação da OAE e o encontro da estrutura Elementos estruturais da SUPERESTRUTURA 72 ELEMENTOS ESTRUTURAIS LAJES DE TRANSIÇÃO Dispositivos deformáveis que permitem movimentos relativos entre duas partes da estrutura normalmente entre o tabuleiro e o encontro ou entre tabuleiros em obras extensas ou de estruturas múltiplas em condições de segurança comodidade e durabilidade Podem ser classificadas em juntas de vedação e juntas estruturais Elementos estruturais da SUPERESTRUTURA 72 ELEMENTOS ESTRUTURAIS GUARDACORPOS São elementos de proteção para o pedestre dispostos junto aos bordos laterais da ponte Podem possuir diferentes formas principalmente em função dos materiais que são executados No Brasil é frequentemente seguido o modelo prémoldado Elementos estruturais da SUPERESTRUTURA 72 ELEMENTOS ESTRUTURAIS PASSEIOS Local de passagem de pedestres podem ser no nível da pista ou elevados Quando no nível da pista devem ser protegidos por barreiras de concreto Elementos estruturais da SUPERESTRUTURA 72 ELEMENTOS ESTRUTURAIS BARREIRAS E DEFENSAS Elementos de proteção dos pedestres e contenção dos veículos na pista Quando de concreto são ditas barreiras e quando metálicas defensas Elementos estruturais da SUPERESTRUTURA 72 ELEMENTOS ESTRUTURAIS BARREIRAS NORMA DNIT 1092009 PRO Elementos estruturais da SUPERESTRUTURA 72 ELEMENTOS ESTRUTURAIS Elementos estruturais da SUPERESTRUTURA BARREIRAS NORMA DNIT 1092009 PRO 72 ELEMENTOS ESTRUTURAIS ABNT NBR 148852004 DNIT 1092009 PRO Elementos estruturais da SUPERESTRUTURA BARREIRAS 72 ELEMENTOS ESTRUTURAIS DEFENSAS DNERES 14485 Defensas metálicas ABNT NBR 69712012 Elementos estruturais da SUPERESTRUTURA 72 ELEMENTOS ESTRUTURAIS FAIXAS ESPECIAIS Além das faixas exclusivas para o tráfego de veículos as pontes podem possuir calçadas ou faixas especiais para pedestres e ciclistas Devem garantir a separação dos fluxos e evitar ao máximo as interferências nos percursos específicos de cada usuário Elementos estruturais da SUPERESTRUTURA 72 ELEMENTOS ESTRUTURAIS SISTEMAS DE SINALIZAÇÃO E ILUMINAÇÃO Os sistemas de sinalização são elementos que identificam a obra informam da carga máxima permitida do gabarito vertical do gabarito horizontal da velocidade máxima conduzem o tráfego dentro da OAE e separam os fluxos A iluminação ou sistema de iluminação normalmente acontece em OAE urbanas ou obras especiais para manter a visibilidade em qualquer momento do dia garantir a segurança e manter a uniformidade com os demais trechos da rodovia Elementos estruturais da SUPERESTRUTURA 72 ELEMENTOS ESTRUTURAIS SISTEMAS DE DRENAGEM É o conjunto de elementos projetados para coletar água pluvial do tabuleiro incluindo os elementos de captação condução e proteção da descarga por exemplo as pingadeiras Elementos estruturais da SUPERESTRUTURA PINGADEIRAS NO TABULEIRO 72 ELEMENTOS ESTRUTURAIS Elementos estruturais da MESOESTRUTURA ARTICULAÇÕES DE CONCRETO São ligações que impedem translações mas permitem pequenos giros Seu principio de funcionamento é o de concentração de tensões O estado triaxial de tensões com predomínio de compressões faz com que o concreto seja capaz de girar sem atingir a ruína 72 ELEMENTOS ESTRUTURAIS APARELHOS DE APOIO São elementos com a função de transmitir os esforços da superestrutura à mesoestrutura Elementos estruturais da MESOESTRUTURA Os aparelhos mais usados hoje em dia são as placas de elastômero mais especificamente o policloroprene conhecido comercialmente como Neoprene Dupond 72 ELEMENTOS ESTRUTURAIS APARELHOS DE NEOPRENE O neoprene é um material muito deformável apresentando deformações elevadas mesmo para cargas de serviço Elementos estruturais da MESOESTRUTURA O emprego da fretagem introdução de placas metálicas no interior da borracha tem o intuito de limitar as deformações e dar mais rigidez ao aparelho As propriedades físicas dos aparelhos fretados dependerão muito de sua geometria e propriedade dos materiais usados na fabricação 72 ELEMENTOS ESTRUTURAIS PÓRTICOS E PILARES Quando há viga transversal ligando o topo dos pilares funcionam como pórticos quando não há trabalham isoladamente As seções transversais podem ser as mais diversas sendo as mais frequentes as seções circulares e retangulares Os pilares de grande altura são comumente executados em seção vazada conseguindo grande inércia sem elevar em demasia o seu peso e o consumo de materiais Elementos estruturais da MESOESTRUTURA 72 ELEMENTOS ESTRUTURAIS Elementos estruturais da MESOESTRUTURA PÓRTICOS E PILARES 72 ELEMENTOS ESTRUTURAIS ENCONTROS São elementos destinados a receber o empuxo do aterro de acesso além dos esforços da superestrutura Elementos estruturais da MESOESTRUTURA 72 ELEMENTOS ESTRUTURAIS ENCONTROS Elementos estruturais da MESOESTRUTURA 72 ELEMENTOS ESTRUTURAIS ENCONTROS Elementos estruturais da MESOESTRUTURA 73 CLASSIFICAÇÃO As pontes se classificam segundo o material da superestrutura em Pontes de madeira Pontes de alvenaria Pontes de concreto simples Pontes de concreto armado Pontes de concreto protendido Pontes de aço Pontes mistas concreto e aço 73 CLASSIFICAÇÃO COMPRIMENTO Galerias bueiros de 2 a 3 metros Pontilhões de 3 a l0 metros Pontes acima de l0 metros QUANTO AO VÃO Pontes de pequenos vãos até 30 metros Pontes de médios vãos de 30 a 60 metros Pontes de grandes vãos acima de 60 metros Não existe consenso nas bibliografias sobre as faixas de valores aqui indicadas 73 CLASSIFICAÇÃO NATUREZA DO TRÁFEGO Pontes rodoviárias Pontes ferroviárias Passarelas pontes para pedestres Pontes aeroviárias PontesAquetudos Pontes mistas 73 CLASSIFICAÇÃO Desenvolvimento planimétrico PONTES CURVAS Esconsas Ortogonais PONTES RETAS 73 CLASSIFICAÇÃO Desenvolvimento altimétrico PONTES CURVAS Horizontal Em rampa PONTES RETAS Tabuleiro convexo Tabuleiro côncavo QUANTO AO SISTEMA ESTRUTURAL 73 CLASSIFICAÇÃO PONTES EM LAJE O sistema resistente é a própria laje Podem ser simples ou contínuas São sistemas bastante funcionais para pequenos vãos ou para quando a altura da superestrutura não pode ser elevada Simplesmente apoiadas Vãos até 12m h L25 Monolíticas com os encontros Vãos até 18m h L25 Alveolares protendidas Vãos até 25m h L35 QUANTO AO SISTEMA ESTRUTURAL 73 CLASSIFICAÇÃO PONTES EM VIGA O sistema resistente éuma ou mais vigas Podem ser isostáticas contínuas com balanços vigas Gerber etc Concreto armado Vãos até 20m h L10 Concreto protendido prémoldado Vãos até 45m h L20 Vigas de aço mistas Vãos até 60m h L30 Balanços sucessivos protendidos com seção variável Recorde de 301 m QUANTO AO SISTEMA ESTRUTURAL 73 CLASSIFICAÇÃO PONTES EM PÓRTICO O sistema resistente éum pórtico formado pelos pilares e vigas QUANTO AO SISTEMA ESTRUTURAL 73 CLASSIFICAÇÃO PONTES EM ARCO O sistema estrutural é um arco A ponte rodoviária do Rio Zhijinghe na China é a mais alta ponte em arco do mundo com 294 metros QUANTO AO SISTEMA ESTRUTURAL 73 CLASSIFICAÇÃO PONTES PENSEIS São pontes onde o vão é vencido por cabos parabólicos de onde partem cabos verticais que sustentam o tabuleiro Vão recorde atual de 1991 m QUANTO AO SISTEMA ESTRUTURAL 73 CLASSIFICAÇÃO PONTES ESTAIADAS Os cabos partem das colunas e sustentam o tabuleiro Vão recorde atual de 1100 m Ponte de Laguna PROCESSO DE EXECUÇÃO 73 CLASSIFICAÇÃO a Concreto moldado no local com cimbramento fixo Tipo tradicional de execução de concreto armado b Com elementos prémoldados Consiste no lançamento de vigas pré moldadas por meio de dispositivo adequado seguido da aplicação de parcela adicional de concreto moldado no local em fôrmas que se apoiam nas vigas prémoldadas eliminando ou reduzindo drasticamente o cimbramento PROCESSO DE EXECUÇÃO 73 CLASSIFICAÇÃO b Com elementos prémoldados PROCESSO DE EXECUÇÃO 73 CLASSIFICAÇÃO c Balanços sucessivos Feita a partir dos lados dos pilares em segmentos a fôrma para a moldagem de cada segmento é sustentada pelo segmento anterior Alternativa de se fazer estes segmentos prémoldados PROCESSO DE EXECUÇÃO 73 CLASSIFICAÇÃO d Deslocamentos progressivos Consiste na execução da ponte em segmentos em local apropriado junto à cabeceira da ponte à medida que o concreto de cada segmento vai adquirindo a resistência adequada a ponte é progressivamente deslocada para o local definitivo 74 ELEMENTOS PARA PROJETO O projeto de uma ponte iniciase com a definição por parte do órgão público sobre o elemento a ser transposto volume de tráfego dimensões da pista e acostamentos e carregamentos a serem considerados São os chamados elementos geométricos O projeto de uma ponte exige os levantamentos topográfico hidrológico e geotécnico detalhados ELEMENTOS GEOMÉTRICOS 74 ELEMENTOS PARA PROJETO Os elementos geométricos são as características da via como larguras acostamentos faixas de segurança passeios etc São determinados pelo órgão competente DNIT DAER Prefeitura etc ELEMENTOS TOPOGRÁFICOS 74 ELEMENTOS PARA PROJETO O levantamento topográfico deve garantir todos os dados necessários à inserção da obra No mínimo deve constar uma planta do terreno onde a ponte será implantada com excessos de pelo menos 30m em cada lado no comprimento da ponte e largura de pelo menos 30m com curvas de nível de metro em metro e em escala apropriada Perfil vertical do eixo locado Nos trechos submersos é necessário conhecer o leito do rio em intervalos não superiores a cinco metros ELEMENTOS HIDROLÓGICOS 74 ELEMENTOS PARA PROJETO Cotas da máxima cheia histórica e da máxima estiagem períodos e tempo de duração destas ocorrências Seção de vazão necessária e velocidade máxima da água Indicação da ocorrência ou não de depósitos nas margens ou no leito do rio assim como a tendência a soltaremse elementos Informações sobre a possibilidade de erosões e carreamento de objetos alterações como regularizações dragagem retificação que podem estar sendo executadas ou planejadas para o rio Informação sobre outras pontes próximas ao local com informações sobre comprimento vazão e fundações ELEMENTOS GEOTÉCNICOS 74 ELEMENTOS PARA PROJETO São necessárias sondagens de reconhecimento do solo principalmente nas regiões dos apoios e onde ocorrerão aterros As sondagens devem dar uma caracterização precisa das camadas atravessadas e do nível do lençol freático Localização precisa dos pontos de sondagem Estudo de estabilidade do solo verificando a possibilidade de acidentes geotécnicos em função da presença de aterros e da estrutura em si ELEMENTOS DO PROJETO ESTRUTURAL 74 ELEMENTOS PARA PROJETO Memória de cálculo com referência às normas seguidas descrição dos carregamentos da solução estrutural adotada cálculos e resultados dimensionamento e detalhes Cálculo das formas cimbramentos Calculo do sistema de lançamento no caso de execução por balanços sucessivos Desenhos estruturais dando dimensões das seções formas armaduras e detalhes Detalhamento do plano de concretagem