Projeto de Reforma Paliativa de Pontes de Madeira em Nova Brasilândia MT - Memorial Descritivo

PROJETO DE PONTE DE MADEIRA MEMORIAL DESCRITIVO OBRA REFORMAS PALIATIVAS DE PONTES DE MADEIRA TIPO DA OBRA INFRAESTRUUTA DE TRANSPORTES PROPRIETÁRIO PREFEITURA DE NOVA BRASILÂNDIA BAIRRO ZONA RURAL MUNICÍPIO NOVA BRASILÂNDIA MT 1 Objetivo Reforma paliativa de pontes de madeira sendo elas Ponte Dimensão m Coordenada Cabeceira do Corgão 620 x 450 14495128 S 54552496W Afluente do Piçarrão 2 1050 x 450 145750 S 55013W Afluente do Piçarrão 3 510 x 450 14565 S 55157W Bagre 1 550 x 450 145024 S 545730W Bonito 2200 x 450 145918 S 545235W Córrego Azul 2 1250 x 450 14481835S 54514627W Formiga 3 1300 x 450 145234 S 545729W Lajinha 1800 x 450 145329 S 55740W Córrego Meio 1300 x 450 143649 S 55537W Recordação 1250 x 450 14451 S 55314W Afluente do Sobretudo 3 1800 x 450 145855 S 54551W Sobretudo 1 3400 x 450 145858 S 545553W Siputá 1 1000 x 450 14394646S 55 04194O Monjolinho 3 1000 x 450 14405326S 55145824O Córrego Azul 1 1000 x 450 145126 S 544650W Córrego Feio 1750 x 450 144818 S 545146W Palmital 1 1050 x 450 14506 S 544419W Palmital 3 2500 x 450 14495960S 5443580W 2 Introdução É de suma importância sob a ótica do desenvolvimento do município o transporte de produtos agropecuários e pessoas da região rural Ao longo do tempo foram empregadas pontes de madeira de forma errônea e com carência de informações técnicas isso pode acarretar no desconforto e insegurança no transporte dos usuários de vias vicinais Estradas rurais descuidadas e pontes em péssimo estado físico pode gerar custos elevados no frete de produtos e maiores gastos em relação a administração pública municipal Pelo fato descrito acima vê a necessidade de um detalhamento mais preciso e correto nos projetos de pontes de madeira 3 Base de cálculo 31 Propriedades da madeira Há quatro propriedades referente a madeira que devem ser observadas a priori densidade resistência rigidez ou módulo de elasticidade e umidade A densidade é utilizada para encontrar o peso próprio da madeira e pode ser adotado o valor da densidade aparente ESTADO DE MATO GROSSO PREFEITURA DE NOVA BRASILÂNDIA SETOR DE ENGENHARIA Encontrase o valor da resistência em ensaios de laboratórios ou então pelos valores tabelados pela norma brasileira que apresentam valores de diversas espécies O módulo de elasticidade determina o comportamento da madeira na fase elástico linear É necessário obter os módulos nas direções paralela E0 e perpendicular E90 as fibras Na falta de análises experimental do módulo podese utilizar a relação E020E90 A umidade presente na madeira pode alterar os valores de resistência e elasticidade por este motivo estes valores devem ser ajustados de acordo com a umidade local da estrutura Na Imagem 1 mostrase os valores das umidades correspondentes com o ambiente e a seguir estão as equações de reajuste dos valores de resistência e módulo de elasticidade em relação ao padrão de umidade de 12 f12fU1 3U 12100 E12EU1 2U 12100 Estas equações podem ser aplicadas em teores de umidade com intervalo de 10 a 20 Imagem 1 Classes de umidade Fonte NBR 71901997 Para valores de umidade maiores de 20 e temperaturas entre 10C e 60C admitese como desprezível as variações das propriedades da madeira A NBR 71901997 padroniza as propriedades da madeira em lotes assim existem várias espécies que enquadram na mesma classe de resistência Com essa divisão fica mais fácil a utilização de madeiras nos projetos estruturais e na hora da compra o fornecedor deve mostrar ensaios de laboratórios idôneos que comprovem o enquadramento da madeira na classe exigida no projeto As tabelas descritas na norma e referentes as coníferas e dicotiledôneas são exibidas nas Imagens 2 e 3 Imagem 2 Classe de resistência das coníferas Fonte NBR 71901997 Imagem 3 Classes de resistência das dicotiledôneas Fonte NBR 71901997 32 Ações usuais em pontes de madeira As ações que exercem esforços nas estruturas são 321 Ações permanentes Aquelas que ocorrem em toda vida útil da construção Constituídas pelo peso próprio dos elementos estruturais e não estruturais madeira na classe de umidade 1 12 elementos metálicos das conexões 3 do peso próprio da madeira revestimentos guardacorpo guardarodas lastros entre outros Alguns materiais utilizados na construção de pontes Imagem 4 Pesos específicos de materiais de construção usuais Fonte Manual de projeto e construção de pontes de madeira LaMEM 322 Ações acidentais verticais Ocorre com uma frequência significativa é composta basicamente pelas cargas de trânsito de pessoas e veículos Passarela de pedestres Classe única com p 5 kNm² sem pacto Pontes Rodoviárias Classe 45 VeículoTipo pesando 450 kN Classe 30 VeículoTipo pesando 300 kN Classe 12 VeículoTipo pesando 120 kN Os carregamentos a serem considerados são demonstrados na Imagem 5 Imagem 5 Cargas móveis nas pontes Fonte Manual de projeto e construção de pontes de madeira LaMEM A distribuição da carga está representada na figura abaixo Imagem 6 Disposição em planta das cargas móveis Fonte Manual de projeto e construção de pontes de madeira LaMEM A características dos veículos estão na tabela e esquema a seguir Imagem 7 Características dos veículos Fonte Manual de projeto e construção de pontes de madeira LaMEM Imagem 8 VeículosTipo Fonte Manual de projeto e construção de pontes de madeira LaMEM 323 Impacto Vertical O impacto vertical é considerado uma ação de curta duração e é aplicado às cargas móveis e o fator de multiplicação é o seguinte ESTADO DE MATO GROSSO PREFEITURA DE NOVA BRASILÂNDIA SETOR DE ENGENHARIA φ1 α40 L Onde L vão teórico do tramo α 20 para pontes com revestimento em madeira 12 para revestimento de concreto ou asfáltico Não deve ser considerado os impactos nos encontros pilares maciços fundações e passeios Devido a maior resistência das peças de madeira no impacto vertical o valor será multiplicado por 075 324 Forças Longitudinais Forças ocasionadas pela aceleração e frenagem dos veículos e é de curta duração Flong deve ser aplicado sem impacto 200 m acima da pista de rolamento Flong 5 do carregamento total do tabuleiro com carga móvel uniformemente distribuída aceleração 30 do veículo tipo para cada faixa de tráfego frenagem Imagem 9 Força longitudinal em pontes rodoviárias Fonte Manual de projeto e construção de pontes de madeira LaMEM 325 Vento Ação do vento é de curta duração e está descrita na NBR 6123 Pela NBR 719097 a ação do vento sobre veículos e pedestres deve ser considerada como se segue Passarela de pedestres com valor característica de 180 kNm horizontal a uma altura de 085 m acima do piso Pontes rodoviárias com valor característico de 200 kNm horizontal aplicado a uma altura de 120 m acima do solo da superfície de rolamento Imagem 10 Vento sobre passarela Fonte Manual de projeto e construção de pontes de madeira LaMEM Imagem 11 Vento sobre veículo Fonte Manual de projeto e construção de pontes de madeira LaMEM 326 Força no GuardaCorpo A força no guardacorpo é composta de uma carga uniformemente distribuída de 1 kNm por todo o topo do elemento Imagem 12 Força no guardacorpo Fonte Manual de projeto e construção de pontes de madeira LaMEM 327 Força no guardarodas Em pontes rodoviárias são utilizadas uma base de 60 kN no topo do guarda rodas sem impacto Imagem 13 Força no guardarodas Fonte Manual de projeto e construção de pontes de madeira LaMEM 33 Combinações e Ações Na NBR 71901997 são definidas as combinações necessárias para verificar o estado limite último e o estado limite de serviço Em pontes de madeira os casos se restringem em combinações últimas normais para os estados limites últimos e combinações de longa duração para os estados limites de serviço As combinações descritas referemse as ações permanentes normais e do trem tipo associado ao efeito dinâmico principal que é o impacto ESTADO DE MATO GROSSO PREFEITURA DE NOVA BRASILÂNDIA SETOR DE ENGENHARIA As combinações utilizam fatores de ponderação as quais consideram as probabilidades de ocorrência simultânea e também consideram as variações que podem ocorrer pelas avaliações do projetista Para a avaliação dos estados limites últimos são previstas três combinações As combinações últimas normais as combinações especiais ou de construção e as combinações excepcionais Para a avaliação dos estados limites de serviço pode ser realizada combinações de longa duração média duração curta duração ou instantânea de acordo com o rigor que se pretende com tais verificações Nas combinações para os estados limites últimos os coeficientes γg das ações permanentes Imagens 14 e 15 ponderam os valores das ações para os efeitos favoráveis e desfavoráveis Quando nas ações permanentes o peso próprio da estrutura é maior que 75 da totalidade das ações permanentes devem ser considerados os valores de ponderação da Imagem 14 pequena variabilidade e quando não os da Imagem 15 grande variabilidade Imagem 14 Ações permanentes de pequena variabilidade Fonte NBR 71901997 Imagem 15 Ações permanentes de grande variabilidade Fonte NBR 71901997 Nas combinações para os estados limites últimos as ações variáveis são ponderadas através dos coeficientes γq de acordo com a natureza da ação apresentada na Imagem 16 Imagem 16 Ações variáveis Fonte NBR 71901997 ESTADO DE MATO GROSSO PREFEITURA DE NOVA BRASILÂNDIA SETOR DE ENGENHARIA Quando houver mais de uma ação variável a ser considerada devese ponderar a probabilidade de ocorrência simultânea das mesmas através dos valores de Ψj da Imagem 17 Imagem 17 Fatores de combinação e utilização Síntese Fonte NBR 71901997 Combinações ultimas normais Estados Limites Últimos ELU Onde FGik representa o valor característico das ações permanentes Fq1k o valor característico da ação variável considerada como ação principal para a combinação considerada e Ψ0j Fqjk os valores reduzidos de combinação das demais ações variáveis determinados de acordo com a Imagem 17 Em casos especiais devem ser consideradas duas combinações referentes às ações permanentes em uma delas admitese que as ações permanentes sejam desfavoráveis e na outra que sejam favoráveis à segurança Combinações de longa duração Estados Limites de Serviço ELS As combinações de longa duração são consideradas no controle usual das deformações das estruturas Nestas combinações todas as ações variáveis atuam com seus valores correspondentes à classe de longa duração Estas combinações são expressas por 4 Dimensionamento 41 Esquema geral da ponte Os elementos estruturais são Longarinas Tabuleiro Rodeiro Guardarodas Defesa Pilares e Fundação As longarinas são dispostas no sentido longitudinal e são responsáveis por suportar o peso próprio da estrutura e as cargas acidentais e seus efeitos dinâmicos São ligadas por barras roscadas de 254 mm de diâmetro O tabuleiro é constituído de peças de madeira serrada dispostas no sentido transversal e são ligadas nas longarinas por parafusos autoatarraxantes de 10 mm de diâmetro O veículotipo passo sobre o rodeiro porém em caso de o veículo sair do trajeto o tabuleiro deve suportar a carga acidental O rodeiro é formado de peças de madeira serrada dispostas no sentido longitudinal e ligadas ao tabuleiro por parafusos autoatarraxantes de 10 mm de diâmetro O rodeiro indica ao veículo o trajeto a ser percorrido em cima da ponte No rodeiro as peças devem ser de madeira dura e que resistam a abrasão dos pneus O guardarodas e a defensa são itens de segurança ao tráfego da ponte São dimensionadas para que o veículo não saia da ponte no sentido transversal O guardarodas é formado de uma viga da mesma dimensão das longarinas e as defensas utilizase peças de madeira serrada O guardarodas e o pilarete da defensa são conectados às longarinas da borda com barras roscadas de 254 mm de diâmetro É importante frisar que o dimensionamento proposto é para peças de madeira roliça Para utilizar peças de madeira com seção transversal retangular será utilizado dimensões que suportem o mesmo momento de inércia que uma peça roliça suporta Esta adequação será feita no final do memorial descritivo 42 Hipóteses de cálculo 1 As longarinas diretamente abaixo do rodeiro são dimensionadas para suportar a ação permanente de peso próprio e as ações acidentais e seus efeitos dinâmicos O diâmetro de referência utilizado no cálculo estrutural deve ser o diâmetro a 13 do topo considerando a conicidade 2 Em cada linha de rodas do veículotipo têmse duas vigas suportando o carregamento 3 Apesar do tabuleiro de rodeiro contribuírem na distribuição transversal do carregamento para as longarinas vizinhas este efeito não é considerado para o dimensionamento 43 Etapas do dimensionamento 1 Definir a geometria e classe estrutural da ponte Vão 600 metros Largura 450 metros Classe da ponte Classe 45 2 Definir a classe de resistência de madeira Classe de resistência C50 Espécies que enquadram na classe ESTADO DE MATO GROSSO PREFEITURA DE NOVA BRASILÂNDIA SETOR DE ENGENHARIA Angelim Ferro Angelim P Verdadeiro E Paniculata E Punctata Garapa Roraima Guaiçara Ipê Mandioqueira Tatajuba Caso necessite podese usar a classe C60 para aumentar o leque de opções Espécies Champagne Catiúba Jatobá Maçaranduba Sucupira 3º Estimar a carga permanente Vamos utilizar o peso próprio das longarinas e dos conectores metálicos para o cálculo das cargas permanentes e será desconsiderado a carga do tabuleiro Para prédimensionamento iremos adotar a tabela a seguir Imagem 18 Pontes em vigas simples de peças roliças diâmetro médio das longarinas Fonte Manual de projeto e construção de pontes de madeira LaMEM Iremos adotar o vão de 600 metros Classe 45 e madeira C50 Temos um diâmetro de 49 centímetros considerando um vão teórico imediatamente superior na tabela da Imagem 18 Através da tabela da Imagem 3 podese encontrar o valor da Densidade Aparente de 970 kgm³ Cálculo volumétrico Sendo Vl volume da peça no vão teórico m³ d diâmetro da peça m L largura do vão teórico m Com o volume multiplicamos pela densidade aparente para encontrarmos a carga total Acrescentando 3 dos conectores metálicos Sendo ESTADO DE MATO GROSSO PREFEITURA DE NOVA BRASILÂNDIA SETOR DE ENGENHARIA ρap densidade aparente kgm³ Ct carga total não distribuída kN As cargas permanentes serão distribuídas pelo vão teórico então temos 4º Posicionamento transversal do veículotipo Há duas posições utilizadas para o dimensionamento da estrutura A primeira o veículo tipo percorre o trajeto sobre o rodeiro Imagem 19 neste caso é dimensionado duas longarinas para cada rodeiro que irá suportar as cargas acidentais e seus efeitos dinâmicos Imagem 19 Posicionamento transversal do veículo sobre o rodeiro 5º Realizar o cálculo dos esforços máximos Para o dimensionamento das longarinas devese calcular o momento fletor máximo a cortante máxima e a flexa máxima devido à carga permanente e a acidental O diagrama a seguir mostra como as cargas e distâncias são distribuídas no vão teórico Imagem 20 Diagrama de esforços para momento fletor e flecha Fonte Manual de projeto e construção de pontes de madeira LaMEM Onde ESTADO DE MATO GROSSO PREFEITURA DE NOVA BRASILÂNDIA SETOR DE ENGENHARIA L vão teórico m a 150 m classe 30 e 45 b L2a2 m c L4a2 m q carga acidental kNm g carga permanente kNm P 750 kN para Classe 45 O momento máximo devido a carga permanente será Mgk q L28 Mgk 185 628 832 kNm O momento máximo para as cargas acidentais será Mqk 3PL4 Pa para 3 m L 6 m Mqk 3PL4 Pa qc22 para 3 m L 6 m Como o vão é de 600 metros temos Mqk 3PL4 Pa 37506004 750150 Mqk 2250 kNm A flecha máxima será calculada pela equação δgk 5gL4384EMefI δgk 5185600438422000000283103 δgk 501104 m 005 cm Flecha máxima das cargas acidentais δqk P48EMefIL3 2b3L2 4b2 δqk 7504822000000283103 6003 215036002 41502 δqk 130103 m 013 cm Avenida Vereador Genival Nunes de Araújo nº 267 Centro Nova Brasilândia Mato Grosso CEP 78860000 CNPJ 15023963000188 Site wwwnovabrasilandiamtgovbr Email novabrasilandiaoutlookcombr Telefone 66 3385 1277 ESTADO DE MATO GROSSO PREFEITURA DE NOVA BRASILÂNDIA SETOR DE ENGENHARIA Para o cálculo das reações de apoio do veículotipo deve ser posicionado conforme o diagrama de esforços da Imagem 21 O valor é utilizado para o dimensionamento da região dos apoios e fundações A reação para a carga permanente será Rgk qL2 Rgk 1856002 Rgk 555 kN Imagem 21 Diagrama de esforços para cálculo das reações de apoio As reações de apoio para as cargas acidentais poderão ser encontradas pela equação Rqk PLL 3a 2d qd22L Rqk 750600 600 3150 2150 11115022650 Rqk 1707 kN Para o cálculo da cortante o diagrama de esforços solicitantes deve seguir o modelo da Imagem 22 Imagem 22 Diagrama para o cálculo da cortante máxima Onde Avenida Vereador Genival Nunes de Araújo nº 267 Centro Nova Brasilândia Mato Grosso CEP 78860000 CNPJ 15023963000188 Site wwwnovabrasilandiamtgovbr Email novabrasilandiaoutlookcombr Telefone 66 3385 1277 ESTADO DE MATO GROSSO PREFEITURA DE NOVA BRASILÂNDIA SETOR DE ENGENHARIA e L3a2h m h diâmetro médio da longarina m Cortante máxima devido à carga permanente Qgk gL2 Qgk 1856002 Qgk 555 kN Cortante máxima devido às cargas acidentais Qqk PL6a 3e qe22L Qqk 750600 6150 3052 11105222600 Qqk 1322 kN Para o dimensionamento do tabuleiro será calculado somente o momento fletor máximo devido à carga acidental e seus efeitos dinâmicos Será desconsiderado as cargas permanentes e não haverá verificação de flecha cortante e reações Imagem 23 Diagrama de esforços para o tabuleiro Onde qr Pqr kNm ar 050 m para Classe 45 Lr vão do tabuleiro distâncias entre longarinas m O momento fletor máximo é dado pela equação Mrqk P4 Lr ar Mrqk 7504 100 050 Avenida Vereador Genival Nunes de Araújo nº 267 Centro Nova Brasilândia Mato Grosso CEP 78860000 CNPJ 15023963000188 Site wwwnovabrasilandiamtgovbr Email novabrasilandiaoutlookcombr Telefone 66 3385 1277 δgk δqk 018 cm 167 cm Ok O momento fletor do tabuleiro será obtido desprezando os efeitos permamentes Mrd Mrqd Mrd 094 kNm 7 Dimensionamento das longarinas e tabuleiros O diâmetro mínimo das longarinas é encontrado através do maior valor das seguintes equações Dmin 16Mdπfcod13 tensões normais Dmin 8Qd3πfvod12 tensões tangenciais Dmin 360L 4P3πEMefLL3 2b3L2 4b214 flecha Dmin 165250π5000013 018 m Dmin 831703π700012 0062 m Dmin 36060047503π22000000600 6003 215036002 4150214 017 m Então o diâmetro mínimo é de 18 cm Para o cálculo da espessura do tabuleiro temos esp 6Mrdlargfcod12 tensões normais Onde esp espessura do tabuleiro m larg largura da roda 20 cm para as classes 45 esp 60940205000012 Mrq 094 kNm 6 Realizar as combinações das ações Para o dimensionamento das longarinas os valores de cálculo das ações momento fletor e cortante devem ser obtidos da combinação última normal seguindo as especificações da NBR 7190 Md γgMgk γq Mqk 075φ 1Mqk Qd γgQgk γq Qqk 075φ 1Qqk φ 1 α40 L Onde γg 13 para madeira classificada de pequena variedade γg 14 para ações variáveis cargas acidentais φ coeficiente de impacto vertical α 20 para pontes rodoviárias com assoalho de madeira φ 1 2040 600 143 Md 13832 14225 075143 1 2250 Md 5250 kNm Qd 13555 141322 075143 1 1322 Qd 3170 kN Para o dimensionamento dos apoios o valor de cálculo da reação de apoio deve ser obtido pela combinação última normal não considerando os efeitos de impacto segunda a equação Rd γgRgk γqRqk Rd 13555 141707 Rd 3111 kN Para as longarinas sugerese que a flecha deva ser verificada pela condição δqk L360 δqk 167 cm δgk δqk 005 013 018 cm esp 003 m espessura mínima 3 cm Após os cálculos verificamos que longarinas de 49 cm ultrapassam em muito o diâmetro mínimo que é de apenas 18 cm Vamos calcular o momento de inércia de uma longarina de 18 cm para depois utilizar um momento de inércia maior de uma peça retangular Assim faremos a transferência de seção de cálculo de circular para retangular Io πr44 π00944 Io 515105 m4 Vamos adotar uma peça retangular de base igual a 25 cm e 30 cm de altura então I bh312 025030312 I 562104 m4 Vemos que o momento de inércia da peça retangular supera em muito o da peça com diâmetro de 18 cm Os apoios devem resistir a carga das reações que é de 3111 kN A resistência a compressão paralelas as fibras das madeiras de classe C50 conseguirá resistir a essa compressão facilmente Elementos da ponte Longarinas 25x30 cm Tabuleiro 6 cm de espessura Rodeiro 6 cm de espessura GuardaRodas 15x15 cm Apoios pilares de peças roliças de ø30 cm de diâmetro contraventadas contravigas de 2 m de comprimento e seção de 25x30 cm travessas de 400 m de comprimento e seção de 25x30 cm Fundações blocos de concreto armado com aditivo impermeabilizante em caso de solos mais moles será utilizado blocos de concreto armado associado com estacas até encontrar a camada de resistência adequada Estudos geotécnicos serão necessários antes da execução das fundações Detalhes dos elementos em prancha de projeto Nova Brasilândia MT 18 de março de 2022 Engenheiro Civil Saulo Nakamura CREA SP 5069469716