Revisão de Pontes: Ações, Projetos e Estruturas

Revisão G1 – PONTES

Matéria Professor Evandro:

Ações permanentes

Podem ser diretas ou indiretas:

• Cargas provenientes do peso próprio dos elementos estruturais;
• Cargas provenientes do peso da pavimentação e de seus elementos constituintes (elementos não estruturais);
• Empuxos de terra e de líquidos;
• Forças de protensão;
• Deformações de fluência e retração do concreto e deslocamento de apoios.

Ações variáveis

• Cargas móveis (ação gravitacional, força centrífuga, choque lateral, efeitos de frenagem e aceleração);
• Carga de construção;
• Ação do vento;
• Empuxo de terra provocado por cargas móveis (aterros/viadutos);
• Pressão da água em movimento;
• Variações de temperatura.

Ações excepcionais

São aquelas que têm duração extremamente curta e muito baixa probabilidade de ocorrência durante a vida da construção.

• Choque de veículos;
• Explosões;
• Fenômenos naturais (enchentes catastróficas e sismos).

Ações permanentes detalhadas

Peso próprio dos elementos estruturais:

• Pontes metálicas ou de madeira: o maior número de peças torna conveniente a avaliação prévia do peso próprio da estrutura, que pode ser feita por meio de fórmulas empíricas.
• Pontes de concreto armado ou protendido: esboça-se um anteprojeto da ponte, fixando as dimensões com base na observação de estruturas anteriormente projetadas; calcula-se o peso próprio a partir do volume de concreto de cada peça.

Obs: Se a diferença do peso próprio estimado e do dimensionamento for maior que 5%, é recomendável refazer os cálculos das solicitações. (Concreto Simples: 24 kN/m³ e Concreto Armado: 25 kN/m³).

Peso próprio dos elementos não estruturais

Pavimentação:

• Pontes rodoviárias: considerar o peso da pavimentação (24 kN/m³) e ainda prever um eventual recapeamento (2 kN/m³). Em pontes de grandes vãos, pode não se considerar os 2 kN/m³.

Lastro ferroviário, trilhos e dormentes:

• Pontes ferroviárias: prever o peso do lastro (18 kN/m³), dos trilhos e dos dormentes.

Obs: Deve ser suposto que o lastro atinja o nível superior dos dormentes e preencha completamente o espaço limitado pelo guarda-lastro. Na ausência de indicações precisas, a carga para os dormentes, trilhos e acessórios é de no mínimo 8 kN/m por via.

Empuxo de terra

• Determinado pelos princípios da Mecânica dos Solos em função de sua natureza, das características do terreno, assim como da inclinação dos taludes;
• Solo úmido: Peso mínimo (18 kN/m³), ângulo de atrito interno é 30º;
• Empuxos ativos e de repouso: considerados nas situações mais desfavoráveis;
• Situação estabilizante do empuxo passivo: só pode ser levada em conta quando sua ocorrência puder ser garantida ao longo da vida útil da obra;
• Empuxo passivo: não deve ser considerado quando existe a possibilidade do solo ser retirado.

Obs: Quando a superestrutura funciona como arrimo dos aterros de acesso, a ação do empuxo proveniente desses aterros deve ser levada em conta apenas em uma extremidade do tabuleiro. No caso de tabuleiro em curva ou esconso, deve ser feita a verificação para a atuação do empuxo em ambas as extremidades.

Ações variáveis detalhadas

Carga móvel:

• Pontes rodoviárias: Segundo a norma (NBR 7188-2003), a carga móvel é constituída por um veículo e por cargas q e q’ uniformemente distribuídas.
• Nos passeios se considera carga q’. A carga q é aplicada em todas as faixas da rodovia na pista de rolamento, nos acostamentos e afastamentos, descontando-se apenas a área do veículo;
• Essas cargas são fictícias e levam em consideração a ação de multidões e veículos mais leves;
• O momento fletor máximo é determinado levando em conta os efeitos dos veículos e das cargas q e q’.

As pontes rodoviárias são divididas em 3 classes:

• Classe 45: Para veículos tipo de 450 kN de peso total. q = 5,0 kN/m²; q’ = 3,0 kN/m²
• Classe 30: Para veículos tipo de 300 kN de peso total. q = 5,0 kN/m²; q’ = 3,0 kN/m²
• Classe 12: Para veículos tipo de 120 kN de peso total. q = 4,0 kN/m²; q’ = 3,0 kN/m²

• Passarela de pedestres: classe única, com carga móvel de 5 kN/m², não majorada pelo coeficiente de impacto;
• Ponte que não se enquadre na NBR: a carga móvel é definida de acordo com o órgão de jurisdição da obra;
• 
• Pontes para veículos especiais: em função dos pesos excepcionais, devem ser verificadas em cálculo para trens-tipo especiais.
• Passeios: devem ser carregados com a carga q' sem acréscimo devido ao efeito dinâmico; no entanto, a estrutura de suporte do passeio deve ser verificada para a ação de uma sobrecarga de 5 kN/m², sem acréscimo devido ao efeito dinâmico.
• Guarda-rodas e defensas: devem ser verificados para uma força horizontal de 60 kN, sem acréscimo devido ao efeito dinâmico. A norma permite, para a avaliação das solicitações, a distribuição a 45º do efeito da força horizontal.
• Pontes ferroviárias: As cargas são fixadas pela NBR 7189, que estabelece 4 classes de trens-tipo:
• TB 360: transporte de minério de ferro ou outros carregamentos.
• TB 270: transporte de carga geral.
• TB 240: somente na verificação de estabilidade e projeto de reforço de obras existentes.
• TB 170: vias exclusivamente de transporte de passageiros em regiões metropolitanas ou suburbanas.

Efeito dinâmico das cargas móveis

Todas as cargas com ação dinâmica são multiplicadas por um “coeficiente de impacto” ou “coeficiente de amplificação dinâmica”, que é maior que 1. Isso acontece porque não podem ser consideradas apenas cargas estáticas, em função de:

• Oscilações provocadas pelos veículos, especialmente pelos trens, causadas pela existência de excêntricos nas rodas, pelas ações das molas e pelas juntas dos trilhos;
• Irregularidades na pista nas pontes rodoviárias;
• Força centrífuga causada pela deformação da ponte sob a ação das cargas.

• Força centrífuga: Se manifesta nas pontes em curva.
• Pontes rodoviárias: aplicada pelo veículo ao tabuleiro através do atrito das rodas com o pavimento;
• Pontes ferroviárias: aplicada pelos frisos das rodas ao trilho, e consequentemente à estrutura.

Efeitos da frenagem e da aceleração

Quando freados ou acelerados em uma ponte, os veículos promovem forças na direção do tráfego, ou seja, forças horizontais ao longo do eixo da rodovia. Em geral, a laje resiste bem a esses esforços, transmitindo-os aos elementos da infraestrutura de uma forma que estes esforços irão produzir uma considerável flexão da infraestrutura.

• Cálculo das forças horizontais (NBR 7187):
• Pontes rodoviárias: 5% do valor do carregamento na pista de rolamento e 30% do peso do veículo tipo.
• Pontes ferroviárias: 15% da carga móvel para frenagem e 25% do peso dos eixos motores para a aceleração.

Pressão da água e temperatura

• Pressão da água: As forças de pressão da água em movimento sobre os pilares e elementos de fundação devem ser considerados de acordo com a forma do pilar (NBR 7187). Obs: No pilar circular, seu formato faz com que a água gere menos atrito (é o melhor para pontes).
• Variação de temperatura: A parte superior da ponte sofre ação solar direta, ocorrendo a distribuição de temperatura ao longo da altura da seção transversal, que pode ser decomposta em três parcelas:
• Variação uniforme: tentará produzir uma variação de comprimento;
• Variação linear: tentará produzir um encurvamento ao longo do comprimento;
• Parcela correspondente à temperatura igual nas faces opostas: irá produzir tensões internas, uma vez que as seções permanecem planas, sem deslocamento algum.

Ação do vento e cargas de construção

• Ação do vento: A norma NBR 7187:2003 não indica procedimento para a determinação da ação do vento em pontes; recomenda seguir a NBR 6123.
• Ponte descarregada: considera-se como superfície de incidência do vento a projeção da estrutura sobre plano normal à direção do vento.
• Ponte carregada: essa projeção é acrescida de uma faixa limitada superiormente por linha paralela ao estrado, distante da superfície de rolamento 3,50 m, 2,00 m ou 1,70 m, conforme se trate, respectivamente, de ponte ferroviária, rodoviária ou para pedestres.
• Cargas de Construção: Devidas ao peso de equipamentos e estruturas auxiliares de montagem e de lançamento de elementos estruturais.

Pontes em viga

A análise do comportamento estrutural das pontes pode ser subdividida em duas etapas:

1. Análise da distribuição dos esforços na direção transversal da ponte, que depende fundamentalmente do tipo de seção transversal.
2. Análise do efeito das cargas equivalentes, obtidos a partir da análise da distribuição dos esforços na direção transversal, no sistema estrutural principal.

Obs: As cargas equivalentes na via são também chamadas de “trem-tipo”.

Matéria Professor Roberto:

Definições e Classificações

Pontes: São elementos estruturais que estabelecem a continuidade de uma via. A ponte deve manter as mesmas características da via (ex: a ponte deve ter acostamento se a via tiver). A largura mínima de uma ponte rodoviária é 12,80 m.

Viaduto: Tipo de ponte destinada a vencer um obstáculo que não seja água.

• Superior: via principal passa em cima.
• Inferior: via principal passa embaixo.

Classificação

• Comprimento: Galeria (2 a 3m), Pontilhão (3 a 10m), Ponte (maior que 10m).
• Natureza de tráfego: Rodoviária, Aeroviária, Passarela, Ferroviária, Aqueduto.
• Desenvolvimento: Planimétrico (Reta ou Curva) e Altimétrico (Reta ou Curva).
• Fatores de um bom projeto: Segurança, Funcionalidade, Economia e Estética.

Nomenclatura e Seções

• Superestrutura: laje e viga (vence o vão).
• Mesoestrutura: parede de apoio e pilares.
• Infraestrutura: fundação.
• Seção transversal: Pista de rolamento, acostamento, defensa, passeio (mínimo 1,20 m), guarda-roda, guarda-corpo.
• Seção longitudinal: Vão (eixo dos apoios), Vão livre (faces dos pilares), Altura de construção (fundo da viga ao topo da laje).

Dispositivos e Condições de Projeto

• Dispositivos: Laje de transição, cortinas, alas, juntas de dilatação, drenagem, pavimentação.
• Condições preliminares: Geométricas, Topográficas, Hidráulicas/Hidrológicas, Geotécnicas (sondagens SPT), Gabarito.

Métodos Construtivos

• Lajes: Concreto Armado (vão até 15m), Concreto Protendido (vão até 24m), Lajes Vazadas.
• Vigas: Estrutura em duas vigas, Estrutura em grelha.
• Estruturas Celulares: Concreto Armado (20 a 35m), Concreto Protendido (40 a 200m+).
• Outros: Pórtico, Arco, Treliça, Estaiada (200 a 900m), Pênseis (300 a 1000m+).