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Rua do Mercado, 11 - 18º andar Rio de Janeiro - RJ Telefone: (21) 3445-6300 E-mail: cbca@acobrasil.org.br www.cbca-acobrasil.org.br Construção MANUAL DE EM AÇO Pontes e Viadutos em Vigas Mistas PO N TES E V IA D U TO S EM V IG A S M ISTA S M A N U A L D E C O N STRU Ç Ã O EM A Ç O Manual de Pontes e Viadutos em Vigas Mistas 2a Edição Série “Manual de Construção em Aço” • Galpões para Usos Gerais • Ligações em Estruturas Metálicas • Edifícios de Pequeno Porte Estruturados em Aço • Alvenarias • Painéis de Vedação • Resistência ao Fogo das Estruturas de Aço • Tratamento de Superfície e Pintura • Transporte e Montagem • Steel Framing: Arquitetura • Interfaces Aço-Concreto • Treliças tipo Steel Joist • Viabilidade Econômica • Dimensionamento de Perfis Formados a Frio conforme NBR 14762 e NBR 6355 (CD) • Projeto e Durabilidade • Estruturas Mistas Vol. 1 e 2 • Prevenção contra Incêndio no Projeto de Arquitetura • Projeto de Abertura em Almas de Vigas de Aço e Vigas Mistas de Aço e Concreto • Estruturas Compostas por Perfis Formados a Frio. Dimensionamento pelo Método das Larguras Efetivas e Aplicação Conforme ABNT NBR 14762:2010 E ABNT NBR 6355:2012 • Tecnologias de Vedação e Revestimento para Fachadas • Steel Framing Engenharia • Manual da Sustentabilidade da Contrução em Aço • Pontes e Viadutos em Vigas Mistas Manual de Pontes e Viadutos em Vigas Mistas 2a Edição INSTITUTO AÇO BRASIL CENTRO BRASILEIRO DA CONSTRUÇÃO EM AÇO RIO DE JANEIRO | 2020 FERNANDO OTTOBONI PINHO ILDONY HÉLIO BELLEI © 2021 INSTITUTO AÇO BRASIL / CENTRO BRASILEIRO DA CONSTRUÇÃO EM AÇO Nenhuma parte desta publicação pode ser reproduzida por quaisquer meio, sem a prévia autorização desta Entidade. Ficha catalográfica preparada pelo Centro de Informações do AçoBrasil/CBCA P654m Pinho, Fernando Ottoboni; Bellei, Ildony Hélio. Manual de pontes e viadutos em vigas mistas / Fernando Ottoboni Pinho, Ildony Hélio Bellei. - 2.ed. - Rio de Janeiro: Instituto Aço Brasil : CBCA, 2020. 169 p. : il. (color) ; 29 cm. -- (Série Manual de Construção em Aço). Bibliografia ISBN 978-65-89443-00-1. 1.Pontes. 2. Viadutos. 3. Treliças. 4. Cisalhamento. 5. Tesões. 6. Cargas permanentes. 7. Cargas móveis. 8. Ligações. 9. Montagem de pontes. I. Bellei, Ildony Hélio. II. Título. III. Série. CDU 624.21(035) 2a Edição , 2020 Instituto Aço Brasil / Centro Brasileiro da Construção em Aço Rua do Mercado, 11 / 18o Andar 20010-120 - Rio de Janeiro - RJ e-mail: cbca@acobrasil.org.br site: www.cbca-acobrasil.org.br Capítulo 1 Evolução histórica dos projetos de pontes 09 1.1 Introdução 10 1.2 Histórico das pontes 10 1.3 Estágio atual e futuro das pontes e viadutos 17 1.4 Resumo das principais pontes e viadutos em aço nacionais 19 Capítulo 2 Tipos de superestruturas de pontes e viadutos 22 2.1 Introdução 23 2.2 Tipos de superestruturas 23 2.2.1 Vigas de alma cheia mistas 23 2.2.2 Treliças 26 2.2.3 Vigas em caixão 29 2.2.4 Pórticos 31 2.2.5 Arcos 32 2.2.6 Suspensas por cabos (estaiadas e pênseis) 33 2.3 Tipos de tabuleiros 34 2.4 Ponte mista 35 2.5 Gabaritos 36 Capítulo 3 Materiais usados e suas funções na construção de pontes em aço 38 3.1 Introdução 39 3.2 Aço para vigas, pilares e ligações 39 3.3 Corrimãos 41 3.4 Guarda rodas 41 3.5 Conectores de cisalhamento 41 3.6 Parafusos 41 3.7 Eletrodos para solda 41 3.8 Concreto 42 3.9 Aparelhos de apoio 43 3.10 Juntas de dilatação 43 3.11 Revestimento 44 3.12 Drenagem 44 Capítulo 4 Normas estruturais 45 4.1 Normas brasileiras 46 4.1.1 Normas ABNT 46 4.1.2 Normas DNIT 46 4.2 Normas estrangeiras 46 4.3 Resumo dos principais tópicos das especificações americanas da 47 AASHTO usadas nos exemplos deste manual 4.3.1 Introdução 47 4.3.2 Artigos da AASHTO 47 Su m ár io MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 5 Capítulo 5 Cargas nas pontes 55 5.1 Cargas permanentes 56 5.1.1 Composição da carga permanente 56 5.1.2 Peso especifico dos materiais 57 5.2 Cargas móveis 57 5.2.1 Introdução 57 5.2.2 Cargas móveis rodoviárias 57 5.2.3 Coeficiente de impacto vertical (CIV) 58 5.2.4 Coeficiente de número de faixas (CNF) 59 5.2.5 Coeficiente de impacto adicional (CIA) 59 5.3 Ação dos ventos 59 5.4 Combinações de cargas 60 5.5 Distribuição transversal das cargas 60 Capítulo 6 Ligações 61 6.1 Introdução 62 6.2 Soldas 62 6.3 Parafusos 63 6.4 Exemplos 68 Capítulo 7 Sistemas de montagem 76 7.1 Introdução 77 7.2 Pré-montagem 77 7.2.1 Soldados como indicado na figura 6.1 77 7.2.2 Parafusadas como indicado na fig. 6.3 77 7.2.2.1 Arruelas 77 7.2.2.2 Aperto pelo método da rotação da porca 77 7.2.2.3 Aperto com chave calibrada ou chave manual com torquímetro 78 7.3 Montagem por lançamento 79 Capítulo 8 Inspeção e avaliação 83 8.1 Introdução 84 8.2 Tipos de inspeção e periodicidade 84 8.2.1 Inspeção cadastral 84 8.2.2 Inspeção rotineira 84 8.2.3 Inspeção especial 84 8.3 Inspeção e avaliação da superestrutura 85 8.3.1 Procedimentos de Inspeção 85 8.3.2 Uso de aços sem resistência a corrosão atmosférica tipos 85 ASTM A572-G50 e ASTM A36 6 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS 8.3.3 Aços de alta resistência a mecânica e a corrosão atmosférica 85 tipos COR , tais como ASTM A588, USI-SAC, COSACOR, CSN COR , e GERDAU COR500 8.3.4 Pontes com partes galvanizadas 86 8.4 Inspeção outras partes 86 Referências Bibliográficas 87 Anexo A – Gráficos e tabelas 89 Anexo B – Exemplos 95 MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 7 O CBCA – Centro Brasileiro da Construção em Aço tem a satisfação de oferecer aos profissionais envolvidos com o emprego do aço na construção civil a segunda edição do décimo segundo manual, de uma série Manual da Construção em Aço, cujo objetivo é a disseminação de informações técnicas e as melhores práticas relacionadas à construção em aço. Este manual tem como objetivo principal estimular os profissionais de engenharia na escolha do material e concepção mais adequada para a construção de pontes rodoviárias. Existem várias concep- ções consagradas para as estruturas das pontes e viadutos, cada uma com as suas características que respondem diferentemente aos vãos livres, facilidades de fabricação e montagem, além de diferentes aspectos estéticos. De todas as concepções, a mais simples e que utiliza o melhor das características do aço e do concre- to e que responde bem na faixa de vãos mais utilizada é a ponte ou viaduto em vigas mistas de aço e concreto, objeto deste manual. Neste manual é apresentada a evolução histórica das pontes em aço, os diversos tipos de superestrutu- ras, as normas técnicas empregadas para os materiais, cargas e o projeto das pontes, além de sistemas de montagem. Complementando a parte teórica, o manual aborda de forma prática no Anexo B, o projeto completo de uma ponte mista de aço e concreto de 40 m de vão livre e de uma ponte vicinal mista de 14 m de vão. Nesta edição, foram empregadas as últimas edições das normas ABNT, e principalmente a nova NBR 16694:2020 para o Projeto de pontes rodoviárias de aço e mistas de aço e concreto. O CBCA, entidade que promove a construção industrializada em aço no Brasil, acredita que a difusão dos sistemas construtivos em aço colabora com o avanço tecnológico da construção civil brasileira. A pr es en ta çã o 8 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS 9 MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 9 C A P Í T U L O 1 Evolução histórica dos projetosde pontes 1.1 – Introdução Desde a remota antiguidade, quando as populações começaram a se agrupar em comunidades (aldeias, vilas e cidades) e apareceram as primeiras preocupações para travessias de rios, riachos e vales, então surgiram as PON- TES (e mais tarde os Viadutos). Estas tem sido sempre motivo de fascínio e orgulho de seus usuários, projetistas e construtores e prova do de- senvolvimento de um povo. Mostraremos à seguir um pouco da história das pontes, os recursos atuais e tendências da tecnologia de cons- trução de pontes. 1.2 – Histórico das pontes Os primeiros materiais a serem usados em construção de pontes foram a pedra e posteriormente a madeira. As mais antigas pontes de pedra foram construídas em Roma empregando a técnica dos arcos aprendida com os etruscos. Existem inúmeras pontes em toda a Europa, mas as mais antigas estão situadas em ROMA, e dentre estas podemos citar três pontes ainda hoje servindo a população local, que são: - Fabrício (62 a.C); - São Ângelo (134 d.C); - Cestio (365 d.C). Figura 1.1 - Ponte de pedra 10 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS Ev ol uç ão h is tó ric a do s pr oj et os d e po nt es 1 Com relação às pontes de madeira há notícias de que os romanos as usaram para vencer a travessia de rios largos, como o Reno e o Danúbio. Durante a renascença, no século XVI, o Arquiteto Palladio, usando treliças triangulares ela- boradas por ele, construiu vãos de 30 metros. É importante salientar que foi Palladio quem primeiro declarou os três princípios básicos a serem adotados no projeto de uma ponte: ne- cessária, bonita e durável . Figura 1.2 – Treliças triangulares de madeira, concebida por Palladio. Como exemplo podemos citar as pontes Grubernmann na Suíça, construída em 1757 sobre o rio Reno, com dois vãos de 52 e 59 m; a ponte sobre o rio Elba em Wittemberg, na Alemanha, tendo 14 vãos de 56 m em trliçaHowe, construída em 1848; e a ponte Cascade, nos Estados Unidos , com 53 m de vão e 90 m de comprimento. Figura1.3 – Ponte Cascade Por volta de 1840 começou o período de transição entre pontes de madeira e de ferro, que durou aproximadamente 40 anos, começando e terminando em uma geração. A primeira ponte a usar ferro fundido foi construída pelo exército alemão sobre o rio Oder na Prússia, em 1734. MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 11 1 Ev ol uç ão h is tó ric a do s pr oj et os d e po nt es A primeira ponte toda em ferro fundido foi a Ponte sobre o Rio Severn construída em 1779, na Inglaterra, para um vão de 31 m, com 15 m de largura e comprimento total de 59 m. Em 1857 foi construída, o que acreditamos seja a ponte mais antiga no Brasil, feita em ferro pudlado( ferro fundido melhorado), que é a ponte sobre o rio Paraíba do Sul na cidade do mesmo nome, com 5 vãos de 30 m, em treliça arqueada, com largura de 6m. Esta obra de arte foi construída pelo Barão de Mauá, sendo fundida em seus estaleiros na Ponta da Areia em Niterói, sob a supervisão do engenheiro inglês Dadgson. Sua construção foi feita em partes sendo transportada até o local em lombo de burro. É curioso notar que foi esta ponte a primeira no país a cobrar pedágio da seguinte forma : 100 reis por cavaleiro e 60 reis por cabeça de gado ou cavalo. Esta ponte depois de uma refor- ma em 1981se encontra em serviço até hoje, servindo apenas para carro de passeio e ônibus. Figura 1.4 – Ponte Severn Figura1.5 – Ponte de Paraíba do Sul 12 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS Ev ol uç ão h is tó ric a do s pr oj et os d e po nt es 1 A primeira treliça completamente em aço, foi feita nos Estados Unidos em 1840; este mesmo tipo de construção foi usado em pontes na Inglaterra em 1845, na Alemanha em 1853 e na Rússia em 1857. No Brasil as primeiras pontes rodoviárias em treliça totalmente em aço foram construídas en- tre 1850 e 1880 . Exemplos são a ponte Boa Vista em Recife, de 1850 e a Ponte de Sant’Ana sobre o Rio Piabanha com um vão de 46m na Estrada União Industria ( antiga Rio-Juiz de Fora) construída em 1860, considerada uma das mais bonitas na época Vale citar também a ponte Benjamin Constant, em Manaus, com vão central de 60m e 2 vãos de 30 m em treliça Gerber tipo Pratt, com largura de pista de 10,5 m e total de 14,5 m, cuja construção data de 1880. Figura1.6 – Ponte Benjamin Constant Por esta mesma época surgiram as pontes com treliça em balanço, sendo a mais importante a Firth of Forth em Edimburgh, construída em 1890, com vão livre de 521 m e altura de 105 m com 50.00 t de aço, estando em uso até os dias de hoje. Cabe salientar que esta ponte já foi fabricada usando o aço Siemens Martin cuja qualidade era superior ao do aço pudlado usado anteriormente. A introdução do processo Siemens Martin em 1861 permitiu um controle de qualidade maior com emprego de aços ligados . A ponte de Eads construída em St. Louis, nos Estados Unidos entre 1874-76 já usou aço de alta resistência, com resistência a tração de 7,0 tf/cm2 (aço com 1,5% de cromo). Figura1.7 – Ponte Firth of Forth MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 13 Ev ol uç ão h is tó ric a do s pr oj et os d e po nt es 1 Acidentes Durante a década de 1870-80 nos Estados Unidos mais de 200 pontes caíram, sendo a de maior repercussão a sobre o Rio Ohio em 29/12/1876, quando o Expresso do Pacífico mergulhou no rio. Um desastre similar ocorreu na Escócia em 29/12/1879, quando 13 grandes vigas da ponte do braço do mar de Tay, foi derrubada num vendaval quando um trem de passageiros estava atravessando-a. Vale aqui ressaltar as pontes pênseis que por si só já são uma história, cujas primeiras pontes apareceram por volta de 1801, sendo a mais importante a sobre o Estreito de Menai, feita por T. Telford entre 1820-26 com 174 m de vão central; a ponte sobre o Rio Neva em 1844 na Rússia, com dois vãos de 114 m, mas a era das pontes pênseis começou mesmo em 1870 com a ponte do Brooklyn, cujo vão principal mede 480 m, outra ponte pênsil em uso até hoje é a Verrazano Narrows em Nova York, feita em 1964 com vão livre de 1280 m e doze pistas de trafego. A ponte com o maior vão livre do mundo está situada no Japão com vão livre de 1900 m. No Brasil, registramos a construção da ponte pênsil de São Vicente em 1914 com 180 m de vão livre, e a Ponte Hercílio Luz em Florianópolis em 1926 com 340 m de vão livre. Figura 1.8 – ponte Hercílio Luz Registramos aqui a construção em 1913, no centro de São Paulo , do Viaduto Santa Efigênia , em arco . E em 1900 a ponte rodo-ferroviária de Barra do Pirai em treliças arqueadas com 5 vãos de 47 m e largura de pista de 7,0 m. 14 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS 1 Ev ol uç ão h is tó ric a do s pr oj et os d e po nt es Figura 1.9 – Ponte de Barra do Pirai Terminado a fase das vigas em arco e treliça, começaram a surgir as pontes em vigas caixão, estaiadas e mistas . O grande desenvolvimento deste tipo de ponte veio a partir de 1945 após a segunda guerra mundial. As pontes em caixão com piso de concreto são usadas para médios vãos e o caixão com piso ortotrópico para grandes vãos. Este tipo é adotado mais por questões estética em médios vãos do que econômica. As pontes estaiadas são econômicas com piso em caixão ortotrópico para vãos em torno de 350 m, sendo a de maior sucesso a Ponte Severin, em Colônia na Alemanha, cuja construção data de 1960. Figura 1.10 – Ponte Severin MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 15 1 Ev ol uç ão h is tó ric a do s pr oj et os d e po nt es 16 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS Ev ol uç ão h is tó ric a do s pr oj et os d e po nt es 1 A partir de 1930 e incrementado após a 2a guerra mundial, tiveram início as pontes mistas aço-concreto, onde o tabuleiro é de concreto e a viga é de aço, podendo ser em perfil lamina- do, soldado ou caixão. Neste tipo de ponte o aço trabalha junto com o concreto, cada qual na sua melhor função. Para que isto aconteça é necessário soldar a mesa superior das vigas conectores, que podemser do tipo U, L, espirais ou pinos (Studs) que são soldados por meio de máquinas automáticas que dão um grande rendimento, barateando a construção. Um exemplo de construção rodoviária tipo mista são os elevados da Perimetral e Linha Ver- melha na cidade do Rio de Janeiro. O elevado da Perimetral construído de 1973-78,tem 7326 m de comprimento, com vãos variando de 31 a 60 m, e largura de pista de 19 m para 4 faixas de tráfego, todo em vigas bi apoiadas, formado por longarinas e transversinas, formando grelhas. Neste elevado, o consu- mo de aço (alta resistência a corrosão atmosférica) foi da ordem de 25.000 toneladas e o de concreto de 57.000 m3. O elevado da Linha Vermelha foi construído em duas etapas, sendo a 1a de 1973-79 e a 2a de 1991-92 . A 1a etapa com 4.660 m, vãos variando de 20 a 65 m, largura de pista variável, sendo em alguns trechos de 2 pistas de tráfego, e em outras 5 pistas, sendo parte em viga caixão contínua e parte em grelhas, consumindo 22.000 toneladas de aço e 27.000 m3 de concreto. A 2a etapa com 2500 m, vãos variando de 30 a 75 m, largura de pista de 10m consumindo 8.800 toneladas de aço e 54.000 m3 de concreto. Figura 1.11 – Ponte Mista MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 17 Ev ol uç ão h is tó ric a do s pr oj et os d e po nt es 1 Figura 1.12 – Elevado da Perimetral Figura 1.13 – Elevado da Linha Vermelha 2a etapa Neste resumo, muitos detalhes históricos interessantes tiveram que ser omitidos, mas podemos dizer que as pontes metálicas são tão ou mais antigas que as de concreto cuja primeira ponte foi construída na França em 1840 para um vão de 13,5 m, ficando seu incremento para o início do século. A mais recente técnica do concreto, o protendido data de 1927. 1.3 – Estágio atual e futuro das pontes e viadutos Embora o público e alguns arquitetos e engenheiros de cada época acreditassem ter alcançado o limite último para projeto e construção de pontes e viadutos , e assim chegado no fim da estrada dos novos desenvolvimentos, a História tem indicado de outra forma. 18 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS Ev ol uç ão h is tó ric a do s pr oj et os d e po nt es 1 Hoje o engenheiro estrutural tem a sua disposição um grande poder de análise, com o uso de programas computacionais nunca antes imaginado. Esta ferramenta pode desenvolver em minutos o que antes levaria meses ou anos. Com este ganho de tempo, muitos tipos de pontes tem sido investigadas e outras estão atingindo o seu dimensionamento ótimo. Figura 1.14 – Viaduto sobre a via Dutra. Figura 1.15 – Ponte JK – Brasília Novos materiais sem dúvida aparecerão, tornando possível pontes e viadutos mais leves e bo- nitas. O desafio existe e somente os engenheiros qualificados terão sucesso nos novos tempos. MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 19 Ev ol uç ão h is tó ric a do s pr oj et os d e po nt es 1 Figura 1.16 – Ponte em Manchester-Inglaterra 1.4 – Resumo das principais pontes e viadutos em aço nacionais Figura 1.17 – Ponte Rodo ferroviaria sobre o Rio Tocantins – Marabá- PR – 2100 m 20 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS 1 Ev ol uç ão h is tó ric a do s pr oj et os d e po nt es Figura 1.18 – Ponte sobre o Rio Macuxis – Boa Vista, RR – 1200 m Figura 1.19 – Ponte Rodoviária do Outeiro Belém/PA – 360 m Figura1.20 – Ponte do Salto – Blumenau, SC – 190 m MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 21 1 Ev ol uç ão h is tó ric a do s pr oj et os d e po nt es Figura 1.21 – Viaduto da Linha Vermelha sobre a Av. Brasil – Rio de Janeiro -145 m. C A P Í T U L O 2 Tipos de superestruturas de pontes e viadutos Edifício para as Olimpíadas do Rio de Janeiro Foto: Silvia Scalzo Ti po s de s up er es tr ut ur as d e po nt es e v ia du to s 2.1 – Introdução A escolha da superestrutura de uma ponte ou viaduto, depende de vários fatores que devem ser levados em consideração, tais como: • Função • Topografia local e • Natureza do solo • Extensão e vão livre necessário • Gabaritos a serem obedecidos • Estética • Acessos • Localização • Tempo de execução previsto • Custos disponíveis para a obra. Em obras de maior expressão, é normal a contratação de um escritório de engenharia espe- cializado no assunto, para fazer um estudo de viabilidade técnica e econômica, antes de se realizar a concorrência. 2.2 – Tipos de superestruturas Existe uma série de concepções estruturais para serem usadas como superestruturas no projeto de uma ponte ou viaduto, dentre elas, podemos citar: - Vigas múltiplas de alma cheia mistas; - Viga em caixão; - Treliças; - Arcos; - Pórticos rígidos; - Suspensas por cabos (estaiadas e pênseis) 2.2.1 – Vigas de alma cheia mistas Com o advento dos perfis laminados até 1000 mm, e posteriormente com a difusão dos perfis soldados até a altura desejada, é possível a construção de pontes de tabulei- ro simples, o que no passado era bem mais complicado, pois era necessários a com- posição com rebites. Em geral a altura ótima das vigas fica entre 1/18 a 1/25 do vão. MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 23 2 Ti po s de s up er es tr ut ur as d e po nt es e v ia du to s Perfil laminado: os perfis laminados no Brasil são encontrados com altura até 610mm, e per- mitem a construção de pontes com vãos até aproximadamente 14,00 m, mas com o uso de uma chapa de reforço na mesa inferior e no sistema misto, (tabuleiro de concreto trabalhando junto com a mesa superior da viga), permitem atingir vãos até 16,00m. O aço empregado é em geral tipo ASTM A572 G50 com fy = 34,5 kN/cm2 Perfil soldado: os perfis soldados não têm limites de altura para sua fabricação, e podem ser compostos de várias maneiras para poderem ser os mais econômicos na construção da supe- restrutura das pontes e viadutos. Em geral são econômicos para vãos na faixa de 20 a 60 m, usando-se o sistema misto. Para vãos até 20 m usa-se em geral uma mesma espessura e largura para as chapas de mesa para estruturas não mistas, mas se o sistema for misto deve-se usar uma chapa mesma largura e espessuras diferentes para as mesas., sendo a mais fina para a mesa superior comprimida. Para vãos acima de 20 m o recomendável e o mais econômico é o uso de vigas mistas com variação de espessura e largura das mesas. Assim um vão de 30 m pode ter a parte central de 12 m com mesas mais largas e as partes laterais de 9 m com larguras menores, ou mesma largura e espessuras menores. O assunto deste capítulo se restringe as vigas de uma só alma. Elas podem ser simplesmente apoiadas ou contínuas, associadas a laje ou não. Fig. 2.1 – Seções transversais típicas de vigas de alma cheia Características importantes a) A principal vantagem de uma viga de alma cheia é a simplicidade de sua geometria, com- parada com outras alternativas, tais como treliças. Esta vantagem propicia custos baixos de fabricação. É importante conservá-la através de um detalhamento cuidadoso; por exemplo, em construções soldadas, o projeto deve permitir ao máximo o emprego de processos automáticos e semi-automáticos de solda. 24 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS 2 b) A simplicidade da seção transversal também contribui para custos de manutenção razoáveis, porque a estrutura está toda exposta e acessível para reparos e reforços. c) A maioria das pontes em vigas de alma cheia tem o tabuleiro de concreto no nível da mesa superior, o qual pode ser integrado às vigas para trabalhar como parte das mesas superiores. d) Há uma tendência para o uso de mesas largas e finas. É possível ajustar a área da mesa por uma variação da largura, em lugar da espessura. e) Ao se projetar a alma de uma viga, há uma escolha a fazer entre o uso de uma alma espessa com poucos enrijecedores e uma esbelta com um número maior de enrijecedores. A escolha está relacionada no confronto de custos de material e mão de obra. Nos Estados Unidos, os altos custos de mão de obra têm justificado o emprego de almas mais espessas simples. Na Europa, verifica-se o contrário. Noentanto há uma tendência universal pelo uso de almas mais esbeltas. Apesar de presença de enrijecedores, o projeto com alma esbelta provavelmente conduzirá a uma redução de peso e de custo do material, porém com um custo mais elevado de mão de obra. Uma viga com alma esbelta é mais eficiente quando enrijecida por uma série de enrijecedores transversais e longitudinais. A experiência demonstra que vigas com enrijecedores longitudinais não tem uma boa relação custo-eficiência em vãos menores do que 61 m. Fig. 2.2 –Enrijecedores de alma f ) Na maioria das pontes em vigas, deve ser feita uma escolha entre ; - Usar duas vigas principais com grande espaçamento, com um sistema auxiliar suportando o tabuleiro (Fig.2.3). - Prever vigas principais múltiplas, com espaçamento suficientemente pequeno para ser ven- cido pela laje do tabuleiro (Anexo B Exemplos 1 e 2). MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 25 Ti po s de s up er es tr ut ur as d e po nt es e v ia du to s 2 No primeiro caso, o sistema secundário de vigas pode consistir somente de vigas transversais com pequeno espaçamento ou vigas transversais apoiando um sistema de longarinas. O projeto de duas vigas conduz a maior altura nas vigas principais. Isto deve levar a uma re- dução da área total da mesa e deve tender par uma redução do custo total das vigas principais, o que deve ser comparado com custo das vigas do tabuleiro. Fig. 2.3 – Tabuleiro formado por transversina e longarinas. Obs.: As vigas de alma cheia para serem usadas em pontes ou viadutos devem satisfazer as suas relações de largura / espessura, de acordo com a NBR 16694. 2.2.2 – Treliças A treliça pode ser descrita como um conjunto de triângulos formados por peças retas e in- terligadas por ligações simples. Quando adequadamente projetada, com proporções normais, uma treliça tem as seguintes características: a) Os eixos de todos os elementos são retos e concorrentes nos nós ou juntas. b) A treliça propriamente dita é carregada somente nos nós. Uma treliça plana pode ser considerada como uma viga alta, com mesas substituídas pelos banzos da treliça e a chapa de alma, substituída por um sistema aberto de elementos da alma. Uma treliça pode ser usada para substituir uma viga de alma cheia em certos casos; por exem- plo, uma viga reta simplesmente apoiada ou contínua, no tabuleiro de uma ponte pênsil ou estaiada, ou ainda um arco. O sistema de treliças tem duas grandes vantagens: a primeira é a dos elementos só serem solicitados por cargas axiais (tração ou compressão), a segunda permitir alturas maiores com menor peso e redução de flecha. A única desvantagem das pontes em treliça, é as vezes o fator estético, pelo cruzamento visual dos elementos. 26 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS Ti po s de s up er es tr ut ur as d e po nt es e v ia du to s 2 Uma ponte completa em treliça, de projeto convencional, pode ter tabuleiro superior, inferior ou nos dois, tendo os seguintes componentes (Fig. 2.4): - uma laje de tabuleiro; - longarinas apoiadas nas transversinas; - transversinas apoiadas nos nós; - contraventamentos horizontais - contraventamentos verticais. - cordas superior e inferior - diagonais e montantes Fig. 2.4 – Peças que compõem uma treliça As treliças são econômicas com altura variando de 1/8 a 1/15 do vão. E são usadas para vãos acima de 40 m até 150 m quanto isostáticas, e como continua até 300 m. Isto não impede a construção de vãos maiores como a da Ponte em balanço Greater New Orleans com 480 m construída em 1958. Tipos de Treliças Os tipos de treliças planas mais usuais são mostrados na Fig. 2.5. A treliça Pratt isostática é a mais vantajosa em estruturas metálicas (Fig.2.5a), devido aos montantes, que são os elementos mais curtos, estarem em compressão, e as diagonais como elementos mais longos estarem sujeitos a tração, embora esta vantagem é em parte anulada pelo fato do banzo central comprimido ser mais fortemente carregado que o central tracionado. A treliça Howe é o inverso da Pratt, ideal para madeira. A treliça Warren, mostrada na fig.2.5.b, pode ser modificada pela adição de montantes. Estes podem ser colocados em todos os painéis MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 27 Ti po s de s up er es tr ut ur as d e po nt es e v ia du to s 2 (como mostrado em pontilhado), ou somente a partir do tabuleiro para as diagonais opostas. O sistema contraventado K da fig.2.5g, é indicado quando a altura do painel é da ordem de duas a três vezes o seu comprimento. O sistema em losangos, mostrado na fig. 2.5e, tem sido usado como treliça primária. Entretan- to, é mais comumente usados como contraventamento horizontal. Esse arranjo proporciona diagonais mais curtas, com ligação aos banzos em pontos intermediários às juntas principais. Ele pode causar tensões secundárias elevadas nos banzos. Para haver estabilidade, um dos losangos deve ter um elemento em sua diagonal. A Warren composta (Fig. 2.5f ) é usada quando se tem diagonais muito grandes e necessita-se diminuir o comprimento de flambagem da diagonal. A Whoppe é mais por questões estéticas (Fig. 2.5d). Por economia, a altura da treliça é usualmente fixada como uma fração do vão. A medida que o vão aumente, a altura da treliça cresce e com ela o comprimento do painel. Para se obter apoio adequado ao tabuleiro, pode ser necessário subdividir o painel, como mostrado na Fig. 2.6. Para tabuleiro no nível do banzo superior, o arranjo dos elementos adicionais será o in- verso dos indicados. Fig. 2.5a – Tipos de treliças Fig. 2.6 – Elementos adicionais Fig. 2.5b – Tipos de treliças 28 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS Ti po s de s up er es tr ut ur as d e po nt es e v ia du to s 2 Características importantes a) A leveza relativa de uma ponte ou viaduto em treliça, é uma vantagem na construção. Pode ser montada elemento por elemento em balanços sucessivos, usando-se equipamento de iça- mento de pequena capacidade. Alternativamente, o número de ligações no campo pode ser reduzido pela fabricação e iça- mento de painel por painel, ao invés de um elemento de cada vez. b) Como em todas as estruturas de pontes ou viadutos, é importante que o tabuleiro e a estru- tura principal sejam compatíveis. Isto é conseguido fazendo-se com que o tabuleiro trabalhe com os banzos da treliça para receber as cargas axiais. Por outro lado, o tabuleiro pode ser isolado dos banzos por meio de juntas de dilatação. 2.2.3 – Vigas em caixão As vigas caixão como o próprio nome indica, são vigas formadas por duas ou mais almas e por uma mesa inferior única e uma ou mais mesa superior, formando na sua configuração um caixão. Existem vários modelos, como os apresentados na Fig. 2.7. Fig. 2.7 – Seções transversais em viga Caixão As seções transversais em caixão são altamente eficientes para estruturas em curva, devido a sua grande resistência a torção, e nas pontes com grandes vãos para evitar problemas de ins- tabilidade aerodinâmica. Além dos elementos longitudinais, uma viga caixão tem também um sistema de diafragmas transversais ou transversinas. MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 29 Ti po s de s up er es tr ut ur as d e po nt es e v ia du to s 2 Uma das vantagens mais importantes da viga caixão em ponte ou viaduto é a possibilidade de se usar a mesa superior como laje do tabuleiro. Em geral a relação altura / vão fica em torno de 1/20 a 1/30. Características a) Grande resistência e rigidez a torção b) Mesas de grande largura c) Maior inércia com alturas menores, no entanto a relação largura/espessura leva a proble- mas de flambagem que são combatidos por um sistema de enrijecedores, que encarecem a sua construção. d) Espaço livre útil - para passagem de tubulações e equipamentos. e) Manutenção – dando acesso direto sem estruturas auxiliares. Se hermeticamente fechado o ar seco torna a atmosfera menos corrosiva. f ) Montagem – o lançamento é facilitado e sua inércia à torção mantém a estruturaalinhada. g) Estético – Esbeltez e regularidade da superfície inferior, proporcionando a visão de uma fita lançada no espaço. h) Menor consumo de tinta, na sua pintura. Projeto A mais importante decisão no projeto é a escolha da seção transversal e está relacionada com: custos de material; custos de ligações; capacidade dos equipamentos disponíveis; acessos; lar- gura de pista e gabaritos. Ao se decidir pela geometria da seção, transversal considerar que: 1) As almas das vigas devem apoiar adequadamente o tabuleiro. 2) A seção transversal deve ser relacionada com o sistema de montagem. 3) O uso de paredes finas, sejam horizontais ou verticais, obriga o uso de enrijecedores. Se a mão de obra é cara, a soldagem destes terá um custo apreciável no custo total. 4) Qualquer variação de altura das chapas exige um diafragma. 30 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS Ti po s de s up er es tr ut ur as d e po nt es e v ia du to s 2 2.2.4 – Pórticos O sistema de pórticos é aquele em que as vigas do tabuleiro são contínuas coma estrutura dos pilares. Esta solução é utilizada para diminuir os vãos da viga reta.(Fig. 2.8) Podem ser interpretados como uma alteração dos arcos inferiores. Normalmente os pilares são inclinados e dentro deste quadro formado pelos pilares e vigas, inserimos os gabaritos exigidos. Pelo pilar inclinado desce uma grande carga de compressão, que terá que ser absorvida por fundações inclinadas, isto faz com que esta solução seja recomendada para terrenos de bom suporte de cargas. Na interseção entre viga e pilar, geometricamente ocorre grande esbeltez nas chapas sobre altas tensões, isto obriga um estudo mais acurado dos enrijecedores desta região. A eficiência dos pilares inclinados é diretamente proporcional ao ângulo de inclinação. Quanto menor o ângulo, maior a eficiência. Como há inversão no sentido dos valores dos momentos fletores, surgem momentos negativos junto aos pilares, fazendo com que as vigas não possam ser mistas em todo o seu comprimento. A esbeltez e a estética desta solução são muito agradáveis e podemos aplicá-la quando a to- pografia ajudar, como é o caso de viadutos e vales profundos. Fig. 2.8–Tipos de Pórtico MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 31 Ti po s de s up er es tr ut ur as d e po nt es e v ia du to s 2 2.2.5 – Arcos Este tipo de super estrutura de ponte, é um dos mais antigos, pois os romanos fizeram várias delas em pedra a 2100 anos. As primeiras pontes em arco usando-se ferro fundido foram construídas na Inglaterra em 1779 que são as pontes de Severn e Coalbrookedale, que estão em uso até hoje, servindo como passarela para pedestre. O grande uso veio a partir de 1900, quando em 1931 foi construída a Bayonne Bridge nos EEUU com 505 m de vão livre, posteriormente em 1962 foi construída a Lewiston-Queenston Bridge sobre o Rio Niagara nos EEUU com vão livre de 300 m . Os arcos são econômicos na faixa de 100 a 400 m. Tipos de arcos São usados os seguintes tipos de arco na superestrutura de pontes ou viadutos: - Arco inferior com tabuleiro superior (Fig.2.9a); - Arco superior com tabuleiro inferior (Fig. 2.9b); - Arco com tabuleiro intermediário (Fig.2.9c). O uso do tipo depende das condições locais e da estética. O arco inferior se harmoniza bem em vales, se compondo com a natureza. O arco superior é muito adotado quando existem restrições do gabarito na parte inferior. O arco com tabuleiro intermediário se harmoniza com as duas situações. Sob o ponto de vista de cálculo os arcos podem ser definidos como: engastados, bi-rotulados e tri-rotulados, cabendo ao calculista definir o melhor para o local, levando em consideração as condições do solo para as fundações, sistema de montagem, vão e se treliçado ou sólido, sem deixar de levar em consideração a beleza estética da obra. O arco para ser eficiente e dar uma boa estética deve ter uma relação flecha/vão da ordem de 1/5 a 1/8. 32 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS Ti po s de s up er es tr ut ur as d e po nt es e v ia du to s 2 Fig. 2.9 – Tipos de arco. 2.2.6 – Suspensas por cabos (estaiadas e pênseis) As travessias suspensas feitas de cipó foram usadas na América do Sul pelos Astecas e pelos Incas, e foram também usadas na China, Japão, Índia e Tibet. As primeiras pontes suspensas foram feitas pelos engenheiros militares entre os séculos 16 e 19. Em 1734 foram feitas as primeiras tentativas pelo exército saxônico usando ferro fundido em uma ponte sobre o Rio Oder. Existem indicações que os Chineses usaram este mesmo processo mais cedo. A primeira ponte suspensa usando aço na América do Norte foi a Jacob´sCreek Bridge na Pensilvânia em 1801, com vão de 21 m. As pontes suspensas com o uso de cabos de aço dominaram após esta data, e em 1826 Thomas Telford construiu a ponte do estreito de Menai com um vão de 175 m. Logo após vieram as pontes sobre o Rio Ohio com 305 m de vão em 1849 e a ponte do Brooklyn com 480 m em 1883. As pontes estaiadas apareceram por volta de 1938 na Alemanha como uma derivação das suspensas. Sendo uma das mais famosas a adotar este sistema a ponte Severin em Colônia na Alemanha em 1960, com um vão de 350 m. Em geral este tipo de ponte é eficiente para vãos acima de 300 m. MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 33 Ti po s de s up er es tr ut ur as d e po nt es e v ia du to s 2 Fig. 2.10 – Pontes Estaiadas Fig. 2.11 – Pontes Pênseis Fig. 2.12 – Pontes Estaiadas e Pênseis 2.3 – Tipos de tabuleiros Todos os tipos de superestrutura apresentados anteriormente podem usar um dos tipos de tabuleiro dados a seguir para a pista de rolagem dos veículos. a) Os inteiramente em aço, formando uma placa ortotrópica (placa enrijecida de aço), exigem consumo elevado de aço, tornando-se pouco econômicos para vãos pequenos e médios, mas muito usados para pontes de grandes vãos o que vantajoso devido ao pequeno peso do tabu- leiro (Fig. 2.13.a) b) Os tabuleiros em concreto, substituíram com vantagem os metálicos para pequenos e médios vãos, funcionando solidariamente às vigas metálicas, chegando-se então à solução adotada na grande maioria das pontes deste tipo, denominadas de Pontes Mistas.(Fig. 2.13 b) A disposição das longarinas e transversinas que vão dar suporte ao tabuleiro podem ser retan- gulares, esconsas ou curvas.(Fig. 2.14) 34 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS Ti po s de s up er es tr ut ur as d e po nt es e v ia du to s 2 Fig. 2.13 – Tipos de Tabuleiro Fig. 2.14 – Tipos de grelhas 2.4 – Ponte mista A ponte mista é a junção das vigas metálicas com o tabuleiro de concreto, mas para que isto aconteça é necessário a solidarizarão dos dois materiais. Isto é garantido por elementos de li- gação, denominados conectores de cisalhamento. Os conectores de cisalhamento mais usados são os pinos tipo “stud bolt” e os perfis U laminados, que deverão ser distribuídos ao longo da viga. As vigas mistas são econômicas para vãos simples até 60 m e vãos contínuos até 100 m. As vigas mistas são dimensionadas determinando a distribuição de esforços no concreto e no aço, levando-se em conta a ligação solidária do tabuleiro de concreto com as vigas metálicas. Em geral as vigas das pontes e viadutos são calculadas como não escoradas, dando um custo de construção menor. Neste caso é necessário distribuir os vários tipos de carga nas etapas do processo. Assim o peso próprio da viga e do concreto será suportado somente pela viga de aço, e as outras cargas pelo conjunto viga - concreto. A resistência do concreto tem influência no processo de dimensionamento MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 35 Ti po s de s up er es tr ut ur as d e po nt es e v ia du to s 2 O processo de dimensionamento de uma viga mista será desenvolvido nos exemplos do Ane- xo B. 2.5 – Gabaritos O DNIT – Departamento Nacional de Infra Estrutura Terrestre estabeleceu os seguintes seções transversais e gabaritos verticais para as O.A,E. Obras-de-arte Especiais(pontes e viadutos): a) Seção transversal O.A.E (Fig. 2.15) Classe I-B Faixa de rolamento – 350 cm Acostamento – 250 cm Guarda-roda – 40 cm Largura total (L) – 1280 cm Classe II Faixa de rolamento – 350 cm Acostamento – 250 cm Guarda-roda = 40 cm Largura total (L) – 1280 cm Classe III Faixa de rolamento – 350 cm Acostamento – 150 cm Guarda-roda – 40 cm Largura total (L) – 1080 cm Classe IV Faixa de rolamento – 300 cm Acostamento – 150 cm Guarda-roda- 40 cm Largura total (L) – 980 cm Ponte Vicinal (adotada pelos autores) (Fig. 2.16) Faixa de rolamento – 300 cm Acostamento – 45 cm Guarda-roda – 15 cm Largura total (L) – 420 cm 36 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS Ti po s de s up er es tr ut ur as d e po nt es e v ia du to s 2 Fig. 2.15 – Seção transversal O.A.E. Fig. 2.16 –Gabarito rodoviário ponte vicinal b) Gabaritos verticais A altura livre da pista inferior a face inferior da viga de 6,0 m (Fig. 2.17) para as rodovias federais, e dentro dos municípios pode se usar 5,5 m. Fig. 2.17– Gabarito rodoviário vertical MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 37 Ti po s de s up er es tr ut ur as d e po nt es e v ia du to s 2 C A P Í T U L O 3 Materiais usados e suas funções na construção de pontes em aço MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 39 3.1 – Introdução A construção moderna de pontes e viadutos utiliza vários tipos de materiais na sua concepção final. A escolha do melhor material para cada item da construção é a maior responsabilidade do engenheiro de pontes, que deve fazê-lo baseando-se no maior número possível de informações. O aço e o concreto são os dois materiais mais importantes usados na construção de pontes e viadutos. A maioria dos outros materiais são usados em itens específicos como: apoios, juntas de dilatação, revestimentos, proteções, drenagem e corrimãos. O concreto predomina nos tabuleiros, contudo para pontes de grandes vãos, o tabuleiro em placa ortotrópica de aço com revestimento asfáltico especial é usado com vantagens devido ao seu menor peso. 3.2 – Aço para vigas, pilares e ligações O primeiro uso de material ferroso na construção de pontes em larga escala veio com o ferro fundido. Pela sua baixa resistência e fragilidade, o seu uso se tornou inadequado. O ferro forjado foi o seu substituto após 1850. Com o projeto de muitas pontes ferroviárias nesta época, surgiu a necessidade de um material melhor para a construção. O desenvolvimento do aço Bessemer na primeira metade do século dezenove, e a produção em escala, possibilitou a seu uso na construção de pontes a um custo razoável Atualmente existe uma série de aços estruturais disponíveis no mercado para a construção de pontes. O projetista calculista precisa conhecer suas propriedades físicas e mecânicas para fazer a escolha mais apropriada e deverá também verificar a disponibilidade na região. Os aços estruturais podem ser classificados em duas categorias e serem empregados como chapas, perfis laminados e perfis soldados. a) Aços Carbono ou de Média Resistência Apresentam moderado teor de carbono, possuem boa soldabilidade aos processos usuais de solda elétrica e tensão de escoamento fy = 25 kN/cm2 (250 MPa). Os aços desse grupo são: MR-250 da Norma Brasileira ASTM A36 da Norma Americana M at er ia is u sa do s e su as f un çõ es n a co ns tr uç ão d e po nt es e m a ço 3 40 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS b) Aços de Alta Resistência e Baixa Liga Os aços de alta resistência são aqueles que têm limite de escoamento acima de fy >30 kN/cm2 (300 MPa), podem ter alta resistência a corrosão atmosférica ( aprox. 2 a 3 vezes maior que os aços carbono) , pela adição de elementos de liga como cromo, vanádio, cobre, nióbio e titânio na sua composição. A maioria das pontes e viadutos construídos hoje no Brasil utilizam este tipo de aço, que em muitos casos não necessitam de pintura, barateando a construção. Os aços desse grupo são: ASTM A 572 – Alta resistência mecânica ASTM A 588, USI-SAC, COSACOR, CSN COR e GERDAU COR500 - Alta resistência mecânica e a corrosão atmosférica. O emprego dos diversos tipos de aço depende da análise da resistência estrutural necessá- ria e dos custos relativos para uma análise econômica. A tabela a seguir mostra a relação de custos(C) e sua resistência (R). Aço C R C/R Chapas A36 1,0 1,0 1,0 A572 G50 1,10 1,39 0,83 A588 1,25 1,39 0,90 USI-300 1,05 1,20 0,88 COSACOR 400 1,05 1,20 0,88 Perfis A572 G50 1,0 1,39 0,72 Emprego Os aços são empregados nas seguintes partes das pontes : - Vigas principais e diafragmas - Pilares - Tabuleiro em placa ortotrópica - Corrimãos - Guarda rodas M at er ia is u sa do s e su as f un çõ es n a co ns tr uç ão d e po nt es e m a ço 3 MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 41 3.3 – Corrimãos Em geral os corrimãos são feitos de tubos, sendo os aços mais empregados o ASTM A 500 Grau B, e o A501 com limites de escoamento fy = 30 kN/cm2 e 25 kN/cm2 , respectivamente. 3.4 – Guarda rodas Em geral os guarda rodas são feitos tendo um poste em perfil e um batente de forma trape- zoidal em perfil de chapa dobrada galvanizado de acordo com as normas NBR 6970 e NBR 6971. (Fig.3.1) Fig. 3.1 – Guarda roda metálico 3.5 – Conectores de cisalhamento Os conectores usados na ligação da viga de aço com a laje de concreto podem ser de Pinos “studs” ou U laminados. Os pinos em geral são de aço ASTM A108 ou ASTM A 36 e os U laminados de ASTM A 36. 3.6 – Parafusos Em geral os parafusos usados nas ligações, são de ASTM A325 ou A490, sendo o tipo 3 de aço de alta resistência a corrosão. 3.7 – Eletrodos para solda Todas as soldas devem estar em conformidade com a AWS D1.5M/D1.5 e os eletrodos devem ser compatíveis com o material a soldar e deve ser Classe 70 ou superior. 3 M at er ia is u sa do s e su as f un çõ es n a co ns tr uç ão d e po nt es e m a ço 42 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS 3.8 – Concreto O concreto é empregado nas seguintes partes das pontes: • Tabuleiro • Pilares • Fundações • Guarda-rodas e parapeitos O concreto pode ser moldado ou pré-moldado, sempre com resistência igual ou superior a 30 MPa. O concreto é o material ideal para a meso e infraestrutura das pontes devido a sua resistência à ação dos solos e à sua massa, porque em alguns casos as bases, os pilares e os encontros são projetados muito mais pela estabilidade do que pelas tensões. O concreto tem sido o ideal para o tabuleiro, formando junto com as vigas de aço um sistema misto altamente eficiente e econômico. O concreto como todo e qualquer material precisa também de manutenção, sendo que um dos pontos que mais agrava a situação é a espessura nos revestimentos, que deve ser compatível com a da agressividade do meio. A Figura 3.2 mostra um guarda-roda de concreto tipo “New Jersey”. Fig. 3.2 – Guarda roda de concreto M at er ia is u sa do s e su as f un çõ es n a co ns tr uç ão d e po nt es e m a ço 3 MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 43 3.9 – Aparelhos de apoio Os aparelhos de apoio mais usados hoje em todo o mundo são de Neoprene fretado, que são compostos por camadas de neoprene de 2,5mm de espessura e chapas de aço, formando um conjunto com espessura de 14 a 250mm, em formato retangular ou circular, com capacidade de carga vertical de 100 a 15000 kN e rotação de 4% a 15% (Ver Tab.A2) 3.10 – Juntas de dilatação Existem no mercado uma série de juntas de dilatação, que quando necessário devem ser insta- ladas para permitir a livre movimentação do vão ao longo do seu comprimento. O coeficiente de dilatação térmica do aço é igual a 12x10-6 por oC, para distância entre juntas, e em geral se considera um variação de temperatura de 20o C para estruturas protegidas e de 50oC para as não protegidas dos raios solares. Pontes de aço com comprimentos até 90m podem ser construídas com juntas de dilatação falsas, embutidas no concreto. A Fig. 3.3a, mostra uma dessas soluções, e a Fig.3.3b uma junta de neoprene (Ver Tab. A3). Fig. 3.3 – Exemplos de juntas de dilatação 3 M at er ia is u sa do s e su as f un çõ es n a co ns tr uç ão d e po nt es e m a ço 44 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS 3.11 – Revestimento Em geral o tabuleiro é revestido por uma camada de asfalto de 8 a 15 cm ou por uma camada adicional de concreto de alta resistência de aproximadamente 10 cm, como medida para evitar o desgaste propriamente dito do tabuleiro. 3.12 – Drenagem O sistema de drenagem da pista de rolamento é feita por meio de tubos de descida em PVC ou metálicos colocados a espaçamentos previamente calculados. No caso dos viadutos pode ser necessário a colocação de calhas metálicas para a coleta da água, evitando que a mesma seja jogada diretamente na pista inferior (Fig. 3.4). Fig. 3.4 –Exemplos de Drenagem M at er ia is u sa do s e su as f un çõ es n a co ns tr uç ão d e po nt es e m a ço 3 45 MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 45 C A P Í T U L O 4 Normas estruturais 46 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS A fim de resguardar a segurança do público, as autoridades estabelecem códigos de construção, mediante os quais são controladas as construções. Estes códigos prescrevem as cargas mínimas, as resistências e tensões máximas dos materiais, a qualidade dos materiais, os procedimentos de fabricação e muitos outros fatores importantes. Os códigos de construção ou normas, são desenvolvidas com o auxílio de técnicos experien- tes e baseados em muitos resultados de ensaios. O projetista deve se habituar à ideia de que as normas não foram feitas para tolher sua criatividade, mas sim uma valiosa ajuda e guia de trabalho. 4.1– Normas brasileiras No presente trabalho serão seguidas as Normas Brasileiras da ABNT e do DNIT, e quando as normas brasileiras são omissas ou inexistentes, adotaremos normas ou especificações es- trangeiras reconhecidas. Principais normas Brasileiras usadas neste manual: 4.1.1- Normas ABNT - NBR 5884:2013 – Perfil estrutural de aço soldado por arco elétrico – Requisitos gerais. - NBR 6118:2014 – Projeto de estruturas de concreto – Procedimento. - NBR 6120:2019 – Ações para o cálculo de estruturas de edificações. - NBR 6123:1988 - Forças devidas aos ventos em edificações. - NBR 7187:2003 - Projeto de pontes de concreto armado e de concreto protendido - Pro- cedimento - NBR 7188:2013 - Carga móvel rodoviária e de pedestres em pontes, viadutos, passarelas e outras estruturas. - NBR 8681:2003 – Ações e segurança nas estruturas – Procedimento - NBR 8800:2008 – Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios. - NBR 15980:2020 – Perfis laminados de aço para uso estrutural – Dimensões e tolerâncias. - NBR 16694:2020 – Projeto de pontes rodoviárias de aço e mistas de aço e concreto. 4.1.2- Normas DNIT IPR-698 – Manual de projeto de obras de arte especiais. 4.2 – Normas estrangeiras Como as normas Brasileiras para estruturas de aço sempre foram desenvolvidas tendo como a principal base as normas americanas, para manter a correlação, usaremos neste manual, onde N or m as e st ru tu ra is 4 MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 47 as normas Brasileiras são omissas as normas e especificações americanas. Normas estrangeiras usadas neste manual: - AASHTO – LRFD Bridge Design Specifications Fifth Edition. - AWS D1.5/D1.5M – Bridge welding code. - ASTM A325 e A490 - Specification for structural joints using high-strength bolts. 4.3 – Resumo dos principais tópicos das especificações americanas da AASHTO usadas nos exemplos deste manual 4.3.1 – Introdução A norma base para o projeto das pontes de aço e mistas de aço e concreto é a ABNT NBR 16694. Entretanto alguns itens das especificações da AASHTO ainda são necessários. Re- lacionamos abaixo os artigos da AASHTO usados nos exemplos do Anexo B deste manual. Para o emprego deste resumo, recomendamos a consulta da versão completa da “AASHTO - LRFD Bridge Design Specifications – 5th edition”. 4.3.2 – Artigos da AASHTO Artigo 2.5.2.6.3 – Critérios opcionais para relações vão-altura da viga. Na falta de outros critérios, um proprietário pode escolher utilizar os controles das relações vão-altura da viga da tabela 2.5.2.6.3-1, onde L é o comprimento do vão. Artigo 3.6.1.1.2 – Presença de múltiplas faixas de cargas móveis Os valores na Tabela 3.6.1.1.2-1: • Deve ser usado ao investigar o efeito de uma pista carregada, • Pode ser usado ao investigar o efeito de três ou mais pistas carregadas. Tabela 2.5.2.6.3-1 – Alturas mínimas tradicionais para vigas de altura constante. N or m as e st ru tu ra is 4 48 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS Os fatores especificados na Tabela 3.6.1.1.2-1 não devem ser aplicados em conjunto com os fatores de distribuição de carga aproximada especificados nos artigos 4.6.2.2 e 4.6.2.3, exceto onde a regra da alavanca é usada ou onde são usados os requisitos especiais para vigas externas em pontes com diafragmas, especificadas no Artigo 4.6.2.2.2d. Tabela 3.6.1.1.2-1 - Fatores de presença múltipla Artigo 3.6.1.4.2 – Frequência de carga para a Fadiga A frequência da carga para a fadiga deve ser considerada como a média diária de tráfego pe- sado por faixa (MDPF). Esta frequência deve ser aplicada a todos os componentes da ponte, mesmo para aqueles lo- calizados em pistas que levam um menor número de caminhões. Na ausência de melhores informações, a média diária de tráfego pesado por faixa deve ser considerada como: MDPF = p × VMDP Onde: MDPF = média diária de tráfego pesado por faixa. VMDP = volume médio diário de tráfego pesado. p = fração do tráfego pesado por faixa, dada na Tabela 3.6.1.4.2-1 Tabela 3.6.1.4.2-1 – Fração do tráfego pesado Tabela C3.6.1.4.2-1 – Percentual de tráfego pesado no Volume Médio Diário – VMD N or m as e st ru tu ra is 4 MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 49 Artigo 4.6.2 – Métodos aproximados de análise Artigo 4.6.2.2 – Pontes de Vigas e laje Artigo 4.6.2.2.1 — Aplicações As disposições deste artigo podem ser aplicadas a pontes de vigas de eixo reto. As disposições deste artigo também podem ser usadas para determinar um ponto de partida para alguns métodos de análise para determinar os efeitos em vigas curvas de qualquer grau de curvatura no plano. As disposições deste artigo serão aplicadas a pontes sendo analisadas por: • Uma única faixa carregada, ou • Várias faixas carregadas produzindo aproximadamente o mesmo efeito por faixa. As disposições do Artigo 3.6.1.1.2 que especificam os fatores de presença múltipla não devem ser usados com os métodos aproximados de distribuição porque esses fatores são já incorpo- rados nos fatores de distribuição. A distribuição transversal da carga móvel, especificada nos artigos 4.6.2.2.2 e 4.6.2.2.3, podem ser usadas para vigas, vigas e longarinas, exceto vigas caixão múltiplas de aço com tabuleiros de concreto e devem atender as condições abaixo, em conjunto com as demais condições identificadas nas tabelas dos fatores de distribuição: • Seção transversal constante; • Um mínimo de quatro vigas; • Vigas paralelas com aproximadamente a mesma rigidez; • Parte da pista em balanço menor que 91,44 cm; Quando a ponte atende as condições especificadas aqui, as cargas permanentes devidas à laje e sobre ela podem ser consideradas distribuídas uniformemente para cada viga. As vigas externas não devem ter resistência menor do que as vigas internas. As simplificações da Tabela 4.6.2.2.1-2 podem ser usadas com a concordância do responsável. Tabela 4.6.2.2.1-2 – Valores das constantes para os artigos 4.6.2.2.2 e 4.6.2.2.3. Artigo 4.6.2.2.2 – Fatores de distribuição para momento fletor Artigo 4.6.2.2.2b – Vigas internas com laje de concreto. N or m as e st ru tu ra is 4 50 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS Para vigas internas de aço com laje de concreto, o momento fletor devido à carga móvel pode ser determinado aplicando o fator de distribuição especificado na Tabela4.6.2.2.2b-1. Tabela 4.6.2.2.2b-1 – Fatores de distribuição para momento fletor de vigas internas Artigo 4.6.2.2.2d – Vigas externas Para vigas externas de aço com laje de concreto, o momento fletor devido à carga móvel pode ser determinado aplicando o fator de distribuição especificado na Tabela 4.6.2.2.2d-1. A distância de deve ser tomada como positiva se alma está dentro da pista de rolamento e negativa se está fora da pista de rolamento. No caso de pontes com laje sobre vigas, se a seção transversal tem diafragmas ou estruturas transversais, o fator de distribuição para a viga externa não pode ser menor do que aquele as- sumindo que a seção transversal deflete e gira como uma seção rígida. As provisões do artigo 3.6.1.1.2 deve ser aplicada. Tabela 4.6.2.2.2d-1 – Fatores de distribuição para momento fletor de vigas externas Artigo 4.6.2.2.3 – Fatores de distribuição para esforço cortante Artigo 4.6.2.2.3a – Vigas internas N or m as e st ru tu ra is 4 MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 51 O esforço cortante devido a carga móvel para vigas internas pode ser determinado pela apli- cação dos fatores de distribuição especificados na Tabela 4.6.2.2.3a-1. Tabela 4.6.2.2.3a-1 – Fatores de distribuição para esforço cortante de vigas internas Artigo 4.6.2.2.3b – Vigas externas O esforço cortante devido a carga móvel para vigas externas pode ser determinado pela apli- cação dos fatores de distribuição especificados na Tabela 4.6.2.2.3b-1. A distância de deve ser tomada como positiva se alma está dentro da pista de rolamento e negativa se está fora da pista de rolamento. As disposições adicionais para vigas externas em pontes com laje sobre vigas com diafragmas, especificadas no Artigo 4.6.2.2.2d, devem ser aplicadas. Tabela 4.6.2.2.3b-1 – Fatores de distribuição para esforço cortante de vigas externas Artigo 6.6.1 – Fadiga Artigo 6.6.1.2.5 – Resistência à fadiga O número de ciclos total para a fadiga é calculado pela expressão: Nc = (365)(75).nc.(MDPF) N or m as e st ru tu ra is 4 52 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS Tabela 6.6.1.2.5-2 – Número de ciclos por passagem de veículo pesado – nc Artigo 6.10.9 – Resistência ao esforço cortante Artigo 6.10.9.1 – Geral Quando não for usado enrijecedores longitudinais, o espaçamento entre os enrijecedores transversais não deve exceder a 3,0h. Quando for usado enrijecedores longitudinais, o espaçamento entre os enrijecedores trans- versais não deve exceder a 1,5h. Artigo 6.10.9.3 – Resistência nominal de almas com enrijecedores O espaçamento entre enrijecedores transversais para os painéis de extremidade não deve ex- ceder a 1,5h. Artigo 6.10.10 – Conectores de cisalhamento Artigo 6.10.10.1.2 – Espaçamento A distância de centro a centro dos conectores de cisalhamento não deve exceder 60 cm e não deve ser menor do que 6 vezes o diâmetro do conector. Artigo 6.10.10.2 – Resistência à fadiga A resistência a fadiga de um conector individual Zr, deve ser tomada como: • Quando o número de ciclos total para a fadiga Nc for maior do que 6,0 x106, a combinação para a fadiga 1,5.CM deve ser usada e a resistência à fadiga de um conector Zr para uma vida útil infinita deve ser calculada pela expressão: Zr = 38.ds2 em MPa • De outra forma, a combinação para a fadiga 0,75.CM deve ser usada e a resistência à fadiga de um conector Zr para uma vida útil finita deve ser calculada pela expressão: Zr=σSR.ds2 N or m as e st ru tu ra is 4 MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 53 Sendo: σSR=238 - 29,5 . log(Nc) em MPa Artigo 6.10.10.4 – Estado limite de resistência Artigo 6.10.10.4.1 – Geral A resistência de um conector no estado limite de resistência deve ser tomado como: Q= 0,85. Qrd Artigo 6.10.10.4.2 – Força nominal ao cisalhamento Para vãos simples a força nominal de cisalhamento o ponto de momento máximo e o ponto de momento nulo deve ser tomado como o menor valor entre: Tad=0,85.fck.bc.tc ; Ccd=As.fy Artigo 6.10.11 – Enrijecedores Artigo 6.10.11.1 – Enrijecedores transversais Artigo 6.10.11.1.1 – Geral Os enrijecedores transversais podem ser de chapas ou cantoneiras, soldadas ou parafusadas em um ou dois lados da alma. Enrijecedores usados com elementos de ligação para diafragmas ou estruturas transvesais devem ser ligados em ambas as mesas. Artigo 6.10.11.1.2 – Aba em projeção A largura bst, de cada elemento em projeção do enrijecedor deve satisfazer: bst ≥ 5 cm + h/30 e 16.tst ≥ bst ≥ bs/4 bs = mesa comprimida de maior largura N or m as e st ru tu ra is 4 54 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS Artigo 6.10.11.2 – Enrijecedores de apoio Artigo 6.10.11.2.1 – Geral Os enrijecedores de apoio devem se estender até o mais próximo possível das bordas da chapa das mesas. Devem ser feitos de chapas colocadas em ambos os lados da chapa da alma. Os enrijecedores devem ser usinados junto a mesa da qual recebem a reação ou soldados por solda de penetração total. Artigo 6.10.11.2.2 – Aba em projeção A largura bsa, de cada elemento em projeção do enrijecedor deve satisfazer:N or m as e st ru tu ra is 4 55 MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 55 C A P Í T U L O 5 Cargas nas pontes 56 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS 5.1 – Cargas permanentes 5.1.1- Composição da carga permanente A carga permanente é constituída pelo peso próprio dos elementos portantes (estrutura) e de outros materiais colocados sobre a ponte (cargas fixas), tais como: • Laje de concreto; • Estrutura de aço; • Pavimentação; • Guarda-Corpo; • Lastro, dormente e trilhos; • Postes; • Sinalizações; • Canalizações, etc. Laje de concreto A determinação da espessura da laje será feita em função do vão da laje, que normalmente equivale ao espaçamento entre as longarinas. Usualmente para pontes com longarinas múl- tiplas este espaçamento varia entre 1,5 e 4,5 m e para pontes com duas vigas o espaçamento pode ser de até 8,0 m. Para um dimensionamento preliminar, podem ser usados os seguintes valores mínimos para a espessura das lajes no meio do vão: Estrutura de aço O peso próprio das estruturas de aço varia com o vão livre, tipo de estrutura e classe de carga. Como referência podem ser usados as tabelas de pré-dimensionamento do Anexo A. Empuxos de terra e a sub pressão da água, quando agem continuamente são também incor- porados na categoria de carga permanente. C ar ga s na s po nt es 5 MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 57 5.1.2- Peso específico dos materiais Para efeito do projeto podem ser adotados os pesos específicos aparentes do quadro abaixo para os materiais de construção, baseados na NBR6120 e NBR 16694: Pode-se dispensar novo cálculo das solicitações quando o peso próprio, obtido do dimen- sionamento definitivo da estrutura não diferir mais do que 5% do peso próprio inicialmente admitido para o cálculo. 5.2 – Cargas móveis 5.2.1- Introdução As cargas móveis de cálculo, fixadas nas normas, não coincidem com as cargas reais que circu- lam nas estradas, mas permitem, de maneira simples determinar os esforços reais nas pontes. Nas pontes rodoviárias, as cargas móveis rodoviárias estão definidas na NBR 7188 e utilizam veículos de dimensões especiais e cargas uniformemente distribuídas compondo a denomina- da carga móvel rodoviária, enquanto as cargas reais são caminhões e carretas com dimensões e pesos fixados por uma regulamentação específica denominada Lei da balança. Por vezes, as rodovias recebem cargas excepcionais, como carretas especiais para transporte de peças de usinas hidroelétricas ou nucleares. 5.2.2- Cargas móveis rodoviárias A ABNT NBR 7188 fixa as cargas móveis rodoviárias a serem consideradas no cálculo de pontes rodoviárias e passarelas de pedestres. As cargas rodoviárias, denominadas Trens-Tipo, são divididas em duas classes, baseadas nos pesos em toneladas dos veículo-tipo base de cada sistema e a utilização das diferentes classes de cargas para o cálculo das pontes fica a critério dos órgãos com jurisdição sobre elas (DNIT, etc): Os trens-tipo são formados deum veículo tipo de 3,0 m de largura por 6,0 m de comprimen- to com seis rodas “P” e três eixos afastados de 1,5 m e circundado por cargas uniformemente distribuídas de intensidades “p”, conforme abaixo (Fig.5.1): C ar ga s na s po nt es 5 58 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS - TB-450 – Carga rodoviária padrão, baseada em um veículo tipo de 450 kN de peso total, sendo P= 75 kN por roda e p= 5 kN/m2; - TB-240 – Carga rodoviária para estradas vicinais e obras particulares, baseada em um veículo tipo de 240 kN de peso total, sendo P=40 kN por roda e p= 4 kN/m2; Figura 5.1 As cargas concentradas (P) e as cargas uniformemente distribuídas (p) devem ser ponderadas pelos coeficientes de impacto vertical (CIV), o número de faixas (CNF) e o impacto adicional (CIA), definidos abaixo: Q = P.CIV.CNF.CIA q = p.CIV.CNF.CIA 5.2.3- Coeficiente de impacto vertical (CIV) Denomina-se coeficiente de impacto vertical o acréscimo das cargas dos veículos provocado pelo movimento dos veículos sobre a ponte. Para o impacto vertical a norma permite transformar, para efeito de cálculo as ações dinâmicas dos veículos em cargas estáticas, através da multiplicação das cargas móveis rodoviárias pelo coeficiente de impacto, definido a seguir: Para pontes e viadutos rodoviários: CIV = 1,35 para estruturas com vão menor do que 10,0 m; CIV = 1 +1,06 (20/(Liv+50)), para vãos entre 10,0 m a 200,0 m C ar ga s na s po nt es 5 MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 59 sendo Liv o comprimento, em metros, do vão isostático ou a média aritmética dos vãos no caso de vãos contínuos. 5.2.4- Coeficiente de número de faixas (CNF) CNF = 1 – 0,05 (n-2) > 0,9 = 1 para 2 faixas = 0,95 para 3 faixas = 0,90 para 4 faixas ou mais 5.2.5- Coeficiente de impacto adicional (CIA) Nas juntas estruturais e extremidades da obra, os esforços devem ser majorados pelo coeficiente de impacto adicional (CIA) definido abaixo: CIA = 1,25, para obras de concreto ou mistas; CIA = 1,15, para obras de aço. 5.3 – Ação dos ventos As cargas devidas às ações dos ventos devem atender ao disposto na NBR 6123. As ações devidas aos ventos são cargas horizontais, em direção normal ao eixo da ponte. As superfícies de incidência da pressão lateral do vento, para o caso de vigas de alma cheia, são mostradas na Figura 5.4. Figura 5.2 - Pressão lateral dos ventos em pontes de viga de alma cheia C ar ga s na s po nt es 5 60 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS 5.4 – Combinações de cargas As combinações de cargas devem estar de acordo com a NBR 8681, classificadas como: • Permanentes; • Variáveis; • Excepcionais. 5.5 – Distribuição transversal das cargas As pontes metálicas em viga reta são projetadas normalmente em seção aberta (vigas de alma cheia). As pontes de seção aberta podem ter de duas até múltiplas vigas principais. O número de transversinas é variável, mas deve-se manter o espaçamento máximo, segundo a NBR 16694 em 7,5m. O sistema é formado pela laje do tabuleiro, pelas longarinas múltiplas de aço e pelas trans- versinas ou diafragmas. A distribuição transversal deste sistema é um problema tridimensional que envolve uma com- plexa transferência de cargas entre a laje a as vigas de aço. A análise estrutural dos sistemas em grelha pode ser feita de maneira aproximada ou de ma- neira exata. Em época anterior aos computadores, surgiu vasta literatura objetivando um cálculo tão exato quanto possível da distribuição dos esforços nas estruturas em grelha. Em virtude das dificul- dades reinantes, procurava-se, por meio de diversos artifícios, alguns altamente engenhosos, chegar a resultados razoáveis às expensas de um trabalho numérico ainda aceitável. Atualmente, com o emprego dos computadores, podemos calcular com exatidão, modelando em elementos finitos, mas ainda é muito trabalhoso. A norma da AASHTO, em vista ainda da complexidade da análise teórica envolvida na dis- tribuição das cargas das rodas entre as diversas longarinas, permite que se adote um método empírico para o cálculo da distribuição transversal das cargas móveis, baseado em teste reais, conforme mostrado no Artigo 4.6.2 do resumo da AASHTO no Capítulo 4. C ar ga s na s po nt es 5 61 MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 61 C A P Í T U L O 6 Ligações 62 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS 6.1 – Introdução As ligações soldadas e parafusadas são regulamentadas pela AASHTO / AWS D1.5M/D1.5:20 C. e pela NBR 8800- itens 6.2 e 6.3. 6.2 – Soldas Tabela 6.1 – Dimensão mínima de uma solda de filete feita por um só passe (mm) Notas: 1-Dimensões do filete de solda menores podem ser usadas, desde que aprovado pelo Enge- nheiro responsável, baseado no nível das tensões e o uso apropriado de pré-aquecimento. 2 – Exceto quando a dimensão do filete não ultrapassar a espessura mais fina da junta. Para esta condição particular, devem ser tomados cuidados especiais usando-se pré-aquecimento. Tabela 6.2 – Espessura mínima da garganta efetiva de uma solda de entalhe de penetração parcial (mm) Notas: 1-Dimensões menores da espessura da solda podem ser usadas, desde que aprovado pelo En- genheiro responsável, baseado no nível das tensões e o uso apropriado de pré-aquecimento. 2-Exceto quando a dimensão necessária da solda não exceder a espessura da parte mais fina. Tabela 6.3– Resistência mínima á tração do metal de solda em kN/cm2 Li ga çõ es 6 MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 63 Tabela 6.4 – Resistência de cálculo do filete de solda a cisalhamento Rs ( kN /cm), de acordo com o tipo de eletrodo Notas; 1- Rs = hs . Fv,Sd . l sendo l = 1 cm Fv,Sd = 0,6x fu x 0,75 Para solda manual hs = 0,707.a a = perna do filete de solda fu = Tensão de ruptura do eletrodo - kN/cm2. 2- A resistência do filete de solda a ser considerado não deve ser superior ao do metal base 6.3 – Parafusos Em pontes e viadutos deve-se empregar parafusos de alta resistência tipo A325 e A490 da série ASTM. 1 – Tipos de parafusos São previstos 3 tipos de parafusos A325 Tipo 1 – Fabricação com aço de médio carbono para os diâmetros 1/2”(12,7mm) e 11/2” (38,1 mm); Tipo 2 – idem, fabricados com aços martensíticos de baixo carbono; Tipo 3 – idem, fabricados com aço de alta resistência à corrosão atmosférica e com caracte- rística compatíveis aos aços A588 e A242. Li ga çõ es 6 64 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS Para o A490 , também são previstos 3 tipos, sendo que a única diferença é no tipo 1, em que se usa aço liga. A identificação do parafuso esta na cabeça do mesmo, onde também tem a identificação do fabricante. 2 – Tipos de ligações - As ligações a cisalhamento no caso de pontes deverão ser projetadas para funcionarem por atrito. Ligações por atrito são definidas para juntas sujeitas a esforço reverso, alto impacto das cargas, sujeitas a vibrações ou onde a resistência as tensões devido a juntas por atrito são fundamentais para as condições da vida útil da estrutura. elas incluem: a) Juntas sujeitas a fadiga; b) Juntas com parafusos instalados em furos alargados; c) Juntas sujeitas a cargas reversas significativas; d) Juntas em que soldas e parafusos transmitem cargas em uma superfície comum; e) Juntas em que, a critério do Engenheiro responsável, o atrito será crítico para a resistência da junta. - Ligações com parafusos de alta resistência sujeitas a tração ou combinação de tração com cisalhamento deverão se feitas por meio de parafusos por atrito 3- Tipos de furos Os tipos de furos aceitos pela NBR16694 para parafusos de alta resistência, são: furos padrões (P), Tab. 6.5. Tabela 6.5 – Dimensões dos tipos de furos em polegada e mm Li ga çõ es 6 MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 65 4 - Arruelas O projeto deverá indicar o uso de arruelas em parafusos de alta resistência nas seguintes con- dições: - Quanto uma das faces externas das partes parafusadas tiver mais de 1:20 de inclinação em relação ao plano normal do eixo do parafuso. - Não são necessárias para ligações usando parafusosASTM A 325 e A 490, exceto sob o elemento que gira (porca ou cabeça do parafuso), apertados com chave calibrada. - Sob o elemento que gira durante o aperto, no caso de parafusos A 490 quando esse elemento assenta sobre um aço com limite de escoamento inferior a 28 kN/cm2 5 – Diâmetro dos parafusos - O diâmetro dos parafusos deverá ser indicado nos desenhos, geralmente são de 19 mm (3/4”), 22,2 mm (7/8”) e 25,4 mm (1”). Parafusos de 16 mm (5/8”) não serão usados em membros com solicitação de carga, somente em elementos secundários. - O diâmetro dos parafusos em cantoneiras carregadas não deve exceder 0,25 da largura da aba em que será fixado. 6 – Espaçamento mínimo entre parafusos - A distância entre centros de furos padrão (S) não deverá ser menor do que 3 dp, mas prefe- rencialmente, não ser menor do que: 7- Distância mínima livre entre furos Quando são usados excepcionalmente furos alargados ou alongados, a mínima distância livre entre as extremidades dos furos não deve ser menor do que duas vezes o diâmetro do para- fuso 2dp. 8 – Espaçamento máximo entre furos e furo extremidade a) A distância máxima entre o centro do parafuso e a borda mais próxima não deve exceder a 12 vezes a espessura mais fina considerada na junção nem 180 mm Li ga çõ es 6 66 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS b) O espaçamento máximo entre parafusos em uma mesma linha não deverá exceder a 100 mm + 4t limitada a 180 mm. No caso de haver linhas adjacentes o espaçamento entre elas não deve exceder a 100 mm +(4t – 3g/4) , limitado a 180 mm c) O espaçamento máximo entre Presilhas ou espaçadores entre chapas ou cantoneirasnão deve ser superior a: - Membros a compressão Para uma simples linha de parafusos não deve exceder a 12 t. No caso de mais de uma linha adjacente, a distância do espaçamento entre elas não deve exceder a 12t a 15t –( 3g / 8), li- mitado a 24t. - Membros a tração Para uma linha de parafusos a distância não deve exceder a 24t. Para a distância entre duas linhas idem como para membros a compressão. t = espessura mais fina g = distância entre parafusos 9 – Distância mínima do centro de um furo a borda a) A distância mínima S do centro de um furo padrão á borda cortada a tesoura ou maçarico não deve inferior a: b) A distância mínima S do centro de um furo padrão para à borda laminada ou aplainada, exceto mesas de perfis I, H ou U. c) Idem para mesas de perfis I, H ou U Li ga çõ es 6 MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 67 A máxima distância entre o centro de um parafuso e a extremidade não deverá ser superior a 8 vezes a espessura da aba em projeção limitada a 125 mm. 10 – Chumbadores O número mínimo o diâmetro e o comprimento de ancoragem dos chumbadores em cada extremidade deve ser: - Para pontes formada por vigas laminadas dois diâmetros de 25 mm e comprimento de an- coragem de 250 mm. - Para pontes em vigas soldadas e treliças vãos; L 15,0 m - 2 25 mm com 250 mm 15,0 < L 30,0 m - 2 32 com 300 mm 30,0 < L 45,0 m – 2 38 com 380 mm 11 –Resistência de cálculo dos parafusos - A resistência ultima dos parafusos estão na Tab.6.6, e seus valores foram calculados de acordo com os indicados no rodapé da tabela. - A resistência limite dos parafusos á cisalhamento por atrito calculados atendem as Classe A e C tendo um coeficiente de atrito μ=0,33. Para a Classe B multiplicar os valores por 1,50. Definição das Classes: A – Superfícies sem escamas de laminação e superfícies jateadas com Classe A de pintura, μ =0,33 B – Superfícies jateadas e superfícies jateadas com Classe B de pintura μ=0,50. C – Superfícies galvanizadas a quente e ásperas μ=0,33 12 – Combinação de tração com Cisalhamento - A combinação de cisalhamento e tração em juntas por atrito usando parafusos de alta resistência onde aplicado reduz a força total de aperto no plano de atrito. A resistência ao atrito por área unitária do parafuso, fv, não deverá exceder o valor da seguinte equação: Li ga çõ es 6 68 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS (Ft,Sd / Ft,Rd)2 +(Fv,Sd / Fv,Rd)2 < 1,0 Fv,Sd = tensão de cisalhamento do parafuso Ft,Rd = tensão de tração no parafuso em kN/cm2 Ft,Rd e Fv,Rd= resistência nominal de atrito por área unitária do parafuso – Tab. 6.6, kN/cm2 fu = 82,5 e 72,5 kN/cm2 – ASTM A 325 fu = 103,5 kN/cm2 – ASTM a 490 6.4 – Exemplos Os exemplos a seguir se referem as emendas das vigas do Exemplo 1 do Anexo B. Exemplo 6.1 – Determinar os tipos de soluções para as emendas das vigas na seção S1 entre os PS 1900x540 e 1900x444 dimensionadas no projeto do Exemplo 1 Anexo B, em aço A 588 -G50, tendo fy = 34,5,0 kN/cm2 e fu = 48,5 kN/cm2 De acordo com a NBR 8800 temos para as tensões resistentes: Para tração na seção bruta: Nt,Rd = fy/1,1 = 0,91 x 34,5 = 31,4 kN/cm2 Para rutura da seção liquida: Nt,Rd = fu/1,35 = 0,74 x 48,5 = 35,9 kN/cm2 Compressão: Nc,Rd = fy/1,1 = 0,91 x 34,5 = 31,4 kN/cm2 Cortante: Nv,Rd = 0,6 fy/1,1 = 0,54 x 34,5 = 18,9 kN/cm2 Vão da viga 40,0m composta por 4 seguimentos 8,1+ 11,9+11,9+8,1 Li ga çõ es 6 MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 69 A viga está sujeita aos seguintes esforços no ponto de emenda S1,(Ex.1 Anexo B, pg 14/50) Cortante Nv,Sd = 1609 kN Momento vertical Mv,Sd = 1424919 kNcm Material da viga por trecho Para efeito didático vamos apresentar esquema da ligação soldada com indicação dos ensaios não destrutivos a serem feitos, e o cálculo da emenda parafusada de acordo com a NBR 8800 no método dos estados limites. a) Emenda soldada A emenda soldada usando solda de penetração total, requer apenas indicação dos detalhes e tipos de solda. No caso a figura 6.1 mostra como fazer esta indicação. Figura 6.1 – Emenda soldada Li ga çõ es 6 70 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS b) Emenda parafusada Figura 6.2 – Tensões na emenda da viga Usaremos na emenda das mesas e alma parafusos ASTM A 490 - F 22,4 (7/8”),tipo 3, sua resistência a cisalhamento de acordo com a Tab. 6.6 é Fv,Rd = 89 kN, cuja distribuição na seção está na figura 6.3. 1- Mesa superior – Ch 25 x 450 mm Fv,Sd = 19,5 kN/cm2 (pg.22/50) 19,5 < 0,75 x 31,4 = 23,55 OK Força transmitida pela mesa = 19,5 x 2,5 x 45 = 2194 kN (19,5+23,55) /2 x2,5x45 =2422 kN 1.1 - Parafusos Vamos considerar 4 linhas de 4 parafusos num total de 16 a cisalhamento duplo, ver Fig. 6.3. 1.2 – Talas Tala externa: Ch 12,5 x 450 mm Li ga çõ es 6 MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 71 Talas internas: 2 Ch 16 x 200 mm Anec = 2,5 x 45 = 112,5 cm2 Atalas = 1,25 x 45 + 2 x 1,6 x 20 = 120,3 cm2 120,3 > 112,5 OK 2- Mesa inferior – Ch 50 x 450 mm Fv,Sd = 26,90 kN/cm2 26,90 > 0,75 x 31,4 = 23,55 OK Força transmitida pela mesa = Fv,Sd = 26,9 x 5 x 45 = 6052 kN 2.1- Parafusos Vamos considerar 9 linhas de 4 parafusos num total de 36 a cisalhamento duplo ver Fig. 6.3. 2.2- Talas Tala externa: Ch 25 x 450 mm Talas internas: 2 Ch 32 x 200 mm Anec = 5 x 45 = 225 cm2 ( bruta) Atalas = 2,5 x 45 + 2 x 3,2 x 20 = 240 cm2 240 > 225 OK Verificação da mesa = 450 mm Furos 4 x 25 (furo) = 100 mm Redução permitida = 85% x 450 = 382,5 mm Capacidade máxima da mesa liquida à tração = 35,9 x 38,25 x 5,0 = 6866 > 6143 OK Li ga çõ es 6 72 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS 3- Alma – Ch 12,5 x 1825 mm 3.1 - Esforços atuantes Fv,Sd = 1609 kN Fv,Rd= 19,0 kN/cm2 ok F v,alma=13,02 x 1,25 x 182,5 =2970 kN >1609 OK Momento transmitido pela alma de acordo com a figura 6.2 3.2- Parafusos Vamos considerar 2 linhas de 23 parafusos num total de 46 a cisalhamento duplo – Ver Fig. 6.3 - Esforço na ligação da alma Fv,Sd = 1609 kN M =199301+1609(0,5+4+ 3,75) =212575 kNcm - Cálculo da Inércia polar do grupo Σ d 2 = 46x 3,752 + 4 (7,52 + 152+22,52+302+ +37,52+452+52,52+ 602 +67,52+752+82,52) =647+129536 = 114497 cm2 - Determinação da força de cisalhamento no parafuso Li ga çõ es 6 MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 73 3.3- Talas 2 Ch 8,0 x 470 x 1730 mm Altura da alma = 190- 2,5 - 5,0 = 182,5 cm Altura da tala = 165 + 4+ 4 = 173,0 cm Aalma = 1,25 x 182,5 = 228,1 cm2 Atalas =2x0,8 x173 =276,8 cm2 > 228,1 OK Exemplo 6.2 – Determinar a emenda S2 no meio do vão entre perfis PS 1900x540 do Exem- plo 1 do Anexo B.2, onde os esforços encontrados foram: Fv,Sd = 469 kN e Mv,Sd = 22675 kN.cm ( pg. 14/50) Para estes valores na ligação parafusada com ∅ de 22,2, foram encontrados as seguintes dis- tribuições: Mesa sup. fv = 29,30 kN/cm2 >> 20 paraf 5 linhas de 4 Mesa inf. fv = 31,4 kN/cm2 >>48 paraf. 8 linhas de 6 Alma fv = 7,1 kN/cm2 >> 46 paraf. 2 linhas de 20 Li ga çõ es 6 74 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS Figura 6.3 – Detalhe emenda parafusada / Parafusos ∅ 22,2 ( 7/8”) A490 F Li ga çõ es 6 MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 75 Tabela 6.6 – Forças Resistentes de cálculo dos parafusos de acordo com NBR 8800 em kN –Serie ASTM Ft,Rd = Força resistente de cálculo a Tração (item 6.3.3 – NBR 8800) Fv,Rd = Força resistente de cálculo a Cisa. por plano de corte com rosca no plano Li ga çõ es 6 C A P Í T U L O 7 Sistemas de montagem MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 77 7.1 – Introdução Em geral a montagem de pontes é feita por lançamento para vigas retas de um vão ou mais vãos contínuos, como um sistema mais econômico, embora requeira como em toda montagem, um estudo minucioso para se evitar acidentes. Os viadutos em geral como estão em terra firme são feitos em geral por meio de guindastes. Para que uma boa montagem seja efetuada em geral é necessário se fazer antes uma pré- -montagem, no canteiro de obras nas imediações do local, para se executar a contra flecha e fazer as emendas dos perfis que podem ser feitas por meio de soldas ou parafusadas. 7.2 – Pré-montagem 7.2.1- Soldados como indicado na fig.6.1, com a devida inspeção 7.2.2- Parafusadas como indicado na fig. 6.3, que requer uma melhor análise Para se ter uma garantia que não haverá afrouxamento dos parafusos durante a vida útil da estrutura serão necessários alguns cuidados no aperto dos mesmos. Os parafusos de alta resistência com protensão inicial devem ser apertados de forma a se ob- ter uma força mínima de protensão adequada a cada diâmetro e tipo de parafuso usado. Essa força de protensão é fornecida na Tab. 7.1, para os parafusos ASTM e na Tab. 7.2 para os da série ISSO e equivale a aproximadamente 70% da força de tração resistente nominal do pa- rafuso, dada na Tab. 6.6. O aperto deve ser aplicado pelo método da rotação da porca, chave calibrada, ou indicador direto de tração. Se necessário, em função das condições de acesso ao parafuso e das folgas para manuseio da ferramenta, o aperto pode ser dado girando-se a cabeça do parafuso e impedindo a porca de girar. 7.2.2.1 – Arruelas Devem ser usadas arruelas endurecidas sob o elemento que gira (porca ou cabeça do parafuso) durante aperto; 7.2.2.2 – Aperto pelo método da rotação da porca Quando for usado o método de aperto pela rotação da porca para aplicar a força de proten- são mínima especificada na Tab.7.1, deve haver número suficiente de parafusos na condição de pré-torque, de forma a garantir que as partes estejam em pleno contato. A condição de pré-torque é definida como o aperto obtido após poucos impactos aplicados por uma chave Si st em as d e m on ta ge m 7 78 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS de impacto, ou pelo esforço máximo aplicado por um indivíduo usando uma chave normal. Após esta operação inicial, devem ser colocados parafusos nos furos restantes. e tais parafusos também levados a condição de pré-torque. Todos os parafusos da ligação devem então receber um aperto adicional, através da rotação aplicável da porca, como indicado na Tab. 7.2, devendo essa operação começar na parte mais rígida da ligação e prosseguir em direção as bordas livres. 7.2.2.3 – Aperto com chave calibrada ou chave manual com torquímetro As chaves calibradas, quando usadas, devem ser reguladas para fornecer uma protensão pelo menos 5% superior à protensão mínima já indicada na Tab.7.1. As chaves devem ser calibradas pelo menos uma vez por dia de trabalho, para cada diâmetro do parafuso a instalar. Durante a instalação de vários parafusos na mesma ligação, aqueles já apertados previamente devem ser conferidos com chave e reapertados caso tenham “folgado” durante o aperto de parafusos subsequentes, até que todos os parafusos atinjam o aperto desejado, Tab. 7.2. Tab. 7.1 – Força de protensão mínima nos parafusos e valor de torque (a) (a) Igual a 70% da resistência mínima à tração, especificada para o parafuso ≈ 0,7.Ab.fu.0,75=0,525Ab.fu (b) 5% maior que a tração mínima recomendada. Se necessário, em função das condições de acesso ao parafuso e das folgas para manuseio da ferramenta, o aperto pode se dado girando-se a cabeça do parafuso e impedindo a porca de girar. Quando forem usadas chaves de impacto, sua capacidade deverá ser suficiente para obter-se o aperto desejado de cada parafuso em aproximadamente 10 segundos. (c) 2.Dp(cm).Tm Si st em as d e m on ta ge m 7 MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 79 Tabela 7.2 – Rotação da porca a partir da posição de pré-torque (a) A rotação da porca é considerada em relação ao parafuso, sem levar em conta o elemento que está sendo girado (porca ou parafuso). Para parafusos instalados com ½ volta ou menos, a tolerância na rotação é ± 300; para parafusos instalados com 2/3 de volta ou mais, a tolerância na rotação é ± 450. (b) Nenhuma pesquisa foi feita para estabelecer o procedimento a ser usado para aperto pelo método da rotação da porca, para comprimentos de parafusos superiores a 12 diâmetros. Portanto, a rotação necessária deverá ser determinada por ensaios em um dispositivo que meça a tração e simule as condições reais. 7.3 – Montagem por lançamento Em geral para montagem de um vão isolado há necessidade de colocação de um bico de mon- tagem e em geral um pequeno contra peso. Para a montagem de dois ou mais vãos contínuos, pode-se uni-los durante a montagem o que facilita seu lançamento, necessitando de um bico menor ou até desprezá-lo no caso de três vãos contínuos. A montagem de pontes por lançamento consiste em pré-montar as longarinas da ponte sobre o terreno em uma das margens, e fazer as vigas inteira que vão constituir a ponte se deslocar sobre apoios deslizantes até sua posição final sobre o rio. Normalmente é necessário um bico de lançamento que é usado como prolongamento provi- sório da ponte em conjunto com um contrapeso para evitar o tombamento da mesma sobre a água. Pode-se usar as lajes pré-fabricadas como elementos para compor o contrapeso. Em geral o bico de lançamento tem um comprimento em torno de 60% do vão a vencer. O deslizamento das longarinas da ponte em geral é feito sobre lagartas colocadas em pontos pré-fixados que permitem um deslizamento mais suave. Si st em as d e m on ta ge m 7 80 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS Um outro ponto que deve ser analisado com carinho pelo responsável pela montagem é o solo onde vai ser feito o lançamento, para se evitar problemas no lançamento. Em geral para maior segurança da montagem o lançamento é feito por um par de longarinas, travadas uma na outra pelos próprios travejamentos e na largura definitiva. Posteriormente faz-se o lançamento do outro par, aproveitando todos os equipamentos de montagem. Um outro aspecto que deve ser levado em consideração é quanto ao nível de lançamento, pois se o mesmo for feito no nível do apoio definitivo a descida das vigas é feito sobre macacos sem maiores problemas. Se o nível final for o da via, a descida é mais complicada, requerendo um estudo mais detalhado podendo haver necessidade de execução de uma estrutura que permita a descida das vigas com segurança. Em geral toda montagem de pontes e viadutos requer um estudo mais detalhado, onde se defina passo a passo todo o processo a ser usado ao longo da mesma. A figura 7.2 indica esquematicamente umaseqüência de montagem da ponte projetada no, Exemplo 1 do Anexo B em 10 etapas. (Para maiores detalhes ver Manual CBCA sobre Transporte e Montagem) Figura 7.1 – Detalhe do Bico de Lançamento Si st em as d e m on ta ge m 7 MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 81 Si st em as d e m on ta ge m 7 Figura 7.2 – Etapas 1 a 5 82 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS Figura 7.2 (cont.) – Etapas 6 a 10 Si st em as d e m on ta ge m 7 83 MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 83 C A P Í T U L O 8 Inspeção e avaliação 84 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS 8.1 – Introdução Este capítulo tem por finalidade propor uma ordem para inspeção e avaliação das pontes metálicas em vigas mistas. Para uma melhor compreensão, vamos dividir em dois sub títulos; - Tipos de Inspeção e periodicidade - Inspeção e avaliação da superestrutura de aço com os aços: Aços sem resistência a corrosão atmosférica tipos ASTM A572 –G50 e A-36 que necessitam de pintura Aços de alta resistência mecânica e resistentes a corrosão atmosférica tipo COR ASTM A588 que podem ser ou não pintados de acordo com o meio ambiente. (Consultar o Anexo B da NBR 16694 que trata da durabilidade de componentes de aço frente à corrosão) 8.2 – Tipos de inspeção e periodicidade Os principais tipos de inspeção adotados são :Cadastral, Rotineira, Especial. 8.2.1 -Inspeção cadastral A Inspeção Cadastral é a primeira a inspeção da obra, e deve ser feita logo após a sua conclusão, ou assim que ela for incorporada ao sistema viário, ou ainda quando for feita uma alteração sensível na configuração da obra, tais como alargamentos, acréscimos de comprimento, reforços, mudança no sistema estrutural. Esta inspeção deve ser amplamente documentada, pelo proje- to completo e todos os informes construtivos disponíveis, e também por meio de fotografias. 8.2.2 – Inspeção rotineira A Inspeção Rotineira é uma inspeção programada, com intervalos adequados , em geral de um a dois anos e destinada a coletar observações e/ou medições para identificar qualquer anomalia em desenvolvimento, ou qualquer alteração em relação a Cadastral, em geral são visuais feitas a partir do estrado, do terreno no nível da água ou outros meios disponíveis. As Inspeções Rotineiras deverão ficar registradas através de documentação fotográfica e de fichas de inspeção. 8.2.3 – Inspeção especial In sp eç ão e a va lia çã o 8 MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 85 A Inspeção Especial deverá ser efetuada em intervalos máximo de cinco anos em todas as pontes e viadutos considerados excepcionais, pelo seu porte, pelo comportamento problemá- tico, ou sempre que julgado pela Inspeção de Rotina. 8.3 – Inspeção e avaliação da superestrutura Em geral nos principais tipos de pontes e viadutos formados por vigas mistas, as vigas de aço podem ser em perfis laminados com ou sem chapa de reforço, ou por meio de perfis soldados. Estas pontes conforme descrita nos capítulos anteriores, são formadas pelas vigas principais e transversinas em perfil soldado ou travamentos em cantoneiras. 8.3.1 – Procedimentos de inspeção 1 – Examinar se há anomalias, tais como, trincas e perdas de seção, junto aos apoios, devido ao maior cortante; 2 – Examinar ao longo de todo o comprimento dos perfis, principalmente no centro do vão e proximidades, onde é maior a atuação dos momentos fletores, a existência de anomalias tais como corrosão, trincas, perdas de seção, flambagem da alma e avarias nas mesas e nas ligações com a laje.; 3 –Verificar nos elementos secundários as anomalias já citadas e principalmente nas ligações com as vigas principais. Se estas forem parafusadas, verificar se não há parafusos frouxos, em caso positivo refazer o aperto conforme Tab.7.1; 4 -Verificar o funcionamento da drenagem, o estado da pintura, se há acúmulo de detritos principalmente na mesa inferior. 8.3.2 – Uso de aços sem resistência a corrosão atmosférica tipos ASTM A572-G50 e ASTM A36 Esses aços como não possuem resistência a corrosão atmosférica, necessitam ser pintados para ter uma vida útil mais longa, verificando o sistema de pintura adotado na época da construção e qual o prazo de validade. É importante , verificar o estado da pintura , o grau de oxidação ou corrosão, além do previsto em 8.3.1. 8.3.3 – Aços de alta resistência a mecânica e a corrosão atmosférica tipos COR , tais como ASTM A588, USI-SAC, COSACOR, CSN COR , e GERDAU COR500 Esses aços conseguem uma boa resistência a corrosão atmosférica nos locais em que haja uma boa aeração seguida de uma boa umidade o que proporciona a criação da patina aumentando sua resistência a corrosão atmosférica. In sp eç ão e a va lia çã o 8 86 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS Dependendo do local poderá ser necessário fazer a pintura adequada para proporcionar uma maior vida útil, nestes casos fazer a inspeção como 8.3.1 e 8.3.2. 8.3.4 – Pontes com partes galvanizadas Caso haja partes da ponte galvanizadas como diafragmas, estes também devem ser inspecio- nados para verificarem se não há ranhuras profundas que podem ser pontos de corrosão, estas devem ser recuperadas por meio de uma galvanização a frio que nada mais é do que uma tinta. Para mais informações recorrer a ABNT NBR 6323. 8.4 – Inspeção outras partes As inspeções das outras partes como aparelhos de apoio, encontros, canaletas etc. ver a publi- cação do Instituto de Pesquisa Rodoviárias IPR -709 do DNIT. In sp eç ão e a va lia çã o 8 MANUAL DA CONSTRUÇÃO EM AÇO 87 Referências Bibliográficas 88 PONTES E VIADUTOS EM VIGAS MISTAS Re fe rê nc ia s Bi bl io gr áf ic as 1- ABNT NBR 5884:2013 – Perfil estrutural de aço soldado por arco elétrico – Requisitos gerais. 2- ABNT NBR 6118:2014 – Projeto de estruturas de concreto – Procedimento. 3- ABNT NBR 6120:2019 – Ações para o cálculo de estruturas de edificações. 4- ABNT NBR 6123:1988 - Forças devidas aos ventos em edificações. 5- ABNT NBR 7187:2003 - Projeto de pontes de concreto armado e de concreto protendi- do - Procedimento 6- ABNT NBR 7188:2013 - Carga móvel rodoviária e de pedestres em pontes, viadutos, passarelas e outras estruturas. 7- ABNT NBR 8681:2003 – Ações e segurança nas estruturas – Procedimento 8- ABNT NBR 8800:2008 – Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios. 9- ABNT NBR 15980:2020 – Perfis laminados de aço para uso estrutural – Dimensões e tolerâncias. 10- ABNT NBR 16694:2020 – Projeto de pontes rodoviárias de aço e mistas de aço e concreto. 11- DNIT - IPR-698 – Manual de projeto de obras de arte especiais. 12- AASHTO – LRFD Bridge Design Specifications – Fifth Edition 13- AWS D1.5/D1.5M – Bridge welding code 14- ASTM A325 e A490 - Specification for structural joints using high-strenght bolts 15- C. P. Heins e D.A. Firmage – Design of Modern Steel Highway Bridges 16- Brockenbrough, Roger L. e Merrit, Frederick S. – Structural Steel Designer´s Handbook 17- Jai B. Kim, Robert H. Kim, Jonathan R. Eberle – Simplified LRFD Bridge Design 18- Gongkang Fu – Bridge Design & Evaluation – LRFD 19- Jim J. Zhao, Tonias – Bridge Engineering 20- Richard M. Barker e Jay A. Puckett – Design of Highway Bridges an LRFD Approach Anexo A Gráficos e Tabelas Gráfico A1 - Peso da Ponte Metálica – TB-450 – fy = 35 kN/cm 2 Gráfico A2 - Peso da Ponte Metálica – TB-450 – fy = 30 kN/cm 2 Tabela A1 - Aparelhos de apoio em Neoprene fretados (em 2 páginas) Tabela A2 - Junta de dilatação e vedação Tabela A1 - Aparelhos de apoio em neoprene fretados Dimensões em planta Espessura (mm) Espessura camadas elastomero (mm) Espessura chapa de aço (mm) Quantidade camadas elastomero (unid) Quantidade chapas de aço (unid) Espessura total camadas elastomero (mm) Deslocamento (mm) Carga (kN) Comprimento (Radiano) Largura (radiano) Dimensões padronizadas Composição do aparelho deapoio fretado Valores admissíveis Rotação por camada de elastomero 14 1 2 10 7 21 2 3 15 10,5 28 3 4 20 14 14 1 2 10 7 21 2 3 15 10,5 28 3 4 20 14 14 1 2 10 7 21 2 3 15 10,5 28 3 4 20 14 35 4 5 25 17,5 42 5 6 30 21 19 1 2 13 9,5 30 2 3 21 15 41 3 4 29 20,5 52 4 5 37 26 19 1 2 13 9,5 30 2 3 21 15 41 3 4 29 20,5 52 4 5 37 26 19 1 2 13 9,5 30 2 3 21 15 41 3 4 29 20,5 52 4 5 37 26 19 1 2 13 9,5 30 2 3 21 15 41 3 4 29 20,5 52 4 5 37 26 63 5 6 45 31,5 19 1 2 13 9,5 30 2 3 21 15 41 3 4 29 20,5 52 4 5 37 26 63 5 6 45 31,5 74 6 7 53 37 85 7 8 61 42,5 24 1 2 16 12 39 2 3 27 19,5 54 3 4 38 27 69 4 5 49 34,5 84 5 6 60 42 99 6 7 71 49,5 24 1 2 16 12 39 2 3 27 19,5 54 3 4 38 27 69 4 5 49 34,5 84 5 6 60 42 99 6 7 71 49,5 114 7 8 82 57 0,0020 0,0040 0,0030 0,0030 0,0025 0,0020 0,0012 1200 1580 2000 0,0030800 1000 0,0025 0,0012 0,0012 0,0020 0,0015 0,0020 0,0025 0,0040 0,0040 0,0040 0,0030 0,0030 300x400 350x450 400x500 100 150 300 500 600 200x400 250x400 100x100 100x150 150x200 200x250 200x300 5 5 2 2 5 2 8 3 8 3 8 3 8 3 8 3 11 4 11 4 Tabela A1 - Aparelhos de apoio em neoprene fretados Dimensões em planta Espessura (mm) Espessura camadas elastomero (mm) Espessura chapa de aço (mm) Quantidade camadas elastomero (unid) Quantidade chapas de aço (unid) Espessura total camadas elastomero (mm) Deslocamento (mm) Carga (kN) Comprimento (Radiano) Largura (radiano) Dimensões padronizadas Composição do aparelho de apoio fretado Valores admissíveis Rotação por camada de elastomero 24 1 2 16 12,5 36 2 3 27 19,5 54 3 4 38 27 69 4 5 49 34,5 84 5 6 60 42 99 6 7 71 49,5 114 7 8 82 57 129 8 9 93 64.5 24 1 2 16 12,5 39 2 3 27 19,5 54 3 4 38 27 69 4 5 49 34,5 84 5 6 60 42 99 6 7 71 49,5 114 7 8 82 57 129 8 9 93 64.5 144 9 10 104 72 30 1 2 20 15 50 2 3 35 25 70 3 4 50 35 90 4 5 65 45 110 5 6 80 55 130 6 7 95 65 150 7 8 110 75 170 8 9 125 85 190 9 10 140 95 30 1 2 20 15 50 2 3 35 25 70 3 4 50 35 90 4 5 65 45 110 5 6 80 55 130 6 7 95 65 150 7 8 110 75 170 8 9 125 85 190 9 10 140 95 210 10 11 155 110 35 1 2 23 17,5 59 2 3 41 29,5 83 3 4 59 41,5 107 4 5 77 53,5 131 5 6 95 65,5 155 6 7 113 77,5 179 7 8 131 89,5 203 8 9 149 101,5 227 9 10 167 113,5 251 10 11 185 125,5 Referência: Tabela baseflex / mepel 0,00202700 0,0012450x600 11 4 500x600 11 4 3000 0,0020 0,0012 600x700 15 5 4200 0,0020 0,0015 0,0012 800x800 18 6 6400 0,0020 0,0012 700x800 15 5 5600 0,0020 Tabela A2 - Junta de dilatação e vedação Largura Profundidade ( - ) ( + ) 20 40 25 10 15 25 50 25 10 15 35 60 35 15 20 40 70 40 20 25 50 80 50 20 30 60 90 60 30 30 80 120 80 40 40 100 140 100 50 50 120 140 120 60 60 150 210 150 75 75 Referência: Jeene - tipo VV Dimensões ponto neutro (mm) Abertura (mm) Movimentação máxima (mm) Anexo B Exemplos Anexo B1 - Projeto completo de uma ponte mista de aço e concreto de 40 m Anexo B2 - Projeto completo de uma ponte vicinal mista de 14 m Exemplo 1 PROJETO COMPLETO DE UMA PONTE MISTA DE AÇO E CONCRETO DE 40 m DE ACORDO COM A NBR 16694:2020 Projeto de uma ponte rodoviária de eixo reto e vão simples com vigas múltiplas de alma cheia em seção mista. A seção transversal da ponte será composta por vigas iguais e igualmente espaçadas. A laje será de concreto do tipo pré-moldada de espessura final rejuntada no local. ÍNDICE: seção / item / página 1 Dados da ponte 2 2 Cargas em uma longarina 5 3 Cálculo dos esforços e envoltória 7 4 Dimensões e propriedades das seções 15 5 Verificação das vigas de aço e da laje de concreto 20 6 Verificação da deformação máxima e contra-flecha 27 7 Conectores de cisalhamento 29 8 Enrijecedor de apoio 33 9 Enrijecedores transversais intermediários 35 10 Enrijecedor longitudinal 38 11 Solda de composição dos perfis soldados 39 12 Dimensionamento dos diafragmas 41 13 Verificação da fadiga 43 14 Desenhos da estrutura metálica da ponte 45 15 Sugestão para a laje pré moldada 50 CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 1 de 50 fr 350 cm Largura do acostamento ............................................... ac 250 cm Número de faixas de rolamento ...................................... nf 2 Número de vigas longitudinais ........................................ nv 4 Distância entre as longarinas .......................................... b 350 cm Espessura da laje (>18 cm) ........................................... tc 22.5 cm Ver Manual de obras-de-arte especiais IPR-698Espessura média da pavimentação ................................ tp 12.5 cm Comprimento máximo sem emenda das chapas ............ Cmax 1190 cm 1- DADOS DA PONTE C Vista longitudinal br frac fr ac br B Faixa de Rolamento Faixa de Rolamento AcostamentoAcostamento bl b blbb tc Comentários Seção transversal Espaço reservado para indicações de normas, outras referências e as escolhas feitas no projeto para favorecer a construtibilidade facilitando aspectos da fabricação, transporte e montagem da ponte. 1.1- Principais dimensões da ponte Comprimento total da ponte .......................................... C 4000 cm Largura total da ponte (OAE Classe II - DNIT) ................. B 1280 cm Largura das barreiras (New Jersey) ................................. br 40 cm Largura de uma faixas de rolamento .............................. CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 2 de 50 Resistência à compressão do concreto (>=30 MPa) ....... fck 30 MPa NBR 6118 item 8.2.8Mód.elasticidade concreto... Ec 5600 fck MPa MPa Ec 30672MPa Peso específico do concreto armado da laje ................... c 25 kN m 3 NBR 16694 item 6.1.1 Limite escoamento do aço das armaduras da laje ........... fya 500 MPa Peso específico do material da pavimentação.................. r 24 kN m 3 NBR 16694 item 6.1.2 Classificação do ambiente atmosférico ........................... Amb "C2" ISO 9223 1.2- Principais normas e especificações adotadas Comentários Referênciadas no memorial, como: NBR 5884 NBR 6120 NBR 6118 NBR 6123 NBR 7187 NBR 7188 NBR 8681 NBR 8800 NBR 15980 NBR 16694 AASHTO AWS Normas ABNT NBR 5884:2013 - Perfil I estrutural de aço soldado por arco elétrico - Requisitos gerais NBR 6120:2019 - Cargas para cálculo de estruturas de edificações NBR 6118:2014 - Projeto de estruturas de concreto - Procedimento NBR 6123:1988 - Forças devidas aos ventos em edificações NBR 7187:2003 - Projeto de pontes de concreto armado e protendido - Procedimento NBR 7188:2013 - Carga móvel rodoviária e de pedestres em pontes, viadutos, passarelas NBR 8681:2003 - Ações e segurança nas estruturas - Procedimento NBR 8800:2008 - Projeto de estrut. de aço e estrut. mistas de aço e concreto de edifícios NBR 15980:2011 - Perfis laminados de aço para uso estrutural - Dimensões e tolerâncias NBR 16694:2020 - Projeto de pontes rodoviárias de aço e mistas de aço e concreto Especificações Estrangeiras AASHTO - LRFD Bridge Design Specifications - Fifth Edition AWS D1.5/D1.5M - Bridge welding code 1.3- Caracteísticas dos materiais empregados na ponte Resistência ao escoamento mínimo do aço..................... fy 345 MPa Resistência à ruptura mínima do aço.............................. fu 450 MPa Módulo de elasticidade do aço ........................................ Ea 200000 MPa Peso específico do aço .................................................. 77 kN m 3 NBR 16694 item 6.1.1 NBR 16694 item 4.5.1 CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 3 de 50 ptp 15% Volume Médio Diáriode táfego pesado ....... VMDP VMD ptp VMDP 150 1 dia Fração do tráfego pesado por faixa ........... p 1.00 nf 1=if 0.85 nf 2=if 0.80 nf 2if p 0.85 AASHTO artigo 3.6.1.4.2 Média diária tráfego pesado por faixa ......... MDPF VMDP p MDPF 128 1 dia Número de ciclos pesado / passagem ........ nc 1.00 L 12 mif 2.00 L 12 mif nc 1 AASHTO tab. 6.6.1.2.5-2 Número de ciclos total para a fadiga .......... Nc 365 dia ano VUP nc MDPF Nc 3.5 10 6 Comentários1.4- Vão teórico de cálculo Extrenidade para apoio................................................. ea 30 cm NBR 16694 item 7.1 O vão efetivo de cálculo é a distância de centro a centro dos aparelhos de apoio. Vão efetivo de cálculo ...... ( L C 2 ea ) ........... L 3940 cm 1.5- Dados do tráfego para a fadiga NBR 16694 item A.4Vida útil de projeto para a fadiga ...................................................... VUP 75 ano Para determinar a VMD consultar o PNCT do DNIT. Volume Médio Diário de tráfego por faixa (Classe II - DNIT)................ VMD 1000 dia AASHTO tab. C 3.6.1.4.2-1Percentual tráfego pesado no VMD ........... CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 4 de 50 q3 nj 2 nv q3 2.8 kN m NBR 16694 item 6.1.2 prever carga adicional para recapeamento. Pavimentação .............. q4 B 2 br( ) tp r 2.0 kN m 2 nv q4 15.0 kN m ______________________________________ CP2 q3 q4 CP2 17.8 kN m 2.3- Carga móvel - CM - (NBR 7188) Carga concentrada por roda (TB-450) . . . . . . P 75 kN NBR 7188 item 5.1 TB-450 - padrão TB-240 - vicinalCarga distribuída (TB-450) . . . . . . . . . . . . . . . p 5.0 kN m 2 Coeficiente de impacto vertical : L 39.4m NBR 7188 item 5.1.2.1 para vãos < 200 m.CIV if L 10 m 1.35 1 1.06 20 m L 50 m CIV 1.24 Coeficiente de número de faixas : nf 2 NBR 7188 item 5.1.2.2 (acostamentos não são faixas). CNF if 1 0.05 nf 2( ) 0.9 1 0.05 nf 2( ) 0.9[ ] CNF 1.00 Carga concentrada por roda . . . . . . . . . . Q P CIV CNF Q 92.8kN Carga distribuída . . . . . . . . . . . . . . . . . . . q p CIV CNF q 6.19 kN m 2 2- CARGAS EM UMA LONGARINA Comentários 2.1- Carga permanente anterior à cura do concreto da laje - CP1 Para facilitar a fabricação e o suprimento, optou-se por considerar as 4 longarinas iguais. Balanços da laje ............................ bl B nv 1( ) b[ ] 2 bl 1.15m Laje de concreto .......................... q1 max b bl b 2 tc c q1 19.7 kN m Mísula da laje de concreto .... q2 60 cm 35 cm( ) 7.5 cm c q2 1.8 kN m Ver Anexo A -Gráfico A1 nj 578 kgf m Barreiras (Perfil New Jersey)......... 2.2- Carga permanente posterior à cura do concreto da laje - CP2 AASHTO artigo 4.6.2.2.1. As cargas permanentes após a cura do da laje, podem ser consideradas distribuídas igualmente por todas as vigas. CP1 26.8 kN m CP1 q1 q2 q3 ______________________________________ q3 5.3 kN m q3 estru forma( ) B nv Vigas de aço +forma ....................... forma 0.0 kN m 2 forma 0 kgf m 2 Peso da forma ............................. Quando houver forma, o seu peso deve ser incluído em CP1. estru 1.7 kN m 2 estru 170 kgf m 2 Peso da estrutura metálica ........... CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 5 de 50 Velocidade característica do vento ...... Vk Vo S1 S2 S3 Vk 41.7 m sec Pressão dinâmica do vento..... qd 0.613 Vk 2 newton sec 2 m 4 qd 1.07 kN m 2 Fator de redução p/ barras de comprimento finito: Seja l/d = 20 --> Kvx 0.81 Coeficiente de força p/ barras de comprimento infinito: Cx 2.05 Fator para vigas paralelas : b L 20 1.78 --> 0.4 fpvp 1 nv 1( ) fpvp 2.2 Vento lateral na ponte ................... qv qd Cx Kvx fpvp qv 3.90 kN m 2 2.4- Forças devidas ao vento - CV Comentários NBR 6123 item 5.1 Velocidade básica do vento ( isopletas ) ...................... Vo 45 m sec Vo 162 km hr Fator Topográfico ( Terreno plano )......................................... S1 1.0 NBR 6123 item 5.2 item 5.3 item 5.4 item 4.2 tab. 11 tab. 12 fig. 8 Fator de Rugosidade ( Categoria IV, Classe B - item 5.3.3 - Tabela 1 - NBR 6123 ) bo 0.85 Fr 0.98 po 0.125 Altura acima do terreno ..... z 11 m S2 bo Fr z 10 m po S2 0.84 Probabilidade de Vo ser excedida durante a vida útil ................ Prob 63 % Fator Estatístico (Anexo B NBR 6123) para uma vida útil de ..... VUP 75ano S3 1.1 0.54 ln 1 Prob( ) ano VUP 0.157 S3 1.1 CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 6 de 50 < 91,44 cm okde 0.75m < 30,0 cm oktc 22.5cm11,0 cm < < 4,9 m okb 3.50m1,0 m < < 73,0 m okL 39.40m6,0 m <Verificação das Faixas de aplicabilidade >= 4 ok nv 4 de 0.75mde bl brLargura da pista em balanço ...... A utilização do Fator de distribuição é limitada para sistemas com: - Vigas múltiplas de aço suportando uma laje de concreto; - Seção transversal constante; - Vigas paralelas e com aproximadamente a mesma rigidez; 115 350 115350350 VI q 300 150 150 Em vista da complexidade da análise teórica envolvida na distribuição lateral das cargas para as longarinas internas, adotamos o método aproximado de análise da AASHTO artigo 4.6.2 O método determina o fator de distribuição para as vigas internas como uma fração de uma faixa de tráfego de 3m de largura e só se aplica para pontes de tabuleiro de concreto apoiado em vigas metálicas dentro das limitações e faixas de aplicabilidade. AASHTO artigo 4.6.2.2.2b 300 60 0 15 0 15 0 15 0 15 050 200 50 115 350 115350350 VI 300 2Q 150 150 3.1- Vigas internas (VI) 3- CÁLCULO DOS ESFORÇOS E ENVOLTÓRIA Comentários CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 7 de 50 115 350 115350350 40 75 q 300 150 150 VE rótula 115 350 115350350 75 300 VE 2Q 40 150 150 rótula 300 60 0 15 0 15 0 15 0 15 050 200 50 3.2- Vigas externas (VE) __________________________________________________________________ FDIQ 1.05Fator de distribuição para o cortante das vigas internas .................... duas ou mais faixas carregadas FDIQ max 0.36 b 7.6 m 0.2 b 3.65 m b 10.7 m 2 uma faixa carregada AASHTO tab. 4.6.2.2.3a Fator de distribuição para o cálculo do Esforço Cortante FDIM 0.78Fator de distribuição para momento fletor das vigas internas ............ duas ou mais faixas carregadas FDIM max 0.06 b 4.3 m 0.4 b L 0.3 1.02 0.075 b 2.9 m 0.6 b L 0.2 1.02 uma faixa carregada AASHTO tab. 4.6.2.2.2b-1 Para parâmetro de rigidez longitudinal das vigas, adotamos o valor simplificado da tab. 4.6.2.2.1-2 de 1.02. Comentários Fator de distribuição para o cálculo do Momento Fletor CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 8 de 50 AASHTO artigo 4.6.2.2.2d Engesser Coubon x1 b 2 x1 1.75m x2 b 2 b x2 5.25m e1 B 2 br 1.5 m e1 4.5 m e2 e1 4.0 m e2 0.5 m FDEM_rigido nf nv x2 e1 e2( ) 2 x1 2 x2 2 FDEM_rigido 0.93 FDEM max FDEM_alavanca FDEM_formula FDEM_rigido FDEM 0.94 - Fator de distribuição pela Fórmula para o cálculo do Esforço Cortante de 0.8 m < 1,7 m ok AASHTO tab. 4.6.2.2.3b-1FDEQ max 0.6 de 3.0 m 1.0 FDIQ FDEQ 1.05 Uma faixa carregada- "regra da alavanca" Comentários ex br 1.5 m bl ex 75cm AASHTO artigo 4.6.2.2.2d tab. 3.6.1.1.2-1 A"regra da alavanca" considera que a laje esteja simplesmente apoiada nas duas longarinas. Fator de presença múltipla .............. fpm 1.2 - Fator de distribuição pela regra da alavanca para o cálculo do Momento Fletor FDEM_alavanca b ex( ) b fpm FDEM_alavanca 0.94 Duas ou mais faixas carregadas - Fator de distribuição pela fórmula para o cálculo do Momento Fletor de 0.8 m < 1,7 m ok AASHTO tab. 4.6.2.2.2d-1FDEM_formula max 0.77 de 2.8 m 1.0 FDIM FDEM_formula 0.81 - Fator de distribuição pelo Método da seção rígida (com diafragmas) CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 9 de 50 qm Pm Pm Pm 150 150 qm P P P 150 150 150 150 qm qm PmQ 156.2kNPmQ 2Q FDQ qmQ 6 m 3 qmQ 19.5 kN m qmQ q 3 m FDQ Trem-tipo de cálculo para esforço cortante PmM 140.0kNPmM 2Q FDM qmM 6 m 3 qmM 17.5 kN m qmM q 3 m FDM A carga distribuída foi homogeinizada subtraindo das cargas concentradas as parcelas correspondentes. Trem-tipo de cálculo para momento fletor FDQ 1.05FDQ max FDIQ FDEQ FDM 0.94FDM max FDIM FDEM Carga móvel + impacto: __________________________________________________________________ CP2 17.8 kN m Carga permanente após a cura da laje ............................................. CP1 26.8 kN m Carga permanente antes da cura da laje .......................................... 3.3- Carregamentos finais em uma longarina (para vigas iguais) Comentários CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 10 de 50 AASHTO artigo 6.10.10.2 Fadiga III - Tráfego normal sem vento - ( conectores de cisalhamento ) 0,75.CM Nc < 6 x 106 NBR 16694 item A.2.2 Fadiga II - Tráfego normal sem vento - ( viga longitudinal - vão até 100 m ) CP1 + CP2 + 0,50.CM < 0,66. fy para tensões normais < 0,40. fy para tensões de cisalhamento NBR 16694 item 6.3 - Tab.5 Fadiga I - Tráfego normal sem vento - ( viga longitudinal - vão até 100 m ) 0,50.CM Nc > 2 x 106 3.6- Combinações frequentes de fadiga Serviço I - Combinação frequente - Peso próprio e tráfego normal sem vento com contraflecha (CP1+CP2): 0,5.CM < L/1000 Serviço II - Combinação rara - Peso próprio e tráfego normal sem vento com contraflecha (CP1+CP2): CM < L/800 NBR 16694 item 6.4.5 Anexo C 3.5- Combinações para os estados limites de serviço (ELS) NBR 16694 item 6.2.2 item 10 R esistência I - Peso próprio e tráfego normal sem vento (vigas mistas) 1,30.CP1 + 1,35.Cp2 + 1,5.CM Resistência II - Peso próprio e tráfego normal com vento (vigas mistas) 1,30.CP1 + 1,35.CP2 + 1,5.CM + 0,6x1,4.CV 1,30.CP1 + 1,35.CP2 + 0,7x1,5.CM + 1,4.CV Resistência III - Peso próprio - durante a construção (vigas de aço) 1,20.CP1 + 1,25.(1,0 kN/m2) NBR 16694 item 6.3- Tab.3, 4 Comentários3.4- Combinações para os estados limites últimos (ELU) CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 11 de 50 ea x2 19.700mx2 L 2 S2 ...... Locação das seções x1 7.800mx1 0 Nt 2if L Cmax 2 Nt 3=if L 2 Cmax Nt 4=if "calcular" Nt 4if S1 ...... PERFIL 2 PERFIL 1 PERFIL 1 PERFIL 2 c 2( ) 8.100mc 2( ) 0 Nt 1=if C Cmax Nt 2=if C Cmax 2 Nt 3=if C 2 Cmax Nt 4=if Comprimento Perfil 2 .................. c 1( ) 11.900mc 1( ) C Nt 1=if Cmax Nt 1if Comprimento Perfil 1 .................. Nt 4Nt 1 C Cmaxif 2 Cmax C 2 Cmaxif 3 2 Cmax C 3 Cmaxif 4 3 Cmax C 4 Cmaxif Número de trechos ..................... Np 2Np 1 C 2 Cmaxif 2 2 Cmax C 4 Cmaxif Número de perfis diferentes ......... Considerando o alto custo das emendas, adotaremos para compor as longarinas os seguintes critério: - o menor número de emendas; - o comprimento padrão para chapas e perfis de 12-0,1=11,9m; - quando possível simétria em relação ao centro da viga; - o maior perfil de preferência na parte central da viga. Cmax 1190 cmComprimento máximo sem emendas.............. Comentários3.7- Composição das longarinas e posição das emendas CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 12 de 50 Qcmn x( ) qmQ x 2 2 L 3 PmQ L x 1.5 m( ) Qcm x( ) qmQ L x( ) 2 1 x L 3 PmQ L L x 1.5 m( ) Qcp2 x( ) CP2 L 2 x Qcp1 x( ) CP1 L 2 x Linha de influência de cortantes em Sn Pm Pm Pm 150 150 qm Pm Pm Pm 150 150 qm Sn L x Mcm x( ) if mb x( ) ma x( ) mc x( ) mb x( ) if x 1.5 m mc x( ) mb x( ) mc x( ) ma x( ) mc x( ) qmM x 2 L x( )mb x( ) 3 PmM x L L x 1.5 m( ) ma x( ) if x 0 m= 0 tf m PmM x L 3 L 3 x 1.5 m L x Mcp2 x( ) CP2 x 2 L x( )Mcp1 x( ) CP1 x 2 L x( ) O formulário ao lado foi desenvolvido para calcular os esforços máximos numa seção afastada de "x" do apoio e para um trem-tipo formado por uma carga uniformemente distribuida e tres cargas concentradas distantes de 1,5m. Linha de influência de momentos em Sn Pm Pm Pm 150 150 qm Sn L x Comentários3.8- Cálculo dos esforços máximos nas seções CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 13 de 50 Mcm x2 732138kN cm Qcp1 x0 528kN Qcp1 x1 319kN Qcp1 x2 0 kN Qcp2 x0 351.3kN Qcp2 x1 212kN Qcp2 x2 0 kN Qcm x0 835.2kN Qcm x1 605kN Qcm x2 313kN Qcmn x1 90kN Qcmn x2 313kN __________________________________________________________________ 3.10- Esforços máximos nas emendas: As emendas podem ser soldadas ou parafusadas. Ver detalhes das emendas no Capítulo 6. Na seção S1 1.30 Qcp1 x1 1.35Qcp2 x1 1.5 Qcm x1 1609 kN 1.30 Mcp1 x1 1.35Mcp2 x1 1.5 Mcm x1 1424919 kN cm Na seção S2 1.30 Qcp1 x2 1.35Qcp2 x2 1.5 Qcm x2 469kN 1.30 Mcp1 x2 1.35Mcp2 x2 1.5 Mcm x2 2241534 kN cm 3.9- Envoltória de esforços para cada seção da viga Comentários ea Seção S0 Seção S1 Seção S2 __________________________________________________________________ x0 0 cm x1 780cm x2 1970 cm Mcp1 x0 0 kN cm Mcp1 x1 330327kN cm Mcp1 x2 520110kN cm Mcp2 x0 0 kN cm Mcp2 x1 219788kN cm Mcp2 x2 346062kN cm Mcm x0 0 kN cm Mcm x1 465854kN cm CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 14 de 50 .................. comprimento do perfil ___________________________________________________________________ Proporções limites recomendadas: d 1( ) 1900 mm d 2( ) 1900 mm > L 30 1313 mm NBR 16694 item 12.1 Verificação das proporções limites recomendadas para os perfis tw 1( ) 12.5mm tw 2( ) 12.5mm > 8.0 mm < 150 sem enrigecedor longitudinal < 300 com enrigecedor longitudinal h 1( ) tw 1( ) 146 h 2( ) tw 2( ) 146 bs 1( ) 500mm bs 2( ) 450mm > h1( ) 6 304mm ts 1( ) 25mm ts 2( ) 25mm > 1.1 tw 1( ) 14mm bs 1( ) 2 ts 1( ) 10.0 bs 2( ) 2 ts 2( ) 9.0 < 12 bi 1( ) 2 ti 1( ) 6.7 bi 2( ) 2 ti 2( ) 4.5 < 12 Comentários4- DIMENSÕES E PROPRIEDADES DAS SEÇÕES Aescolha das seções dos perfis que irão compor a longarina é feita por tentativas até o ajuste final. Algumas premissas ajudam a conduzir para a seção ótima como: - Para a altura dos perfis, entre L/20 e L/30. -Para as mesas superiores, observar uma largura mínima para os conectores de cisalhamento e eventual necessidade para o apoio de elementos pré-moldados 4.1- Dimensões dos perfis PERFIL 1 PERFIL 1 PERFIL 2PERFIL 2 bs bi tw LN d ts ti CG h hc /2 i 0 1 2 L 20 1970 mm PERFIL 1 - Central PERFIL 2 - Extremos d 1( ) 1900 mm d 2( ) 1900 mm tw 1( ) 12.5 mm tw 2( ) 12.5 mm bs 1( ) 500 mm bs 2( ) 450 mm ts 1( ) 25 mm ts 2( ) 25 mm bi 1( ) 670 mm bi 2( ) 450 mm ti 1( ) 50 mm ti 2( ) 50 mm NBR 16694 item B.1.3 Ambiente C2 sobre espessura recomendada de 0,3 mm/face exposta. h i( ) d i( ) ts i( ) ti i( )h 1( ) 1825 mm h 2( ) 1825 mm c 1( ) 11.900m c 2( ) 8.100m CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 15 de 50 Iyt i( ) ti i( ) bi i( ) 3 12 Wbi i( ) ti i( ) bi i( ) 2 6 Ry i( ) Iy i( ) A i( ) Wy i( ) Iy i( ) bi i( ) 2 Iyc i( ) ts i( ) bs i( ) 3 12 Iy i( ) ts i( ) bs i( ) 3 ti i( ) bi i( ) 3 h i( ) tw i( ) 3 12 NBR 16694 item 7.3 Rx i( ) Ix i( ) A i( ) Wi i( ) Ix i( ) CG i( ) Ws i( ) Ix i( ) d i( ) CG i( ) Ix i( ) bs i( ) ts i( ) 3 bi i( ) ti i( ) 3 tw i( ) h i( ) 3 12 d i( ) CG i( ) ts i( ) 2 2 ts i( ) bs i( ) CG i( ) ti i( ) 2 2 ti i( ) bi i( ) h i( ) 2 ti i( ) CG i( ) 2 h i( ) tw i( ) hc i( ) d i( ) ts i( ) CG i( ) 2Peso i( ) A i( ) CG i( ) bs i( ) ts i( ) d i( ) ts i( ) 2 h i( ) tw i( ) h i( ) 2 ti i( ) bi i( ) ti i( ) ti i( ) 2 A i( ) A i( ) bs i( ) ts i( ) bi i( ) ti i( ) h i( ) tw i( ) Comentários4.2- Propriedades do perfil de aço - Formulário CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 16 de 50 Rx 1( ) 77.0cm Rx 2( ) 77.2cm Iy 1( ) 151389cm 4 Iy 2( ) 56983cm 4 Iyc 1( ) 26042cm 4 Iyc 2( ) 18984cm 4 Iyt 1( ) 125318cm 4 Iyt 2( ) 37969cm 4 Wy 1( ) 4519 cm 3 Wy 2( ) 2533 cm 3 Ry 1( ) 14.8cm Ry 2( ) 10.0cm 0,1 < Iyc / Iyt < 9 Iyc 1( ) Iyt 1( ) 0.21 Iyc 2( ) Iyt 2( ) 0.50 NBR 8800 item H.1.3 _____________________________________________________________________ Peso da estrutura de aço: perfis + 10% (enrijecedores, diafragmas, soldas, paraf, etc.) Estrutura Peso 1( ) c 1( ) 2 Peso 2( ) c 2( ) 2 nv 1.10 Estrutura 88.2tf Comparar a taxa média com o valor estimado e se necessário ajustar a estimativa. Taxa média da estrutura da ponte .......... Estrutura C B 172 kgf m 2 ~= estru 170 kgf m 2 Propriedades dos perfis de aço Comentários PERFIL 1 PERFIL 1 PERFIL 2PERFIL 2 PERFIL 1 - Central PERFIL 2 - Extremos _____________________________________________________________________ A 1( ) 688.13 cm 2 A 2( ) 565.63 cm 2 Área Massa linear Altura da alma Centro de gravidade Altura comp. da alma x 2 Momento de inércia X Módulo elástico superior X Módulo elástico inferior X Raio de giração X Momento de inércia Y Inércia Y mesa comprimida Inércia Y mesa tracionada Módulo elástico Y Raio de giração Y Peso 1( ) 540 kgf m Peso 2( ) 444 kgf m h 1( ) 182.50 cm h 2( ) 182.50 cm CG 1( ) 67.41cm CG 2( ) 77.35cm hc 1( ) 240.17 cm hc 2( ) 220.29 cm Ix 1( ) 4075553 cm 4 Ix 2( ) 3371870 cm 4 Ws 1( ) 33246cm 3 Ws 2( ) 29934cm 3 Wi 1( ) 60457cm 3 Wi 2( ) 43590cm 3 CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 17 de 50 IMF i( ) Ix i( ) A i( ) YMF i( ) CG i( ) 2 bc N 2( ) tc 3 12 bc N 2( ) tc ec d i( ) YMF i( ) 2 IM i( ) Ix i( ) A i( ) YM i( ) CG i( ) 2 bc N 1( ) tc 3 12 bc N 1( ) tc ec d i( ) YM i( ) 2 YMF i( ) bc N 2( ) tc ec d i( ) A i( ) CG i( ) bc N 2( ) tc A i( ) O formulário ao lado calcula as propriedades elásticas da seção mista, sempre com a linha neutra na alma do perfil de aço. YM i( ) bc N 1( ) tc ec d i( ) A i( ) CG i( ) bc N 1( ) tc A i( ) N 2( ) 3 nN 1( ) n n 7----->n ceil Ea Ec Ec 3067 kN cm 2 Ea 20000 kN cm 2 Relação Ea/Ec para Módulo de elasticidade do concreto de dens. normal (24 kN/m3) de acordo com a NBR 6118. Para as cargas de longa duração usar "N=3.n" (3 vezes a relação inicial entre os módulos de elasticidade). ec 18.75cm ec tc 2 misula misula 7.5 cm tc 22.5cm bc 290cm bc min L 8 b b 2 bl tc bc YM ec m ís ul a LN NBR 8800 item O.2.2.2 Largura efetiva da mesa de concreto: Comentários4.3- Propriedades da seção mista de aço e concreto - formulário CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 18 de 50 WIM 1( ) 80841cm 3 WIMF 1( ) 75102cm 3 WC 1( ) 1180787 cm 3 WCF 1( ) 1617184 cm 3 ___________________________________________________________________ PERFIL 2 - Extremidades Relação n=Ea/Ec inicial Relação n=Ea/Ec p/ longa duração N 1( ) 7.0 N 2( ) 21.0 YM 2( ) 159.13 cm YMF 2( ) 123.94 cm Verificar se a LN está na alma do perfil. IM 2( ) 9488687 cm 4 IMF 2( ) 6847363 cm 4 WSM 2( ) 307369cm 3 WSMF 2( ) 103657cm 3 WIM 2( ) 59629cm 3 WIMF 2( ) 55246cm 3 WC 2( ) 1091178 cm 3 WCF 2( ) 1496961 cm 3 Comentários WSM i( ) IM i( ) d i( ) YM i( ) WSMF i( ) IMF i( ) d i( ) YMF i( ) WIM i( ) IM i( ) YM i( ) WIMF i( ) IMF i( ) YMF i( ) WC i( ) IM i( ) N 1( ) d i( ) ec tc 2 YM i( ) WCF i( ) IMF i( ) N 2( ) d i( ) ec tc 2 YMF i( ) ___________________________________________________________________ Propriedades das seções mistas de aço e concreto PERFIL 1 - Trecho central Relação n=Ea/Ec inicial Relação n=Ea/Ec p/ longa duração N 1( ) 7.0 N 2( ) 21.0 Verificar se a LN está na alma do perfil. YM 1( ) 148.72 cm YMF 1( ) 111.38 cm IM 1( ) 12023072cm 4 IMF 1( ) 8364756 cm 4 WSM 1( ) 291286cm 3 WSMF 1( ) 106394cm 3 CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 19 de 50 fc 1( ) 1.2 kN cm 2 fc 1( ) 1.35Mcp2 x2 WCF 1( ) 1.5 Mcm x2 WC 1( ) laje de concreto fv 1( ) 7.1 kN cm 2 fv 1( ) 1.30Qcp1 x1 1.35Qcp2 x1 1.5 Qcm x1 h 1( ) tw 1( ) alma fbi 1( ) 31.0 kN cm 2 fbi 1( ) 1.30Mcp1 x2 Wi 1( ) 1.35Mcp2 x2 WIMF 1( ) 1.5 Mcm x2 WIM 1( ) mesa inferior fbs 1( ) 28.5 kN cm 2 fbs 1( ) 1.30Mcp1 x2 Ws 1( ) 1.35Mcp2 x2 WSMF 1( ) 1.5 Mcm x2 WSM 1( ) mesa superior As tensões máximas de compressão e tração em vigas não escoradas é a soma das tensões devidas a CP1 agindo sobre a viga de aço isolada mais as tensões devidas a CP2 sobre a seção mista com n=3n mais as tensões devidas CM sobre a seção mista com a relação inicial "n". Tensões solicitantes de cálculo hc m /2 d fbs fbi fc LN Verificação do Perfil 1 - central: Combinação ................... 1,30.CP1 + 1,35.CP2 + 1,5.CM 5.1- Resistência I - Peso próprio e tráfego normal sem vento Viga mista de aço e concretocom a participação da laje Comentários5- VERIFICAÇÃO DAS VIGAS DE AÇO E LAJE CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 20 de 50 Fc fck 1.4 Fc 2.1 kN cm 2 _____________________________________________________________________ mesa superior fbs 1( ) Fb1 0.91 < 1,0 ok mesa inferior fbi 1( ) Fb1 0.99 < 1,0 ok Perfil 1 Central alma fv 1( ) Fv 0.37 < 1,0 ok laje de concreto fc 1( ) Fc 0.57 < 1,0 ok Comentários Tensões resistentes de cálculo altura comprimida da alma na seção mista x2 .......................... hcm1 2 fbs 1( ) fbs 1( ) fbi 1( ) d 1( ) ts 1( ) hcm1 177cm ar hcm1 tw 1( ) bs 1( ) ts 1( ) ar 1.77 < 10 ok kpg1 min 1 ar 1200 300 ar hcm1 tw 1( ) 5.7 Ea fy 1.0 kpg1 0.996 NBR 16694 item 10 NBR 8800 Anexo O interação completa hcm1 tw 1( ) 142 Fb1 fy 1.1 hcm1 tw 1( ) 5.7 Ea fy if kpg1 fy 1.1 hcm1 tw 1( ) 5.70 Ea fy if 5.70 Ea fy 137.2 A mesa comprimida é considerada contida lateralmente pela laje. NBR 8800 item 4.8.2 item 5.4.3 item O.1.1.3 Tração e compressão nas mesas do perfil ............................... Fb1 31.2 kN cm 2 Cisalhamento na alma do perfil...................... Fv 0.6 fy 1.1 Fv 18.8 kN cm 2 Compressão na laje de concreto .................. CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 21 de 50 fc 2( ) 0.8 kN cm 2 fc 2( ) 1.35Mcp2 x1 WCF 2( ) 1.5 Mcm x1 WC 2( ) laje de concreto fv 2( ) 10.6 kN cm 2 fv 2( ) 1.30Qcp1 x0 1.35Qcp2 x0 1.5 Qcm x0 h 2( ) tw 2( ) alma fbi 2( ) 26.9 kN cm 2 fbi 2( ) 1.30Mcp1 x1 Wi 2( ) 1.35Mcp2 x1 WIMF 2( ) 1.5 Mcm x1 WIM 2( ) mesa inferior fbs 2( ) 19.5 kN cm 2 fbs 2( ) 1.30Mcp1 x1 Ws 2( ) 1.35Mcp2 x1 WSMF 2( ) 1.5 Mcm x1 WSM 2( ) mesa superior As tensões máximas de compressão e tração em vigas não escoradas é a soma das tensões devidas a CP1 agindo sobre a viga de aço isolada mais as tensões devidas a CP2 sobre a seção mista com n=3n mais as tensões devidas CM sobre a seção mista com a relação inicial "n". Tensões solicitantes de cálculo hc m /2 d fbs fbi fc LN Comentários Verificação do Perfil 2 - extremidades: CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 22 de 50 Fc fck 1.4 Fc 2.1 kN cm 2 _____________________________________________________________________ mesa superior fbs 2( ) Fb2 0.62 < 1,0 ok mesa inferior fbi 2( ) Fb2 0.86 < 1,0 ok Perfil 2 Extremidades alma fv 2( ) Fv 0.56 < 1,0 ok laje de concreto fc 2( ) Fc 0.39 < 1,0 ok Comentários Tensões resistentes de cálculo altura comprimida da alma na seção mista x2 .......................... hcm2 2 fbs 2( ) fbs 2( ) fbi 2( ) d 2( ) ts 2( ) hcm2 154cm ar hcm2 tw 2( ) bs 2( ) ts 2( ) ar 1.72 < 10 ok kpg2 min 1 ar 1200 300 ar hcm2 tw 2( ) 5.7 Ea fy 1.0 kpg2 1.000 NBR 16694 item 10 NBR 8800 Anexo O interação completa hcm2 tw 2( ) 124 Fb2 fy 1.1 hcm2 tw 2( ) 5.7 Ea fy if kpg1 fy 1.1 hcm2 tw 2( ) 5.70 Ea fy if 5.70 Ea fy 137.2 A mesa comprimida é considerada contida lateralmente pela laje. NBR 8800 item 4.8.2 item 5.4.3 item O.1.1.3 Tração e compressão nas mesas do perfil ............................... Fb2 31.4 kN cm 2 Cisalhamento na alma do perfil...................... Fv 0.6 fy 1.1 Fv 18.8 kN cm 2 Compressão na laje de concreto .................. CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 23 de 50 fbi 1( ) Fb1 1.00 < 1,0 ok fbi 1( ) 1.30Mcp1 x2 Wi 1( ) 1.35Mcp2 x2 WIMF 1( ) 0.7 1.5 Mcm x2 WIM 1( ) 1.4Mcv Wbi 1( ) fbi 1( ) 27.5 kN cm 2 fbi 1( ) Fb1 0.88 < 1,0 ok Perfil 2 - Extremos Mesa inferior fbi 2( ) 1.30Mcp1 x1 Wi 2( ) 1.35Mcp2 x1 WIMF 2( ) 1.5 Mcm x1 WIM 2( ) 0.6 1.4 Mcv Wbi 2( ) fbi 1( ) 27.5 kN cm 2 fbi 2( ) Fb2 0.88 < 1,0 ok fbi 2( ) 1.30Mcp1 x1 Wi 2( ) 1.35Mcp2 x1 WIMF 2( ) 0.7 1.5 Mcm x1 WIM 2( ) 1.4Mcv Wbi 2( ) fbi 1( ) 27.5 kN cm 2 fbi 2( ) Fb2 0.79 < 1,0 ok 5.2- Resistência II - Peso próprio e tráfego normal com vento Viga mista de aço e concreto com a participação da laje Comentários Combinações ................... 1,30.CP1 + 1,35.CP2 + 1,5.CM + 0,6x1,4.CV 1,30.CP1 + 1,35.CP2 + 0,7x1,5.CM + 1,4.CV Esforços na mesa inferior devido ao vento NBR 16694 item 7.4.1Distancia entre diafragmas: dist_diaf L 7 dist_diaf 5.629m < 7.5 m Vento na metade inferior da viga...... v qv d 2( ) 2 v 3.70 kN m Momento na mesa inferior................ Mcv v dist_diaf 2 8 Mcv 1467kN cm Perfil 1 - Central Mesa inferior fbi 1( ) 1.30Mcp1 x2 Wi 1( ) 1.35Mcp2 x2 WIMF 1( ) 1.5 Mcm x2 WIM 1( ) 0.6 1.4 Mcv Wbi 1( ) fbi 1( ) 31.3 kN cm 2 CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 24 de 50 min 11.7 Ea fy 260 260 ok - para a/h < 1,5 hc 1( ) tw 1( ) 192 < min 0.42 Ea fy 260 243 ok - para a/h > 1,5 - Cálculo do momento fletor resistente de cálculo - Mrd (EMT, FLM e FLTe) Verificação do ELU de escoamento da mesa tracionada (item H.2.1) - EMT EMT Wi 1( ) fy 1.10 EMT 1896147 kN cm Verificação do ELU de flambagem lateral por torção (item H.2.2) - FLT Cb 1.0 Considerando o contraventamen- to horizontal entre diafragmas. Lb dist_diaf Lb 563 cm ryT bs 1( ) 12 1 hc1 tw 1( ) 6 ts 1( ) bs 1( ) ryT 12.20cm Lb ryT 46.1 p 1.10 Ea fy p 26.5 5.3- Resistência III - Durante a construção Viga de aço sem a participação da laje Combinação .................... 1,20.CP1 + 1.25.(1,0 kN/m2) Comentários Qconst 1.20 CP1 1.25 1.0 kN m 2 b Qconst 36.5 kN m Momento fletor solicitante de cálculo .... Msd Qconst L 2 8 Msd 709026kN cm ___________________________________________________________________ Seção monosimétrica hc 1( ) tw 1( ) 192 5.7 Ea fy 137 L 39.4m NBR 8800 Anexo G e Halma "alma não-esbelta - NBR 8800-Anexo G" hc 1( ) tw 1( ) 5.7 Ea fy if "alma esbelta - NBR 8800-Anexo H" hc 1( ) tw 1( ) 5.7 Ea fy if alma "alma esbelta - NBR 8800-Anexo H" Requisitos para viga com alma esbelta (H.1.3) : ar hc 1( ) tw 1( ) bs 1( ) ts 1( ) ar 2.40 < 10 ok CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 25 de 50 ok< 1.0 Msd Mrd 0.80Mrd 881524kN cmMrd min EMT FLM FLT( ) Momento fletor resistente de cálculo ........................ FLM 935848kN cm FLM kpg Ws 1( ) fy 1.1 pif 1 0.3 p r p kpg Ws 1( ) fy 1.1 p rif 1 1.1 0.9 kpg Ea kc Ws 1( ) 2 rif r 16.2r 0.95 kc Ea 0.7 fy 10.00 max bs 1( ) 2 ts 1( ) bs 2( ) 2 ts 2( ) p 9.15p 0.38 Ea fy kc 0.35kc 0.35 4 h 1( ) tw 1( ) 0.35if 4 h 1( ) tw 1( ) 0.35 4 h 1( ) tw 1( ) 0.76if 0.76 4 h 1( ) tw 1( ) 0.763if Verificação do ELU de flambagem local da mesa comprimida (item H.2.3) - FLM FLT 881524kN cm FLT kpg Ws 1( ) fy 1.1 pif min Cb kpg 1.1 1 0.3 p r p Ws 1( ) fy kpg Ws 1( ) fy 1.1 p rif min 1 1.1 Cb kpg 2 Ea Ws 1( ) 2 kpg Ws 1( ) fy 1.1 rif kpg 0.931kpg min 1 ar 1200 300 ar hc 1( ) tw 1( ) 5.70 Ea fy 1.0 r 90.4r Ea 0.7 fy Comentários CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 26 de 50 Inércia viga mista ............ IXM IM 1( ) c 1( ) IM 2( ) c 2( ) c 1( ) c 2( ) IXM 10996646cm 4 Inércia viga mista final ..... IXMF IMF 1( ) c 1( ) IMF 2( ) c 2( ) c 1( ) c 2( ) IXMF 7750212 cm 4 _________________________________________________________________ NBR 16694 Anexo C Como será dada contra-flecha, a flecha máxima devido a carga móvel com impacto, não deve exceder a L/800, e quando existir passagem de pedestres na ponte o limite é reduzido para L/1000. Outros limites podem ser estabelecidos pelo engenheiro responsável. Verificaremos as combinações de serviço, estabelecendo os limites adequados para cada uma. 6.1- Serviço I - Combinação frequente - 0,5 . CM 1 0.5 1 1 5 qmM L 4 8 PmM L 3 PmM L 3 m( ) 3 L 2 L 3 m( ) 2 48 Ea IXM 1 2.46cm adm2 L 1000 1 adm2 0.62 < 1,0 ok 6.2- Serviço II - Combinação rara - 1,0 . CM 1 1.0 2 1 5 qmM L 4 8 PmM L 3 PmM L 3 m( ) 3 L 2 L 3 m( ) 2 48 Ea IXM 2 4.92cm adm3 L 800 2 adm3 1.00 < 1,0 ok 6- VERIFICAÇÃO DEFORMAÇÃO E CONTRA-FLECHA Comentários Vão de cálculo ................ L 3940 cm CM+I ................ PmM 140kN qmM 17.5 kN m Módulo elasticidade.......... Ea 20000 kN cm 2 Critérios opcionais ............ d 1( ) 190 cm > L 30 131.3 cm AASHTO artigo 2.5.2.6.3 L d 1( ) 20.7 < 25 50 ksi fy 25.0 Para simplificar o cálculo adotamos a inércia média ponderada das seções da viga. Inércia perfi de aço ......... IX Ix 1( ) c 1( ) Ix 2( ) c 2( ) c 1( ) c 2( ) IX 3790561 cm 4 CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 27 de 50 7800 1 4 0 8 0 8 0 11900 11900 7800 39400 Diagrama de contra-flecha Adotaremos: 90 mm para seção S1 150 mm para seção S2 x2 x2 147mmx2 1970 cmNa seção central (S2) x1 x1 87mmx1 780cmNa seção (S1) x( ) CP2 x( ) 24 Ea IXMF L 3 2 L x 2 x 3 Devido à CP2............................. x( ) CP1 x( ) 24 Ea IX L 3 2 L x 2 x 3 Devido à CP1............................. A contra-flecha deve compensar as deformações devidas às cargas permanentes CP1 e CP2. A flecha máxima devido a CP1 é calculada com a inércia da viga de aço isolada e para CP2 com a inércia da seção mista com n=3n. Para simplificar o cálculo adotamos a inércia média ponderada das seções dos perfis da viga. Os valores teóricos são arredondados no diagrama final de contra-flecha. Comentários6.3- Diagrama de contra-flecha - CP CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 28 de 50 Nc 3.5 10 6 SR max 238 29.5 log Nc( )( ) MPa 38 MPa( )[ ] NBR 16694 item A.6 AASHTO artigo 6.10.10.2 Para Nc > 6x106, SR = 38 MPa. SR 45.0MPa SR 4.5 kN cm 2 Resistência à fadiga ........... Zr SR ds 2 Zr 21.77kN / Stud ____________________________________________________________________ Resistência última: Resistência à compressão do concreto.................. fck 3.0 kN cm 2 Módulo de elesticidade co concreto........................ Ec 3067 kN cm 2 Resistência à ruptura do aço do conector ............. fucs 41.5 kN cm 2 NBR 8800 item A5.2 NBR 8800 item O.4.2.1.1Qrd min 0.5 Acs fck Ec Acs fucs 1.25 Resistência de cálculo ........................................................... Qrd 126.2kN / Stud Comentários7- CONECTORES DE CISALHAMENTO NBR 16694 item 4.3 Os conectores de cisalhamento são dimensionados pelaa fadiga e verificados pela resistência última. 7.1- Resistência de um conector tipo Pino com cabeça - STUD: ds hs Altura hs 15 cm Diametro ds 2.2 cm Área Acs ds 2 4 Acs 3.8 cm 2 NBR 8800 item O.4.1Verificação ................... hs ds 6.82 > 4 ok Resistência à fadiga: Vida útil projetada ............................... VUP 75ano Volume médio de tráfego ................... VMD 1000 1 dia Número de ciclos ................................ CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 29 de 50 --> Usar grupos de 8 studs diam. 22x150mm afastados de 50 cm. ___________________________________________________________________ Espaçamento mínimo transversal ............... 4 ds 88mm btransv 90 mm NBR 8800 item O.4.3 item O.4.4Espaçamento mínimo longitudinal .............. 6 ds 132mm Largura da mesa superior ........................... bs 2( ) 450mm Cobrimento lateral mínimo .......................... bcob 25 mm ds 2 Apoio mínimo da pre-laje treliçada .............. bpre 50 mm Número máximo de conectores/seção ...... ceil bs 2( ) 2 bpre 2 bcob btransv 4 7.2- Cálculo da distância entre conectores: Comentários Calcularemos a necessidade de conectores apenas nas seções S0 e S1, Qcm x0 835kN Região extremos da Seção S0 a S1 (base S0): IM 2( ) 9488687 cm 4 m0 bc tc( ) n d 2( ) ec YM 2( ) m0 46254cm 3 Cisalhamento horizontal /cm AASHTO artigo 6.10.10.2 Sr0 if Nc 6 10 6 1.5 Qcm x0 0.75 Qcm x0 m0 IM 2( ) Sr0 3.1 kN cm AASHTO artigo 6.10.10.1.2 O espaçamento longitudinal máximo de 60 cm Número de studs / grupo afastados de: esp0 50 cm < 60 cm esp0 Sr0 Zr 7.01 n0s 8 CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 30 de 50 ceil bs 1( ) 2 4 ds( ) 4 ds 4Número máximo de conectores/seção ...... bs 1( ) 500mmLargura da mesa superior ........................... 6 ds 132mmEspaçamento mínimo longitudinal .............. 4 ds 88mmEspaçamento mínimo transversal ............... NBR 8800 item O.4.3 item O.4.4 ___________________________________________________________________ --> Usar grupos de 6 studs diam. 22x150mm afastados de 50 cm. n1s 6 esp1 Sr1 Zr 5.57 Qcm x1 605kN Qcmn x1 90kN Comentários Região central da Seção S1 a S2 (base S1): IM 1( ) 12023072cm 4 m1 bc tc( ) n d 1( ) ec YM 1( ) m1 55953cm 3 AASHTO artigo 6.10.10.2 Cisalhamento horizontal /cm Sr1 if Nc 6 10 6 1.5 Qcm x1 Qcmn x1 0.75 Qcm x1 Qcmn x1 m1 IM 1( ) Sr1 2.4 kN cm AASHTO artigo 6.10.10.1.2 O espaçamento longitudinal máximo de 60 cm Número de studs / grupo afastados de: esp1 50 cm < 60 cm CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 31 de 50 Studs > Nsmin okNstuds 535Nstuds x1 esp0 n0s 2 x2 x1 esp1 n1s 2 Número de conectores dimensionados pela fadiga em toda a viga: O número em meia viga x 2 para o número em toda a viga. StudsNsmin 264Nsmin min Ccd Tad Qrd 2 Número mínimo de conectores tipo STUD em toda a viga: ___________________________________________________________________ min Ccd Tad 16639kN AASHTO artigo 6.10.10.4.2 Ccd 16639kNCcd 0.85 fck bc tc NBR 8800 item O.2.3 Resistência última da laje de concreto: Tad 19514kNTad A 2( ) fy Resistência última do perfil de aço: aço O número de conectores calculados para a fadiga, deve ser verificado pela resistência última, comandado pela menor resistência entre: - o perfil de aço - a laje de concreto na largura efetiva "bc". concreto Comentários7.3- Verificação do No. mínimo de conectores (interação total): CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 32 de 50 Isa 11736cm 4 rsa Isa Asa rsa 10.49 cm Verificação do esmagamento: Rerd 1.8 tsa 2 bsa 3 tw 2( ) fy 1.35 Rerd 3289 kN > Rsd 2440 kN 12.tw tw Verificação das resistência à compressão: NBR 8800 item 5.7.9.3 o 0.75 d 2( ) rsa fy Ea o 0.18 NBR 8800 item 5.3 item 5.7.9.4 0.658 o2 o 1.5if 0.877 o 2 o 1.5if 0.99 Rcrd Asa fy 1.10 Rcrd 3303 kN Rsd Rcrd 0.74 < 1,0 ok ---> Usar 2 Chapas de 2,2 x 20 cm 8- ENRIJECEDOR E APARELHO DE APOIO Comentários Reação máxima de cálculo no apoio de cada viga: Rsd 1.35 Qcp1 x0 Qcp2 x0 1.5 Qcm x0 Rsd 2440 kN ___________________________________________________________________ 8.1- Enrijecedor de apoio Escolha da chapa do enrijecedor (de cada lado da alma), seja: AASHTO artigo 6.10.11.2.1 artigo 6.10.11.2.2 Largura do enrijecedor .... bsa 20 cm < bs 2( ) 2 tw 2( ) 2 1 cm 20.9cm Espessura do enrijecedor.. tsa 2.2 cm > bsa 0.48 Ea fy 1.73cm ea d NBR 8800 item 5.7.9.4 O enrijecedor de apoio deve ser feito de chapas em ambos os lados da alma e calculado como coluna. A seção da coluna será composta pelas duas chapas mais uma parte centrada da alma não maior que 12 vezes a espessura da alma "tw". Asa bsa tsa 2 12 tw 2( ) tw 2( ) Asa 107cm 2 Isa 12 tw 2( ) tw 2( ) 3 tsa 2 bsa 3 12 CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 33 de 50 Vmax 1715 kN Coeficiente de dilatação térmica ................ a 1.2 10 5 K Gradiente máximo da temperatura ........... T 50 K Deslocamento máximo no apoio .............. L L a T L 24mm Como será dada contra-flecha, a rotação máxima será calculada com as cargas móveis. Rotação máxima no apoio .............. L 3 qmM 24 Ea IXM PmM L 2 16 Ea IXM PmM 0.5 L 2 Ea IXM L 0.5L( ) 0.004 rad Seja: Aparelho padronizado de neoprene fretado de 400x500x54 mm Anexo A tabela A2 Carga máxima = 2000 kN Deslocamento máximo = 27 mm Rotação máxima (3 camadasx0,002) = 0.006 rad > Vmax 1715 kN > L 24mm rad > 0.004 8.2- Cargas nas Bases: Comentários Carga vertical máxima / extremidade de viga: Qcp1 x0 528kN Qcp2 x0 351.3kN Qcm x0 835.2kN Vmax Qcp1 x0 Qcp2 x0 Qcm x0 Vmax 1715 kN / viga NBR 7188 item 5.2.1Carga horizontal longitudinal de frenagem e aceleração/viga: Hx if 0.25 kN m 2 B L CNF 135 kN 0.25 kN m 2 B L CNF 135 kN nv Hx 34kN / viga Carga horizontal transversal devida ao vento / base: NBR 16694 item 6.2.3 Hy qv L 2 d2 tc tp 2.0 m Hy 326kN / base ___________________________________________________________________ 8.3- Aparelhos de apoio neoprene Reação máxima no apoio ........................................................... CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 34 de 50 kv kkv a1( ) kkv a1( ) 18.14kkv a( ) 5 a h 2( ) min 3 260 h 2( ) tw 2( ) 2 if 5 5 a h 2( ) 2 otherwise AASHTO artigo 6.10.9.3 este limite só se aplica quando os enrijecedores transversais são necessários. 1.5 h 2( ) 274cm<a1 112.6 cma1 dist_diaf( ) 5 Seja: dist_diaf 562.9 cm 9.2- Espaçamento entre enrijecedores no primeiro painel de extremidade: ___________________________________________________________________ --> Há necessidade de enrijecedores transversaisVu 2440 kN > 1,0 Vu Vrd kv( ) 2.79Vu 1.35 Qcp1 x0 Qcp2 x0 1.5 Qcm x0 Vrd kv( ) 876kN Vrd kv( ) 0.6 fy Aw 1.10 h 2( ) tw 2( ) 1.10 kv Ea fy if 1.10 h 2( ) tw 2( ) kv Ea fy 0.6 fy Aw 1.10 1.10 kv Ea fy h 2( ) tw 2( ) 1.37 kv Ea fy if 1.24 1.10 h 2( ) tw 2( ) kv Ea fy 2 0.6 fy Aw 1.10 h 2( ) tw 2( ) 1.37 kv Ea fy if Aw 228.13 cm 2 Aw h 2( ) tw 2( ) kv 5Para sem enrijecedor ..... NBR 8800 item 5.4.3 9.1- Verificação da necessidade de enrijecedores transversais: Comentários9- ENRIJECEDORES TRANSVERSAIS CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 35 de 50 a2 140.7 cm--> Distância entre enrijecedores no segundo painel = < 1,0 Vu Vrd kv( ) 0.79 Vu 1847 kN Vu 1.35 Qcp1 dist_diaf( ) Qcp2 dist_diaf( )( ) 1.5 Qcm dist_diaf( ) Vrd kv( ) 2349 kN kv kkv a2( )kkv a2( ) 13.41 AASHTO artigo 6.10.9.1 3 h 2( ) 548cm<a2 140.7 cma2 dist_diaf( ) 4 Seja: 9.3- Espaçamento entre enrijecedores no 2o. painel interno entre diafragmas: ___________________________________________________________________ a1 112.6 cm--> Distância entre enrijecedores no primeiro painel = Vu 2440 kN < 1,0 Vu Vrd kv( ) 0.77Vu 1.35 Qcp1 x0 Qcp2 x0 1.5 Qcm x0 ComentáriosVrd kv( ) 3178 kN CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 36 de 50 ___________________________________________________________________ 9.5- Espaçamento entre enrijecedores no painel central entre diafragmas: Seja: a4 dist_diaf 1 a4 562.9 cm ~< 3 h 2( ) 548cm AASHTO artigo 6.10.9.1 kkv a4( ) 5 kv kkv a4( ) Vrd kv( ) 876kN Vu 1.35 Qcp1 3dist_diaf( ) Qcp2 3dist_diaf( )( ) 1.5 Qcm 3dist_diaf( ) Vu 733kN Vu Vrd kv( ) 0.84 < 1,0 -> Distância entre enrijecedores no painel central = a4 562.9 cm 9.4- Espaçamento entre enrijecedores no 3o. painel interno entre diafragmas: Comentários Seja: a3 dist_diaf 3 a3 187.6 cm < 3 h 2( ) 548cm AASHTO artigo 6.10.9.1 kkv a3( ) 9.73 kv kkv a3( ) Vrd kv( ) 1705 kN Vu 1.35 Qcp1 2dist_diaf( ) Qcp2 2dist_diaf( )( ) 1.5 Qcm 2dist_diaf( ) Vu 1278 kN Vu Vrd kv( ) 0.75 Vu Vrd kv( ) 0.75 < 1,0< 1,0 -> Distância entre enrijecedores no terceiro painel = a3 187.6 cm CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 37 de 50 NBR 8800 item 5.4.3.1.3 Momento de inércia mínimo dos enrijecedores transversais (singelo): j if 2.5 a1 h 2( ) 2 2 0.5 0.5 2.5 a1 h 2( ) 2 2 j 4.57 Optamos por enrijecedores singelos (de um lado da alma) para um aspecto estético melhor nas faces externas das vigas. Istmin a1 tw 1( ) 3 j Ist tst bst 3 3 Ist 1406 cm 4 > Istmin 1005 cm 4 ok --> Usar 1 chapa de 1,25 x 15 cm ___________________________________________________________________ 10- ENRIJECEDOR LONGITUDINAL 10.1- Verificação da necessidade de enrijecedores longitudinais: NBR 16694 item 12.1 A experiência demonstra que vigas com enrijecedores longitudinais não tem uma boa relação custo-eficiência em vãos menores do que 61 m. h 1( ) tw 1( ) 146 Longitudinal "alma sem enrij. longitudinal" h 1( ) tw 1( ) 150if "alma com enrij. longitudinal" 150 h 1( ) tw 1( ) 300if Longitudinal "alma sem enrij. longitudinal" 9.6- Dimensionamento dos enrijecedores transversais intermediários: bs t tst Comentários Seja: Espessura do enrijecedor ... tst 1.25 cm AASHTO artigo 6.10.11.1.2 Deixar uma borda mínima de 1 cm para o retorno da solda. > max 5 cm h 2( ) 30 bs 1( ) 4 12.5cmLargura do enrijecedor ... bst 15 cm < min bs 2( ) tw 2( ) 2 1 cm 16 tst 20.0cm Esbeltez do enrijecedor ................ bst tst 12 < 0.56 Ea fy 13.48 ok CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 38 de 50 Solda_inf 10.1 kN cm Solda_inf 1.35Scp1_inf 1.35Scp2_inf 1.5Scm_inf Scm_inf Qcm x0 bi 2( ) ti 2( ) YM 2( ) ti 2( ) 2 IM 2( ) Scp2_inf Qcp2 x0 bi 2( ) ti 2( ) YMF 2( ) ti 2( ) 2 IMF 2( ) Scp1_inf Qcp1 x0 bi 2( ) ti 2( ) CG 2( ) ti 2( ) 2 Ix 2( ) 11.2- Esforço na solda da mesa inferior: Solda_sup 11.5 kN cm Solda_sup 1.35Scp1_sup 1.35Scp2_sup 1.5Scm_sup Scm_sup Qcm x0 bs 2( ) ts 2( ) d 2( ) YM 2( ) ts 2( ) 2 bc tc N 1( ) d 2( ) ec YM 2( ) IM 2( ) Scp2_sup Qcp2 x0 bs 2( ) ts 2( ) d 2( ) YMF 2( ) ts 2( ) 2 bc tc N 2( ) d 2( ) ec YMF 2( ) IMF 2( ) Scp1_sup Qcp1 x0 bs 2( ) ts 2( ) d 2( ) CG 2( ) ts 2( ) 2 Ix 2( ) 11.1- Esforço na solda da mesa superior: Qcp2 x0 351kNQcp2 x0 CP2 L 2 Qcm x0 835kNQcp1 x0 528kNQcp1 x0 CP1 L 2 Cortantes máximos: NBR 8800 item 5.4.5 O esforço de cisalhamento horizontal entre a alma e a mesa é dado pela equação: S=Q.ME/I, sendo: Q= esforço cortante na seção. ME=momento estático. I= momento de inércia. Comentários11- SOLDA DE COMPOSIÇÃO DOS PERFIS CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 39 de 50 ---> Usar filete de 8 mm nas soldas da mesa superior e inferior com a alma. > 20 mmti 2( ) 50.0mmti 1( ) 50.0mmMesa inferior................ tw 2( ) 12.5mmtw 1( ) 12.5mmAlma............................ > 20 mmts 2( ) 25.0mmts 1( ) 25.0mmMesa superior................ Perfil 1 Perfil 2 AWS Table 2.1 Filetes de solda mínimos: Maior espessura do metal Filete mínimo base na junta (mm) (mm) ------------------------------------------------------------- Até 20 mm (3/4") 6 mm (1/4") Acima de 20 mm 8 mm (5/16") 11.3- Dimensionamento das soldas de composição dos perfis: Comentários NBR 16694 item 4.4 Resistência da solda E70: fw 485 MPa fw 48.5 kN cm 2 Fvs 0.6 fw 1.35 Fvs 21.6 kN cm 2 Resistência de 1 cm de filete de 1mm: R_filete Fvs 0.707 R_filete 1.52 kN cm mm Filete de solda necessário (2 filetes): Filete max Solda_sup Solda_inf 2 R_filete Filete 4 mm ___________________________________________________________________ CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 40 de 50 o 1.01 0.658 o2 o 1.5if 0.877 o 2 o 1.5if 0.65 Crd Ag fy 1.10 Crd 1238 kN > Cviga 350kN ok ___________________________________________________________________ Tração nas diagonais .............................. Tdiag Cviga cos ( ) Tdiag 516kN Seja viga: L 127x9,5 Al 23.3 cm 2 NBR 16694 item 9rn 2.51 cm d2 2 b 2 2 rn 103 < 240 Trd min Al fy 1.1 0.8Al fu 1.35 Trd 621kN > Tdiag 516kN ok Comentários12- DIMENSIONAMENTO DOS DIAFRAGMAS 12.1- Diafragmas nos apoios b tc + m is ul a 2 m Fv1 qv d/ 2 NBR 16694 itens 7.4 Os diafragmas devem ser dimensionados para transmitir a carga devido ao vento lateral Fv1 para os apoios. Os diafragmas nos apoios são projetados como um contraventame- nto tipo K conforme a figura ao lado. A viga superior atua também para enrijecer a borda da laje. atan d 2( ) b 2 47deg qv 3.90 kN m 2 NBR 16694 item 6.2.3 veículo tipo com 2m altura. Fv1 qv d2 2 tc misula 2.0 m Fv1 12.7 kN m Compressão na viga superior......................... Cviga 1.4 Fv1 L 2 Cviga 350kN Seja viga: CVS 300x47 Ag 60.5 cm 2 NBR 16694 item 9ry 4.58 cm b ry 76 < 140 o b ry fy Ea CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 41 de 50 0.65 Crd Al fy 1.10 Crd 477kN > Cint 29kN ok ___________________________________________________________________ Tração nas diagonais do diafragma ......................... Tdiag Cint cos ( ) Tdiag 33kN Seja viga: L 127x9,5 Al 23.3 cm 2 NBR 16694 item 9rn 2.51 cm d2 2 b( )2 rn 159 < 240 Trd min Al fy 1.1 0.8Al fu 1.35 Trd 621kN > Tdiag 33kN ok 12.2- Diafragmas intermediários Comentários b Fv2 qv d/ 2 NBR 16694 itens 7.4 Os diafragmas intermediários são projetados como um contraventame- nto tipo X ou V. conforme a figura ao lado. atan d 2( ) b 28deg dist_diaf 562.9 cm Fv2 qv d 2( ) 2 Fv2 3.70 kN m Compressão no banzo inferior do diafragma ......................... Cint 1.4 Fv2 dist_diaf( ) Cint 29kN Seja viga: L 127x9,5 Al 23.3 cm 2 NBR 16694 item 9rn 2.51 cm b rn 139 < 140 o b ry fy Ea o 1.01 0.658 o2 o 1.5if 0.877 o 2 o 1.5if CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 42 de 50 NBR 16694 item A.4aSR max 327Cf N 0.333 MPa TH SR 110MPa SR 11.0 kN cm 2 f 0.5 Mcm x2 WIM 1( ) f 4.5 kN cm 2 f SR 0.41 < 1,0 ok 13.3- Na emenda dos perfis das longarinas em S2: Da tabela A1 - Seção 5.3 temos --> NBR 16694 Tab. A1 Se a emenda for parafusada, será Categoria B. Categoria C Cf 44 10 8 TH 69 MPa SR max 327Cf N 0.333 MPa TH SR 74MPa SR 7.4 kN cm 2 NBR 16694 item A.4a f 0.5 Mcm x2 WIM 1( ) f 4.5 kN cm 2 f SR 0.61 < 1,0 ok Comentários13- VERIFICAÇÃO DA FADIGA 13.1- Fadiga I - Tráfego nomal sem vento Combinação ................... 0,50 CM Nc > 2 x 106 Vão ............................................ L 39.4m < 100 m Vida útil de projeto ..................... VUP 75ano Número de ciclos calculado ........ Nc 3.5 10 6 NBR 16694 Tab. 5Número de ciclos para fadiga ..... N max Nc 2.0 10 6 N 3.5 106 13.2- Na solda de composição dos perfis soldados das longarinas em S2: Da tabela A.1 - Seção 3.1, temos --> NBR 16694 Tab. A1Categoria B Cf 120 10 8 TH 110 MPa CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 43 de 50 Cf 22 10 8 TH 48 MPa NBR 16694 item A.4aSR max 327Cf N 0.333 MPa TH SR 59MPa SR 5.9 kN cm 2 f 0.5 Mcm x2 WIM 1( ) f 4.5 kN cm 2 f SR 0.77 < 1,0 ok ___________________________________________________________________ 13.6- Fadiga II - Tráfego nomal sem vento - (viga longitudinal - vão até 100 m) Combinação ....... CP1+Cp2 + 0,50.CM < 0,66. fy para tensões normais < 0,40. fy para tensões de cisalhamento fb 1( ) Mcp1 x2 Wi 1( ) Mcp2 x2 WIMF 1( ) 0.5 Mcm x2 WIM 1( ) fb 1( ) 0.66 fy 0.78 < 1,0 ok NBR 16694 item A.2.2 fv 2( ) Qcp1 x0 Qcp2 x0 0.5 Qcm x0 h 2( ) tw 2( ) fv 2( ) 0.40 fy 0.41 < 1,0 ok Comentários13.4- No pé da solda de enrijecedores transversais: Da tabela A1 - Seção 4.1, temos --> NBR 16694 Tab. A1 Categoria C' Cf 44 10 8 TH 83 MPa SR max 327Cf N 0.333 MPa TH SR 83MPa SR 8.3 kN cm 2 NBR 16694 item A.4a f 0.5 Mcm x2 WIM 1( ) f 4.5 kN cm 2 f SR 0.55 < 1,0 ok 13.5- Nas extremidades de soldas longitudinais nas aberturas de acesso: Da tabela A1 - Seção 3.3, temos --> NBR 16694 Tab. A1 Categoria D CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 44 de 50 14- DESENHOS DA ESTRUTURA DE AÇO DA PONTE 4 0 0 0 0 3500 3500 3500 E M E N D A S D IA FR A G M A S 5 6 2 9 5 6 2 9 5 6 2 9 5 6 2 9 5 6 2 9 5 6 2 9 5 6 2 9 1 1 9 0 0 8 1 0 0 1 1 9 0 0 8 1 0 0 3 0 0 3 0 0 V is ta e m p la n ta --> Ver Notas Gerais pg. 49 CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 45 de 50 11 26 11 26 14 07 14 07 14 07 14 07 2 C H 22 x 2 0 0 E N R IJ E C E D O R E S C O N E C T O R E S D IA FR A G M A S E M E N D A S C O M P R IM E N T O V Ã O L IV R E 1 C H 1 2 ,5 x1 5 0 8 M es a In fe rio r - C H 50 x4 50 M es a Su pe ri or - C H 25 x4 50 P S 1 9 0 0 x4 4 4 A lm a - CH 1 2, 5 A lm a - C H 1 2, 5 M es a Su pe rio r - CH 25 x5 50 M es a In fe rio r - C H 50 x6 70 P S 1 9 0 0 x5 5 0 4 0 0 0 0 3 0 0 3 0 0 8 1 0 0 1 1 9 0 0 1 1 9 0 0 8 1 0 0 5 6 2 9 5 6 2 9 5 6 2 9 5 6 2 9 5 6 2 9 5 6 2 9 5 6 2 9 18 76 18 76 18 76 8 st ud s di am 2 2x 15 0 @ 5 00 1900 11 26 11 26 11 26 1 4 x5 0 0 = 7 0 0 0 45 0 4 9 x 5 0 0 = 2 4 5 0 0 6 st ud s di am 2 2x 15 0 @ 5 00 18 76 18 76 18 76 11 26 11 26 11 26 11 26 11 26 14 07 14 07 14 07 14 07 1 4 x 5 0 0 = 7 0 0 0 45 0 8 st ud s di am 2 2x 15 0 @ 5 00 3 9 4 0 0 A lm a - CH 1 2, 5 M es a Su pe ri or - C H 25 x5 50 M es a In fe rio r - CH 50 x6 70 P S 1 9 0 0 x5 5 0 M es a In fe rio r - C H 50 x4 50 M es a Su pe ri or - C H 25 x4 50 P S 1 9 0 0 x4 4 4 A lm a - CH 1 2, 5 Lo n g ar in a tí p ic a --> Ver Notas Gerais pg. 49 CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 46 de 50 SEÇÃO TRANSVERSAL TÍPICA 1 /2 S eç ã o n o v ão 1 /2 S eç ã o n o a p o io 1900 CV S 30 0x 47 L 12 7x 9, 5 L 12 7x 9, 5 12 80 11 50 35 00 11 50 35 00 35 00 Aparelho de apoio neoprene 400x500x54 (ver tabela A2) --> Ver Notas Gerais pg. 49 CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 47 de 50 DETALHES: 200 80 50 Detalhe do enrijecedor intermediário Detalhe do enrijecedor nos diagragmas Detalhe do enrijecedor nos apoios CH 12,5x150x80 CH 25,0x550x450 não soldar na mesa 150 150 19 00 19 00 19 00 face externa face externa 7800 1 4 0 8 0 8 0 11900 11900 7800 39400 Diagrama de contra-flecha --> Ver Notas Gerais pg. 49 CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 48 de 50 NOTAS GERAIS 1- Medidas em milímetros 2- Propriedades mecânicas mínimas do aço estrutural: Limite de escoamento - fy = 345 MPa Limite de resistência -- fu = 450 MPa 3- Parafusos: ASTM A325 ou A490 tipo 1 para estruturas pintadas ASTM A325 ou A490 tipo 3 para estruturas de aço patinável sem pintura 4- Concreto da laje fck = 30 MPa (min) 5- Estrutura projetada para TB-450 (NBR 7188:2013) 6- Estruturas pintadas - Sistema de pintura recomendado (ISO 12944-5) - Atmosfera c/ baixo nível de poluição, a maior parte das áreas rurais (C2 baixa) Preparo de superfície - Jateamento ao metal quase branco - Sa 2 1/2 Tinta de fundo - Epoxi tolerante à superfície / 80 micrometros Tinta de acabamento - Alquídica / 80 micrometros - Espessura total seca de 160 micrometros - Durabilidade estimada - alta > 15 anos - Atmosfera industrial e costeira com salinidade moderada (C4 alta) Preparo de superfície - Jateamento ao metal quase branco - Sa 2 1/2 Tinta de fundo - Epoxidica / 100 micrometros Tinda intermediária - Epoxidica / 100 micrometros Tinta de acabamento - Poliuretano acrílico alifático / 80 micrometros - Espessura total seca de 280 micrometros - Durabilidade estimada - alta > 15 anos 7- Estruturas sem pintura (aço patinável) - Consultar a usina para situações que não podem ser utilizados ou a necessidade de uma sobre-espessura. - Para uniformização da superfície - Jateamento comercial Sa 2. - Índice de corrosão mínimo de 6,0 para o aço, segundo a ASTM G101. 8- Ver detalhe das emendas soldadas dos perfis no Capítulo 6. 9 - Ver plano de montagem por lançamento no Capítulo 7 10- Ver orientações para manutenção no Capítulo 8. CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 49 de 50 15- SUGESTÃO PARA AS LAJES PRÉ MOLDADAS 1 1 7 5 1 6 5 0 3 0 0 3500 3500 35001150 1150 20 0 60 0 60 0 35 0 35 0 35 0 40 0 40 0 35 0 50 0 80 225 70 75 35 00 35 00 35 00 11 50 11 50 12 80 0 225 CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Metálica Mista de 40m Página 50 de 50 Exemplo 2 PROJETO COMPLETO DE UMA PONTE VICINAL MISTA DE 14 m DE ACORDO COM A NBR 16694:2020 Projeto de uma ponte rodoviária vicinal de vão simples com perfis laminados de seção mista. A seção transversal da ponte será composta por duas vigas espaçadas de 2,6 m e dois balanços de 0,8 m. A laje de concreto será do tipo pré-moldada treliçada completada com concretagem no local. ÍNDICE: seção / item / página 1 Dados da ponte 2 2 Cargas em uma longarina 5 3 Cálculo dos esforços e envoltória 7 4 Dimensões e propriedades das seções 12 5 Verificação das vigas de aço e da laje de concreto 14 6 Verificação da deformação máxima 18 7 Conectores de cisalhamento 19 8 Enrijecedor de apoio 22 9 Enrijecedores transversais e longitudinal 24 10 Dimensionamento dos diafragmas 25 11 Verificação da fadiga 26 12 Desenhos da estrutura metálica da ponte 27 13 Sugestão para as laje pré-lajes treliçadas 29 CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Vicinal Mista de 14 m Página 1 de 29 fr 300 cm Largura do acostamento ............................................... ac 45 cm Número de faixas de rolamento ...................................... nf 1 Número de vigas longitudinais ........................................ nv 2 Distância entre as longarinas .......................................... b 260 cm Espessura da laje da pré-laje treliçada ............................ tp 6 cm Ver Manual de obras-de-arte especiais IPR-698Espessura da laje concretada no local ........................... tc 14 cm Comprimento máximo perfil laminado ........................... Cmax 1200 cm 1- DADOS DA PONTE C Vista longitudinal b B bl bl br br tc tp Seção transversal Comentários Espaço reservado para indicações de normas, outras referências e as escolhas feitas no projeto para favorecer a construtibilidade facilitando aspectos da fabricação, transporte e montagem da ponte. 1.1- Principais dimensões da ponte Comprimento total da ponte .......................................... C 1400 cm Largura total da ponte ................................................... B 420 cm Largura das barreiras ..................................................... br 15 cm Largura de uma faixas de rolamento .............................. CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Vicinal Mista de 14 m Página 2 de 29 fck 30 MPa NBR 6118 item 8.2.8Mód.elasticidade concreto... Ec 5600 fck MPa MPa Ec 30672MPa Peso específico do concreto armado da laje ................... c 25 kN m 3 NBR 16694 item 6.1.1 Limite escoamento do aço das armaduras da laje ........... fya 500 MPa Peso específico do material da pavimentação.................. r 24 kN m 3 NBR 16694 item 6.1.2 Classificação do ambiente atmosférico ........................... Amb "C1" ISO 9223 1.2- Principais normas e especificações adotadas Comentários Referênciadas no memorial, como: NBR 6120 NBR 6118 NBR 6123 NBR 7187 NBR 7188 NBR 8681 NBR 8800 NBR 15980 NBR 16694 AASHTO AWS Normas ABNT NBR 6120:2019 - Cargas para cálculo de estruturas de edificações NBR 6118:2014 - Projeto de estruturas de concreto - Procedimento NBR 6123:1988 - Forças devidas aos ventos em edificações NBR 7187:2003 - Projeto de pontes de concreto armado e protendido - Procedimento NBR 7188:2013 - Carga móvel rodoviáriae de pedestres em pontes, viadutos, passarelas NBR 8681:2003 - Ações e segurança nas estruturas - Procedimento NBR 8800:2008 - Projeto de estrut. de aço e estrut. mistas de aço e concreto de edifícios NBR 15980:2011 - Perfis laminados de aço para uso estrutural - Dimensões e tolerâncias NBR 16694:2020 - Projeto de pontes rodoviárias de aço e mistas de aço e concreto Especificações Estrangeiras AASHTO - LRFD Bridge Design Specifications, 5th Edition, 2010 AWS D1.5/D1.5M: 2010, Bridge welding code 1.3- Caracteísticas dos materiais empregados na ponte Resistência ao escoamento mínimo do aço..................... fy 345 MPa Resistência à ruptura mínima do aço.............................. fu 450 MPa Módulo de elasticidade do aço ........................................ Ea 200000 MPa Peso específico do aço .................................................. 77 kN m 3 NBR 16694 item 6.1.1 NBR 16694 item 4.5.1Resistência à compressão do concreto (>=30 MPa) ....... CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Vicinal Mista de 14 m Página 3 de 29 Percentual tráfego pesado no VMD ........... ptp 20% Volume Médio Diário de táfego pesado ....... VMDP VMD ptp VMDP 20 1 dia Fração do tráfego pesado por faixa ........... p 1.00 nf 1=if 0.85 nf 2=if 0.80 nf 2if p 1 AASHTO item 3.6.1.4.2 Média diária tráfego pesado por faixa ......... MDPF VMDP p MDPF 20 1 dia Número de ciclos pesado / passagem ........ nc 1.00 L 12 mif 2.00 L 12 mif nc 1 AASHTO tab. 6.6.1.2.5-2 Número de ciclos total para a fadiga .......... Nc 365 dia ano VUP nc MDPF Nc 3.7 10 5 Comentários1.4- Vão teórico de cálculo Extrenidade para apoio................................................. ea 20 cm AASHTO item 6.7.1 O vão teórico de cálculo é a distância de centro a centro de apoio, descontando do comprimneto total uma distância "ea" em cada extremidade para acomodar os aparelhos de apoio e eventual ligação para a montagem. Vão teórico de cálculo ...... ( L C 2 ea ) ........... L 1360 cm 1.5- Dados do tráfego para a fadiga NBR 16694 item A.4Vida útil de projeto para a fadiga ...................................................... VUP 50 ano Para determinar a VMD consultar o PNCT do DNIT. Volume Médio Diário de tráfego por faixa (Classe II - DNIT)................ VMD 100 dia AASHTO tab. C 3.6.1.4.2-1 CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Vicinal Mista de 14 m Página 4 de 29 Guarda corpo de aço ........................................................................ q4 0.5 kN m Quando houver pavimentação, o seu peso deve ser incluído em CP2. ______________________________________ CP2 q3 q4 CP2 1.0 kN m 2.3- Carga móvel - CM - (NBR 7188) Carga concentrada por roda (TB-240) . . . . . . P 40 kN NBR 7188 item 5.1 TB-450 - padrão TB-240 - vicinalCarga distribuída (TB-240) . . . . . . . . . . . . . . . p 4.0 kN m 2 Coeficiente de impacto vertical : L 13.6m NBR 7188 item 5.1.2.1 para vãos < 200 m.CIV if L 10 m 1.35 1 1.06 20 m L 50 m CIV 1.33 Coeficiente de número de faixas : nf 1 NBR 7188 item 5.1.2.2 (acostamentos não são faixas). CNF if 1 0.05 nf 2( ) 0.9 1 0.05 nf 2( ) 0.9[ ] CNF 1.05 Carga concentrada por roda . . . . . . . . . . Q P CIV CNF Q 56.0kN Carga distribuída . . . . . . . . . . .. . . . . . . q p CIV CNF q 5.60 kN m 2 2- CARGAS EM UMA LONGARINA Comentários 2.1- Carga permanente anterior à cura do concreto da laje - CP1 Balanços da laje ............................ bl B nv 1( ) b[ ] 2 bl 0.80m Laje de concreto .......................... q1 bl b 2 tp tc( ) c q1 10.5 kN m Ver Anexo A -Gráfico A1Peso da estrutura metálica ........... estru 90 kgf m 2 estru 0.9 kN m 2 Quando houver forma , o seu peso deve ser incluído em CP1.Peso da forma ............................. forma 0 kgf m 2 forma 0.0 kN m 2 Vigas de aço +forma ....................... q2 estru forma( ) B nv q2 1.9 kN m ______________________________________ CP1 q1 q2 CP1 12.4 kN m AASHTO item 4.6.2.2.1. As cargas permanentes após a cura do da laje, podem ser consideradas distribuídas igualmente por todas as vigas. 2.2- Carga permanente posterior à cura do concreto da laje - CP2 Guarda roda ......... q3 0.15 m 0.15 m 0.10 m( ) 2 c 2 nv q3 0.5 kN m CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Vicinal Mista de 14 m Página 5 de 29 Velocidade característica do vento ...... Vk Vo S1 S2 S3 Vk 37.1 m sec Pressão dinâmica do vento..... qd 0.613 Vk 2 newton sec 2 m 4 qd 0.84 kN m 2 Fator de redução p/ barras de comprimento finito: Seja l/d = 20 --> Kvx 0.81 Coeficiente de força p/ barras de comprimento infinito: Cx 2.05 Fator para vigas paralelas : b L 20 3.82 --> 0.4 fpvp 1 nv 1( ) fpvp 1.4 Vento lateral na ponte ................... qv qd Cx Kvx fpvp qv 1.96 kN m 2 2.4- Forças devidas ao vento - CV Comentários NBR 6123 item 5.1 Velocidade básica do vento ( isopletas ) ...................... Vo 40 m sec Vo 144 km hr Fator Topográfico ( Terreno plano )......................................... S1 1.0 NBR 6123 item 5.2 item 5.3 item 5.4 item 4.2 tab. 11 tab. 12 fig. 8 Fator de Rugosidade ( Categoria IV, Classe B - item 5.3.3 - Tabela 1 - NBR 6123 ) bo 0.85 Fr 0.98 po 0.125 Altura acima do terreno ..... z 11 m S2 bo Fr z 10 m po S2 0.84 Probabilidade de Vo ser excedida durante a vida útil ................ Prob 63 % Fator Estatístico (Anexo B NBR 6123) para uma vida útil de ..... VUP 50ano S3 1.1 0.54 ln 1 Prob( ) ano VUP 0.157 S3 1.1 CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Vicinal Mista de 14 m Página 6 de 29 qb Pe Pe Pe 150 150 150 150 qb qa Pe 75.4kNPe 2Q b ex( ) b qb 11.31 kN m qb q 3 m b ex( ) b qa 0.07 kN m qa q b ex 1.5 m( ) 2 2 b ex 0.85mex br 1.5 m bl 26080 80 15 325 R 8080 260 10010050 5015 25 R ex 3.1- Reações nas vigas 3- CÁLCULO DOS ESFORÇOS E ENVOLTÓRIA Comentários CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Vicinal Mista de 14 m Página 7 de 29 AASHTO item 6.10.10.2 Fadiga III - Tráfego normal sem vento - ( conectores de cisalhamento ) 0,75.CM Nc < 6 x 106 NBR 16694 item A.2.2 Fadiga II - Tráfego normal sem vento - ( viga longitudinal - vão até 100 m ) CP1 + CP2 + 0,50.CM < 0,66. fy para tensões normais < 0,40. fy para tensões de cisalhamento Fadiga I - Tráfego normal sem vento - ( viga longitudinal - vão até 100 m ) 0,50.CM Nc > 2 x 106 NBR 16694 item 6.3 - Tab.5 3.4- Combinações frequentes de fadiga NBR 16694 item 6.4.5 Anexo C Serviço I - Combinação quase permanente - Peso próprio sem contraflecha: CP1 + CP2 < L/700 Serviço I - Combinação frequente - Peso próprio e tráfego normal sem contraflecha: CP1 + CP2 + 0,5.CM < L/500 Serviço II - Combinação rara - Peso próprio e tráfego normal sem contraflecha: CP1 + CP2 + CM < L/350 3.3- Combinações para os estados limites de serviço (ELS) NBR 16694 item 6.2.2 item 10 NBR 16694 item 6.3- Tab.3, 4 Resistência I - Peso próprio e tráfego normal sem vento (vigas mistas) 1,35.CP1 +1,35.CP2 + 1,5. CM Resistência II - Peso próprio e tráfego normal com vento (vigas mistas) 1,35.CP1 + 1,35.CP2 +1,5.CM + 0,6x1,4.CV 1,35.CP1 + 1,35.CP2 + 0,7x1,5.CM + 1,4.CV Resistência III - Peso próprio - durante a construção (vigas de aço) 1,20.CP1 + 1,25.(1,0 kN/m2) 3.2- Combinações para os estados limites últimos (ELU) ___________________________________________________________________ A carga distribuída foi homogeinizada subtraindo das cargas concentradas as parcelas correspondentes. qm Pm Pm Pm 150 150 qm Pm 52.8kNPm Pe qb 6 m 3 Carga por eixo do trem-tipo ......... qm 11.4 kN m qm qa qbCarga distribuída do trem tipo ............ Trem-tipo final sôbre as vigas Comentários CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Vicinal Mista de 14 m Página 8 de 29 x2 S1 ea S0 Perfil Único S2 x1 x2 6.800mx2 L 2 S2 ...... Locação das seções x1 1.800mx1 c 2( ) ea Nt 2if L Cmax 2 Nt 3=if L 2 Cmax Nt 4=if "calcular" Nt 4if S1 ...... Perfil Único c 2( ) 2.000mc 2( ) 0 Nt 1=if C Cmax Nt 2=if C Cmax 2 Nt 3=if C 2 Cmax Nt 4=if Comprimento Perfil 2 .................. c 1( ) 12.000mc 1( ) C Nt 1=if Cmax Nt 1if Comprimento Perfil 1 .................. Nt 2Nt 1 C Cmaxif 2 Cmax C 2 Cmaxif 3 2 Cmax C 3 Cmaxif 4 3 Cmax C 4 Cmaxif Número de trechos ..................... Np 1Np 1 C 2 Cmaxif 2 2 Cmax C 4 Cmaxif Número de perfis diferentes ......... Considerando o alto custo das emendas, adotaremos para compor as longarinas os seguintes critério: - o menor número de emendas; - o comprimento padrão para chapas e perfis de 12-0,1=11,9m; - quando possível simétria em relação ao centro da viga; - o maior perfil de preferência na parte central da viga. Cmax 1200 cmComprimento máximo sem emendas.............. Comentários3.5- Composição das longarinas e posição das emendas CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Vicinal Mista de 14 m Página 9 de 29 Qcmn x( ) qm x 2 2 L 3 Pm L x 1.5 m( ) Qcm x( ) qm L x( ) 2 1 x L 3 Pm L L x 1.5 m( ) Qcp2 x( ) CP2 L 2 x Qcp1 x( ) CP1 L 2 x Linha de influência de cortantes em Sn Pm Pm Pm 150 150 qm Pm Pm Pm 150 150 qm Sn L x Mcm x( ) if mb x( ) ma x( ) mc x( ) mb x( ) if x 1.5 m mc x( ) mb x( ) mc x( ) ma x( ) mc x( ) qm x 2 L x( )mb x( ) 3 Pm x L L x 1.5 m( ) ma x( ) if x 0 m= 0 tf m Pm x L 3 L 3 x 1.5 m L x Mcp2 x( ) CP2 x 2 L x( )Mcp1 x( ) CP1 x 2 L x( ) O formulário ao lado foi desenvolvido para calcular os esforços máximos numa seção afastada de "x" do apoio e para um trem-tipo formado por uma carga uniformemente distribuida e tres cargas concentradas distantes de 1,5m. Linha de influência de momentos em Sn Pm Pm Pm 150 150 qm Sn L x Comentários3.6- Cálculo dos esforços máximos nas seções CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Vicinal Mista de 14 m Página 10 de 29 Mcm x1 33661kN cm Mcm x2 72208kN cm Qcp1 x0 84kN Qcp1 x1 62kN Qcp1 x2 0 kN Qcp2 x0 6.6 kN Qcp2 x1 5 kN Qcp2 x2 0 kN Qcm x0 218.2kN Qcm x1 178kN Qcm x2 81kN Qcmn x1 5 kN Qcmn x2 81kN __________________________________________________________________ 3.8- Esforços máximos na emenda: As emendas podem ser soldadas ou parafusadas. Ver detalhes das emendas no capítulo 6. Na seção S1 1.35 Qcp1 x1 1.35Qcp2 x1 1.5 Qcm x1 357kN 1.35 Mcp1 x1 1.35Mcp2 x1 1.5 Mcm x1 69592kN cm 3.7- Envoltória de esforços para cada seção da viga Comentários x2 S1 ea S0 Perfil Único S2 x1 Seção S0 Seção S1 (emenda) Seção S2 __________________________________________________________________ x0 0 cm x1 180cm x2 680cm Mcp1 x0 0 kN cm Mcp1 x1 13119kN cm Mcp1 x2 28561kN cm Mcp2 x0 0 kN cm Mcp2 x1 1029 kN cm Mcp2 x2 2240 kN cm Mcm x0 0 kN cm CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Vicinal Mista de 14 m Página 11 de 29 Proporções limites recomendadas: d 616mm > L 30 453mm tw 14mm > 8.0 mm NBR 16694 item 12.1 Verificação das proporções limites recomendadas para os perfis h tw 41 < 150 sem enrigecedor longitudinal < 300 com enrigecedor longitudinal bf 325mm > h 6 96mm tf 21.6mm > 1.1 tw 15mm bf 2 tf 7.5 < 12 Iyc Iyt 1.00 0,1 < Iyc / Iyt < 9 _____________________________________________________________________ Peso da estrutura de aço: perfis + 5% (enrijecedores, diafragmas, soldas, paraf, etc.) Estrutura Peso C( ) nv 1.05 Estrutura 5.1 tf Comparar a taxa média com o valor estimado e se necessário ajustar a estimativa. Taxa média da estrutura da ponte .......... Estrutura C B 87 kgf m 2 < estru 90 kgf m 2 Comentários4- DIMENSÕES E PROPRIEDADES DAS SEÇÕES Aescolha das seções dos perfis que irão compor a longarina é feita por tentativas até o ajuste final. Algumas premissas ajudam a conduzir para a seção ótima como: - Para a altura dos perfis, entre L/20 e L/30. -Para as mesas superiores, observar uma largura mínima para os conectores de cisalhamento e eventual necessidade para o apoio de elementos pré-moldados 4.1- Dimensões e propriedades da seção de aço Seja: W 610x174 d bf bf tw h tf tf A 222.8 cm 2 Iy 12374 cm 4 d 616 mm Ix 147754 cm 4 ry 7.45 cmbf 325 mm tf 21.6 mm Wx 4797.2 cm 3 It 7.52 cm 4 tw 14 mm Zx 5383.3 cm 3 Cw 10915665 cm 6 h 573 mm Iyc tf bf 3 12 Peso A Iyt tf bf 3 12 Wbi tf bf 2 6 CG d 2 NBR 16694 item B.1.3 Ambiente C2 sobre espessura recomendada de 0,3 mm/face exposta. ___________________________________________________________________ CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Vicinal Mista de 14 m Página 12 de 29 WSM IM d YM( ) WIM IM YM WSMF IMF d YMF( ) WIMF IMF YMF WC IM N 1( ) d ec tc 2 YM WCF IMF N 2( ) d ec tc 2 YMF ___________________________________________________________________ Propriedades da seção mista de aço e concreto Observar que o momento de inércia da seção mista é quase 3x maior que da seção de aço isolada. Verificar se a LN está na alma do perfil. Relação n=Ea/Ec inicial Relação n=Ea/Ec p/ longa duração N 1( ) 7.0 WSM 94834cm 3 N 2( ) 21.0 WSMF 18321cm 3 YM 57.26 cm WIM 7187 cm 3 YMF 45.57cm WIMF 6446 cm 3 IM 411526cm 4 WC 118355cm 3 IMF 293720cm 4 WCF 171184cm 3 4.2- Propriedades da seção mista de aço e concreto - formulário Comentários Largura efetiva da mesa de concreto: ec bc tc tp YM LN NBR 8800 item O.2.2.2bc min L 8 b 2 bl bc 170cm tc 14cm tp 6 cm ec tc 2 tp ec 13cm Módulo de elasticidade do concreto de dens. normal (24 kN/m3) de acordo com a NBR 6118. Para as cargas de longa duração usar "N=3.n" (3 vezes a relação inicial entre os módulos de elasticidade). Relação Ea/Ec para Ea 20000 kN cm 2 Ec 3067 kN cm 2 n ceil Ea Ec n 7 N 1( ) n N 2( ) 3 n YM bc N 1( ) tc ec d( ) A CG bc N 1( ) tc A YMF bc N 2( ) tc ec d( ) A CG bc N 2( ) tc A IM Ix A YM CG( ) 2 bc N 1( ) tc 3 12 bc N 1( ) tc ec d YM( ) 2 O formulário ao lado calcula as propriedades elásticas da seção mista, sempre com a linha neutra na alma do perfil de aço. IMF Ix A YMF CG( ) 2 bc N 2( ) tc 3 12 bc N 2( ) tc ec d YMF( ) 2 CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Vicinal Mista de 14 m Página 13 de 29 fc 0.9 kN cm 2 fc 1.35Mcp2 x2 WCF 1.5 Mcm x2 WC laje de concreto fv 4.5 kN cm 2 fv 1.35Qcp1 x1 1.35Qcp2 x1 1.5 Qcm x1 h tw alma fbi 23.6 kN cm 2 fbi 1.35Mcp1 x2 Wx 1.35Mcp2 x2 WIMF 1.5 Mcm x2 WIM mesa inferior fbs 9.3 kN cm 2 fbs 1.35Mcp1 x2 Wx 1.35Mcp2 x2 WSMF 1.5 Mcm x2 WSM mesa superior As tensões máximas de compressão e tração em vigas não escoradas é a soma das tensões devidas a CP1 agindo sobre a viga de aço isolada mais as tensões devidas a CP2 sobre a seção mista com n=3n mais as tensões devidas CM sobre a seção mista com a relação inicial "n". Tensões solicitantes de cálculo hc m /2 d fbs fbi fc LN Verificação do perfil de aço e da laje de concreto: Combinação ................... 1,35.CP1 + 1,35.CP2 + 1,5.CM 5.1- Resistência I - Peso próprio e tráfego normal sem vento Viga mista de aço e concreto com a participação da laje Comentários5- VERIFICAÇÃO DAS VIGAS DE AÇO E LAJE CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Vicinal Mista de 14 m Página 14 de 29 Compressão na laje de concreto .................. Fc fck 1.4 Fc 2.1 kN cm 2 _____________________________________________________________________ mesa superior fbs Fb1 0.30 < 1,0 ok Verificação do perfil de aço e da laje de concreto mesa inferior fbi Fb1 0.75 < 1,0 ok alma fv Fv 0.24 < 1,0 ok laje de concreto fc Fc 0.44 < 1,0 ok Comentários Tensões resistentes de cálculo altura comprimida da alma na seção mista x 2 .......................... hcm 2 fbs fbs fbi d tf AASHTO item D6.3.1 hcm 31cm ar hcm tw bf tf ar 0.61 < 10 ok kpg1 min 1 ar 1200 300 ar hcm tw 5.7 Ea fy 1.0 kpg1 1.000 NBR 16694 item 10 NBR 8800 Anexo O interação completa hcm tw 22 Fb1 fy 1.1 hcm tw 5.7 Ea fy if kpg1 fy 1.1 hcm tw 5.70 Ea fy if 5.70 Ea fy 137.2 A mesa comprimida é considerada contida lateralmente pela laje. NBR 8800 item 4.8.2 item 5.4.3 item O.1.1.3 Tração e compressão nas mesas do perfil ............................... Fb1 31.4 kN cm 2 Cisalhamento na alma do perfil...................... Fv 0.6 fy 1.1 Fv 18.8 kN cm 2 CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Vicinal Mista de 14 m Página 15 de 29 ok fbi 1.35Mcp1 x2 Wx 1.35Mcp2 x2 WIMF 0.7 1.5 Mcm x2 WIM 1.4Mcv Wbi fbi 20.3 kN cm 2 fbi Fb1 0.65 < 1,0 ok ___________________________________________________________________ 5.3- Resistência III - Durante a construção - Viga de aço sem a participação da laje Combinação .................... 1,20.CP1 + 1,25. (1,0 kN/m2) NBR 16694 item 6.2.2 item 6.4.3 Qconst 1.20 CP1 1.25 1.0 kN m 2 b 2 bl Qconst 17.4 kN m Momento fletor solicitante de cálculo ...... Msd Qconst L 2 8 Msd 40342kN cm Seção monosimétrica h tw 41 5.7 Ea fy 137 L 13.6m alma "alma não-esbelta - NBR 8800-Anexo G" h tw 5.7 Ea fy if "alma esbelta - NBR 8800-Anexo H" h tw 5.7 Ea fy if NBR 8800 Anexo G e H alma "alma não-esbelta - NBR 8800-Anexo G" 5.2- Resistência II - Peso próprio e tráfego normal com vento - Viga mista Comentários Combinações ................... 1,35.CP1 + 1,35.CP2 + 1,5.CM + 0,6x1,4.CV 1,35.CP1 + 1,35.CP2 + 0,7x1,5.CM + 1,4.CV Esforços na mesa inferior devido ao vento NBR 16694 item 7.4.1Distancia entre diafragmas: dist_diaf L 2 dist_diaf 6.800m < 7.5 m Vento na metade inferior da viga...... v qv d 2 v 0.60 kN m Momento na mesa inferior................ Mcv v dist_diaf 2 8 Mcv 349kN cm Mesa inferior fbi 1.35Mcp1 x2 Wx 1.35Mcp2 x2 WIMF 1.5 Mcm x2 WIM 0.6 1.4 Mcv Wbi fbi 24.3 kN cm 2 fbi Fb1 0.78 < 1,0 CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Vicinal Mista de 14 m Página 16 de 29 0.38 Ea fy 9.1 Para seção compacta Mrd1 min Zx fy 1.5 Wx fy 1.10 Mrd1 168840kN cm Flambagem lateral por torção (FLT) Cb 1.14 Mpl Zx fy Mpl 185724kN cm < 1.5 Wx fy 248255kN cm Mr fy 0.3 fy Wx Mr 115852kN cm Mcr Cb 2 Ea Iy Lb 2 Cw Iy 1 0.039 It Lb 2 Cw Mcr 45811kN cm Mrd2 Mpl 1.1 Lb Lpif Cb 1.1 Mpl Mpl Mr Lb Lp Lr Lp Lp Lb Lrif Mcr 1.1 Lb Lrif Mrd2 41646kN cm Mrd min Mrd1 Mrd2 Mrd 41646kN cm > Msd Mrd 0.97 < 1.0 ok - Cálculo do momento fletor resistente de cálculo - Mrd (FLA, FLM e FLT) Comentários Cálculo do Mrd para a seção de aço (antes da cura do concreto e viga não escorada): Seja: Viga contida lateralmente durante a concretagem @ intervalos Lb Sem contenção lateral na construção. Lb L 1 Lb 1360 cm Lp 1.76 ry Ea fy Lp 316cm 1 fy 0.3 fy Wx Ea It Lr 1.38 Iy It It 1 1 1 27 Cw 1 2 Iy Lr 796cm Flambagem local da alma (FLA) h tw 40.9 < 3.76 Ea fy 90.5 seção compacta Flambagem local da mesa (FLM) bf 2 tf 7.5 < CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Vicinal Mista de 14 m Página 17 de 29 CP2 1 mmDevido à CP2 ...... 1 CP1 CP2Na seção central (S2) 1 19mm adm1 L 700 1 adm1 1.00 < 1,0 ok 6.2- Serviço II - Combinação frequente - CP1 + CP2 + 0,5.CM 1 0.5 2 1 1 5 qm L 4 8 Pm L 3 Pm L 3 m( ) 3 L 2 L 3 m( ) 2 48 Ea IM 2 27mm adm2 L 500 2 adm2 1.00 < 1,0 ok 6.3- Serviço III - Combinação rara - CP1 + CP2 + CM 1 1.0 3 1 1 5 qm L 4 8 Pm L 3 Pm L 3 m( ) 3 L 2 L 3 m( ) 2 48 Ea IM 3 35mm adm3 L 350 3 adm3 0.90 < 1,0 ok --> Não há necessidade de contra-flecha 6- VERIFICAÇÃO DEFORMAÇÃO S/ CONTRA-FLECHA Comentários Vão de cálculo ................ L 1360 cm CM+I ................ Pm 53kN Módulo elasticidade.......... Ea 20000 kN cm 2 qm 11.4 kN m Critérios opcionais ............ d 61.6cm > L 30 45.3cm AASHTO item 2.5.2.6.3 L d 22.1 < 25 50 ksi fy 25.0 _________________________________________________________________ NBR 16694 Anexo C Outros limites podem ser estabelecidos pelo engenheiro responsável. Verificaremos as combinações de serviço, estabelecendo os limites adequados para cada uma. 6.1- Serviço I - Combinação quase permanente - CP1 + CP2 CP1 5 CP1 L 4 384 Ea Ix CP1 19mmDevido à CP1 ...... CP2 5 CP2 L 4 384 Ea IMF CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Vicinal Mista de 14 m Página 18 de 29 Nc 3.7 10 5 < 6 10 6 NBR 16694 item A.6 AASHTO item 6.10.10.2 Para Nc > 6x106, SR = 38 MPa. SR max 238 29.5 log Nc( )( ) MPa 38 MPa( )[ ] SR 73.9MPa SR 7.39 kN cm 2 Resistência à fadiga ........... Zr SR ds 2 Zr 26.7kN / Stud ____________________________________________________________________ Resistência última: Resistência à compressão do concreto.................. fck 3.0 kN cm 2 Módulo de elesticidade co concreto........................ Ec 3067 kN cm 2 Resistência à ruptura do aço do conector ............. fucs 41.5 kN cm 2 NBR 8800 item A5.2 NBR 8800 item O.4.2.1.1Qrd min 0.5 Acs fck Ec Acs fucs 1.25 Resistência de cálculo ........................................................... Qrd 94.1kN / Stud Comentários7- CONECTORES DE CISALHAMENTO NBR 16694 item 4.3 Os conectores de cisalhamento são dimensionados pelaa fadiga e verificados pela resistência última.7.1- Resistência de um conector tipo Pino com cabeça - STUD: ds hs Altura hs 13 cm Diametro ds 1.9 cm < 2.5tf 5.4 cm Área Acs ds 2 4 Acs 2.84cm 2 Verificação ................... hs ds 6.84 > 4 ok NBR 8800 item O.4.1 Resistência à fadiga: Vida útil projetada ............................... VUP 50ano Volume médio de tráfego ................... VMD 100 1 dia Número de ciclos ................................ CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Vicinal Mista de 14 m Página 19 de 29 --> Usar grupos de 2 studs diam. 19x130mm afastados de 180 mm. ___________________________________________________________________ Espaçamento mínimo transversal ............... 4 ds 76mm btransv 80 mm NBR 8800 item O.4.3 item O.4.4Espaçamento mínimo longitudinal .............. 6 ds 114mm Largura da mesa superior ........................... bf 325mm Cobrimento lateral mínimo .......................... bcob 25 mm ds 2 Apoio mínimo da pre-laje treliçada .............. bpre 60 mm Número máximo de conectores/seção ...... ceil bf 2 bpre 2 bcob btransv 2 60 20 0 13 0 80 bpre 19 180 180 7.2- Cálculo da distância entre conectores: Comentários Qcm x0 218kN Região da Seção S0 a S2 (base S0): Calculamos a necessidade de conectores apenas na seção S0. IM 411526cm 4 m0 bc tc( ) n d ec YM( ) m0 5895 cm 3 Usamos a combinação 0,75.CM da AASHTO item 6.10.10.2 para o distância entre conectores pela fadiga. Cisalhamento horizontal /cm Sr0 0.75Qcm x0 m0 IM Sr0 2.3 kN cm Número de studs / grupo afastados de: esp0 18 cm < 60 cm AASHTO item 6.10.10.1.2 O espaçamento longitudinal máximo de 60 cm esp0 Sr0 Zr 1.58 n0s 2 CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Vicinal Mista de 14 m Página 20 de 29 Studs > Nsmin okNstuds 151Nstuds x2 esp0 n0s 2 Número de conectores dimensionados pela fadiga em toda a viga: StudsNsmin 152Nsmin Ru 0.85 Qrd 2 O número em meia viga x 2 para o número em toda a viga. Número mínimo de conectores tipo STUD em toda a viga: AASHTO item 6.10.10.4.1 ___________________________________________________________________ Ru 6069 kNRu min concreto aço concreto 6069kNconcreto 0.85 fck bc tc AASHTO item 6.10.10.4.2 Resistência última da laje de concreto: aço 7687kNaço A fy Resistência última do perfil de aço: aço O número de conectores calculados para a fadiga, deve ser verificado pela resistência última, comandado pela menor resistência entre: - o perfil de aço - a laje de concreto na largura efetiva "bc". concreto Comentários7.3- Verificação do No. mínimo de conectores em cada na viga: CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Vicinal Mista de 14 m Página 21 de 29 Isa 1444 cm 4 rsa Isa Asa rsa 5.19cm Verificação do esmagamento: Rerd 1.8 tsa 2 bsa 3 tw fy 1.35 Rerd 897kN > Rsd 450kN 12.tw tw Verificação das resistência à compressão: NBR 8800 item 5.7.9.3 o 0.75 d rsa fy Ea o 0.12 NBR 8800 item 5.3 item 5.7.9.4 0.658 o2 o 1.5if 0.877 o 2 o 1.5if 0.99 Rcrd Asa fy 1.10 Rcrd 1669 kN Rsd Rcrd 0.27 < 1,0 ok ---> Usar 2 Chapas de 12,5 x 120 mm 8- ENRIJECEDOR E APARELHO DE APOIO Comentários Reação máxima de cálculo no apoio de cada viga: Rsd 1.35 Qcp1 x0 Qcp2 x0 1.5 Qcm x0 Rsd 450kN ___________________________________________________________________ 8.1- Enrijecedor de apoio Escolha da chapa do enrijecedor (de cada lado da alma), seja: AASHTO item 6.10.11.2.1 item 6.10.11.2.2 Largura do enrijecedor .... bsa 12 cm < bf 2 tw 2 1 cm 14.5cm Espessura do enrijecedor.. tsa 1.25 cm > bsa 0.48 Ea fy 1.04cm ea d NBR 8800 item 5.7.9.4 O enrijecedor de apoio deve ser feito de chapas em ambos os lados da alma e calculado como coluna. A seção da coluna será composta pelas duas chapas mais uma parte centrada da alma não maior que 12 vezes a espessura da alma "tw". Asa bsa tsa 2 12 tw tw Asa 54cm 2 Isa 12 tw tw 3 tsa 2 bsa 3 12 CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Vicinal Mista de 14 m Página 22 de 29 Vmax 309kN Coeficiente de dilatação térmica ................ a 1.2 10 5 K Como não será dada contra-flecha, a rotação máxima será calculada com as cargas totais. Gradiente máximo da temperatura ........... T 50 K Deslocamento máximo no apoio .............. L L a T L 8 mm L 3 CP1 24 Ea Ix L 3 CP2 24 Ea IMF L 3 qm 24 Ea IM Pm L 2 16 Ea IM Pm 0.5 L 2 Ea IM L 0.5 L( ) Rotação máxima no apoio ........................ 0.008 rad Seja: Aparelho padronizado de neoprene fretado de 200x250x41 mm Anexo A tabela A2 Carga máxima = 500 kN Deslocamento máximo = 20 mm Rotação máxima (3 camadasx0,003) = 0.009 rad > Vmax 309 kN > L 8 mm > 0.008 rad 8.2- Cargas nas Bases: Comentários Carga vertical máxima / extremidade de viga: Qcp1 x0 84kN Qcp2 x0 6.6 kN Qcm x0 218.2kN Vmax Qcp1 x0 Qcp2 x0 Qcm x0 Vmax 309kN / viga NBR 7188 item 5.2.1Carga horizontal longitudinal de frenagem e aceleração/viga: Hx if 0.25 kN m 2 B L CNF 135 kN 0.25 kN m 2 B L CNF 135 kN nv Hx 68kN / viga Carga horizontal transversal devida ao vento / base: NBR 16694 item 6.2.3 Hy qv L 2 d tc tp 2.0 m( ) Hy 38kN / base ___________________________________________________________________ 8.3- Aparelhos de apoio neoprene Reação máxima no apoio ........................................................... CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Vicinal Mista de 14 m Página 23 de 29 Longitudinal "alma sem enrij. longitudinal" Longitudinal "alma sem enrij. longitudinal" h tw 150if "alma com enrij. longitudinal" 150 h tw 300if h tw 40.9 NBR 16694 item 12.1 A experiência demonstra que vigas com enrijecedores longitudinais não tem uma boa relação custo-eficiência em vãos menores do que 61 m. 9.2- Verificação da necessidade de enrijecedores longitudinais: ___________________________________________________________________ --> Não há necessidade de enrijecedores transversaisVu 450kN < 1,0 Vu Vrd kv( ) 0.3Vu 1.35 Qcp1 x0 Qcp2 x0 1.5 Qcm x0 Vrd kv( ) 1510 kN Vrd kv( ) 0.6 fy Aw 1.10 h tw 1.10 kv Ea fy if 1.10 h tw kv Ea fy 0.6 fy Aw 1.10 1.10 kv Ea fy h tw 1.37 kv Ea fy if 1.24 1.10 h tw kv Ea fy 2 0.6 fy Aw 1.10 h tw 1.37 kv Ea fy if Aw 80.22 cm 2 Aw h tw kv 5Para sem enrijecedor ..... NBR 8800 item 5.4.3 9.1- Verificação da necessidade de enrijecedores transversais: Comentários9- ENRIJECEDORES TRANSVERSAIS E LONGITUDINAL CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Vicinal Mista de 14 m Página 24 de 29 okCviga 47kN>Crd 286kN Crd Ag fy 1.10 0.31 0.658 o2 o 1.5if 0.877 o 2 o 1.5if o 1.67o b ry fy Ea < 140 b ry 126ry 2.06 cm NBR 16694 item 9 Ag 28.9 cm 2 Seja viga: W 250x22,3 Cviga 47kNCviga 1.4 Fv1 L 2 Compressão na Viga ............. Fv1 4.9 kN m Fv1 qv d 2 tc tp 2.0 m NBR 16694 item 6.2.3 veículo tipo com 2m altura. qv 1.96 kN m 2 25deg atan d b 2 NBR 16694 itens 7.4 Os diafragmas devem ser dimensionados para transmitir a carga devido ao vento lateral Fv1 para os apoios. Os diafragmas nos apoios são projetados como um contraventame- nto tipo K conforme a figura ao lado. A viga superior atua também para enrijecer a borda da laje. b tc + m is ul a 2 m Fv1 qv d/2 10.1- Diafragmas nos apoios 10- DIMENSIONAMENTO DOS DIAFRAGMAS Comentários CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Vicinal Mista de 14 m Página 25 de 29 < 1,0 ok 11.3- Nos conectores de cisalhamento tipo pino com cabeça (studs): Da tabela A1 - Seção 9.3, temos --> NBR 16694Tab. A1 Categoria D Cf 3.9 10 8 TH 69 MPa NBR 16694 item A.5SR max 327Cf N 0.333 MPa TH SR 69MPa SR 6.9 kN cm 2 f 0.5 Qcm x0 m0 esp0 IM n0s Acs f 5.0 kN cm 2 f SR 0.72 < 1,0 ok ___________________________________________________________________ 11.5- Fadiga II - Tráfego nomal sem vento - (viga longitudinal - vão até 100 m) CP1+CP2 + 0,50.CM < 0,66. fy para tensões normais < 0,40. fy para tensões de cisalhamento Combinação ....... fb 1( ) Mcp1 x2 Wx Mcp2 x2 WIMF 0.5 Mcm x2 WIM fb 1( ) 0.66 fy 0.50 < 1,0 ok NBR 16694 item A.2.2 fv 2( ) Qcp1 x0 Qcp2 x0 0.5 Qcm x0 h tw fv 2( ) 0.40 fy 0.18 < 1,0 ok Comentários11- VERIFICAÇÃO DA FADIGA 11.1- Fadiga I - Tráfego nomal sem vento - 0,5.CM Nc > 2 x 106 Vão ............................................ L 13.6m < 100 m Número de ciclos calculado ........ Nc 3.7 10 5 NBR 16694 Tab. 5Número de ciclos para fadiga ..... N max Nc 2.0 10 6 N 2.0 106 ___________________________________________________________________- __________ 11.2- Na emenda dos perfis das longarinas em S1: Da tabela A1 - Seção 5.3 temos --> NBR 16694 Tab. A1 Se a emenda for parafusada, será Categoria B. Categoria C Cf 44 10 8 TH 69 MPa SR max 327Cf N 0.333 MPa TH SR 89MPa SR 8.9 kN cm 2 NBR 16694 item A.4a f 0.5 Mcm x1 WIM f 2.3 kN cm 2 f SR 0.26 CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Vicinal Mista de 14 m Página 26 de 29 12- DESENHOS DA ESTRUTURA DE AÇO DA PONTE 2 st ud s di am 1 9x 13 0 @ 1 80 C o m p ri m en to C o n e ct o re s E m en d a D ia fr ag m as Lo ng ar in a típ ic a 1/ 2 Se çã o no A po io 1/ 2 Se çã o no V ão 19 19 --> Ver Notas Gerais pg. 28 CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Vicinal Mista de 14 m Página 27 de 29 NOTAS GERAIS 1- Medidas em milímetros 2- Propriedades mecânicas mínimas do aço estrutural: Limite de escoamento - fy = 345 MPa Limite de resistência -- fu = 450 MPa 3- Parafusos: ASTM A325 ou A490 tipo 1 para estruturas pintadas ASTM A325 ou A490 tipo 3 para estruturas de aço patinável sem pintura 4- Concreto da laje fck = 30 MPa (min) 5- Estrutura projetada para TB-450 (NBR 7188:2013) 6- Estruturas pintadas - Sistema de pintura recomendado (ISO 12944-5) - Atmosfera c/ baixo nível de poluição, a maior parte das áreas rurais (C2 baixa) Preparo de superfície - Jateamento ao metal quase branco - Sa 2 1/2 Tinta de fundo - Epoxi tolerante à superfície / 80 micrometros Tinta de acabamento - Alquídica / 80 micrometros - Espessura total seca de 160 micrometros - Durabilidade estimada - alta > 15 anos - Atmosfera industrial e costeira com salinidade moderada (C4 alta) Preparo de superfície - Jateamento ao metal quase branco - Sa 2 1/2 Tinta de fundo - Epoxidica / 100 micrometros Tinda intermediária - Epoxidica / 100 micrometros Tinta de acabamento - Poliuretano acrílico alifático / 80 micrometros - Espessura total seca de 280 micrometros - Durabilidade estimada - alta > 15 anos 7- Estruturas sem pintura (aço patinável) - Consultar a usina para situações que não podem ser utilizados ou a necessidade de uma sobre-espessura. - Para uniformização da superfície - Jateamento comercial Sa 2. - Índice de corrosão mínimo de 6,0 para o aço, segundo a ASTM G101. 8- Ver orientações para manutenção no Capítulo 8. CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Vicinal Mista de 14 m Página 28 de 29 13- SUGESTÃO PARA AS LAJES A PRÉ-LAJES TRELIÇADAS La je p ré -m ol da da 18 0 60 340 180 CBCA Centro Brasileiro da Construção em Aço Ponte Vicinal Mista de 14 m Página 29 de 29 Rua do Mercado, 11 - 18º andar Rio de Janeiro - RJ Telefone: (21) 3445-6300 E-mail: cbca@acobrasil.org.br www.cbca-acobrasil.org.br Construção MANUAL DE EM AÇO Pontes e Viadutos em Vigas Mistas PO N TES E V IA D U TO S EM V IG A S M ISTA S M A N U A L D E C O N STRU Ç Ã O EM A Ç O