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UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL AVALIAÇÃO DOS COEFICIENTES DE IMPACTO UTILIZADOS NO CÁLCULO DE PONTES RODOVIÁRIAS VIA ANÁLISE DINÂMICA DE ESTRUTURAS WALDIR NEME FELIPPE FILHO JUIZ DE FORA 2008 WALDIR NEME FELIPPE FILHO AVALIAÇÃO DOS COEFICIENTES DE IMPACTO UTILIZADOS NO CÁLCULO DE PONTES RODOVIÁRIAS VIA ANÁLISE DINÂMICA DE ESTRUTURAS Trabalho Final de Curso apresentado ao Colegiado do Curso de Engenharia Civil da Universidade Federal de Juiz de Fora, como requisito parcial à obtenção do título de Engenheiro Civil. Área de Conhecimento: Engenharia Civil - Estruturas Orientador: Flávio de Souza Barbosa Juiz de Fora Faculdade de Engenharia da UFJF 2008 AVALIAÇÃO DOS COEFICIENTES DE IMPACTO UTILIZADOS NO CÁLCULO DE PONTES RODOVIÁRIAS VIA ANÁLISE DINÂMICA DE ESTRUTURAS WALDIR NEME FELIPPE FILHO Trabalho Final de Curso submetido à banca examinadora constituída de acordo com o Artigo 9o do Capítulo IV das Normas de Trabalho Final de Curso estabelecidas pelo Colegiado do Curso de Engenharia Civil, como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Civil. Aprovado em: ____/________/_____ Por: _____________________________________ Prof. Flávio de Souza Barbosa - Orientador _____________________________________ Prof. Afonso Celso de Castro Lemonge (UFJF) _____________________________________ Prof. Paulo Roberto Miana (UFJF) AGRADECIMENTOS A meus pais e irmão que sempre me apoiaram na conquista de meus ideais; Ao prof. Flávio, pelos ensinamentos transmitidos, pela dedicação, amizade, empenho e anos de orientação; Ao professor Miana pelos valiosos conhecimentos passados ao longo de minha graduação e Aos amigos da UFJF, pelo companheirismo. RESUMO Tradicionalmente, o dimensionamento de pontes e viadutos é feito através de um procedimento pseudo-estático onde as cargas móveis são consideradas sem se levar em conta o efeito de forças inerciais. Neste procedimento, as ações dinâmicas atuantes nas estruturas são multiplicadas por um coeficiente, denominado coeficiente de impacto, que tem por objetivo majorar essas ações e desta forma, evitar o cálculo estrutural onde se considere o efeito da aceleração. Assim sendo, é proposto nesse trabalho uma comparação entre os efeitos dinâmicos modelados através da abordagem tradicional, através de coeficientes de impacto, e aqueles obtidos através de um modelo computacional via método dos elementos finitos onde as forças inerciais são consideradas. Para tanto, foram calculados os coeficientes de impacto segundo as normas brasileiras para pontes isostáticas de 20, 30 e 40 m de vão e estes foram comparados com os respectivos fatores de amplificação dinâmica obtidos para estas mesmas pontes através do modelo computacional. Nesta modelagem, a ponte é representada por modelo unifilar (elementos de barra ao longo do seu eixo), com propriedades de rigidez à flexão e os veículos considerados são simulados por um sistema de 2 graus de liberdade. Os resultados obtidos indicaram que, de uma forma geral, o cálculo tradicional através da adoção de coeficientes de impactos é satisfatória e produz resultados a favor da segurança. Sumário 1. Introdução ............................................................................................................1 1.1. Definições .....................................................................................................1 1.2. Breve histórico ..............................................................................................1 1.3. Classificações de pontes ..............................................................................3 1.4. Sistemas estruturais......................................................................................4 1.4.1. Pontes em Laje ......................................................................................4 1.4.2. Pontes em Viga de Alma cheia..............................................................5 1.4.3. Pontes em Vigas Caixão........................................................................5 1.4.4. Treliçadas ..............................................................................................5 1.4.5. Pontes em Pórticos................................................................................6 1.4.6. Pontes em Arco .....................................................................................6 1.4.7. Pontes suspensas por Cabos ................................................................6 1.5. Carregamentos .............................................................................................7 1.5.1. Ações permanentes ...............................................................................8 1.5.2. Ações variáveis......................................................................................8 1.5.3. Ações excepcionais ...............................................................................8 1.6. Escopo do trabalho, metodologia e objetivos................................................9 2. Revisão da literatura ..........................................................................................11 3. Características e propriedades dos veículos e pontes no Brasil ........................13 3.1. Veículos rodoviários....................................................................................13 3.1.1. Lei da balança......................................................................................13 3.1.2. Monitoramento do tráfego rodoviário ...................................................15 3.1.3. Propriedades e tipos de suspensões dos veículos pesados................16 3.1.4. Propriedades dos Pneus......................................................................17 3.2. Descrição das estruturas de pontes consideradas......................................18 4. Modelo computacional para simulação da iteração veículo-estrutura................20 4.1. Modelagem do veículo ................................................................................20 4.2. Modelagem da estrutura das pontes...........................................................21 4.3. Modelo acoplado veículo-estrutura .............................................................23 5. Efeitos da passagem de veículos sobre pontes rodoviárias...............................26 5.1. Respostas típicas das pontes .....................................................................27 5.2. Fator de amplificação dinâmica e o coeficiente de impacto da NBR 7187..34 6. Discussão dos resultados e conclusões.............................................................36 Referências ...............................................................................................................38 1 1. Introdução 1.1. Definições É denominada ponte toda a obra destinada a vencer obstáculos que impeçam a continuidade de uma via. Estes podem ser: rios, lagos, vales, braços de mar, ou mesmo outras vias, neste ultimo caso a obra é classificada como viaduto. Tecnicamente pontes e viadutos são classificados como Obras de Arte Especiais. Uma ponte, em termos estruturais, pode ser dividida em três partes, a saber: infraestrutura, mesoestrutura e superestrutura. A infraestrutura é a parte da ponte por onde os esforços recebidos da mesoestrutura são transferidos para o terreno sobre o
