Aula 7 Acoes nas pontes

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Disciplina: PONTES DE CONCRETO
Professor: Everton Luiz da Silva Mendes
Material fornecido por: Aline da Silva Ramos Barboza
	AÇÕES NAS PONTES
AÇÕES NAS PONTES
De acordo com a NBR8681- Ações e segurança nas estruturas, as ações podem ser classificadas em:
Ações permanentes: diretas e indiretas
Ações variáveis: normais e especiais
Ações excepcionais
	
AÇÕES NAS PONTES
Considerando a norma NBR7187- Projeto e execução de pontes de concreto armado e protendido, as ações nas pontes podem ser agrupadas da seguinte forma:
Ações permanentes
cargas provenientes do peso próprio dos elementos estruturais;
cargas provenientes do peso da pavimentação, dos trilhos, dos dormentes, dos lastros, dos revestimentos, das defensas, dos guarda-rodas, dos guarda-corpos, canalizações;
empuxos de terra e de água;
forças de protensão;
deformações impostas: fluência, retração e recalque dos apoios.
Ações variáveis
cargas móveis;
força centrífuga;
choque lateral (impacto lateral);
efeitos de frenagem e aceleração;
variações de temperatura;
ação do vento;
pressão da água em movimento;
empuxo de terra provocados por cargas móveis;
cargas de construção.
Ações excepcionais
choques de veículos;
outras ações excepcionais.
AÇÕES NAS PONTES
Ações permanentes
Peso próprio dos elementos estruturais
calculado a partir do volume de cada peça obtida através de um pré-dimensionamento.
diferença de peso < 5%
Peso próprio de elementos não estruturais 
pavimentação: = 24kN/m3
recapeamento: carga adicional de 2kN/m2.
lastro ferroviário: 18 kN/m3.
dormentes, trilhos e acessórios: mínimo de 8 kN/m por via.
AÇÕES NAS PONTES
Empuxo de terra 
mecânica dos solos.
empuxos ativo e de repouso: situações mais desfavoráveis.
pilares implantados em aterro: largura fictícia igual a 3 vezes a largura do pilar.
pilares alinhados transversalmente
pilares externos: a semidistância entre eixos acrescida de uma vez e meia a largura do pilar;
pilares intermediários: a distância entre eixos.
Empuxo de água
situações mais desfavoráveis: níveis máximo e mínimo dos cursos d'água e do lençol freático.
AÇÕES NAS PONTES
Força de protensão
considerada de acordo com a NBR6118.
Deformações impostas
fluência e retração: NBR6118
deslocamentos de apoio
AÇÕES NAS PONTES
Ações variáveis
Carga móvel
Ponte rodoviária e passarela: NBR7188- Carga móvel em ponte rodoviária e passarela de pedestres
Os veículos mais pesados que trafegam pelas rodovias normalmente são os caminhões, as carretas e, mais recentemente, as chamadas CVCs – Combinações de Veículos de Carga, que correspondem a uma unidade tratora e duas ou mais unidades rebocadas. Esses veículos e as CVCs devem atender a chamada “Lei da Balança”.
AÇÕES NAS PONTES
AÇÕES NAS PONTES
Lei da Balança (1998)
AÇÕES NAS PONTES
Fonte: Pfeil (1979)
AÇÕES NAS PONTES
Fonte: Pfeil (1979)
Classificação das pontes rodoviárias (NBR 7188/1982):
Classe 45: veículo-tipo de 450 kN de peso total;
Classe 30: veículo tipo de 300 kN de peso total;
Classe 12: veículo tipo de 120 kN de peso total.
AÇÕES NAS PONTES
Fonte: El Debs
Vista lateral esquemática dos veículos tipo
Dimensões da área de contato da roda no pavimento
Trem-tipo
Veículo tipo e cargas q e q' uniformemente distribuídas 
q - aplicada em todas as faixas da pista de rolamento, nos acostamentos e afastamentos, descontando-se apenas a área ocupada pelo veículo
q' - aplicada nos passeios sem efeito dinâmico
AÇÕES NAS PONTES
AÇÕES NAS PONTES
NBR 7188 (1982)
AÇÕES NAS PONTES
NBR 7188 (1982)
Passarela de pedestres: 
classe única
q= 5kN/m2 não majorada pelo coeficiente de impacto 
Estruturas de transposição com carregamentos especiais: órgão com jurisdição sobre a referida obra.
Estrutura de suporte do passeio: sobrecarga de 5kN/m2 sem efeito dinâmico.
Guarda-rodas, defensas, meio-fio e dispositivos de contenção: força horizontal de 100kN sem efeito dinâmico, aplicada na aresta superior (NBR 7188/2013).
Guarda-corpo: força horizontal transversal linearmente distribuída de 2 kN/m.
AÇÕES NAS PONTES
AÇÕES NAS PONTES
Disposição das cargas estáticas (NBR 7188/2013)
Tipos de cargas móveis rodoviárias para a atualização da NBR 7188 (2013):
TB-450: veículo-tipo de 450 kN de peso total (P = 75 kN);
TB-240: veículo tipo de 240 kN de peso total – carga móvel mínima para obras em estradas vicinais municipais de uma faixa e obras particulares (P = 40 kN).
AÇÕES NAS PONTES
P = Carga concentrada em kN, é a carga estática concentrada aplicada no nível do pavimento, com valor característico e sem qualquer majoração;
CIV = Coeficiente de impacto vertical;
CNF = Coeficiente de número de faixas;
CIA = Coeficiente de impacto vertical;
Q = Carga concentrada em kN, com valor de cálculo.
Para a carga distruibída p:
TB-450: p = 5 kN/m²;
TB-240: p = 4 kN/m²;
Passeios: p = 3 kN/m², com CIV = CNF = CIA = 1 (Obs:. Os elementos estruturais dos passeios devem ser dimensionados utilizando p = 5 kN/m².
AÇÕES NAS PONTES
q = Carga distribuída em kN/m², é a carga estática concentrada aplicada no nível do pavimento, com valor característico e sem qualquer majoração;
CIV = Coeficiente de impacto vertical;
CNF = Coeficiente de número de faixas;
CIA = Coeficiente de impacto adicional;
Q = Carga distribuída em kN/m², com valor de cálculo.
Coeficiente de Impacto Vertical (CIV):
O coeficiente de impacto vertical (CIV) majora os carregamentos concentrados P e distribuídos q no dimensionamento dos elementos estruturais. O coeficiente amplifica a carga estática a partir do efeito de amplificação dinâmica da carga em movimento e a suspensão de veículos. É definido como:
AÇÕES NAS PONTES
Coeficiente de Número de Faixas (CNF):
O coeficiente de número de faixas (CNF) ajusta os valores das cargas móveis a partir do número de faixas definido na seção transversal da ponte. O coeficiente leva em conta a probabilidade da carga móvel ocorrer em função do número de faixas.
AÇÕES NAS PONTES
n = Número inteiro de faixas de tráfego rodoviário a serem carregadas sobre um tabuleiro transversalmente contínuo. Acostamentos e faixas de segurança não são faixas de tráfego na rodoviária
Coeficiente de Impacto Adicional (CIA):
O coeficiente de impacto adicional (CIA) majora os esforços em função de imperfeições ou descontinuidades da superestrutura para seções com afastamento inferiores à 5 metros desses pontos.
AÇÕES NAS PONTES
AÇÕES NAS PONTES
 O veículo-tipo, sempre orientado na direção do tráfego, é colocado na posição mais desfavorável para o cálculo de cada elemento. Assim, por exemplo, ao se pesquisar o máximo momento fletor em uma determinada seção de uma viga contínua, o veículo é colocado no tramo desta seção, colocando-se ainda as cargas q e q‘ (sem o veículo) nos tramos onde essas cargas provoquem aumento desse momento
 Transversalmente essas cargas se estenderão até onde possam contribuir para aumentar esse momento.
Ponte ferroviária
NBR7189: Cargas móveis para projeto estrutural de obras ferroviárias.
TB-360: transporte de minério de ferro ou outros carregamentos equivalentes;
TB-270: transporte de carga geral;
TB-240: verificação de estabilidade e projeto de reforço de obras existentes;
TB-170: transporte de passageiros em regiões metropolitanas ou suburbanas.
Veículo-tipo
AÇÕES NAS PONTES
AÇÕES NAS PONTES
Q = carga por eixo
q e q' = cargas distribuídas na via, simulando, respectivamente vagões carregados e descarregados.
Efeito dinâmico
coeficiente de impacto ou coeficiente de amplificação dinâmica: 
Fdinãmico = . Festático
Literatura
sendo o vão em metros, G a carga permanente, e Q a carga móvel máxima para a estrutura em estudo
AÇÕES NAS PONTES
NBR7187 (2003):
elementos estruturais de obras rodoviárias
elementos estruturais de obras ferroviárias
	l - comprimento, em metros, do vão teórico do 	elemento carregado
AÇÕES NAS PONTES
elementos contínuos de vãos desiguais: vão ideal equivalente à média aritmética dos vãos teóricos, desde que o menor vão seja igual ou superior a 70% do maior vão. 
elementos em balanço: vão igual a duas vezes o comprimento do balanço. 
lajes com vínculos nos quatro lados: menor dos dois vãos de laje
pontes de laje, contínuas ou não: mesmas considerações referentes às vigas.
AÇÕES NAS PONTES
Fonte: El Debs
Situações em que  igual a 1:
empuxo de terra provocado pelas cargas móveis;
cálculo das fundações;
Passeios.
Ressalta-se que o efeito dinâmico para a NBR 7187 (2013) é o mesmo que o Coeficiente de Impacto Vertical, ou seja, nos projetos atuais só é considerado os valores apresentados anteriormente para projetos de pontes ferroviárias.
AÇÕES NAS PONTES
Força centrífuga
aparece nas pontes em curva aplicada pelo veículo ao tabuleiro através do atrito das rodas com o pavimento ou, em pontes ferroviárias, aplicada pelo friso das rodas ao trilho e, conseqüentemente, à estrutura.
pontes rodoviárias (7187/2003)
C = 0,25 do peso do veículo-tipo para R 300 m
C = 75/R do peso do veículo-tipo para R >300 m
pontes rodoviárias (7188/2013)
Hfc = 2,4 x P para R 200 m
Hfc = (480 x P)/R para 200 < R < 1500 m
Hfc = 0 para R > 1500 m
AÇÕES NAS PONTES
pontes ferroviárias de bitola larga (1,60m):
C=0,15 da carga móvel para R1200m
C=180/R da carga móvel para R>1200m
em pontes ferroviárias de bitola estreita (1 m):
C=0,10 da carga móvel para R 750m
C=75/R da carga móvel para R>750m
atua no centro de gravidade do trem (suposto 1,60 m acima do topo dos trilhos) ou na superfície de rolamento.
AÇÕES NAS PONTES
Impacto lateral
é considerado nas pontes ferroviárias como uma força horizontal normal ao eixo da linha e concentrada contra o topo do trilho, como carga móvel a ser disposta na situação mais desfavorável, com intensidade igual a 20% da carga do eixo mais pesado.
AÇÕES NAS PONTES
Fonte: El Debs
Frenagem e aceleração
forças horizontais ao longo do eixo da ponte calculadas como uma fração das cargas móveis verticais.
forças longitudinais supostas como aplicadas na superfície de rolamento (pavimentação ou topo do trilho);
pontes rodoviárias, o maior dos seguintes valores (7188/2003):
5% do valor do carregamento na pista de rolamento com as cargas distribuídas, excluídos os passeios.
30% do peso do veículo-tipo.
pontes rodoviárias (7188/2013):
B = Largura efetiva, expressa em metros, da carga distribuída p;
L = Comprimento concomitante, expresso em metros, da carga distribuída p.
AÇÕES NAS PONTES
pontes ferroviárias, o maior dos seguintes valores:
15% da carga móvel para a frenagem.
25% do peso dos eixos motores para a aceleração.
para a avaliação dos esforços longitudinais, as cargas móveis são consideradas sem impacto;
em ferrovias, a norma distingue o caso de frenagem do de aceleração, considerando que no primeiro intervém toda a carga móvel e, no segundo, apenas a locomotiva;
pontes ferroviárias com mais de uma linha:
força longitudinal em apenas duas delas. Numa considera-se a força de frenagem e na outra a força de aceleração ou metade da força de frenagem, adotando-se a maior delas. Estas forças são consideradas atuando no mesmo sentido, nas duas linhas que correspondem à situação mais desfavorável para o dimensionamento.
AÇÕES NAS PONTES
AÇÕES NAS PONTES
Colisão em pilares (NBR 7188/2013):
Todos os pilares próximos a rodovias e ferrovias devem ser protegidos por dispositivos de contenção apropriados;
Como medida mitigadora de eventuais impactos, os pilares situados junto a faixas rodovirárias devem ser ser verficados para uma carga horizontal de colisão de 1000 kN na direção do tráfego, e 500 kN perpendicular ao tráfego, não concomitantes entre si, aplicadas a uma altura de 1,25 m do terreno ou pavimento. Estes valores decrescem linearmente com a distância do pilar à pista, sendo zero a 10 m;
A consideração acima não elimina a hipótese de colapso parcial ou total da estrutura em função da magnitude da colisão.
AÇÕES NAS PONTES
Variação de temperatura
Fonte: El Debs
Variação uniforme de temperatura
Gradiente de temperatura
Variação no interior da seção
AÇÕES NAS PONTES
Variação de temperatura
Fonte: El Debs
Momentos fletores para variação uniforme de temperatura
Momentos fletores para gradiente térmico
AÇÕES NAS PONTES
Variação de temperatura
De acordo com a NBR7187 (antiga) pode-se considerar uma variação uniforme de temperatura de ±15oC. 
h1=0,3h  0,15m
h2=0,3h  0,10m
	  0,25m
h3=0,3h  h - h1 - h2
	  0,10m + hpav
Fonte: El Debs
AÇÕES NAS PONTES
Ação do vento
NBR 7187: nenhum procedimento para a determinação da ação do vento em pontes; apenas recomenda seguir o disposto na norma NBR 6123, que trata da ação do vento em edifícios. 
NB-2/61: A ação do vento é traduzida por carga uniformemente distribuída horizontal, normal ao eixo da ponte. 
Admitem-se dois casos extremos, para a verificação: 
tabuleiro sem tráfego: considera-se como superfície de incidência do vento, a projeção da estrutura sobre plano normal à direção do vento.
tabuleiro ocupado por veículos reais: projeção é acrescida de uma faixa limitada superiormente por linha paralela ao estrado, distante da superfície de rolamento 3,50m - 2,00m - 1,70m, conforme se trate, respectivamente, de ponte ferroviária, rodoviária ou para pedestres.
AÇÕES NAS PONTES
Ação do vento 
No caso de ponte descarregada, admite-se que a pressão do vento seja de 1,5 kN/m2, qualquer que seja o tipo de ponte; 
No caso de ponte carregada, admite-se que o vento atue com menor intensidade: 1,0 kN/m2 para pontes ferroviárias ou rodoviárias, e 0,7 kN/m2 em pontes para pedestres. 
AÇÕES NAS PONTES
Pressão da água
Segundo a NBR 7187, a pressão da água em movimento sobre os pilares e os elementos de fundação pode ser determinada através da expressão:
 q - pressão estática equivalente em kN/m2.
 va - velocidade da água em m/s.
 K - coeficiente adimensional
AÇÕES NAS PONTES
Valores de K:
 0,34 para elementos de seção transversal circular
 Para elementos com seção transversal retangular:
 
Fonte: El Debs
AÇÕES NAS PONTES
Empuxo de terra provocado por cargas móveis
AÇÕES NAS PONTES
considerado como um aterro adicional de altura há
AÇÕES NAS PONTES
Cargas de construção
NBR 7187 estabelece que no projeto e cálculo devem ser consideradas as ações das cargas passíveis de ocorrer durante o período da construção: peso de equipamentos e estruturas auxiliares de montagem e de lançamento de elementos estruturais. 
Estas cargas devem ser consideradas na estrutura com o esquema estático, resistência dos materiais, e seções resistentes existentes por ocasião da sua aplicação.
AÇÕES NAS PONTES
 NBR 7187: choques de objetos móveis, explosões, fenômenos naturais pouco freqüentes, como enchentes catastróficas e sismos, entre outros.
 O choque de objetos móveis é a única ação especificada pela NBR 7187, que estabelece que os pilares passíveis de serem atingidos por veículos rodoviários ou embarcações em movimento, devem ter sua segurança verificada quanto aos choques assim provocados. Dispensa-se esta verificação se no projeto forem incluídos dispositivos capazes de proteger a estrutura contra este tipo de acidente. 
 Sobre a consideração de outras ações excepcionais, a norma NBR 7187 estabelece que devem ser feitas em construções especiais, a critério do proprietário da obra.