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Pontes – CCE0288 Aula 01 Prof: Jair Gonçalves de Oliveira Borges jair.borges.estacio@gmail.com UNESA – UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ CURSO – ENGENHARIA CIVIL Carga horária semanal: 4 horas/aula Carga horária semestral: 88 horas/aula Plano de Ensino 2Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 Ementa: Conceitos iniciais; Dimensionamento e detalhamento de superestrutura; Dimensionamento e detalhamento de meso-estrutura; Dimensionamento e detalhamento de infra-estrutura; Projeto de uma ponte. Plano de Ensino 3Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 Objetivos Gerais: Aprender os principais conceitos sobre o projeto de pontes e dimensionamento dos elementos estruturais, com principal ênfase no projeto de elementos estruturais de concreto. Plano de Ensino 4Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 Objetivos Específicos: 1- Distinguir os principais sistemas estruturais adotados para pontes; 2- Analisar as vantagens e desvantagens dos diferentes sistemas estruturais existentes; 3- Identificar e determinar as solicitações em estruturas de pontes; 4- Dimensionar e detalhar elementos de superestrutura, mesoestrutura e infraestrutura de pontes. Plano de Ensino 5Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 Conteúdos: Plano de Ensino 6Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 Unidade 4 - Infra-estrutura 4.1- Escolha do tipo de fundação: estudo de casos 4.2 - Fundações diretas 4.3 - Fundações profundas 4.4 - Cálculo de esforços e dimensionamento. Unidade 1 - Conceitos Iniciais 1.1- Classificação das pontes 1.2- Sistemas estruturais e seções transversais 1.3- Métodos construtivos 1.4- Dados necessários para projeto 1.5- Solicitações em pontes Unidade 3 - Meso-estrutura 3.1- Esforços em pilares: longitudinais e transversais 3.2 - Dimensionamento de pilares 3.3 - Aparelhos de apoio Unidade 2 - Superestrutura 2.1- Distribuição dos esforços no tabuleiro e vigamentos 2.2 - Trem-tipo 2.3 - Envoltória das solicitações 2.4 - Dimensionamento do vigamento principal e lajes Unidade 5 - Projeto de Ponte e apresentação de memorial de cálculo 5.1 - Definição da superestrutura 5.2 - Cálculo de esforços, dimensionamento e detalhamento de principais elementos da superestrutura 5.3 - Cálculo de esforços, dimensionamento e detalhamento de principais elementos da meso- estrutura 5.4 - Cálculo de esforços, dimensionamento e detalhamento de principais elementos da infra- estrutura. Avaliação: Avaliação 1 (AV1) – Conteúdo até o dia de sua realização Avaliação 2 (AV2) – Todo conteúdo da disciplina Avaliação 3 (AV3) – Todo conteúdo da disciplina Para aprovação: Média > 6.0, considerando as duas maiores notas; Nota mínima 4.0 em pelo duas das três avaliações; Presença > 75% Plano de Ensino 7Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 Bibliografia Básica: Plano de Ensino 8Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 1- MARCHETTI, Osvaldemar. Pontes de concreto armado. São Paulo: E. Blücher, 2009. 2- FREITAS, Moacyr de. Infra-estrutura de pontes de vigas. São Paulo: Blucher, 2001. 3- FUSCO, Pericles Brasiliense. Técnica de armar as estruturas de concreto. São Paulo: PINI, 2006. Bibliografia Complementar: Plano de Ensino 9Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 1. CARVALHO, Roberto Chust; FIGUEIREDO FILHO, Jasson Rodrigues de. Cálculo e detalhamento de estruturas usuais de concreto armado: segundo a NBR 6118:2003. 3. ed. São Carlos: EDUFSCar, 2007. 2. CARVALHO, Roberto Chust. Cálculo e detalhamento de estruturas usuais de concreto armado. 2. ed. São Paulo: PINI, 2009. 3. LEONHARDT, Fritz. Construções de concreto. Rio de Janeiro: Interciência, 1979-1983. 6 v. 4. CLÍMACO, João Carlos Teatini de Souza. Estruturas de concreto armado: fundamentos de projetos, dimensionamento e verificação. 2.ed. Brasilia: Universidade de Brasília, 2008 5. FUSCO, Péricles Brasiliense. Estruturas De Concreto : Solicitações Tangenciais. São Paulo: PINI, 2008 Normas Aplicáveis: ABNT NBR 7187:2003 - Projeto e execução de pontes de concreto armado e protendido ABNT NBR 6118:2014; Projeto de estruturas de concreto – Procedimentos. ABNT NBR 7188:2013- Carga móvel em pontes rodoviárias e passarelas de pedestres ABNT NBR-7189:1985 - Carga móvel em pontes ferroviárias ABNT NBR 6123:1988 - Forças devidas ao vento em edificações - Procedimento ABNT NBR 8681:2003 - Ações e segurança nas estruturas – Procedimento ABNT NBR 9062:2013 – Projeto e execução de estruturas de concreto pré- moldado. Rio de Janeiro. ABNT. NBR 6122 – Projeto e execução de fundações. Rio de Janeiro, 1996. DNER Manual de projeto de obras-de-arte especiais. Rio de Janeiro. 1996. Plano de Ensino 10Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 Pontes UNESA – UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ CURSO – ENGENHARIA CIVIL Ponte – obra destinada a permitir a transposição de obstáculos para estabelecer a continuidade de uma via. Ex: rios, braços de mar, vales profundos, outras vias etc. Ponte propriamente dita quando o obstáculo é um curso de água ou outra superfície líquida como lago ou braço de mar Viaduto quando o obstáculo é outra via ou um vale; Pontes - Introdução 12Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 Ponte Viaduto Viaduto de acesso – viaduto que serve para dar acesso a uma ponte; Pontes - Introdução 13Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 Galerias – em algumas situações pode ser apresentar características de pontes. Pontes - Introdução 14Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 Com características de pontes Com características distintas de pontes Características particulares ao se comparar pontes com edifícios. Ações: Efeito dinâmico – devido as sobrecargas de utilização; Envoltória dos esforços – devido as cargas serem móveis; Fadiga de materiais – devem ser verificados Processos construtivos – existem processos específicos para pontes Composição estrutural – difere de edifícios devido a cargas de utilização, vão a serem vencidos e do processo de construção Análise estrutural - existem simplificações como por exemplo o cálculo da estrutura em grelha considerando elementos indeformáveis na direção transversal. Pontes - Introdução 15Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 Processo construtivo: Pontes de Pedra; Pontes de Madeira; Pontes de Concreto Armado; Pontes de Concreto Protendido; Pontes Metálicas. Pontes - Introdução 16Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 Estrutura da Ponte: Superestrutura: Lajes (Tabuleiro); Vigas (principais e secundárias); Mesoestrutura Pilares; Aparelhos de apoio; Estruturas de contenção de solo (Encontros, cortinas) Pontes - Introdução 17Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 Infraestrutura Blocos; Sapatas; Estacas e Tubulões; Vigas de ligação. Estrutura da Ponte: Superestrutura: Parte da ponte que recebe diretamente as cargas de uso normal e funcional; Mesoestrutura Estrutura intermediária, que recebe as cargas verticais e horizontais da superestrutura e transmite para a infraestrutura. Infraestrutura Compõe os elementos estruturaiscom a função de receber as cargas da superestrutura, por meio da mesoestrutura e transmitir as mesmas à camadas resistentes do solo (rocha). Pontes - Introdução 18Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 Com relação à seção transversal aparecem os seguintes elementos: Pista de rolamento - largura disponível para o tráfego normal dos veículos, que pode ser subdividida em faixas; Acostamento - largura adicional à pista de rolamento destinada à utilização em casos de emergência, pelos veículos; Defensa - elemento de proteção aos veículos, colocado lateralmente ao acostamento; Passeio - largura adicional destinada exclusivamente ao tráfego de pedestres; Guarda-roda - elemento destinado a impedir a invasão dos passeios pelos veículos; Guarda corpo - elemento de proteção aos pedestres. Pontes – Seção Transversal 19Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 20Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 Pontes – Seção Transversal Com relação à seção longitudinal, tem-se as seguintes denominações: Comprimento da ponte (também denominado de vão total) - distância, medida horizontalmente segundo o eixo longitudinal, entre as seções extremas da ponte; Vão (também denominado de vão teórico e de tramo) - distância, medida horizontalmente, entre os eixos de dois suportes consecutivos; Vão livre - distância entre as faces de dois suportes consecutivos; Altura de construção - distância entre o ponto mais baixo e o mais alto da superestrutura; Altura livre - distância entre o ponto mais baixo da superestrutura e o ponto mais alto do obstáculo. Pontes – Seção Longitudinal 21Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 22Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 Pontes – Seção Longitudinal Funcionalidade – a ponte deverá satisfazer de forma perfeita as exigências de tráfego, vazão, etc Pontes – Requisitos Principais 23Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 Canal-ponte sobre o rio Elba - Alemanha Segurança – a ponte deve ter seus materiais constituintes solicitados por esforços que neles provoquem tensões menores que as admissíveis ou que possam provocar ruptura. A ponte também deve apresentar conforto quando da passagem de cargas dinâmicas, ou seja, deve apresentar pequenas vibrações. Pontes – Requisitos Principais 24Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 Ponte Rio-Niterói Ponte Tacoma Narrows (Washington, EUA) Estética – a ponte deve apresentar aspecto agradável e se harmonizar com o ambiente em que se situa. Pontes – Requisitos Principais 25Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 Ponte sobre o rio Pinheiros – Santo Amaro - Sp Economia – deve ser feito estudo comparativo entre as várias soluções escolhendo a mais econômica. Desde que atendidos os requisitos: Funcionalidade, Segurança, Estética e Durabilidade. Pontes – Requisitos Principais 26Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 Ponte do Grande Belt, Dinamarca US$ 44 bilhões Durabilidade – a ponte deve atender às exigências de uso durante um certo período de tempo previsto. Pontes – Requisitos Principais 27Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 Ponte sobre o rio Sena – Paris (Construída entre 1578 – 1607) Classificação das Pontes UNESA – UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ CURSO – ENGENHARIA CIVIL 1 - Segundo a extensão do vão (total) Galerias – de 2m a 3m Pontilhões – de 3m a 10m Pontes – vão maior que 10m 2 - Segundo a durabilidade Permanentes – construídas em caráter definitivo, sendo que a durabilidade deverá atender até que forem alteradas as condições da estrada; Provisórias - possuem duração limitada, geralmente até que se construa a obra definitiva, servindo quase sempre de desvio de tráfego; Desmontáveis – são construídas para uma duração limitada, sendo que diferem das provisórias por serem reaproveitáveis. Classificação das Pontes 29Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 3- Segundo a natureza do tráfego Pontes rodoviárias - são aquelas em que a carga acidental é definida na norma ABNT NBR 7188 Pontes ferroviárias - são aquelas em que a carga acidental é definida na norma ABNT NBR 7189 Pontes para pedestres (passarelas) - são aquelas em que a carga acidental corresponde à multidão de pessoas. adota-se de um modo geral, a carga de 5 kn/m² (0,5 tf /m²) Pontes mistas - são aquelas destinadas a mais de um tipo de tráfego, por exemplo ponte rodo-ferroviária que serve para estabelecer a continuidade de uma rodovia e de uma ferrovia. Utilitárias (Aquedutos) Classificação das Pontes 30Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 3- Segundo a natureza do tráfego Pontes rodoviárias Classificação das Pontes 31Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 3- Segundo a natureza do tráfego Pontes rodoviárias Classificação das Pontes 32Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 3- Segundo a natureza do tráfego Pontes ferroviárias. Classificação das Pontes 33Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 3- Segundo a natureza do tráfego Pontes passarelas. Classificação das Pontes 34Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 Classificação das Pontes 35Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 4 - Segundo o desenvolvimento planimétrico: Retas – ortogonais ou esconsas Curvas Classificação das Pontes 36Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 5 - Segundo o desenvolvimento altimétrico: Retas – horizontal ou em rampa Curvas – tabuleiro convexo ou côncavo - Horizontal - Em rampa - Tabuleiro convexo - Tabuleiro côncavo Classificação das Pontes 37Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 6 - Segundo o sistema estrutural da superestrutura: Ponte em viga; Ponte em pórtico; Ponte em arco; Ponte pênsil; Ponte estaiada. Classificação das Pontes 38Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 6 - Segundo o sistema estrutural da superestrutura: Ponte em viga; Classificação das Pontes 39Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 6 - Segundo o sistema estrutural da superestrutura: Ponte em viga - Em Geral, Têm Altura Constante e são executadas em Concreto armado ou protendido. As vigas principais podem ser ou não pré-moldadas. Vãos até 25 metros em concreto armado, a estrutura será mais econômica. Para pré-dimensionamento adotar as seguintes relações entre altura do vigamento e o vão para vigas bi-apoiadas e sucessão de vãos isostáticos: Estrutura de Concreto Armado: Ponte Rodoviária: Ponte Ferroviária: Passarelas: 1/15<ℎ/𝐿<1/10 1/10<ℎ/𝐿<1/8 1/20<ℎ/𝐿<1/15 Estrutura de Concreto Protendido: Ponte Rodoviária: Ponte Ferroviária: Passarelas: 1/20<ℎ/𝐿<1/15 1/15<ℎ/𝐿<1/10 1/25<ℎ/𝐿<1/20 Classificação das Pontes 40Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 6 - Segundo o sistema estrutural da superestrutura: Para pré-dimensionamento adotar as seguintes relações entre altura do vigamento eo vão para vigas bi-apoiadas com balanços: Ponte Rodoviária: h1=L/9 à L/12 h2=L/20 Classificação das Pontes 41Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 6 - Segundo o sistema estrutural da superestrutura: Ponte em pórtico - Uma variante das pontes retas são conhecidas como pontes em pórticos, que através das formas dos pilares ou da ligação com as vigas principais (sem aparelho de apoio), fazem com que o conjunto vigas principais/pilares devem ser analisados como pórticos; Classificação das Pontes 42Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 6 - Segundo o sistema estrutural da superestrutura: Ponte em arco - as pontes em arco podem ser executadas com arcos isostáticos (tri-articulados) ou hiperestáticos (bi-articulados ou bi-engastados). o esquema estático em arco é interessante pois o efeito da flexão é reduzido. assim, consegue-se vencer grandes vãos com uma estrutura esbelta. tem-se executado pontes em arcos com vãos de até 300 metros. Classificação das Pontes 43Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 6 - Segundo o sistema estrutural da superestrutura: Ponte em arco; Classificação das Pontes 44Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 6 - Segundo o sistema estrutural da superestrutura: Ponte pênsil; Ponte estaiada. Classificação das Pontes 45Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 6 - Segundo o sistema estrutural da superestrutura: Ponte suspensa ou pênsil Um tabuleiro com uma ou mais torres; Extremidades da ponte: grandes ancoragens ou contra-pesos; Cabos principais: esticados de uma ancoragem, passando pelo topo das torres para chegar à ancoragem oposta; ou flexíveis: vulneráveis à ação do vento. As pontes pênseis são as que permitem vencer os maiores vãos (distância entre duas torres de sustentação), atingindo os 2000 m Classificação das Pontes 46Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 6 - Segundo o sistema estrutural da superestrutura: Ponte estaiada - o vigamento fica suspenso por cabos denominados de estais que são fixados nas torres. o vão da viga fica reduzido entre os estais. as vigas são em geral pré-moldadas e são executadas conjuntamente para os 2 lados da torre. os estais são tracionados e ocorre compressão nas vigas. Um tabuleiro contínuo com altura reduzida; Uma ou mais torres; Cabos são tensionados diagonalmente das torres; Cabos de aço (flexíveis): vulneráveis ao vento; Peso leve da ponte: vantagem durante terremotos; Comprimento de vãos típicos: de 110 até 480 metros; Aparência moderna. Classificação das Pontes 47Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 6 - Segundo o sistema estrutural da superestrutura: Ponte estaiada Classificação das Pontes 48Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 6 - Segundo o sistema estrutural da superestrutura: Ponte estaiada – tipos de arranjo de cabos Classificação das Pontes 49Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 7 - Segundo o sistema o material da superestrutura: Pontes de madeira; Pontes de alvenaria Pontes de concreto simples; Pontes de concreto armado; Pontes de concreto protendido Pontes de aço; Pontes mistas (concreto e aço). Classificação das Pontes 50Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 7 - Segundo o sistema o material da superestrutura: Pontes de madeira; Pontes de alvenaria Pontes de concreto simples; Pontes de concreto armado; Pontes de concreto protendido Pontes de aço; Pontes mistas (concreto e aço). Classificação das Pontes 51Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 7 - Segundo o sistema o material da superestrutura: Pontes de alvenaria Classificação das Pontes 52Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 7 - Segundo o sistema o material da superestrutura: Pontes de concreto armado; Classificação das Pontes 53Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 7 - Segundo o sistema o material da superestrutura: Pontes de concreto protendido; Classificação das Pontes 54Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 7 - Segundo o sistema o material da superestrutura: Pontes de aço; Classificação das Pontes 55Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 7 - Segundo o sistema o material da superestrutura: Pontes mistas (concreto e aço). Classificação das Pontes 56Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 8 - Segundo a posição do tabuleiro: Ponte com tabuleiro superior; Ponte com tabuleiro intermediário; Ponte com tabuleiro inferior. Salienta-se que para as pontes pênseis e para as pontes estaiadas o tabuleiro é sempre inferior. Classificação das Pontes 57Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 9 - Segundo a mobilidade dos tramos: Classificação das Pontes 58Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 9 - Segundo a mobilidade dos tramos: Ponte Levadiça Classificação das Pontes 59Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 10 - Segundo o tipo estático da superestrutura: Isostática – Usualmente empregado em pontes construídas com pré-moldados; Classificação das Pontes 60Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 10 - Segundo o tipo estático da superestrutura: Hiperestática. Classificação das Pontes 61Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 11 - Segundo o processo de execução: Construção com concreto moldado no local, com cimbramento fixo; A construção com concreto moldado no local, com cimbramento fixo, é a denominação aqui apresentada para o tipo tradicional de execução de concreto armado, e que consiste na concretagem da superestrutura no local, com o emprego de fôrmas apoiadas em cimbramento fixo. Classificação das Pontes 62Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 11 - Segundo o processo de execução: Construção com concreto moldado no local, com cimbramento fixo; A construção com concreto moldado no local, com cimbramento fixo, é a denominação aqui apresentada para o tipo tradicional de execução de concreto armado, e que consiste na concretagem da superestrutura no local, com o emprego de fôrmas apoiadas em cimbramento fixo. Classificação das Pontes 63Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 11 - Segundo o processo de execução: Construção com concreto moldado no local, com cimbramento fixo; Classificação das Pontes 64Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 11 - Segundo o processo de execução: Construção com elementos pré-moldados; A construção com o emprego de elementos pré-moldados, na sua forma mais comum, consiste no lançamento de vigas pré-moldadas por meio de dispositivo adequado, seguido da aplicação de parcela adicional de concreto moldado no local, em fôrmas que se apoiam nas vigas pré-moldadas, eliminando - ou reduzindo drasticamente - o cimbramento. Classificação das Pontes 65Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 11 - Segundo o processo de execução: Construção com elementos pré-moldados; Classificação das Pontes 66Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 11 - Segundo o processo de execução: Construção com balanços sucessivos; A construção das pontes em balanços sucessivos é feita a partir dos lados dos pilares, em segmentos; a fôrma para a moldagem de cada segmento é sustentada pelo segmento anterior, sendo portanto necessário que o concreto desse segmento anterior esteja com a resistência adequada. Também, neste caso, elimina-se - ou reduz-se drasticamente - o cimbramento.Existe também a alternativa de se fazer estes segmentos pré-moldados. Classificação das Pontes 67Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 11 - Segundo o processo de execução: Construção com balanços sucessivos; A primeira ponte projetada e construída por balanços sucessivos sobre o Rio do Peixe, em Santa Catarina, foi erguida ainda na década de 1930. Na ocasião, o projeto inovador do engenheiro Emílio Baumgart utilizou concreto armado, e o vão central da ponte de 68 m foi o maior do mundo durante vários anos. Classificação das Pontes 68Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 11 - Segundo o processo de execução: Construção com balanços sucessivos; Classificação das Pontes 69Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 11 - Segundo o processo de execução: Construção com balanços sucessivos; Classificação das Pontes 70Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 11 - Segundo o processo de execução: Construção com balanços sucessivos; Classificação das Pontes 71Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 11 - Segundo o processo de execução: Construção com deslocamentos progressivos. A construção com deslocamentos progressivos consiste na execução da ponte em segmentos, em local apropriado junto à cabeceira da ponte; à medida que o concreto de cada segmento vai adquirindo a resistência adequada, a ponte é progressivamente deslocada para o local definitivo, também eliminando - ou reduzindo drasticamente - o cimbramento. Classificação das Pontes 72Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 11 - Segundo o processo de execução: Construção com deslocamentos progressivos. Classificação das Pontes 73Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 11 - Segundo o processo de execução: Construção com deslocamentos progressivos. Classificação das Pontes 74Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 Segundo a seção transversal às pontes de concreto se classificam em Ponte de Laje (Maciça ou Vazada) Pontes de Viga (Seção T e Seção Celular) Considerações Preliminares para o Projeto 75Profº Jair Borges Pontes – CCE0288 O projeto e execução de uma ponte exige grande conhecimento e informações em diversas áreas. Teoria das estruturas/mecânica dos materiais; Estruturas de concreto armado e protendido; Estruturas metálicas; Mecânica dos solos; Geologia; Hidráulica e hidrologia; Materiais; Topografia; Estradas; Fundações.
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