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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE GOIÁS CÂMPUS APARECIDA DE GOIÂNIA DEPARTAMENTO DE ÁREAS ACADÊMICAS CURSO DE BACHARELADO EM ENGENHARIA CIVIL MEMORIAL DESCRITIVO E DE CÁLCULO PONTE TRELIÇADA FERROVIÁRIA DE MADEIRA BOA VISTA-RORAIMA WENDELL ALVES BADARÓ GOIÂNIA 2019 INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE GOIÁS CÂMPUS APARECIDA DE GOIÂNIA DEPARTAMENTO DE ÁREAS ACADÊMICAS CURSO DE BACHARELADO EM ENGENHARIA CIVIL WENDELL ALVES BADARÓ MEMORIAL DESCRITIVO E DE CÁLCULO PONTE TRELIÇADA FERROVIÁRIA DE MADEIRA BOA VISTA-RORAIMA Trabalho de ponte treliçada ferroviária de madeira apresentado ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Goiás – Câmpus Goiânia como requisito parcial para a aprovação na disciplina: Estruturas de Madeira e desenvolvido na linha de pesquisa: Estruturas sob orientação do Me. Guilherme S. Alencar. GOIÂNIA 2019 INDÍCE 1 OBJETIVO 4 2 DOCUMENTOS DE REFERÊNCIA 4 3 BIBLIOGRAFIA PRINCIPAL 5 4 DESCRIÇÃO DA OBRA 5 5 PARÂMETROS DE PROJETO 6 5.1 MATERIAIS 6 5.2 CARGAS PERMANENTES 8 5.3 CARGAS MÓVEIS 8 5.4 DESENHOS 9 6 DIMENSIONAMENTO 11 7 TABELAS E FÓRMULAS 30 8 ORÇAMENTO POR CUSTO UNITÁRIO 35 1 OBJETIVO O presente memorial descritivo é parte documental da obra Ponte de Madeira sobre o Rio Cauamé, localizado no município de Boa Vista/RR. A ponte tem como característica: largura de 6m, comprimento de 24m, ficando com área total de 144 m². Os 24 metros de comprimento são vencidos por 8 vãos de 3,0 metros. Esta obra será executada no local com a finalidade de passagem de um trem ferroviário para transporte de alimentos para atender à necessidade dos moradores da cidade. Este memorial descritivo irá complementar as informações contidas nos projetos, elaborar procedimentos e rotinas para a execução dos trabalhos, com o propósito de assegurar o cumprimento do cronograma físico-financeiro, a qualidade da execução, a racionalidade, economia e segurança, tanto dos usuários, como dos colaboradores da empresa contratada. Foi utilizado para o processamento da estrutura o programa: Autodesk Robot Structural Analisys Professional 2018. 2 DOCUMENTOS DE REFERÊNCIA Foram utilizados alguns documentos com o propósito de criar todo amparo técnico para a construção da ponte: ➢ Manual de projeto e construção de pontes de madeira, Carlito Cali Júnior [et. Al.], Suprema: São Paulo,2006. ➢ Coleção Manuais de Engenharia Civil, Estruturas de Madeira, João Miguel Santos Dias,2BEducação,2018. ➢ Estruturas de Madeira, Walter Pfeil e Michele Pfeil, LTC,2016. 3 BIBLIOGRAFIA PRINCIPAL O presente projeto foi elaborado de acordo com as Normas Brasileiras vigentes, em particular: ➢ ABNT NBR 7188: 1984 - Carga móvel em ponte rodoviária e passarela de pedestre - Procedimento; ➢ ABNT NBR 6120:1980 – Cargas para o Cálculo de Estruturas de Edificações; ➢ ABNT NBR 6122:1996 – Projeto e Execução de Fundação; ➢ ABNT NBR 7190:1997 – Projeto de estruturas de madeira; 4 DESCRIÇÃO DA OBRA ➢ OBRA:PONTE TRELIÇADA FERROVIÁRIA DE MADEIRA ➢ MADEIRA UTILIZADA: (ANGELIM-PEDRA VERDADEIRO) ➢ LOCALIZAÇÃO: BOA VISTA-RORAIMA/RR ➢ VÃO: 24 METROS ➢ LARGURA: 6 METROS ➢ ALTURA: 4,5 METROS ➢ COORDENADAS: 2°51'40.8"N 60°43'18.9"W ➢ REFERÊNCIA: FINAL DA AVENIDA SABIÁ CUNHA SOBRE O RIO CAUAMÉ 5 PARÂMETROS DE PROJETO Para a caracterização de todos elementos de um projeto é necessário a compreensão de todas as peculiaridades pertinentes aos: materiais, ações de carregamento e as combinações no que diz respeito ao atendimento do estado limite último e de serviço. Com o intuito de melhor organização, os critérios de parâmetros de projeto serão explicados em subtópicos abaixo. 5.1 MATERIAIS Madeira: A madeira utilizada será o Angelim- Pedra Verdadeiro, conhecida também como angelim vermelho. Seu nome científico é Dinizia excelsa Ducke, Leguminosae. Sua principal ocorrência está em alguns estados do Norte do Brasil, o que justifica a sua escolha. Porém, está presente em alguns países como: Guiana, Guiana Francesa e Suriname. Durabilidade Natural: O cerne apresenta alta resistência ao ataque de organismos xilófagos (fungos e insetos). Em ensaios de campo com estacas, esta madeira foi considerada altamente durável, com vida média maior que oito anos. Esta madeira apresenta tendência moderada à torsão, e leve ao colapso; seca relativamente bem ao ar. Propriedades Físicas da madeira: Densidade de massa (ρ): • Aparente a 15% de umidade (ρ ap. 15): 1090 kg/m³ (IPT,1989a) • Madeira verde (ρ verde): 1260 kg/m³ (IBAMA,1997a) • Básica (ρ básica): 830 kg/m³ (IBAMA,1997a) Contração: • Radial: 4,2 % • Tangencial: 6,6 % • Volumétrica: 14,6 % Propriedades Mecânicas da madeira: Flexão: Resistência: -Madeira verde: 99,7 MPa -Madeira a 15% de umidade: 138,1 MPa Limite de proporcionalidade - Madeira verde: 59,1 MPa Módulo de elasticidade - Madeira verde: 14073 Mpa Compressão paralela às fibras: Resistência (fc0): -Madeira verde: 65,2 MPa -Madeira a 15% de umidade: 80,9 MPa Coeficiente de influência de umidade: 4,0 % Outras propriedades: • Cisalhamento - Madeira verde: 13,1 MPa • Cisalhamento - Madeira a 12%: 17,7 MPa • Dureza janka paralela - Madeira verde: 9993 N • Dureza janka paralela - Madeira a 12%: 14318 N • Dureza janka transversal - Madeira verde: 10866 N • Dureza janka transversal - Madeira a 12%: 13543 N • Tração normal às fibras - Madeira verde: 8,5 MPa • Fendilhamento - Madeira verde: 1,1 MPa O uso da madeira angelim pedra-verdadeiro, se destaca na construção civil, por sua utilização na construção de pontes, dormentes ferroviários, estacas, esteios, cruzetas, piers, obras portuárias, etc. 5.2 CARGAS PERMANENTES A carga permanente da estrutura será definida pelo peso próprio da estrutura, que pode ser obtido com o peso específico da madeira utilizada. O peso específico do Angelim Pedra Verdadeiro é de 12,35 KN/m³ (Peso úmido), e de 9,51 Kg/m/3 (Seca em estufa). Face Tangencial Face Radial Fotomacrografia (10x) 5.3 CARGAS MÓVEIS Pela caracterização arbitrária à título de simulação, será utilizado um vagão do tipo HFT, normalmente utilizado para o transporte de grãos. O vagão possui 4m de altura, e possui uma distância entre trilhos de 1m (bitola métrica). 5.4 DESENHOS Ponte Treliçada Ferroviária de Madeira-Visão Realista Ponte Treliçada Ferroviária de Madeira-Visão Raio X Desenho da Vista Superior da Ponte Desenho da Vista Lateral da Ponte Desenho da Vista Frontal da ponte 6 DIMENSIONAMENTO Geometria: A geometria das peças de madeira considerada neste projeto fora retangular com seção de 20X50 (cm)-Barras Verticais e 30x70 (cm) as barras Horizontais e Diagonais. Para consideração do efeito de carregamento, foram consideradas a pior situação possível dado o posicionamento do vagão ao longo da ponte. Segundo a Tabela 3 da NBR 7190:1997, a madeira escolhida pertencentes às dicotiledôneas (Folhosas). Possui os seguintes valores na condição padrão de referência U=12%: -Classe: D60 -fc0k:60 Mpa -fvk:8 Mpa -Ec0,m:24500 Mpa - ρaparente:1000Kg/m³ Segundoa Tabela 4 da NBR 7190:1997, têm-se as classes de carregamento e valores para o primeiro fator modificador Kmod1: -Classe de Carregamento: Permanente -Ordem de Grandeza da duração acumulada da ação característica: Vida útil da construção. -Tipo de Madeira: Madeira serrada, roliça, laminada, compensada. Portanto, o Kmod 1 terá o valor de: 0,6. Segundo a Tabela 5 da NBR 7190:1997, têm-se uma relação para encontrar o Kmod 2, definido pelos seguintes critérios: -Classe de Umidade: 3 para madeira serrada, roliça, laminada, compensada. Portanto, o Kmod 2 terá o valor de 0,8. Segundo a Tabela 8 da NBR 7190:1997, leva-se em consideração se a madeira é de primeira ou de segunda categoria para as folhosas/dicotiledôneas: Com efeitos de segurança e reserva quanto a origem da madeira empregada, o Kmod3 terá o valor de 0,85, classe S1. Logo a multiplicação entre o Kmod1, Kmod2 e Kmod 3 será:0,408=Kmod Cálculo para as barras com L=4,5m (Barras Verticais) Área=1000cm² Índice de esbeltez em x: 31,18 Índice de esbeltez em y: 77,94 Momento de Inércia em x: 2.083.333,33 cm4 Momento de Inércia em y: 33333,33 cm4 Módulo de Resistência em x: 8333,33 cm³ Módulo de Resistência em y: 3333,33cm³ =================== Relatório de Cálculos =================== CÁLCULOS DE TRAÇÃO Fco,d= kmod*Fco,k/Ywt Fco,d= 0.41*60.00/10/1.80 Fco,d= 1.36 kN/cm² Nt,d= A*Fco,d Nt,d= 1000.00*1.36 Nt,d= 1360.00 kN =============== CÁLCULOS DE COMPRESSÃO Fco,d= kmod*Fco,k/Ywt Fco,d= 0.41*60.00/10/1.40 Fco,d= 1.75 kN/cm² E0,05= 0,7*Ec0m E0,05= 0,7*2450.00 E0,05= 1715.00kN/cm² Esbeltez relativa x Λrel,x= Λx/Pi*√(Fco,k/E0,05) Λrel,x= 31.18/3,14*√(60.00/10/1715.00) Λrel,x= 0.59 Esbeltez relativa y Λrel,y= Λy/Pi*√(Fco,k/E0,05) Λrel,y= 77.94/3,14*√(60.00/10/1715.00) Λrel,y= 1.47 kx= 0,5*[1+Bc*(Λrel,x-0,3)+(Λrel,x)²] kx= 0,5*[1+0.20*(0.59-0,3)+(0.59)²] kx= 0.701 ky= 0,5*[1+Bc*(Λrel,y-0,3)+(Λrel,y)²] ky= 0,5*[1+0.20*(1.47-0,3)+(1.47)²] kx= 1.693 kcx= 1/√[kx+(kx²-Λrel,x²)] kcx= 1/√[0.70(0.70²-0.59²)] kcx= 0.922 kcy= 1/√[ky+(ky²-Λrel,y²)] kcy= 1/√[1.69(1.69²-1.47²)] kcy= 0.394 Nc,d(x)= kcx*Fco,d*A Nc,d(x)= 0.92*1.75*1000.00 Nc,d(x)= 1612.87 Nc,d(y)= kcy*Fco,d*A Nc,d(y)= 0.39*1.75*1000.00 Nc,d(y)= 688.77 Nc,Rd= 688.771 =============== CÁLCULOS DE FLEXÃO Ec0,ef= kmod*Ec0,m Ec0,ef= 0.41*24500.00/10 Ec0,ef= 999.60 kN/cm² Carregamentos definidos: Fgk=205.56 gy= Fgk*cos(inc) gy= 205.56*cos(0.00) gy= 205.56 kN/m Combinação - Estado Limite Último qyd= 1,4*gy+0,75*1,4*Fwk qyd= 1,4*8.50+0,75*1,4*0.00 qyd= 11.90 kN/m Combinação - Estado Limite de Utilização qy= gy+0,2*Fwk qy= 8.50+0,2*0.00 qy= 8.50 kN/m Solicitações Máximas Mxd= qxd*L²/8 Mxd= 0.00*4.50²/8 Mxd= 30.12 kN.m Myd= qyd*L²/8 Myd= 11.90*4.50²/8 Myd= 0.00 kN.m Vxd= qxd*L/2 Vxd= 0.00*4.50/2 Vxd= 26.77 kN Vyd= qyd*L/2 Vyd= 11.90*4.50/2 Vyd= 0.00 kN σxd= Mxd/Wx σxd= 30.12/8333.33 σxd= 0.36 kN/cm² σyd= Myd/Wy σyd= 0.00/3333.33 σyd= 0.00 kN/cm² Deformações Δx= 5*(L^4)*qx/384*E*Iy Δx= 5*(450.00^4)*0.00/384*999.60*33333.33 Δx= 0.000 cm Δy= 5*(L^4)*qy/384*E*Ix Δy= 5*(450.00^4)*8.50/384*999.60*208333.33 Δy= 0.218 cm =============== VERIFICAÇÕES - FLEXÃO Fco,d= kmod*Fco,k/Ywt Fco,d= 0.41*6.00/10/1.40 Fco,d= 1.75 kN/cm² Bm= 1/(PI/4)*√(h³/b)*4/√[h/(b-0,63)]*1,4 Bm= 1/(PI/4)*√(50.00³/20.00)*4/√[50.00/(20.00-0.63)]*1,4 Bm= 10.52 Verificação de Flambagem Lateral L/b <= E/Bm*Fco,d 450.00/20.00<=999.60/10.52*1.75 22.50 <= 54.36 PASSOU! Verificação de Segurança à Flexão Oblíqua σxd/Fco,d +0,5*σyd/fco,d < 1 0.36/1.75+0,5*0.00/1.75 < 1 0.21 < 1 PASSOU! Verificação de Flecha Limite Δ= √(Δx²+Δy²) Δ= √(0.000²+0.218²) Δ= 0.218 cm Verificação à Tensões Cisalhantes (3/2)*√(Vxd²+Vyd²)/A <= 0,15*Fco,d (3,/2)*√(26.77²+0.00²)/1000.00 <= 0,15*1.75 0.03 <= 0.26 PASSOU! Δ < L/300 0.218 < 450.00/300 0.218 cm < 1.500 cm PASSOU! VERIFICAÇÕES – FLEXOCOMPRESSÃO 1 Nc,d considerado =148.29 Excentricidade mínima considerada Emin=L/300 Emin=450.00/300 Emin=1.50 cm Momento devido à excentricidade Mxd=Ncd*Emin Mxd= 148.29*1.50 Mxd= 222.435 kN.cm Myd= 0.000 kN.cm Tensões Txd=Mxd/Wx Txd= 222.44/8333.33 Txd= 0.027 kN/cm² Tyd=Myd/Wy Tyd= 0.00/3333.33 Tyd= 0.000 kN/cm² Tncd=Nc,d/A Tncd= 148.29/1000.00 Tncd= 0.15 kN/cm² Λrel,x= 0.59 Λrel,y= 1.47 Λrel > 0.3 ~ Portanto a verificação a ser aplicada é: Vericações - flexocompressão (Tncd/kcx*fc0,d)+(Tmxd/fc0,d)+kM*(Tmyd/fc0,d) <= 1 0.15/0.92*1.75+0.03/1.75+1.00*0.00/1.75 (Tncd/kcy*fc0,d)+kM*(Tmxd/fc0,d)+(Tmyd/fc0,d) <= 1 0.15/0.39*1.75+1.00*0.03/1.75+0.00/1.75 0.30 <= 1 0.67 <= 1 PASSOU! ===================================== VERIFICAÇÕES – FLEXOCOMPRESSÃO 2 Nc,d considerado =178.80 Excentricidade mínima considerada Emin=L/300 Emin=450.00/300 Emin=1.50 cm Momento devido à excentricidade Mxd=Ncd*Emin Mxd= 178.80*1.50 Mxd= 268.200 kN.cm Tensões Txd=Mxd/Wx Txd= 268.20/8333.33 Txd= 0.032 kN/cm² Tyd=Myd/Wy Tyd= 0.00/3333.33 Tyd= 0.000 kN/cm² Tncd=Nc,d/A Tncd= 178.80/1000.00 Tncd= 0.18 kN/cm² Λrel,x= 0.59 Λrel,y= 1.47 Λrel > 0.3 ~ Portanto a verificação a ser aplicada é: Verificações - flexocompressão (Tncd/kcx*fc0,d)+(Tmxd/fc0,d)+kM*(Tmyd/fc0,d) <= 1 0.18/0.92*1.75+0.03/1.75+1.00*0.00/1.75 (Tncd/kcy*fc0,d)+kM*(Tmxd/fc0,d)+(Tmyd/fc0,d) <= 1 0.18/0.39*1.75+1.00*0.03/1.75+0.00/1.75 0.36 <= 1 0.81 <= 1 PASSOU! Cálculo para as barras com L=3,0m (Barras Verticais) -30x70 Área=2100,00cm² Índice de esbeltez em x: 14,85 Índice de esbeltez em y: 36,74 Momento de Inércia em x: 857.500,00 cm4 Momento de Inércia em y: 157.500.00 cm4 Módulo de Resistência em x: 24500,00 cm³ Módulo de Resistência em y: 10500,00cm³ =============== CÁLCULOS DE TRAÇÃO Fco,d= kmod*Fco,k/Ywt Fco,d= 0.41*60.00/10/1.80 Fco,d= 1.36 kN/cm² Nt,d= A*Fco,d Nt,d= 2100.00*1.36 Nt,d= 2856.00 kN CÁLCULOS DE COMPRESSÃO Fco,d= kmod*Fco,k/Ywt Fco,d= 0.41*60.00/10/1.40 Fco,d= 1.75 kN/cm² E0,05= 0,7*Ec0m E0,05= 0,7*2450.00 E0,05= 1715.00kN/cm² Esbeltez relativa x Λrel,x= Λx/Pi*√(Fco,k/E0,05) Λrel,x= 14.85/3,14*√(60.00/10/1715.00) Λrel,x= 0.28 Esbeltez relativa y Λrel,y= Λy/Pi*√(Fco,k/E0,05) Λrel,y= 34.64/3,14*√(60.00/10/1715.00) Λrel,y= 0.65 kx= 0,5*[1+Bc*(Λrel,x-0,3)+(Λrel,x)²] kx= 0,5*[1+0.20*(0.28-0,3)+(0.28)²] kx= 0.537 ky= 0,5*[1+Bc*(Λrel,y-0,3)+(Λrel,y)²] ky= 0,5*[1+0.20*(0.65-0,3)+(0.65)²] kx= 0.748 kcx= 1/√[kx+(kx²-Λrel,x²)] kcx= 1/√[0.54(0.54²-0.28²)] kcx= 1.004 kcy= 1/√[ky+(ky²-Λrel,y²)] kcy= 1/√[0.75(0.75²-0.65²)] kcy= 0.898 Nc,d(x)= kcx*Fco,d*A Nc,d(x)= 1.00*1.75*2100.00 Nc,d(x)= 3688.40 Nc,d(y)= kcy*Fco,d*A Nc,d(y)= 0.90*1.75*2100.00 Nc,d(y)= 3296.36 Nc,Rd= 3296.360 CÁLCULOS DE FLEXÃO Ec0,ef= kmod*Ec0,m Ec0,ef= 0.41*24500.00/10 Ec0,ef= 999.60 kN/cm² Carregamentos definidos: Fgk= 205.56gy= Fgk*cos(inc) gy= 205.56*cos(0.00) gy= 205.56 kN/m Combinação - Estado Limite Último qyd= 1,4*gy+0,75*1,4*Fwk qyd= 1,4*205.56+0,75*1,4*0.00 qyd= 287.78 kN/m Combinação - Estado Limite de Utilização qy= gy+0,2*Fwk qy= 205.56+0,2*0.00 qy= 205.56 kN/m Solicitações Máximas Mxd= qxd*L²/8 Mxd= 0.00*3.00²/8 Mxd= 323.76 kN.m Myd= qyd*L²/8 Myd= 287.78*3.00²/8 Myd= 0.00 kN.m Vxd= qxd*L/2 Vxd= 0.00*3.00/2 Vxd= 431.68 kN Vyd= qyd*L/2 Vyd= 287.78*3.00/2 Vyd= 0.00 kN σxd= Mxd/Wx σxd= 323.76/24500.00 σxd= 1.32 kN/cm² σyd= Myd/Wy σyd= 0.00/10500.00 σyd= 0.00 kN/cm² Deformações Δy= 5*(L^4)*qy/384*E*Ix Δy= 5*(300.00^4)*205.56/384*999.60*857500.00 Δy= 0.253 cm =============== VERIFICAÇÕES - FLEXÃO Fco,d= kmod*Fco,k/Ywt Fco,d= 0.41*6.00/10/1.40 Fco,d= 1.75 kN/cm² Bm= 1/(PI/4)*√(h³/b)*4/√[h/(b-0,63)]*1,4 Bm= 1/(PI/4)*√(70.00³/30.00)*4/√[70.00/(30.00-0.63)]*1,4 Bm= 9.93 Verificação de Flambagem Lateral L/b <= E/Bm*Fco,d 300.00/30.00<=999.60/9.93*1.75 10.00 <= 57.54 PASSOU! Verificação de Segurança à Flexão Oblíqua σxd/Fco,d +0,5*σyd/fco,d < 1 1.32/1.75+0,5*0.00/1.75 < 1 0.76 < 1 PASSOU! Verificação à Tensões Cisalhantes (3/2)*√(Vxd²+Vyd²)/A <= 0,15*Fco,d (3,/2)*√(431.68²+0.00²)/2100.00 <= 0,15*1.75 0.21 <= 0.26 PASSOU! Verificação de Flecha Limite Δ= √(Δx²+Δy²) Δ= √(0.000²+0.253²) Δ= 0.253 cm Δ < L/300 0.253 < 300.00/300 0.253 cm < 1.000 cm PASSOU! VERIFICAÇÕES - FLEXOCOMPRESSÃO Nc,d considerado =178.80 Excentricidade mínima considerada Emin=L/300 Emin=300.00/300 Emin=1.00 cm Momento devido à excentricidade Mxd=Ncd*Emin Mxd= 178.80*1.00 Mxd= 178.800 kN.cm Myd= 0.000 kN.cm Tensões Txd=Mxd/Wx Txd= 178.80/24500.00 Txd= 0.007 kN/cm² Tncd=Nc,d/A Tncd= 178.80/2100.00 Tncd= 0.09 kN/cm² Λrel,x= 0.28 Λrel,y= 0.65 Verificações - flexocompressão (Tncd/fc0,d)²+(Tmxd/fc0,d)+kM*(Tmyd/fc0,d) <= 1 (0.09/1.75)²+0.01/1.75+1.00*0.00/1.75 (Tncd/fc0,d)²+kM*(Tmxd/fc0,d)+(Tmyd/fc0,d) <= 1 (0.09/1.75)²+1.00*0.01/1.75+0.00/1.75 0.22 <= 1 0.22 <= 1 PASSOU! 7 TABELAS E FÓRMULAS CÁLCULO DA TRAÇÃO CÁLCULO DA COMPRESSÃO CÁLCULO DA FLEXÃO CÁLCULO DA FLAMBAGEM LATERAL CÁLCULO DA SEGURANÇA À FLEXÃO OBLÍQUA TENSÕES CISALHANTES CÁLCULO DA FLECHA LIMITE FLEXOCOMPRESSÃO EXCENTRICIDADE MÍNIMA E ESFORÇOS CÁLCULO DAS TENSÕES EXCENTRICAS 8 ORÇAMENTO POR CUSTO UNITÁRIO