ponte ferroviÁria com prÉ-esforÇo extradorsal

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i PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL PROJECTO BASE E ESTUDOS ESPECIAIS André Filipe de Sousa Bento Guedes Quinhones Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em ENGENHARIA CIVIL Orientador: Prof. José Joaquim Costa Branco Oliveira Pedro Orientador: Prof. Francisco Baptista Esteves Virtuoso Júri Presidente: Prof. José Manuel Matos Noronha da Câmara Orientador: Prof. José Joaquim Costa Branco Oliveira Pedro Vogal: Prof. Pedro António Martins Mendes Outubro 2014

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Page 1: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

i

PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO

EXTRADORSAL

PROJECTO BASE E ESTUDOS ESPECIAIS

André Filipe de Sousa Bento Guedes Quinhones

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em

ENGENHARIA CIVIL

Orientador: Prof. José Joaquim Costa Branco Oliveira Pedro

Orientador: Prof. Francisco Baptista Esteves Virtuoso

Júri

Presidente: Prof. José Manuel Matos Noronha da Câmara

Orientador: Prof. José Joaquim Costa Branco Oliveira Pedro

Vogal: Prof. Pedro António Martins Mendes

Outubro 2014

Page 2: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

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RESUMO

Nesta dissertação estuda-se uma solução a nível de Projecto Base e realizam-se Estudos

Especiais complementares de uma ponte com pré-esforço extradorsal ferroviária para

comboios de alta-velocidade, com um tabuleiro em betão armado pré-esforçado e com

uma secção em caixão. É definido o faseamento construtivo do tabuleiro e considerado na

modelação da ponte. Avalia-se a evolução das tensões no tabuleiro e nos cabos extradorsais

ao longo da construção da estrutura e em serviço.

Efectua-se a verificação da segurança dos estados limites últimos, dos estados limites de

serviço e de fadiga do tabuleiro e dos cabos extradorsais utilizando os critérios de

dimensionamento e as acções dos Eurocódigos estruturais.

Procede-se à avaliação da resposta dinâmica do tabuleiro à passagem de comboios de alta-

velocidade conforme previsto no Eurocódigo 1, verificando-se para esta acção os critérios

de conforto em serviço da ponte.

As infraestruturas são dimensionadas tendo em conta a acção sísmica caracterizada por 10

acelerogramas gerados artificialmente, e introduzindo a contribuição dos aparelhos

óleodinâmicos previstos na ligação longitudinal do tabuleiro aos encontros. Avalia-se a

fendilhação da base dos pilares e a consequente perda de rigidez para os sismos de projecto

e de serviço, a partir dos diagramas momento-curvatura. Verifica-se o ELU de resistência à

flexão composta desviada dos pilares para à acção sísmica de projecto.

Por fim, são desenvolvidos modelos de escoras e tirantes para resolver peças de betão

armado com geometria complexa, como é o caso da transmissão das forças verticais dos

mastros para os pilares e dos contrafortes dos encontros sujeitos às elevadas forças

horizontais transmitidos pelos aparelhos de amortecimento sísmico.

Palavras-chave: Ponte com Pré-Esforço Extradorsal, Tabuleiro Ferroviário, Processo

Construtivo, Fadiga, Alta Velocidade, Aparelhos Óleodinâmicos, Modelos de Escoras e

Tirantes

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ABSTRACT

This thesis studies the structural solution for an extradosed railway bridge for high-speed

trains, with a pre-stressed concrete box-girder deck. The construction sequence is defined

and modelled, and the construction stages are analysed.

The Eurocodes are used for the definition of the actions and general safety criteria; The

main in-service safety verifications are preformed as well as fatigue and other ultimate limit

states.

Special studies are performed as well, namely the deck’s dynamic response during the

crossing of high-speed train’s according with the Eurocode 1 procedure, evaluating the

deck performance during the train’s circulation.

Seismic analysis or the structure with viscous dampers linking the deck to the piers and

abutments is performed using artificial acelerogramas. The evaluation of the level of

cracking at the base of the piers is achieved using moment-curvature relationships.

Ultimate limit state design of the piers is performed using N-M diagrams.

Finally, strut and tie models are used to justify complex concrete elements like the

transition of the masts vertical force to the top of the piers and the horizontal seismic force

of the deck to the abutments foundations.

Keywords: Railway Extradosed Bridges, Construction Process, Fatigue, High Speed Trains,

Viscous Dampers, Interaction Diagrams, Strut and Tie Models

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Agradecimentos

Na realização desta dissertação de mestrado obtive o contributo e apoio indispensável de

várias pessoas que não quero deixar de realçar e louvar a sua importância determinante para

a sua concretização, às quais quero exprimir algumas palavras de agradecimento e profundo

reconhecimento:

ao Professor José Oliveira Pedro pela disponibilidade para orientar este trabalho, pela

revisão critica do texto, pelos esclarecimentos, opiniões e sugestões, pela cedência e

indicação de alguma bibliografia para a temática em análise, pela cordialidade e simpatia

dispensada e estímulo decisivo na elaboração desta tese, pelos oportunos concelhos, pela

transmissão de conhecimentos e acompanhamento ao longo do meu percurso académico

como Professor das disciplinas de Dimensionamento de Estruturas, Pontes e Estruturas

Especiais.

ao Professor Francisco Virtuoso, pelo incentivo e ajuda na escolha do objecto em

estudo, pelos preciosos concelhos para o exercício da profissão, pelo espirito critico

construtivo, pela transmissão de conhecimentos como Professor das disciplinas de

Dimensionamento de Estruturas e Pontes.

ao Professor Augusto Gomes, com quem tive o orgulho e privilégio de colaborar a nível

profissional no âmbito de projectos de estruturas, cujos conhecimentos foram importantes

para a minha formação.

ao Professor João Almeida, por ter facultado bibliografia e pela ajuda prestada no

esclarecimento da temática sobre modelos de escoras e tirantes.

ao Professor Luís Guerreiro, pela sua disponibilidade e ajuda prestada relativo à

transmissão de conhecimentos de modelação e comportamento de dissipadores viscosos

aplicados a uma estrutura.

a todos os meus amigos e colegas de curso, nomeadamente João Serra e Diogo Serpa

que fizeram parte do meu grupo de trabalho para elaboração de um estudo prévio de uma

ponte com pré-esforço extradorsal na disciplina de Pontes, pela amizade e espírito de

entreajuda.

ao meu irmão Bruno Quinhones pelos conselhos, criticas construtivas, apoio

incondicional e presença em momentos decisivos e aos meus pais, pelo carinho, dedicação,

apoio e encorajamento ao longo de todo o meu percurso académico, ajuda e estímulo nas

alturas de maior pressão. A eles dedico o meu trabalho.

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ÍNDICE

1 Introdução e Objetivos ............................................................................................................ 1

1.1 Objectivos ......................................................................................................................... 1

1.2 Estrutura do trabalho ....................................................................................................... 2

2 CONCEPção da solução ......................................................................................................... 3

2.1 condicionamentos gerais ................................................................................................. 3

2.1.1 Condicionantes Geométricas e Ferroviárias ........................................................ 3

2.1.2 Condicionantes Topográficas e Hidráulicas ......................................................... 3

2.1.3 Condicionantes geotécnicas .................................................................................... 4

2.1.4 Condicionantes estéticas e de integração paisagística ......................................... 4

2.2 Solução de ponte com Pré-Esforço Extradorsal ......................................................... 4

2.2.1 Enquadramento histórico ....................................................................................... 4

2.2.2 Ligação cabos extradorsais/torre ........................................................................... 5

2.2.3 Ligação cabos extradorsais/tabuleiro .................................................................... 6

2.2.4 Encaminhamento das cargas verticais pelos cabos extradorsais ....................... 8

2.2.5 Tensão instalada e módulo de elasticidade equivalente ...................................... 9

2.2.6 Exemplos de pontes com pré-esforço extradorsal............................................ 10

2.3 Dimensionamento estrutural ........................................................................................ 14

2.3.1 Tabuleiro e elementos complementares ............................................................. 14

2.3.2 Mastros e solução de pré-esforço extradorsal .................................................... 17

2.4 Pilares, encontros e fundações ..................................................................................... 19

2.5 Materiais ........................................................................................................................... 21

2.6 Processos construtivos .................................................................................................. 23

3 Acções e critérios de verificação estrutural ......................................................................... 27

3.1 Acções .............................................................................................................................. 27

3.1.1 Cargas permanentes ............................................................................................... 27

3.1.2 Fluência ................................................................................................................... 28

3.1.3 Retração ................................................................................................................... 31

Page 11: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

xi

3.1.4 Variação de Temperatura Uniforme ................................................................... 33

3.1.5 Variação de Temperatura Linear ......................................................................... 33

3.1.6 Pré-Esforço ............................................................................................................. 34

3.1.7 Impulsos de Terras ................................................................................................ 34

3.1.8 Sobrecargas nos Encontros .................................................................................. 35

3.1.9 Sobrecargas – LM 71 ............................................................................................. 35

3.1.10 Efeitos Dinâmicos das Cargas Móveis................................................................ 36

3.1.11 Forças de Lacete ..................................................................................................... 37

3.1.12 Forças de Arranque e de Frenagem .................................................................... 37

3.1.13 Acção Sísmica ......................................................................................................... 38

3.2 Critérios de verificação estrutural ................................................................................ 40

3.2.1 Estado Limite Último ............................................................................................ 40

3.2.2 Estado Limite Serviço ........................................................................................... 41

3.2.3 Fadiga e dimensionamento dos cabos extradorsais .......................................... 42

4 Verificação Estrutural da Superestrutura ............................................................................ 45

4.1 Análise Transversal do Tabuleiro................................................................................. 45

4.1.1 Modelo de Cálculo da Laje ................................................................................... 45

4.1.2 Estados Limites de Serviço da Laje do Tabuleiro ............................................. 46

4.1.3 Estados Limites Últimos de Flexão da Laje do Tabuleiro ............................... 48

4.1.4 Verificação das escoras metálicas ........................................................................ 48

4.2 Análise Longitudinal ...................................................................................................... 53

4.2.1 Modelo de Cálculo ................................................................................................. 53

4.2.2 Procedimento do tensionamento dos cabos ...................................................... 54

4.2.3 Tensionamento dos Cabos Extradorsais ............................................................ 55

4.2.4 Efeito das Sobrecargas .......................................................................................... 57

4.2.5 Estados Limites de Serviço do Tabuleiro ........................................................... 59

4.2.6 Armadura Mínima de Alma .................................................................................. 62

4.2.7 ELU - Flexão Composta Longitudinal ............................................................... 63

Page 12: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

xii

4.2.8 ELU – Esforço Transverso .................................................................................. 66

4.2.9 Armadura no apoio de extremidade .................................................................... 68

4.2.10 Armadura de Ligação Banzo-Alma ..................................................................... 69

4.2.11 Verificação da Fadiga dos Cabos Extradorsais .................................................. 69

4.2.12 Verificação Estado Limite Último dos Mastros ................................................ 70

4.3 Verificações de estado limite de serviço específi-cas de pontes ferroviárias ......... 72

4.3.1 Aceleração vertical no tabuleiro ........................................................................... 72

4.3.2 Comboios tipo ........................................................................................................ 74

4.3.3 Velocidade ............................................................................................................... 74

4.3.4 Amortecimento ...................................................................................................... 75

4.3.5 Massa da estrutura .................................................................................................. 75

4.3.6 Modelo da Análise ................................................................................................. 75

4.3.7 Discretização e intervalo de tempo ..................................................................... 75

4.3.8 Modos de Vibração Verticais ............................................................................... 76

4.3.9 Validação da Análise Dinâmica ............................................................................ 77

4.3.10 Cálculo da aceleração vertical do tabuleiro ........................................................ 78

4.3.11 Comparação dos Esforço Dinâmicos com os Esforços Estáticos ................. 80

4.3.12 Verificação da deformação máxima .................................................................... 81

4.3.13 Empenamento da secção ...................................................................................... 82

5 Verificação dOS pilares/encontros e fundações ................................................................ 85

5.1 Análise dos Pilares .......................................................................................................... 85

5.1.1 Análise Sísmica Longitudinal ................................................................................ 85

5.1.2 Dissipadores Viscosos ........................................................................................... 86

5.1.3 Análise Sísmica Transversal .................................................................................. 90

5.1.4 Curva Momento-Curvatura dos Pilares .............................................................. 90

5.1.5 Critérios de Dimensionamento e Análise dos Pilares ....................................... 93

5.1.6 Deformações Impostas ......................................................................................... 94

5.1.7 Estados Limites Últimos dos Pilares ................................................................... 95

Page 13: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

xiii

5.1.8 Esforço Transverso ............................................................................................. 100

5.1.9 Deslocamento Horizontal do Tabuleiro ........................................................... 102

5.2 Aparelhos de apoio ...................................................................................................... 102

5.3 Capitel ............................................................................................................................ 104

5.4 Encontros ...................................................................................................................... 105

5.4.1 Modelo de Cálculo dos Encontros .................................................................... 106

5.4.2 Esforços de Cálculo ............................................................................................. 108

5.5 Fundações ...................................................................................................................... 111

6 Conclusões e desenvolvimentos futuros ........................................................................... 113

6.1 Conclusões .................................................................................................................... 113

6.2 Desenvolvimentos Futuros ......................................................................................... 115

7 Referências ............................................................................................................................. 117

Page 14: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

xiv

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2.1 - Secção transversal tipo no vão e apoio ..................................................................... 3

Figura 2.2 - Perfil topográfico ......................................................................................................... 4

Figura 2.3 - Esquema de ligação dos cabos ás torres com ancoragens ..................................... 6

Figura 2.4 - Sistemas de suspensão do tabuleiro .......................................................................... 7

Figura 2.5 - Ponte Koror–Babeldaob (Japão) ............................................................................... 7

Figura 2.6 – Ponte sobre VCI no Porto ........................................................................................ 8

Figura 2.7 - Relação da distribuição da carga vertical em pontes extradorsais e atirantadas

em função do valor de β .................................................................................................................. 9

Figura 2.8 - Variação do módulo de elasticidade equivalente dos cabos em função do

comprimento e nível de tensão instalada [6] ............................................................................... 10

Figura 2.9 - Viaduto Arrêt-Darré, França .................................................................................... 10

Figura 2.10 - Ponte dos Socorridos, Portugal [2] e [10] ............................................................ 11

Figura 2.11 - Ponte de Sunniberg, Suíça ...................................................................................... 12

Figura 2.12 - Tabuleiro da Ponte de Sunninberg [5] .................................................................. 12

Figura 2.13 - Ponte Ibi Gawa (esq) e Ponte Kiso Gawa (dir), Japão ...................................... 13

Figura 2.14 - Tabuleiro de betão armado (em cima) e tabuleiro metálico (em baixo) das

Pontes Ibi Gawa e Kiso Gawa ...................................................................................................... 13

Figura 2.15 - Mastro das pontes Ibi Gawa e Kiso Gawa .......................................................... 14

Figura 2.16 - Secção de betão armado no vão e apoio .............................................................. 15

Figura 2.17 - Escoras metálicas e cabo de pré-esforço transversal .......................................... 15

Figura 2.18 - Aparelho de dilatação de via [1] ............................................................................ 16

Figura 2.19 - Junta de dilatação do tabuleiro para evitar a descompressão do balastro ....... 16

Figura 2.20 - Secção e alçados do mastro .................................................................................... 17

Figura 2.21 - Esquema da transmissão das cargas verticais da solução principal .................. 17

Figura 2.22 - Esquema da transmissão das cargas verticais da solução alternativa ............... 17

Figura 2.23 - Esquema da transição entre uma sela de desvio e a bainha de um cabo

extradorsal [12] ................................................................................................................................ 18

Figura 2.24 – Tubos em “lágrima invertida” [7] ......................................................................... 18

Figura 2.25 - Alçados e cortes dos pilares ................................................................................... 19

Figura 2.26 - Dimensões dos aparelhos de apoio móveis. ........................................................ 20

Figura 2.27 – Vista em alçado e corte longitudinais dos dois encontros ................................ 20

Figura 2.28 - Amortecedor viscoso do tipo ALGASISM FD .................................................. 21

Page 15: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

xv

Figura 2.29 - Maciço de estacas tipo do pilar .............................................................................. 21

Figura 3.1 - Valores característicos das restantes cargas permanentes RCP com degradação

de cargas até ao plano médio da laje ............................................................................................ 27

Figura 3.2 - Variação da fluência ao longo do tempo considerando diferentes instantes de

aplicação da carga ............................................................................................................................ 31

Figura 3.3 - Variação da retracção ao longo do tempo ............................................................. 32

Figura 3.4 – UIC Load Model 71 ................................................................................................. 35

Figura 3.5 – Exemplo de posicionamento do comboio LM71 em relação à linha de

influência para obter o momento flector positivo máximo no tramo lateral ......................... 36

Figura 3.6 - Espetro de resposta elástica para os sismos Tipo 1 e Tipo 2 .............................. 38

Figura 4.1 - Modelo em SAP2000 do tabuleiro .......................................................................... 46

Figura 4.2 - Momentos flectores negativos à esquerda e momentos flectores positivos à

direita, para a combinação frequente de acções e pontos de momentos máximos ............... 47

Figura 4.3 - Vista 3d das linhas de influência do esforço axial da escora a vermelho para as

cargas a circular em cada um dos carris ....................................................................................... 49

Figura 4.4 - Linhas de influência do esforço axial da escora a vermelho para as cargas a

circular em cada um dos carris ...................................................................................................... 49

Figura 4.5 - Linha da distribuição da carga pela escora, os pontos vermelhos marcam a

posição dos carris ............................................................................................................................ 50

Figura 4.6 - Nomenclatura para identificação dos mastros ...................................................... 55

Figura 4.7 - Nomenclatura para identificação dos cabos .......................................................... 55

Figura 4.8 - Deformação em cm do tabuleiro durante a fase após a retirada do cimbre ..... 56

Figura 4.9 - Variação das deformações no tabuleiro junto ao pilar central, antes do

retensionamento a azul e para a combinação permanente a verde .......................................... 57

Figura 4.10 – Envolvente de momentos flectores do tramo mais central da solução base de

apoio do tabuleiro (mastros encastrados nos pilares) ................................................................ 58

Figura 4.11 - Envolvente de momentos flectores do tramo mais central da solução variante

de apoio do tabuleiro (mastros e tabuleiro apoiados nos pilares) ............................................ 58

Figura 4.12 - Diagrama de momentos flectores para a combinação frequente no tramo

central, para a solução principal .................................................................................................... 59

Figura 4.13 - Tensões da fibra inferior para a combinação permanente no tramo central,

x=0 é o meio vão deste tramo ...................................................................................................... 60

Figura 4.14 - Tensões da fibra superior para a combinação permanente no tramo central,

x=0 é o meio vão deste tramo ...................................................................................................... 60

Page 16: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

xvi

Figura 4.15 - Tensões da fibra inferior para a combinação frequente no tramo central, x=0

é o meio vão deste tramo ............................................................................................................... 61

Figura 4.16 - Tensões da fibra superior para a combinação frequente no tramo central, x=0

é o meio vão deste tramo ............................................................................................................... 61

Figura 4.17 - Tensões da fibra inferior para a combinação característica no tramo central,

x=0 é o meio vão deste tramo ...................................................................................................... 62

Figura 4.18 - Tensões da fibra superior para a combinação característica no tramo central,

x=0 é o meio vão deste tramo ...................................................................................................... 62

Figura 4.19 - Envolvente esquemática de momentos fletores para a combinação 1 de ELU

........................................................................................................................................................... 63

Figura 4.20 - Envolvente esquemática de esforço axial para a combinação 1 de ELU ........ 63

Figura 4.21 - Identificação das variáveis consideradas nos diagramas de interação M-N .... 64

Figura 4.22 - Diagrama de interação M-N para a secção do vão; solução: As− = As

+ =

2 fiadas ϕ20//0,10 (m) .................................................................................................................. 66

Figura 4.23 - Diagrama de interação M-N para a secção do apoio; solução: As− = As

+ =

2 fiadas ϕ20//0,10 (m) .................................................................................................................. 66

Figura 4.24 – Envolvente esquemática de esforço transverso para a combinação 1 de ELU

........................................................................................................................................................... 67

Figura 4.25 – Interacção (M-N) resistente da secção da base do mastro D ........................... 70

Figura 4.26 - Fluxograma para a análise dinâmica ...................................................................... 73

Figura 4.27 - Características dos 10 HSLM a considerar na análise dinâmica ....................... 74

Figura 4.28 - HSLM tipo em função dos parâmetros definidos na figura anterior ............... 74

Figura 4.29 - Aceleração de um ponto a uma velocidade 117 m/s para o HSLM9 em

função dos modos ........................................................................................................................... 78

Figura 4.30 - Aceleração máxima registada ao longo do tabuleiro para os HSLM com

velocidade de 117 m/s ................................................................................................................... 79

Figura 4.31 – Posição de carga correspondente ao instante em que ocorre a aceleração

máxima no tabuleiro ....................................................................................................................... 79

Figura 4.32 - Variação da aceleração em função do tempo no ponto de aceleração máxima

........................................................................................................................................................... 80

Figura 4.33 - Diagrama de momentos dinâmicos para v=117 m/s......................................... 81

Figura 4.34 - Diagrama de momentos flectores dinâmicos para v = 117 m/s com

momentos flectores estáticos do LM 71...................................................................................... 81

Figura 4.35 - Figura A2.3 da EN1990 .......................................................................................... 82

Page 17: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

xvii

Figura 4.36 - Definição do empenamento do tabuleiro ............................................................ 83

Figura 5.1 - Acelerograma artificial gerado pelo SeismoArtif................................................... 86

Figura 5.2 - Elemento com lei constitutiva de Maxwell ............................................................ 88

Figura 5.3 - Modelo SAP2000 dos amortecedores e encontros ............................................... 89

Figura 5.4 - Gráfico Momento-Curvatura na direcção longitudinal da base dos pilares ...... 90

Figura 5.5 - Relação tensão-deformação do betão ..................................................................... 91

Figura 5.6 - Averiguação do valor de α para verificação da flexão desviada .......................... 96

Figura 5.7 - Diagrama de interação Mtrans-N para a secção do pilar ......................................... 97

Figura 5.8 - Diagrama de interação Mlong-N para a secção do pilar ......................................... 97

Figura 5.9 - Diagrama de interação Mtrans-Mlong-N para a secção do Pilar:

ϕ25//0,10+ϕ25//0,10 ................................................................................................................. 98

Figura 5.10 - Diagrama de interação Mtrans-Mlong-N para a secção do Pilar:

ϕ25//0,10+ϕ20//0,10 ................................................................................................................. 99

Figura 5.11 - Deslocamento horizontal do ponto na extremidade ........................................ 102

Figura 5.12 - Distribuição de cargas do modelo de escoras e tirantes .................................. 104

Figura 5.13 - Modelo de escoras e tirantes do capitel para as cargas na maior direção ...... 104

Figura 5.14 - Modelo de escoras e tirantes do capitel para as cargas na menor direcção ... 105

Figura 5.15 - Modelo para calcular a distribuição da carga dos amortecedores pelos

contrafortes .................................................................................................................................... 106

Figura 5.16 - Nomenclatura dos contrafortes ........................................................................... 106

Figura 5.17 – Nó comprimido de um modelo de escoras e tirantes ..................................... 107

Figura 5.18 – Tirante que conflui para um nó de um modelo de escoras e tirantes ........... 107

Figura 5.19 – Trajectória dos esforços nos contrafortes, à esquerda o amortecedor está em

compressão e à direita o amortecedor está em tracção ........................................................... 108

Figura 5.20 - Esforços do modelo de escoras e tirantes com o amortecedor à compressão

......................................................................................................................................................... 109

Figura 5.21 – Tirante que conflui para um nó junto ao amortecedor ................................... 110

Figura 5.22 - Esforços do modelo de escoras e tirantes com o amortecedor à tracção ..... 110

Page 18: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

xviii

ÍNDICE DE TABELAS

Tabela 2.1 - Dimensões dos aparelhos de apoio móveis do tipo NEOTOPF PNu ............ 20

Tabela 2.2 - Características geométricas e mecânicas dos amortecedores .............................. 21

Tabela 2.3 - Classes de resistência e de exposição e recobrimentos dos betões .................... 22

Tabela 2.4 - Tipos de aço do tabuleiro e cabos de pré-esforço extradorsal ........................... 22

Tabela 2.5 - Módulos de elasticidade dos materiais ................................................................... 23

Tabela 3.1 - Valores característicos dos pesos próprios PP por metro longitudinal ............. 28

Tabela 3.2 - Valores característicos das RCP por metro longitudinal de acordo com

recomendações da EN 1991-1 ...................................................................................................... 28

Tabela 3.3 - Variações de temperatura equivalentes ao efeito da fluência a aplicar no

modelo .............................................................................................................................................. 30

Tabela 3.4 - Parâmetros para o cálculo da retracção por secagem εcd(t) ................................. 32

Tabela 3.5 - Variação de temperatura equivalente à retracção a aplicar no modelo ............. 32

Tabela 3.6 - Valores de Tmin e Tmax para a região de Évora ................................................. 33

Tabela 3.7 - Determinação da componente uniforme das variações de temperatura ........... 33

Tabela 3.8 - Valores da componente linear da variação diferencial de temperatura ............. 34

Tabela 3.9 - Valores do coeficiente dinâmico Φ3 a adotar na análise transversal e

longitudinal ...................................................................................................................................... 36

Tabela 3.10 - Valores característicos para as forças de arranque e frenagem ......................... 37

Tabela 3.11 - Parâmetros do espetro de resposta elástico ........................................................ 38

Tabela 3.12 - valores dos coeficientes de combinação das acções .......................................... 40

Tabela 3.13 - Combinações de verificação dos ELU de resistência ........................................ 40

Tabela 3.14 - Valores dos coeficientes parciais de segurança ϒf pela EN 1990-1 ................. 41

Tabela 3.15 - Valores dos coeficientes parciais de segurança ϒm dos materiais .................... 41

Tabela 3.16 - Valores do coeficiente parcial γMf para verificação da fadiga ............................ 43

Tabela 3.17 - Valores dos factores de dano equivalentes .......................................................... 43

Tabela 4.1 - Verificação da descompressão do tabuleiro para a combinação frequente ...... 47

Tabela 4.2 - Verificação da não fendilhação do tabuleiro para a combinação característica 47

Tabela 4.3 - Verificação da resistência à flexão para ELU ........................................................ 48

Tabela 4.4 - Armadura mínima transversal na laje superior...................................................... 48

Tabela 4.5 - Variação de tensões para a combinação característica ......................................... 50

Tabela 4.6 - Verificação de fadiga da escora metálica mais esforçada ..................................... 51

Tabela 4.7 - Verificação de segurança do tubo CHS ................................................................. 51

Tabela 4.8 - Esforços e tensões em ELU .................................................................................... 52

Page 19: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

xix

Tabela 4.9 - Verificação de fadiga das barras de pré-esforço ................................................... 52

Tabela 4.10 - Valores de esforço axial, variações de temperatura e tensões nos cabos na fase

de tensionamento ............................................................................................................................ 56

Tabela 4.11 - Tensões nos cabos para a combinação característica no mastro A ................. 56

Tabela 4.12 - Tensões nos cabos para a combinação característica no mastro D ................. 57

Tabela 4.13 - Armadura mínima As,min a colocar a toda a altura das almas ............................. 63

Tabela 4.14 - Valores dos momentos flectores de dimensionamento MEd e NEd para as

secções condicionantes do tabuleiro (inclui a parcela do pré-esforço) ................................... 64

Tabela 4.15 - Determinação das larguras efetivas no tabuleiro ................................................ 65

Tabela 4.16 – Armadura ordinária de flexão adotada na direção longitudinal ....................... 65

Tabela 4.17 – Esforço transverso de cálculo VEdb/2+z.cotg(θ) ........................................................ 67

Tabela 4.18 – Armadura transversal adoptada ............................................................................ 67

Tabela 4.19 - Esforço transverso de cálculo VEd ........................................................................ 68

Tabela 4.20 - Armadura longitudinal adoptada no apoio .......................................................... 69

Tabela 4.21 - Armadura de ligação banzo alma Af/s devidas ao esforço transverso VEd .... 69

Tabela 4.22 - Verificação da fadiga do cabo extradorsal com maior variação de tensão ..... 69

Tabela 4.23 - Valores dos esforços (M-N) para o mastro D em ELU .................................... 70

Tabela 4.24 - Esforço transverso de cálculo VEd em ELU ....................................................... 71

Tabela 4.25 - Armadura transversal adotada ............................................................................... 71

Tabela 4.26 - Valores de velocidade de ressonância .................................................................. 77

Tabela 4.27 - Limites de empenamento do tabuleiro (IAPF,2006) ......................................... 83

Tabela 5.1 - Análise do valor de K ............................................................................................... 88

Tabela 5.2 - Força máxima nos amortecedores em ELU para a combinação sísmica .......... 89

Tabela 5.3 - Força basal e coeficiente sísmico transversal ........................................................ 90

Tabela 5.4 - Percentagem de inércia devido à fendilhação e altura fendilhada ...................... 92

Tabela 5.5 - Comparação da distribuição da força basal com estrutura em estado não

fendilhado e estado fendilhado ..................................................................................................... 92

Tabela 5.6 - Combinações de ELU .............................................................................................. 93

Tabela 5.7 - Esforços no pilar P1 durante a fase construtiva e fase de exploração para as

deformações impostas .................................................................................................................... 94

Tabela 5.8 - Cálculo do momento de fendilhação ..................................................................... 94

Tabela 5.9 - Cálculo da largura de fendas .................................................................................... 94

Tabela 5.10 – Cálculo de εsm- εcm ................................................................................................... 95

Page 20: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

xx

Tabela 5.11 - Valores característicos dos esforços normais N permanente na base dos

pilares ................................................................................................................................................ 96

Tabela 5.12 – Solução de armaduras para os pilares .................................................................. 98

Tabela 5.13 - Verificação da segurança ao ELU de flexão desviada composta para

combinação sísmica ........................................................................................................................ 99

Tabela 5.14 - Verificação da segurança ao ELU de flexão composta para combinação 1 . 100

Tabela 5.15 - Esforços transversos de dimensionamento VEd nas duas direções ortogonais

......................................................................................................................................................... 100

Tabela 5.16 - Armaduras transversais As/s e compressões σc nas bielas de betão devidas a

VEd nos pilares ................................................................................................................................ 101

Tabela 5.17 - Armadura de esforço transverso mínima (Asw/s)min ......................................... 101

Tabela 5.18 - Armaduras transversais As/s adotadas ............................................................... 101

Tabela 5.19 - Força nos aparelhos de apoio para a solução proposta ................................... 103

Tabela 5.20 - Força nos aparelhos de apoio para a solução alternativa ................................ 103

Tabela 5.21 - Armadura de tracção na maior direcção ............................................................ 104

Tabela 5.22 - Armadura de tracção no alçado lateral do capitel ............................................ 105

Tabela 5.23 - Armadura dos tirantes com o amortecedor comprimido ............................... 109

Tabela 5.24 - Verificação do nó junto ao amortecedor para a hipótese de compressão .... 110

Tabela 5.25 - Armadura dos tirantes com o amortecedor traccionado ................................. 110

Tabela 5.26 - Verificação das fundações.................................................................................... 111

Page 21: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

xxi

Page 22: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

1

1 INTRODUÇÃO E OBJETIVOS

1.1 OBJECTIVOS

Na presente dissertação pretende-se realizar a avaliação do comportamento estrutural de

uma ponte com pré-esforço extradorsal para circulação de uma via ferroviária dupla de alta

velocidade, focando-se no trabalho em alguns aspectos específicos deste tipo de solução

estrutural, nomeadamente:

1. A avaliação do comportamento estrutural em serviço;

2. O estudo das fases construtivas;

3. A análise do sistema estático mais adequado de ligação do tabuleiro/mastros às

infra-estruturas para garantir o bom comportamento em serviço e para as acções

acidentais dos sismos;

4. O comportamento dinâmico do tabuleiro/mastros para a passagem dos comboios a

alta velocidade;

5. O estudo da transmissão de forças elevadas em peças de betão armado

particularmente esforçadas através de modelos de escoras e tirantes.

A resposta a estes aspectos específicos é complementada com a verificação estrutural a

nível de projecto base do tabuleiro / mastros / pilares / encontros e aparelho de apoio,

que permite sustentar a solução proposta nos desenhos de projecto apresentados em

anexo.

A obra de arte projetada tem um tabuleiro em caixão contínuo de betão armado pré-

esforçado apoiado sobre pilares, sendo atravessado por sucessivos mastros encastrados nos

pilares. O tabuleiro está apoiado nos pilares com dois apoios móveis existindo aparelhos

oleodinâmicos na ligação do tabuleiro aos encontros. Foi estudada igualmente uma solução

alternativa na qual os mastros são encastrados no tabuleiro, sendo este a transmitir toda as

forças verticais aos fustes dos pilares, com dois grandes apoios do tipo “pot-bearing”.

Complementarmente, o tabuleiro é ligado aos fustes dos pilares e aos encontros com

amortecedores sísmicos. Esta solução alternativa é utilizada exclusivamente para realizar

uma análise comparativa da melhor ligação tabuleiro-torre-pilar em termos dos Estados

Limites de Serviço (ELS) e dos Estados Limites Últimos de Segurança Estrutural (ELU).

As pontes com pré-esforço extradorsal não têm tido grande utilização em Portugal,

existindo um único exemplo de realce na ilha da Madeira, denominada Ponte dos

Socorridos. A construção do tabuleiro deste tipo de pontes pode utilizar um cimbre ao solo

Page 23: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

2

ou em alternativa o método construtivo dos avanços sucessivos tem sido inúmeras vezes

utilizado, como foi o caso da Ponte dos Socorridos.

Uma das características fundamentais deste tipo de solução corresponde à existência de

cabos de pré-esforço exteriores ao tabuleiro – denominados com cabos de pré-esforço

extradorsal – que são ancorados ou desviados em mastros ou torres, com o objectivo de

aumentar a excentricidade do pré-esforço superior do tabuleiro.

Devido ao facto no caso presente se dimensionar uma ponte para uma via ferroviária de

alta velocidade, considerou-se necessário para complementar este estudo a avaliação do

comportamento dinâmico da estrutura durante a simulação da passagem dos comboios a

alta velocidade.

Os elementos verticais devido ao facto de se utilizarem aparelhos de amortecimento

sísmico do tipo oleodinâmico torna-se necessária uma análise mais cuidada que a corrente

análise sísmica utilizando espectros de resposta. Efetuou-se assim no Capítulo 5 uma

análise sísmica utilizado acelerogramas artificiais gerados para simular a acção dos sismos.

1.2 ESTRUTURA DO TRABALHO

No âmbito deste Projecto Base desenvolvido são apresentados no Capítulo 2 os

condicionamentos do Projecto e o enquadramento da solução proposta em termos das

obras construídas do mesmo tipo e a exposição do funcionamento estrutural proposto.

Apresenta-se também o dimensionamento estrutural de todos os elementos constituintes

bem como alguns elementos complementares, a definição dos materiais e dos processos

construtivos.

No Capítulo 3 apresentam-se as acções e os critérios de verificação estrutural.

No Capítulo 4 procede-se à verificação da segurança estrutural do tabuleiro, dividindo-a em

duas partes: a análise e verificação transversal do tabuleiro, na qual se fez uma avaliação dos

esforços na laje do tabuleiro, e análise e verificação longitudinal que utiliza um modelo

plano no qual se avaliam os comportamentos estáticos e dinâmicos.

No Capítulo 5 efetua-se a análise e verificação estrutural das infraestruturas – mastros,

pilares, encontros e aparelhos de apoio.

Por último, no Capítulo 6 são apresentadas as principais conclusões e referidos aspectos do

projecto que se julga merecerem um estudo mais detalhado.

Page 24: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

3

2 CONCEPÇÃO DA SOLUÇÃO

2.1 CONDICIONAMENTOS GERAIS

2.1.1 Condicionantes Geométricas e Ferroviárias

O perfil transversal é uma condicionante fundamental do projecto pois inclui as partes

integrantes das vias ferroviárias que lhes são características, como por exemplo a catenária,

os carris, o afastamento mínimo entre as duas vias para que os comboios se possam cruzar

em segurança. Para uma via dupla de bitola larga a largura mínima exigida é de 12,30 m,

contudo aumentou-se a largura para 14 m para que se possa integrar os cabos e o mastro da

ponte com pré-esforço extradorsal sem afetar a circulação ferroviária (Figura 2.1).

Figura 2.1 - Secção transversal tipo no vão e apoio

O tabuleiro insere-se num trainel inclinado a 0,45%, valor abaixo do máximo admissível

1,5%. As cotas altimétricas no início e no final do tabuleiro são respectivamente de 100 m e

102,5 m nas extremidades.

Esta obra prevê a utilização de comboios de alta velocidade com velocidades de projecto

de 350 Km/h.

2.1.2 Condicionantes Topográficas e Hidráulicas

Esta ponte é construída num vale e terá uma extensão de 470 m. Embora de pequenas

dimensões parece existir uma linha de água no centro do vale, razão pela qual se evitou a

colocação dos pilares na zona central do vale (Figura 2.2).

Page 25: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

4

Figura 2.2 - Perfil topográfico

É ainda de realçar que nas extremidades utiliza-se encontros perdidos, com saias dos

taludes de aterro com inclinações não superiores a 2/3.

2.1.3 Condicionantes geotécnicas

As fundações desta ponte são por estacas moldadas no terreno, dado que o solo é de

natureza sedimentar e existem depósitos de aluviões com profundidades médias de 8 m,

logo sem condições para executar fundações diretas por sapatas isoladas.

2.1.4 Condicionantes estéticas e de integração paisagística

Pretendeu-se com a estrutura proposta uma boa integração paisagística e uma boa

qualidade estética do tabuleiro, pilares e mastros, adoptando por isso um tabuleiro em

caixão com altura de apenas 2,5 m, pilares afastados entre si 66 m e os mastros com uma

altura baixa permitem que o vale não fique muito “fechado” após a construção da ponte.

2.2 SOLUÇÃO DE PONTE COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

2.2.1 Enquadramento histórico

Para pontes de grandes vãos construídas por avanços sucessivos, e de modo a manter um

caixão de altura constante, procurou-se maximizar o efeito dos cabos de pré-esforço de

consola, surgindo o conceito de ponte com pré-esforço extradorsal, nos anos 80 do século

passado. Para manter a altura do tabuleiro constante seria necessário aumentar a

excentricidade dos cabos de consola na zona do pilar e, para o conseguir os cabos de pré-

esforço teriam de passar exteriormente à secção do tabuleiro, sendo ancorados ou

desviados em mastros ou torres. Os cabos neste tipo de pontes têm como principal função

Zona Sem Pilares Zona de Implantação de Pilares Zona de Implantação de Pilares

Page 26: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

5

aumentar o efeito de pré-esforço e não de sustentação da totalidade das cargas verticais

aplicadas ao tabuleiro, como acontece numa ponte de tirantes.

Nesta conceção estrutural, grande parte das sobrecargas são equilibradas essencialmente

por flexão do tabuleiro, e portanto os cabos exteriores de pré-esforço podem ter têm

inclinações baixas, entre os 10 e os 15 graus, funcionando essencialmente para as cargas

permanentes. Desta forma, estes cabos são pouco suscetíveis a variações de tensões

resultantes da passagem das sobrecargas e, por isso, a fadiga dos cabos não é um fenómeno

condicionante no dimensionamento neste tipo de tabuleiros. Para se ter inclinações baixas

dos cabos extradorsais, os mastros podem ser igualmente baixos, com alturas entre os 10 e

os 15% do comprimento do vão.

O termo extradorsal vem da palavra “extradorso” que é a superfície exterior de um arco.

Os dois engenheiros que impulsionaram a construção destas pontes foram o Engenheiro

suíço Christian Menn que projectou a Ponte Ganter que, embora sendo classificada

normalmente como uma ponte de tirantes, tinha um funcionamento idêntico a uma ponte

com pré-esforço extradorsal, e o Engenheiro francês Jacques Mathivat que projectou a

primeira verdadeira ponte extradorsal.

Existem mais de 70 pontes extradorsais em todo o mundo, em Portugal existe um único

registo até à data, a Ponte dos Socorridos na região da Madeira projectada pelo Professor

António Reis e pelo Engenheiro Armando Pereira. A sua construção foi concluída em

1994, tem quatro vãos de 86+106+85+54 com dois pilares com mais de 100 metros de

altura [8].

2.2.2 Ligação cabos extradorsais/torre

A ligação dos cabos à torre pode ser feita através de selas de desvio, permitindo que o cabo

seja desviado na zona da torre utilizando assim um cabo único. As forças horizontais

devidas às variações de tensão provocadas pela passagem do comboio são transmitidas

através de forças de atrito. A outra solução é utilizar ancoragens dos cabos nas torres

(Figura 2.3).

Page 27: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

6

Figura 2.3 - Esquema de ligação dos cabos ás torres com ancoragens

As principais vantagens das selas de desvio são:

Usar um cabo único reduzindo assim o número de ancoragens e o custo de cada

sela de desvio compensa a substituição de duas ancoragens;

As torres com ancoragens muitas vezes necessitam de ser vazadas para permitirem

inspeções aumentando a sua largura;

As selas de desvio mais recentes permitem que os cordões sejam desviados

separadamente, permitindo a substituição cordão por cordão;

As torres podem ser mais esbeltas devido aos pequenos raios de curvatura que as

selas de desvio permitem, enquanto que a utilização de ancoragens necessitam de

uma maior largura para serem instaladas;

Em caso de rotura ou substituição de um cordão as selas de desvio transmitem

menores momentos flectores na base das torres, porque em geral a força que se

liberta é quase equilibrada nos dois lados da torre.

Mas a principal desvantagem das selas de desvio corresponde à possibilidade de um cabo

deslizar na zona da torre devido às variações de tensões caso o atrito mobilizado não seja

suficiente, em serviço, mas especialmente durante a construção por avanços sucessivos.

2.2.3 Ligação cabos extradorsais/tabuleiro

A suspensão da ponte pode ser feita de três formas distintas (Figura 2.4): a) usando

suspensão central que envolve o mastro; b) adotando suspensão lateral que tem como

característica usar duas torres laterais; ou c) usar uma suspensão híbrida que utilizam as

duas outras soluções em simultâneo.

Page 28: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

7

Figura 2.4 - Sistemas de suspensão do tabuleiro

A ligação dos cabos ao tabuleiro numa ponte com duas torres faz-se na consola junto à

alma. Esta solução é a mais fácil de se executar devido ao facto de a força ser transmitida

mais facilmente às almas e para fazer o tensionamento dos cabos ( Figura 2.5).

Figura 2.5 - Ponte Koror–Babeldaob (Japão)

Os mastros para transmitirem a carga dos cabos às almas de um tabuleiro com uma secção

em caixão, pode optar-se pela solução da Figura 2.6 a qual recorre a escoras diagonais

metálicas com uma barra de pré-esforço no seu interior.

Page 29: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

8

Figura 2.6 – Ponte sobre VCI no Porto

A carga será transmitida directamente ao ponto inferior da alma por esforço axial da escora,

tendo de se assegurar que a escora tem rigidez axial suficiente para que não existam

deformações excessivas devido à força na ancoragem dos cabos extradorsais. Estas

deformações elevadas têm como consequência esforços de flexão muito elevados na laje

superior do caixão. A barra de pré-esforço introduzida no interior da escora assegura que o

perfil tubular se encontra sempre à compressão em condições de serviço, o que evita que as

fixações chumbadas ao betão tenham de funcionar com trações alternadas em serviço.

2.2.4 Encaminhamento das cargas verticais pelos cabos extradorsais

Os cabos neste tipo de pontes são pouco sensíveis a problemas de fadiga. De facto, a

aplicação de uma sobrecarga vertical origina uma variação reduzida de tensão nos cabos

dado que os cabos possuem uma pequena inclinação, sendo por isso muito pouco rígidos

na direcção vertical em relação à rigidez de flexão do tabuleiro.

As pontes com pré-esforço extradorsal têm uma característica que as distingue das pontes

de tirantes que é a razão entre carga vertical encaminhada pelos cabos e a carga vertical

total aplicada no tabuleiro, dada pela letra (β). O valor de β aumenta com a inclinação dos

cabos e com a relação de rigidez vertical entre os cabos e o tabuleiro. Para uma ponte

extradorsal típica O valor de β é inferior a 0,30 (Figura 2.7).

Page 30: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

9

Figura 2.7 - Relação da distribuição da carga vertical em pontes extradorsais e atirantadas em função do valor de β

𝛽 =𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑣𝑒𝑟𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙 𝑒𝑛𝑐𝑎𝑚𝑖𝑛ℎ𝑎𝑑𝑎 𝑝𝑒𝑙𝑜𝑠 𝑐𝑎𝑏𝑜𝑠 𝑒𝑥𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟𝑠𝑎𝑖𝑠

𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑣𝑒𝑟𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑛𝑜 𝑡𝑎𝑏𝑢𝑙𝑒𝑖𝑟𝑜

(2.1)

Na equação (2.2) calcula-se o valor de β para a ponte em estudo e conclui-se que se situa

nos valores do domínio de pontes extradorsais, conforme se verificará dos valores

apresentados na secção 5.2.4:

2.2.5 Tensão instalada e módulo de elasticidade equivalente

Numa ponte de tirantes considera-se que a flecha dos tirantes devido ao efeito de catenária

(comportamento geometricamente não linear) pode ser aproximada por um cabo recto

com um comportamento fisicamente não linear no qual a variação do módulo de

elasticidade é função da tensão instalada. Em 1965, Ernst propôs a utilização de um

módulo de elasticidade equivalente nos casos em que a configuração da catenária pode ser

aproximadamente uma parábola se a relação flecha/vão for inferior a 0.15 (Figura 2.8).

Nas pontes extradorsais como as cargas permanentes representam uma grande parte das

tensões nos cabos e a projeção dos cabos na vertical é muito pequena, a sua tensão

instalada é sempre elevada e constante pelo que não existe necessidade de reduzir o módulo

de elasticidade dos cabos para ter em conta o seu efeito de catenária.

𝛽 =1826,17

13251,93= 0,14

(2.2)

Page 31: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

10

Figura 2.8 - Variação do módulo de elasticidade equivalente dos cabos em função do comprimento e nível de tensão instalada [6]

2.2.6 Exemplos de pontes com pré-esforço extradorsal

1. Viaduto Arrêt-Darré, França 1983

Esta foi a primeira ponte projetada que tem as características de uma ponte extradorsal,

embora não tenha sido a proposta vencedora do concurso (foi executada uma solução

convencional com tabuleiro em caixão).

Figura 2.9 - Viaduto Arrêt-Darré, França

Page 32: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

11

Mathivat propôs utilizar nesta ponte os tirantes mais eficientemente permitindo que as

tensões máximas fossem de 0,65 fpuk nos cabos, tendo em conta que devido à sua reduzida

inclinação não eram tão sujeitos a variações de tensão e portanto a menores efeitos de

fadiga, e daí a proposta de utilizar como limite o valor 0,65 fpuk e não o limite de 0,45 fpuk,

que é comum em pontes de tirantes. A utilização de pré-esforço extradorsal permitia

poupar cerca de 30% de material em comparação com uma ponte de avanços sucessivos.

2. Ponte dos Socorridos, Portugal

Esta é uma ponte do tipo “fin-back”, a única existente em Portugal (Figura 2.10). Segundo

os projectistas, a utilização destes painéis em betão armado em torno dos cabos aumenta a

rigidez do tabuleiro, diminui a variação de tensão nos cabos em serviço e aumenta a

durabilidade dos mesmos, visto que estes não se encontram expostos ao tráfego rodoviário

e ao ambiente. Contudo, são identificadas como desvantagens as dificuldades de controlo

da fissuração dos painéis em betão, o aumento da massa do tabuleiro em caso de um

evento sísmico e a impossibilidade prática de substituir os cabos de pré-esforço extradorsal.

Figura 2.10 - Ponte dos Socorridos, Portugal [2] e [10]

Page 33: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

12

3. Ponte de Sunniberg, Suíça

A ponte de Sunniberg foi projectada pelo Engenheiro suíço Christian Menn como uma

ponte com pré-esforço extradorsal mas não tem um comportamento típico de uma

estrutura deste tipo (Figura 2.11). De facto, o tabuleiro é muito flexível e por isso os cabos

assumem um papel importante na transmissão das cargas verticais aos pilares. Esta ponte

tem um valor de β superior a 0,72 e uma variação de tensão nos cabos que chega a ser de

198 MPa devido à passagem da sobrecarga [5]. Assim, embora muitas vezes referida como

das primeiras pontes com pré-esforço extradorsal devido à pequena inclinação dos seus

cabos, o seu comportamento estrutural global é mais próximo de uma ponte de tirantes.

Figura 2.11 - Ponte de Sunniberg, Suíça

O tabuleiro desta ponte possui uma curva acentuada com uma sobre-elevação de 7% e uma

secção em laje de apenas 0,4 m de espessura (). A estrutura é monolítica na ligação aos

pilares/mastros e encontros o que permite que a ponte se deforme transversalmente para

as variações impostas. Os pilares têm uma variação parabólica em altura e os mastros são

inclinados para fora de modo a haver espaço para a ancoragem dos cabos. Em cada mastro

existem 8 a 10 cabos de pré-esforço vertical com 125 a 160 cordões de 7 mm [5].

Figura 2.12 - Tabuleiro da Ponte de Sunninberg [5]

Page 34: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

13

4. Ponte Ibi Gawa e Ponte Kiso Gawa, Japão

Figura 2.13 - Ponte Ibi Gawa (esq) e Ponte Kiso Gawa (dir), Japão

Estas duas pontes podem ser consideradas como as mais inovadoras deste tipo de solução

estrutural. Foram projetadas utilizando pela primeira vez uma solução híbrida, que recorre

a uma secção em caixão de altura variável em betão armado com pré-esforço extradorsal na

zona do apoio com aproximadamente 170 m e a um caixão metálico com 100 m na zona

do vão [4].

Figura 2.14 - Tabuleiro de betão armado (em cima) e tabuleiro metálico (em baixo) das Pontes Ibi Gawa e Kiso Gawa

Um dos motivos de se recorrer a uma solução hibrida com pré-esforço extradorsal foi de

reduzir o peso próprio da estrutura, durante a construção dos elementos de betão, foram

utilizadas aduelas pré-fabricadas em betão com resistência de 60 MPa, estes segmentos

atingiam dimensões máximas de 7 metros de altura, 33 metros de largura e 5 metros de

comprimento. Este processo construtivo foi possível dado que existem no local rios

navegáveis que permitiram o transporte por barco destas aduelas [4].

Page 35: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

14

Os mastros têm 30 m de altura com uma secção de

10 m na maior direcção e 1,75 m na outra (Figura

2.15). De acordo com os Projetistas, foram

desenhados de modo a parecer uma vela de um

barco, contudo a sua forma contribuiu também para

melhorar o comportamento transversal ao sismo [4].

2.3 DIMENSIONAMENTO ESTRUTURAL

2.3.1 Tabuleiro e elementos complementares

Na conceção proposta, a ponte é constituída por 6 tramos de 66 m interiores e 2 tramos

laterais de 37 m, tendo um comprimento total de 470 m. A secção transversal do tabuleiro

é um caixão em betão armado pré-esforçado com 2,5 m de altura (Figura 2.16), o que

corresponde a uma esbelteza 26,4.

A laje superior é pré-esforçada transversalmente, com cabos de forma parabólica e

excentricidade máxima na secção da consola e no alinhamento dos mastros onde se

encontram junto à zona superior da laje, e entre a secção da consola e o alinhamento dos

mastros estando agora os cabos junto à zona inferior (Figura 2.17). A distribuição

longitudinal destes cabos é de 0,50 m junto aos mastros e junto às ancoragens dos cabos

extradorsais, e de 1,0 m nas restantes zonas.

Figura 2.15 - Mastro das pontes Ibi Gawa e Kiso Gawa

Page 36: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

15

Figura 2.16 - Secção de betão armado no vão e apoio

Figura 2.17 - Escoras metálicas e cabo de pré-esforço transversal

Nas zonas de ligação dos cabos ao tabuleiro são adotadas escoras metálicas (Figura 2.17),

constituídas por tubos CHS 273.0x16.0 com uma barra de pré-esforço no interior dos

tubos com 57 mm de diâmetro e com uma tensão resistente de 1050 MPa [11].

No tabuleiro também é utilizado pré-esforço longitudinal com cabos de traçado retilíneo,

as zonas do vão têm 14 cabos de pré-esforço interior de continuidade, na zona de apoio

devido à existência dos cabos extradorsais serão necessários menos cabos de pré-esforço, e

neste caso recorre-se unicamente a 4 cabos de pré-esforço interior de consola. É ainda de

referir que nos tramos de extremidade o traçado do cabo é parabólico e os cabos serão

ancorados na extremidade do encontro de modo a que a excentricidade relativamente ao

centro de gravidade da secção seja nula.

A secção nas extremidades da ponte é maciça de modo a conferir peso para que os tramos

laterais não tenham reações negativas durante a passagem do comboio, isto é, devido ao

facto de se ter uma relação de 0,56 entre o tramo lateral e o tramo interior ( uma relação da

ordem de 65% a 70% seria preferível para evitar a ocorrência de tracções nos apoios de

extremidade.

Page 37: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

16

No tabuleiro e nos carris serão previstas juntas de dilatação. Nestes adotam-se os

designados aparelhos de dilatação de via para que não ocorram tensões elevadas nos carris

– superiores aos limites impostos na norma UIC 774-3 de 72 MPa para tensões de

compressão e de 92 MPa para tensões de tracção – devido aos efeitos conjuntos das

variações de temperatura, da fluência e da retração. Estas juntas de dilatação dos carris

(Figura 2.18) são colocadas próximo das extremidades da ponte.

A escolha da junta de dilatação do tabuleiro tem em conta o facto de existir balastro, esta

junta impede que as pedras do balastro entrem para o interior da junta podendo danificá-la

e por outro lado “descomprimir o balastro”, a que corresponderia uma perda de apoio local

das travessas e dos carris (Figura 2.19). É colocada uma junta deste tipo em cada uma das

extremidades da ponte.

Figura 2.19 - Junta de dilatação

do tabuleiro para evitar a

descompressão do balastro

Figura 2.18 - Aparelho de

dilatação de via [1]

Page 38: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

17

2.3.2 Mastros e solução de pré-esforço extradorsal

A ponte tem 7 mastros com altura de 11,5 m cada

um, a secção transversal tem 3,0x1,1 m sendo os

cantos facetados para dar uma melhor aparência

visual. Cada mastro tem 5 cabos de pré-esforço com

55 cordões que os intersectam através de selas de

desvio.

Os mastros atravessam o tabuleiro e são encastrados

nos pilares. A carga vertical é assim transmitida

pelos aparelhos de apoio do tabuleiro e diretamente

pelo mastro ao pilar (Figura 2.21). Na secção de

apoio do tabuleiro existe um diafragma para dar

rigidez e melhorar a transmissão das cargas do

tabuleiro. Na solução alternativa, estudada para avaliar a melhor forma de transmissão de

cargas verticais dos mastros aos pilares, os mastros são encastrados ao tabuleiro e este

transmite a carga aos pilares através dos aparelhos de apoio (Figura 2.22).

Figura 2.21 - Esquema

da transmissão das

cargas verticais da

solução principal

Figura 2.22 - Esquema

da transmissão das

cargas verticais da

solução alternativa

Figura 2.20 - Secção e alçados do mastro

Page 39: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

18

A solução de atirantamento utiliza selas de desvio dos cabos nos mastros. Esta solução

permite a dispensa de ancoragens na zona de ligação aos mastros, permitindo-lhe larguras

mais pequenas conferindo ao mastro uma maior esbelteza. Estas selas de desvio são

dotadas de tubos guia com secção em “lágrimas invertidas”, sendo os cabos são desviados

cordão a cordão, o que evita concentrações de tensões elevadas entre cordões. Ensaios

realizados com este tipo de selas de desvio mostram ainda que desviando cordão a cordão

estes funcionam de forma individual, melhorando o seu comportamento à fadiga [9].

Figura 2.23 - Esquema da transição entre uma sela de desvio e a bainha de um cabo

extradorsal [12]

Figura 2.24 – Tubos em “lágrima invertida” [7]

A passagem de um comboio origina tensões diferentes no mesmo cabo entre tramos

adjacentes. Esta variação de tensão reflete-se no aparecimento de forças horizontais a ser

transferidas para o mastro por atrito entre os cordões e as selas de desvio. Esse

comportamento é conseguido pelos tubos guia com secções em “lagrima invertida”, onde

se atingem coeficientes de atrito elevados entre a sela e os cordões. Os cordões encostam à

zona inferior em V depois de feito o puxe, sendo os tubos guia posteriormente injetados

com um material sintético (gel polimerizado) para proteger os cordões da corrosão e

permitir a sua substituição.

Page 40: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

19

2.4 PILARES, ENCONTROS E FUNDAÇÕES

As cargas horizontais longitudinalmente são transmitidas aos elementos verticais por

aparelhos óleodinâmicos que são instalados nos encontros, e pelos cabos que conferem

alguma rigidez horizontal conjuntamente com os mastros devido ao facto destes estarem

encastrados nos pilares. Na direcção transversal todos os apoios são fixos, pelo que o sismo

de projecto se redistribui de forma uniforme pelos pilares e encontros.

Existem sete pilares com secção transversal aproximadamente rectangular vazada de

4,5x3 m de envolvente exterior, e alturas entre 4,5 m e 12,4 m (Figura 2.25). No topo todos

os pilares possuem um capitel maciço, em betão armado.

Figura 2.25 - Alçados e cortes dos pilares

O tabuleiro apoia-se nos pilares com aparelhos de apoios móveis unidirecionais do tipo

NEOTOPF PNu (Figura 2.26) com capacidade para 1100 ton e dimensões indicadas na

Tabela 2.1.

Page 41: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

20

Figura 2.26 - Dimensões dos aparelhos de apoio móveis.

Tabela 2.1 - Dimensões dos aparelhos de apoio móveis do tipo NEOTOPF PNu

CAPACIDADE B = Bx

(m) H (m)

Z1 (m)

Z2 (m)

Z3 = Z2+2.ey (m)

By = B+2.ey (m)

1100 (ton) 0,84 0,147 0,92 0,72 1,00 1,11

450 (ton) 0,54 0,123 0,61 0,42 0,76 0,88

Os encontros são constituídos por uma viga de estribo apoiada em cinco contrafortes com

0.45 m de espessura e 6,8m na base (

Figura 2.27). Os dois amortecedores são fixos ao espelho anterior do encontro que em

conjunto com a viga estribo distribui as forças horizontais pelos cinco contrafortes. Os

amortecedores aplicados nos encontros têm uma força máxima de 5000 kN cada um e são

usados 2 óleo-dinâmicos em cada encontro (Figura 2.28 e Tabela 2.2).

Figura 2.27 – Vista em alçado e corte longitudinais dos dois encontros

Page 42: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

21

Figura 2.28 - Amortecedor viscoso do tipo ALGASISM FD

Tabela 2.2 - Características geométricas e mecânicas dos amortecedores

ELEMENTO Quantidade por elemento

Força Máxima por Amortecedor

Dimensões (m)

Encontros E1 e E2 2 5000 (kN) Lt = 1860 Lx = 1260

As fundações dos pilares são realizadas por 8 estacas moldadas no terreno com 1,5 m de

diâmetro (Figura 2.29). Nos encontros são utilizadas 6 estacas do mesmo diâmetro.

Figura 2.29 - Maciço de estacas tipo do pilar

2.5 MATERIAIS

Esta ponte tem como materiais estruturais betão, aço para armaduras, aço estrutural, cabos

de pré esforço e barras de pré-esforço, conforme se apresenta nas Tabelas 2.3 e 2.4. Na

Tabela 2.5 são apresentados os módulos de elasticidade destes materiais.

Page 43: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

22

Tabela 2.3 - Classes de resistência e de exposição e recobrimentos dos betões

ELEMENTO

BETÕES

Classe Resistência

Classe Estrutural

Classe Exposição

Recobrimento (mm)

Regularização C16/20 S1 --- ---

Estacas dos Encontros C30/37 S6 XC2 40

Estacas dos Pilares C30/37 S6 XC2 40

Fundações C30/37 S6 XC2 40

Encontros C30/37 S6 XC4 45

Pilares C30/37 S6 XC4 40

Tabuleiro C40/50 S5 XC4 35

Torres C40/50 S5 XC4 35

Muros Proteção C40/50 S5 XC4 35

Guarda Balastro C40/50 S5 XC4 35

Vigas Bordadura C40/50 S5 XC4 25

Enchimento Passeios Betão Leve

Tabela 2.4 - Tipos de aço do tabuleiro e cabos de pré-esforço extradorsal

AÇOS

Armaduras Passivas Aço A500NR SD

Armaduras Ativas Transversais: em 4 Cordões 0,6”N 1670/1860

Longitudinais: 19 Cordões 0,6”S 1670/1860

Cabos de pré-esforço extradorsal

55 Cordões 0,6”S 1670/1860

Barra de pré-esforço Aço S1080

Tubos CHS Aço S355

Guarda Corpos Aço S235 JR

Page 44: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

23

Tabela 2.5 - Módulos de elasticidade dos materiais

Módulos de

elasticidade (GPa)

Armaduras Passivas 200

Armaduras Ativas 195

Barra de pré-esforço 195

Tubos CHS 210

Betão C40/50 35

Betão C30/37 33

2.6 PROCESSOS CONSTRUTIVOS

O processo construtivo do tabuleiro utiliza um cimbre ao solo em toda a extensão da

ponte, a betonagem é faseada e em duas frentes de construção. As primeiras correspondem

à preparação do terreno, execução das fundações e dos fustes pilares, e posteriormente a

betonagem do tabuleiro inicia-se a partir dos encontros.

Como durante a construção do tabuleiro se pretende instalar os cabos extradorsais para o

tabuleiro ser autoportante, a construção é simétrica em relação a cada um dos mastros.

Após cada uma destas fases, realiza-se a betonagem de uma aduela de fecho para ligação à

restante parte do tabuleiro anteriormente executada.

Devido a grande extensão da ponte, os pilares mais curto e afastados do centro de rigidez

do tabuleiro estão sujeitos a esforços muito elevados devido aos efeitos diferidos Para

contrariar durante a construção parte deste efeito são instalados macacos hidráulicos para

introduzir forças no sentido dos encontros antes da betonagem da última aduela de fecho.

Esta força afasta a ponte na direcção às extremidades de modo que a tempo infinito sejam

atenuadas as componentes de retração e fluência, diminuindo assim os esforços nos pilares

a tempo infinito. Contudo, esta força não pode ser muito elevada pois pode conduzir a

fissuras indesejadas durante a fase construtiva nos pilares.

Esta operação complementa outro procedimento utilizado na construção para contrariar os

deslocamentos devido a estas deformações impostas, que corresponde a fixar o tabuleiro

nos encontros durante a fase construtiva e betonar as aduelas de fecho logo após os troços

em consola do tabuleiro estarem concluídas, mantendo assim o centro de rigidez dos

Page 45: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

24

troços do tabuleiro durante a construção nos encontros. Antes da aplicação da força

longitudinal com os macacos hidráulicos o tabuleiro será libertado dos encontros.

Por fim, aplica-se o pré-esforço interior longitudinal, e após a aplicação das restantes cargas

permanentes faz-se um retensionamento dos cabos extradorsais, com o objectivo de

instalar nestes cabos forças compatíveis com as suas capacidades resistentes. Apresenta-se

nos esquemas seguintes o faseamento construtivo proposto:

i) preparação do terreno e execução de fundações, seguida da cofragem e betonagem dos elementos verticais;

ii) montagem do cimbre ao solo seguida de betonagem dos tramos extremos; iii) tensionamento dos cabos extradorsais dos tramos betonados em ii); iv) betonagem do troço de tabuleiro para ligação aos encontros; v) execução de aparelho provisório de fixação dos tramos extremos aos encontros, de

modo a evitar o desalinhamento longitudinal entre aqueles elementos durante a fase construtiva;

vi) betonagem do tramo seguinte, instalação dos cabos extradorsais seguida da betonagem da aduela de fecho entre consolas;

vii) tensionamento dos cabos do tramo betonado em iv); viii) Continuação da execução do tabuleiro com repetição das fases vi) e vii):

ix) libertação do tabuleiro nos encontros; aplicação de uma força de 11000 kN com recurso a dois macacos hidráulicos, no sentido de afastar as extremidades do tabuleiro;

Page 46: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

25

x) betonagem da aduela de fecho central; xi) aplicação das restantes cargas permanentes, e puxe dos cabos pré-esforço interior; xii) retensionamento dos cabos de pré-esforço extradorsal.

Page 47: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

26

Page 48: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

27

3 ACÇÕES E CRITÉRIOS DE VERIFICAÇÃO ESTRUTURAL

A quantificação das acções é feita recorrendo à regulamentação europeia em vigor, tendo

por base os seguintes documentos:

i) EN 1990: Bases para o Projecto de Estruturas;

ii) EN 1991: Acções nas Estruturas;

iii) EN 1992: Projecto de Estruturas de Betão;

iv) EN 1993: Projecto de Estruturas Metálicas;

v) EN 1997: Projecto Geotécnico;

vi) EN 1998: Projecto de Estruturas para Resistência aos Sismos.

3.1 ACÇÕES

3.1.1 Cargas permanentes

As cargas permanentes dividem-se em peso próprio (PP), que é o peso dos elementos

estruturais, e restantes cargas permanentes (RCP), as quais englobam o peso de todos os

elementos não estruturais com um caracter fixo (Tabelas 3.1 e 3.2).

Os valores das cargas aplicadas sobre a laje têm em conta a degradação das cargas até à

interceção do plano médio da laje onde atuam (Figura 3.1).

Figura 3.1 - Valores característicos das restantes cargas permanentes RCP com degradação de cargas até ao plano médio da laje

Page 49: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

28

Tabela 3.1 - Valores característicos dos pesos próprios PP por metro longitudinal

ELEMENTO Área (m2) γ (kN/m3) pp (kN/m)

Secção Transversal de Betão Armado e Pré-Esforçado no Vão

9,389 25,0 234,7

Secção Transversal de Betão Armado e Pré-Esforçado no Apoio

9,900 25,0 247,5

Tabela 3.2 - Valores característicos das RCP por metro longitudinal de acordo com recomendações da EN 1991-1

ELEMENTO Área (m2)

Quantidade γ

(kN/m3) pp

(kN/m2) pp

(kN/m) PP

(kN)

Guarda Corpos - 2 - - 1,0 -

Viga de Bordadura 0,128 2 25,0 - 3,2 -

Passadiço 0,390 2 25,0 7,5 9,75 -

Guarda Balastro 0,130 2 25,0 - 3,25 -

Balastro 2,610 2 20,0 11,06* 52,2 -

2 Carris UIC60 - 2 - 0,37* 1,2 -

Travessas Betão P.E. - 2 - 1,48* 4,8 -

Catenária - 2 - - 0,2 -

Postes Catenária - 2 - - 0,08 2,0**

Muretes Proteção 0,450 2 25,0 - 11,25 -

rcpTOTAL = 173,9 (kN/m)

* valores tendo em conta a degradação das cargas até ao plano médio da laje de betão; ** postes de catenária espaçados de 25 m na direção longitudinal.

3.1.2 Fluência

A retração e a fluência são propriedades reológicas do betão que têm importância

significativa na concepção de uma ponte em termos de comportamento em serviço.

A deformação do betão devido à fluência εcc, para uma tensão de compressão σc constante,

aplicado no instante t0, é obtida pela expressão (3.1), onde o módulo de elasticidade

tangente Ec pode ser considerado igual a 1,05 Ecm.

Page 50: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

29

𝜀𝑐𝑐(t, 𝑡0) = 𝜑(t, 𝑡0)𝜎𝑐

𝐸𝑐

(3.1)

A tensão de compressão σc a considerar é avaliada para a combinação quase permanente de

ações, [EN 1992-1-1: 2.3.2.2(3)]. Esta tensão varia ao longo da fase construtiva, por isso,

considerar a compressão total durante a fase de exploração o que é conservativo. Deste

modo, no presente projecto o cálculo deste parâmetro teve em conta o tempo que demora

a construção, e nomeadamente uma estimativa do tempo necessário para a execução de

cada uma das estruturas autoportantes durante a fase construtiva, bem como a tensão

aplicada em cada uma das fases. Neste caso, considera-se duas tensões diferentes 1,74 MPa

para a fase construtiva e 5,05 MPa para a fase de exploração. Considerando que a

construção de cada módulo estrutural decorre em aproximadamente 2 meses, e aplicando

as deformações impostas em cada um dos sistemas estáticos, simula-se os efeitos diferidos

de uma maneira mais aproximada da realidade da construção.

O cálculo da deformação por fluência considerando que são aplicadas tensões diferentes ao

longo do tempo é dado pela expressão (3.2):

𝜀𝑐𝑐(t, 𝑡0) = 𝜑(t, 𝑡0)𝜎𝑐1

𝐸𝑐+ 𝜑(t, 𝑡2)

(𝜎𝑐2 − 𝜎𝑐1)

𝐸𝑐

Em que:

t0 – instante de aplicação da tensão durante a fase construtiva

t2 – instante de aplicação da tensão de exploração

t – instante que se avalia a deformação

σc1 – Valor de tensão durante a fase construtiva (1,74 MPa)

σc2 – Valor de tensão durante a fase de exploração (5,05 MPa)

(3.2)

Como foi explicado anteriormente, a construção do tabuleiro tem início dos encontros até

ao fecho central. Existem assim 4 sistemas estáticos para aplicação das deformações

impostas correspondentes à fluência e retração, o primeiro é composto pelos módulos nas

extremidades incluindo o encontro, o segundo pelos primeiros tramos interiores, o terceiro

pelos segundos tramos interior e o quarto pelo módulo central. No final da construção,

num quinto sistema estático, correspondente ao tabuleiro completo, aplicam-se os efeitos

diferidos que ocorrem entre este instante e tempo infinito (100 anos de exploração).

O cálculo do coeficiente de fluência ao longo do tempo utiliza a formulação proposta no

Eurocódigo 2 1-1 Anexo B

Page 51: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

30

𝜑(t, 𝑡0) = 𝜑0. 𝛽𝑐(t, 𝑡0) (3.3)

𝜑0 = 𝜑𝑅𝐻 . 𝛽(𝑓𝑐𝑚). 𝛽(𝑡0) (3.4)

𝜑𝑅𝐻 = [1 +1 − 𝑅𝐻/100

0,1. √ℎ03

. 𝛼1] . 𝛼2 (3.5)

𝛼1 = [35

𝑓𝑐𝑚]

0,7

(3.6)

𝛼2 = [35

𝑓𝑐𝑚]

0,2

(3.7)

𝛽(𝑓𝑐𝑚) = 16,8

√𝑓𝑐𝑚

(3.8)

𝛽(𝑡0) = 1

(0,1 + 𝑡00,20)

(3.9)

ℎ0 = 2𝐴𝑐

𝑢

(3.10)

𝛽𝑐(𝑡, 𝑡0) = [(𝑡 − 𝑡0)

(𝛽𝐻 + 𝑡 − 𝑡0)]

0,3

(3.11)

𝛽𝐻 = 1,5[1 + (0,012𝑅𝐻)18]ℎ0 + 250 ≤ 1500 para fcm≤ 35 (3.12)

Tabela 3.3 - Variações de temperatura equivalentes ao efeito da fluência a aplicar no modelo

Fases Zona 1

Δteq,fluência

Zona 2

Δteq,fluência

Zona 3

Δteq,fluência

Zona 4

Δteq,fluência

1ª Fase -1,49 - - -

2ª Fase -0,36 -1,49 - -

3ª Fase -0,23 -0,36 -1,49 -

4ª Fase -0,17 -0,23 -0,36 -1,49

Fase de exploração -14,67 -15,49 -16,64 -18,52

Page 52: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

31

Para melhor compreender a importância da aplicação temporal da carga para o efeito da

fluência sobrepõe-se dois gráficos que representam a deformação por fluência ao longo do

tempo considerando a tensão máxima aplicada no instante inicial e outro com a aplicação

gradual da tensão em dois momentos da vida da estrutura (Figura 3.2).

Figura 3.2 - Variação da fluência ao longo do tempo considerando diferentes instantes de aplicação da carga

Da Figura 3.2 conclui-se que, para a zona 1, a consideração do faseamento construtivo

permite reduzir a temperatura equivalente ao efeito diferido da fluência em

aproximadamente 7ºC.

3.1.3 Retração

A extensão de retração εcd(t) é calculada segundo o Eurocódigo 2-1, pelo mesmo motivo

expresso no cálculo da fluência a aplicação da deformação da retração é feita ao longo da

fase construtiva. Durante a construção, o tabuleiro encontra-se fixo aos encontros, o que

faz com que os efeitos da retração sejam no sentido oposto ao que se verifica durante a

fase de exploração. Consegue-se assim contrariar parte da deformação não só da fluência

como da retração e diminuir a parcela que ocorre durante a fase de exploração. O

Eurocódigo 2 1-1 Anexo B define a formulação seguinte para estimativa da retração:

𝜀𝑐𝑑(𝑡) = 𝛽𝑑𝑠(𝑡, 𝑡𝑠). 𝑘ℎ. 𝜀𝑐𝑑,0 (3.13)

20 2700

5

10

15

20

25

10 100 1000 10000

Δt e

q(º

C)

Dias

Variação da fluência ao Longo do Tempo na Zona 1

Tensão aplicadagradualmente emdois instantes

Tensão totalaplicada noinstante inicial

Page 53: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

32

𝛽𝑑𝑠 =(𝑡 − 𝑡𝑠)

(𝑡 − 𝑡𝑠) + 0,04√ℎ03

(3.14)

Tabela 3.4 - Parâmetros para o cálculo da retracção por secagem εcd(t)

h0 (m) βds kh fck/fck,cube (MPa) εcd,0RH=0,80 (‰)

0,4 1,0 0,725 40/50 0,24

h0 – espessura equivalente em mm da secção transversal: 2Ac/u;

kh – coeficiente dependente da espessura equivalente h0;

εcd,0 – valor nominal da retração livre por secagem em função da classe do betão com cimentos CEM da classe N.

Pode constactar-se que os valores da deformação aplicada na fase de exploração são mais

reduzidos visto que durante a construção parte da retracção é anulada (Tabela 3.5). No

gráfico da Figura 3.3 apresenta-se a evolução da retração durante o tempo.

Tabela 3.5 - Variação de temperatura equivalente à retracção a aplicar no modelo

Fases Zona 1 Δteq,retração

Zona 2 Δteq, retração

Zona 3 Δteq,retração

Zona 4 Δteq, retração

1ª Fase -2,35 - - -

2ª Fase -2,1 -2,35 - -

3ª Fase -1,58 -2,1 -2,35 -

4ª Fase -1,25 -1,58 -2,1 -2,35

Fase de exploração -10,12 -11,37 -12,95 -15,05

Figura 3.3 - Variação da retracção ao longo do tempo

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1 10 100 1000 10000

ΔT

eq (

ºC)

Dias

Variação da retracção ao Longo do Tempo

Page 54: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

33

3.1.4 Variação de Temperatura Uniforme

A acção das variações de temperatura em estruturas são avaliadas na secção 6 da EN 1991-

1-5 para o caso das pontes. No artigo 6.1.3.3 a EN 1991-1-5 estabelece que se deve

considerar os valores característicos das amplitudes de contração ∆TN,con e dilatação ∆TN,exp,

(3.15) e (3.16):

∆TN,con = T0 – Te,min (3.15)

∆TN,exp = Te,max – T0 (3.16)

O Anexo Nacional preconiza que estruturas de betão, classificadas como do Tipo 3,

localizadas no concelho de Évora (zona A quer durante o inverno ou verão) estão sujeitas a

temperaturas máximas dadas na Tabela 3.6. Considerando do Anexo Nacional a

temperatura inicial T0 = 15ºC de um elemento, à data do constrangimento à sua livre

deformação, obtêm-se as variações uniformes de temperatura da Tabela 3.7.

Tabela 3.6 - Valores de Tmin e Tmax para a região de Évora

TminH=0m Tmin

H=100m TmaxH=0m Tmax

H=100m

-5 ºC -5,5 ºC * 45 ºC 44 ºC *

*valores corrigidos em função da altitude H do local de implantação.

Tabela 3.7 - Determinação da componente uniforme das variações de temperatura

T0 ∆TN,con ∆TN,exp

∆TN

15 ºC 20,5 ºC 29 ºC 49,5 ºC

A análise dos esforços numa estrutura de betão correspondentes à acção das variações

uniformes da temperatura pode ser realizada tomando metade do valor do módulo de

elasticidade do betão E, tendo em conta o carater lento desta ação.

3.1.5 Variação de Temperatura Linear

O valor ΔTl depende da orientação da estrutura, do material estrutural e do tipo de

revestimento, onde o balastro tem uma particular importância nas pontes ferroviárias. No

caso das pontes, as variações de temperatura lineares agravam os momentos flectores na

Page 55: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

34

estrutura. O Anexo Nacional da EN 1991-1-5 estipula a aplicação da Abordagem 1 na

avaliação desta acção. Para pontes em betão, i.e. do Tipo 3, o artigo 6.1.4.1 estabelece os

valores a considerar nas situações em que a face superior está mais quente do que a inferior

ΔTM,heat e no caso contrário ΔTM,cool (Tabela 3.8).

Tabela 3.8 - Valores da componente linear da variação diferencial de temperatura

TABULEIRO ΔTM,heat (ºC) ΔTM,heat (ºC)

Tipo 3 15x0.6 = 9* 5

*valor afetado de um coeficiente ksur = 0.6 devido ao balastro.

Refira-se que as variações de temperatura lineares se traduzem pelo aparecimento de

momentos M, em função do coeficiente de dilatação térmica linear α, que para o betão vale

10-5, da rigidez de flexão EI, e da altura h do elemento. A expressão 3.17 corresponde ao

valor do momento flector para uma variação linear de temperatura numa viga bi-

encastrada, valor este muito próximo ao que se regista num tramo interior tipo do tabuleiro

𝑀 =𝛼. 𝛥𝑇𝑙

ℎ 𝐸𝐼

(3.17)

3.1.6 Pré-Esforço

A acção do pré-esforço pode ser considerada como permanente, pois embora apresente

alguma variabilidade nos primeiros tempos de vida da estrutura, o seu valor tende para um

limite inferior P∞. As forças úteis máximas consideradas a tempo infinito foram de 150 kN

para cordões 0,6”S e 140 kN para cabos com cordões de 0,6”N.

Nas verificações de segurança a parcela isostática e hiperestática do pré-esforço são

consideradas do lado da acção.

3.1.7 Impulsos de Terras

Para a quantificação das acções do terreno nos encontros considera-se um coeficiente de

impulso de repouso K0 definido em função do ângulo de atrito interno do solo ϕ’ :

Page 56: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

35

K0 = 1 – sen ϕ’ (3.18)

Assumiu-se que o solo de aterro no tardoz dos encontros que possui um peso volúmico

γaterro de 19 kN/m3 e um ângulo de atrito interno ϕ’ de 32º.

3.1.8 Sobrecargas nos Encontros

Nos encontros considerou-se uma sobrecarga de 10 kN/m2 aplicada no terreno do lado do

tardoz nos casos em que esta é desfavorável para o dimensionamento deste elemento.

3.1.9 Sobrecargas – LM 71

As sobrecargas ferroviárias são definidas pela EN 1991-2, relativa a acções de tráfego em

pontes. Para representar as ações de tráfego normal em pontes ferroviárias, a EN 1991-2

define no Artigo 6.3.2 o modelo de carga UIC - Load Model 71. A distribuição das forças na

direcção longitudinal é de acordo com o apresentado na Figura 3.4, sendo a posição das

quatro cargas concentradas a que se revelar mais desfavorável para o dimensionamento.

Figura 3.4 – UIC Load Model 71

As cargas do comboio de mercadorias UIC- LM 71 podem ser afetadas por um coeficiente

α para que nos casos de vias onde circulem composições com um peso superior ou inferior

à média, as cargas possam ser corrigidas de modo a caracterizar melhor o tráfego que lá irá

circular. Este coeficiente também afeta as forças centrífugas, forças de lacete, e forças de

arranque e frenagem. Neste projecto considera-se que este coeficiente é unitário. O

comboio tipo deve ser colocado na posição mais desfavorável, devendo admitir-se a

possibilidade das cargas distribuídas não atuarem as zonas de influência favorável à secção

condicionante (Figura 3.5).

EN 1991-2:2003 (E)

68

Key(1) No limitation

Figure 6.1 - Load Model 71 and characteristic values for vertical loads

(3)P The characteristic values given in Figure 6.1 shall be multiplied by a factor , on lines

carrying rail traffic which is heavier or lighter than normal rail traffic. When multiplied by

the factor the loads are called "classified vertical loads". This factor shall be one of the

following:

0,75 - 0,83 - 0,91 - 1,00 - 1,10 - 1,21 - 1,33 - 1.46

The actions listed below shall be multiplied by the same factor :

– equivalent vertical loading for earthworks and earth pressure effects according to

6.3.6.4,

– centrifugal forces according to 6.5.1,

– nosing force according to 6.5.2 (multiplied by for 1 only),

– traction and braking forces according to 6.5.3,

– combined response of structure and track to variable actions according to 6.5.4,

– derailment actions for Accidental Design Situations according to 6.7.1(2),

– Load Model SW/0 for continuous span bridges according to 6.3.3 and 6.8.1(8).

NOTE For international lines it is recommended to take 1,00. The factor may be specified in the

National Annex or for the individual project.

(4)P For checking limits of deflection classified vertical loads and other actions enhanced

by in accordance with 6.3.2(3) shall be used (except for passenger comfort where

shall be taken as unity).

6.3.3 Load Models SW/0 and SW/2

(1) Load Model SW/0 represents the static effect of vertical loading due to normal rail

traffic on continuous beams.

(2) Load Model SW/2 represents the static effect of vertical loading due to heavy rail

traffic.

(3)P The load arrangement shall be taken as shown in Figure 6.2, with the characteristic

values of the vertical loads according to Table 6.1.

Lic

en

sed

Cop

y: n

a n

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Univ

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7:3

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) B

SI

Page 57: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

36

Figura 3.5 – Exemplo de posicionamento do comboio LM71 em relação à l inha de influência para obter o momento flector positivo máximo no tramo lateral

3.1.10 Efeitos Dinâmicos das Cargas Móveis

São diversos os fatores que podem induzir um comportamento dinâmico na estrutura. De

entre outros, podem enumerar-se a proximidade entre o período de solicitação da estrutura

e o introduzido pelas sobrecargas e a passagem repetida de cargas, que pode excitar a

estrutura. Os resultados da análise estática são por isso afectados por um factor dinâmico

Φ. Este é definido em função das condições de manutenção que se espera para a estrutura.

Assumiu-se condições de manutenção normais, a que corresponde o fator Φ3 dado para

um LΦ, comprimento do vão equivalente do tabuleiro, por:

𝛷3 =2,16

√𝐿𝛷 − 0,2+ 0,73 ∈ [1,0; 2,0]

(3.19)

O valor deste coeficiente dinâmico depende naturalmente do elemento da

estrutura que se está a analisar, obtendo-se os valores apresentados na Tabela

3.9.

Tabela 3.9 - Valores do coeficiente dinâmico Φ3 a adotar na análise transversal e longitudinal

ANÁLISE LΦ (m) Φ3

Transversal 3.bvão entre almas = 20,4 1,23

Longitudinal max{k.Lmédio ; Lmáximo} = 88,1* 1,00

*k depende do número de tramos n: para 8 tramos k vale 1,5

Qvk

qvk qvk distribuição de

sobrecargas mais desfavorável

linha de influência do momento fletor a ½ vão

Page 58: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

37

No Capítulo 4 é apresentada uma análise dinâmica específica, simulando a passagem de

comboios HSLM, para comparar os esforços estáticos com os esforços dinâmicos e

também para fazer verificações de serviço da deformação e aceleração do tabuleiro quando

se circula com composições reais com velocidades que podem ir dos 40 Km/h até 420

Km/h (1,2 vezes a velocidade de projecto).

3.1.11 Forças de Lacete

As forças de lacete aparecem devidas às folgas entre os rodados do comboio e os carris, e

são simuladas como forças horizontais concentradas atuantes no topo dos carris, segundo

uma direção ortogonal ao eixo da via. O valor característico Qsk desta ação é de 100 kN.

3.1.12 Forças de Arranque e de Frenagem

As forças de arranque e de frenagem atuam no topo dos carris segundo a direção

longitudinal da via ferroviária. Estas são modeladas como forças lineares uniformemente

distribuídas, aplicadas sobre uma determinada largura de influência La,b.

As forças de arranque e frenagem devem ser combinadas com as ações verticais. No caso

de vias duplas, a força de arranque num sentido deve ser adicionada à de frenagem no

sentido contrário, para verificação da segurança aos ELU, tomando no caso presente os

valores apresentados na Tabela 3.10.

Tabela 3.10 - Valores característicos para as forças de arranque e frenagem

LOAD

MODEL FORÇA ARRANQUE (kN) FORÇA FRENAGEM (kN)

71 Qlak=33(kN/m).La,b(m) ≤ 1000 Qlbk=20(kN/m).La,b(m) ≤6000

Page 59: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

38

3.1.13 Acção Sísmica

A avaliação da acção sísmica é feita de acordo com a norma EN 1998-2, e considera as

acções nas direções longitudinal e transversa, em conjunto com a direção vertical.

A classificação do tipo de terreno é do tipo C de acordo com a EN 1998-1. De acordo com

o Anexo Nacional, Évora pertence às zonas sísmicas 1.4 e 2.4, que tem valores de

referência da aceleração do solo agR de 1,0 m/s2 e 1,1 m/s2, respetivamente.

A classe de importância da ponte é de Classe II, a que corresponde um fator de

importância γI de valor unitário. Para estes parâmetros de entrada obtém-se o espectro de

resposta elástico da Tabela 3.11 e da Figura 3.6.

Tabela 3.11 - Parâmetros do espetro de resposta elástico

AÇÃO SÍSMICA TERRENO Smax TB (s) TC (s) TD (s)

Tipo 1 Tipo C

1,6 0,1 0,6 2,0

Tipo 2 1,6 0,1 0,25 2,0

Figura 3.6 - Espetro de resposta elástica para os sismos Tipo 1 e Tipo 2

Para explorar o comportamento não linear da estrutura durante a ocorrência do sismo de

projecto, considera-se um coeficiente de comportamento q = 1,5 na direcção transversal.

No caso desta ponte a formação de rótulas plásticas dá-se na base dos pilares. Com a

ocorrência da fendilhação regista-se um aumento da flexibilidade da estrutura, aumentando

o período e diminuindo consequentemente os esforços na base dos pilares.

Page 60: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

39

Na direcção longitudinal o coeficiente de comportamento toma um valor unitário devido

ao facto de se terem aparelhos óleodinâmicos na ligação do tabuleiro aos encontros.

Realiza-se neste caso uma avaliação da resposta dinâmica da estrutura no tempo definindo-

se o sismo com recurso à geração de acelerogramas artificiais. No capítulo referente à

análise dos pilares é explicada a forma como foram gerados estes acelerogramas artificiais,

como foram modelados os amortecedores óleodinâmicos e qual o comportamento

estrutural obtido para esta situação.

Em ambas as análises procedeu-se a um cálculo iterativo da inércia fendilhada, visto que

uma redução na inércia se traduz num aumento do período, o que conduz à redução dos

esforços em relação a uma análise elástica linear não fendilhada. Este cálculo recorre a

gráficos de interação momento-curvatura dos pilares. Uma vez mais, a metodologia

utilizada é referida mais em detalhe no capítulo da análise dos pilares.

Para caracterizar o sismo é ainda necessário estabelecer-se um coeficiente de

amortecimento, para ter em conta a dissipação de energia por parte dos elementos

estruturais que neste caso são maioritariamente em betão armado pré-esforçado.

Considera-se o amortecimento da estrutura de betão de 5%.

De acordo com o artigo 4.3.3.5.1(1), deve considerar-se a simultaneidade dos sismos nas

duas direções. Numa das combinações a ação do sismo numa direcção é considerado em

conjunto com o sismo na direcção a 90º multiplicada por 0,3:

± EEd,i ± 0,3.EEd,j

(3.20)

em que EEd,i e EEd,j são esforços de cálculo devidos ação sísmica segundo as direções i, j

Adicionalmente, na avaliação de uma ponte ferroviária com certa importância, como a

presente, deve verificar-se o controlo de danos para a ação de um sismo de serviço. Para

minorar possíveis danos limita-se os deslocamentos longitudinais para um sismo de serviço.

Este sismo caracteriza-se por ter uma baixa intensidade, por isso, o valor da aceleração em

serviço será inferior ao do sismo de projecto. Este sismo de projecto tem uma

probabilidade de excedência em 50 anos de 10 % o que confere um período de retorno de

referência TLR de 475 anos. O sismo de serviço tem uma probabilidade de excedência de

10% em 10 anos o que conduz a um período de retorno TLR de 95 anos. O valor de cálculo

de aceleração é multiplicado por um coeficiente de importância γI que reduz o valor de

aceleração de referência. A expressão (3.21) é obtida do Eurocódigo 8-1 cláusula 2.1 (1),

sendo k um parâmetro que depende da sismicidade da zona e se pode considerar igual a 3:

Page 61: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

40

𝛾𝐼 = (𝑇𝐿𝑅

𝑇𝐿)

(−1𝑘

)

(3.21)

𝛾𝐼 = (475

95)

(−13

)

≅ 0,585

(3.22)

3.2 CRITÉRIOS DE VERIFICAÇÃO ESTRUTURAL

3.2.1 Estado Limite Último

A verificação ao estado limite último segue as indicações da EN 1990, sendo os valores de

coeficientes de combinação das acções consultados na Tabela 3.12 enquanto as

combinações principais são referidas na Tabela 3.13.

Tabela 3.12 - valores dos coeficientes de combinação das acções

ACÇÃO ψ0 ψ1 ψ2

LM 71 0,80 0,70 0,00

Arranque e Frenagem 0,80 0,70 0,00

Pressões de Terras devido a Sobrecargas

0,80 0,50 0,00

Acções Térmicas Tk 0,60 0,60 0,50

Tabela 3.13 - Combinações de verificação dos ELU de resistência

COMBINAÇÃO 1

ESd = 1,35( Ecp + Ec.extrad. + Epe) + 1,50( Esc + 0,80 Earranq.fren)

ou

ESd = 1,35( Ecp + Ec.extrad. + Epe) + 1,50 (Earranq.fren + 0,80 Esc)

COMBINAÇÃO 2.1 EEd = Ecp + Ec.extrad. + Epe + EEd,Tranversal + 0,3 EEd,Longitudinal

COMBINAÇÃO 2.2 EEd = Ecp + Ec.extrad. + Epe + 0,3 EEd,Tranversal + EEd,Longitudinal

A combinação 1 é a mais importante para a verificação dos esforços no tabuleiro e nos

mastros, as combinações 2.1 e 2.2 são as que mais condicionam os pilares. Os valores

recomendados pelo Eurocódigo para os coeficientes parciais de segurança são apresentados

(X)

)

Page 62: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

41

na Tabela 3.14. Relativamente às resistências dos materiais na verificação dos ELU os

fatores de minoração das suas propriedades características encontram-se na Tabela 3.15.

Tabela 3.14 - Valores dos coeficientes parciais de segurança ϒf pela EN 1990-1

ACÇÃO EFEITO DESFAVORÁVEL EFEITO FAVORÁVEL

Permanente ϒG (EQU) 1,10 0,90

Permanente ϒG (STR/GEO) 1,35 1,00

Variável ϒQ 1,50 0,00

Deformações Impostas 1,00 1,00

Tabela 3.15 - Valores dos coeficientes parciais de segurança ϒm dos materiais

Betão ϒc Aço Estrutural ϒa Armaduras ϒs

1,50 1,00 1,15

3.2.2 Estado Limite Serviço

Devido à existência de diversos elementos estruturais e o facto de ser uma ponte de via

ferroviária, existem diversas verificações de serviço que têm impacto nas decisões de

conceção desta obra. Na conceção dos traçados dos cabos de pré-esforço interior teve-se

em conta os seguintes critérios:

1) Não descompressão em todas as secções do tabuleiro para as combinações

Combinação quase permanente, 𝐶𝑃 + 𝜓2∆𝑇𝑑

Combinação frequente (sem variação de temperatura), 𝐶𝑃 + 𝜓1𝑆𝑜𝑏

2) Não fendilhação em todas as secções

Combinação característica, 𝐶𝑃 + ∆𝑇𝑑 + 𝑆𝑜𝑏

As verificações das acções dinâmicas da passagem do comboio serão referidas em mais

detalhe no Capítulo 4 e os deslocamentos horizontais no Capítulo 5. As principais

verificações são a aceleração vertical durante a passagem do comboio, deformação vertical

do tabuleiro, empenamento das secções e o deslocamento horizontal durante o

arranque/frenagem ou sismo de serviço.

Page 63: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

42

3.2.3 Fadiga e dimensionamento dos cabos extradorsais

O tabuleiro de uma ponte ferroviária está sujeito a grandes variações de carga em serviço e

os cabos podem ser elementos suscetíveis de evidenciar problemas de fadiga.

De acordo com as normas de projecto deste tipo de pontes opta-se por limitar a força

máxima nos cabos em serviço a tensões da ordem dos 50% da tensão resistente última dos

tirantes ou até 55% durante a fase construtiva quando são adotados dispositivos de

limitação dos efeitos da flexão nas ancoragens. Esta é uma abordagem indireta que permite

contabilizar os efeitos de fadiga, no qual se faz o pré dimensionamento para o Estado

Limite de Serviço (ELS) com os valores limites de tensão de 0,50 fpuk verificando depois a

sua resistência à fadiga e aos Estados Limite Último (ELU).

Existem diversas recomendações para se realizar a verificação à fadiga para pontes

rodoviárias, mas para pontes ferroviárias existem poucas indicações de procedimentos para

avaliar a sua segurança à fadiga. Segundo o artigo 9.5.1 da EN 1993-1-1 a verificação é feita

usando a seguinte expressão:

∆σE ≤∆σc

γMf

(3.23)

Em que o parâmetro Δσc corresponde à resistência à fadiga de referência dos cabos de pré-

esforço e é afetado por um coeficiente γMf . Este valor é definido no EC3-1-11, para um

número de ciclos de referência de 2x106 e devem ser comprovados com provetes de

materiais empregues na obra para o mesmo número de ciclos com variações de tensão

superiores a 25%, e com uma tensão máxima de 45% da tensão de rotura. Para cordões de

cabos de pré-esforço este valor é de 160 MPa. O coeficiente parcial γMf depende do método

de verificação da segurança à fadiga utilizado (Tabela 3.16):

1) O método de dano controlado que prevê uma inspeção e manutenção regular de

modo a detetar e reparar possíveis danos devidos à fadiga.

2) O método do tempo de vida garantido não exige uma inspeção regular, mas é

necessário assegurar que não existirão danos devidos à fadiga.

Page 64: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

43

Tabela 3.16 - Valores do coeficiente parcial γMf para verificação da fadiga

ANÁLISE

Consequências da rotura

Consequências pouco importantes Consequências importantes

Dano controlado 1,00 1,15

Tempo de vida garantido

1,15 1,35

No caso da ponte em análise o coeficiente toma o valor de 1,35, pois considera-se que a

rotura de um cabo por fadiga traduz-se em danos com consequências importantes e não é

prevista uma inspeção periódica de todos os cabos de pré-esforço extradorsal para

controlar os possíveis danos por fadiga.

Do lado da acção tem-se o parâmetro ΔσE que é a variação de tensão máxima equivalente

em cada cabo, o qual para os dois milhões de ciclos é obtido pelo produto:

∆σE = Φ3λ1λ2λ3λ4∆σsob

(3.24)

O valor de variação de tensão em cada cabo é dado pelo factor Δσsob para uma ponte

ferroviária de duas vias usa-se como veículo de fadiga dois LM71 com valores

característicos de carga, fazendo-se uma análise estática, multiplicando os resultados pelo

coeficiente dinâmico Φ3 . Os parâmetros λi são os fatores de dano equivalentes

dependentes dos seguintes aspectos:

λ1 – comprimento da linha de influência em função do tipo e apoio do tabuleiro;

λ2 – volume de tráfego;

λ3 – correcção do horizonte de projecto em relação aos 100 anos de vida útil;

λ4 – tipo de sobrecarga aplicada nas restantes vias para além do veículo mais pesado

(LM71).

No caso presente estes fatores de dano equivalentes tomam os valores apresentados na

Tabela 3.17.

Tabela 3.17 - Valores dos factores de dano equivalentes

λ1* λ2** λ3 λ4*** γmf

0,63 0,9 1,0 1,0 1,35

Para os seguintes parâmetros:

*O comprimento da linha de influência igual ao comprimento de um vão 66 m;

**O volume de tráfego por ano é de 15x106 t/via;

Page 65: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

44

*** Sobrecarga nas duas vias pode ser o veículo LM71.

O valor obtido para o produto dos quatro fatores de dano é de 0.567 inferior ao valor

máximo de 1.4 estabelecido regulamentarmente.

Por fim, a verificação do Estado Limite Último, segundo o EC3 parte 1-11, corresponde a

assegurar uma limitação de tensão nos cabos extradorsais de 0.75 fpuk durante a fase

construtiva e 0.70 durante o serviço, para uma combinação fundamental.

Page 66: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

45

4 VERIFICAÇÃO ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA

A verificação de segurança em serviço do tabuleiro utiliza três modelos diferentes, um para

a análise longitudinal, que inclui uma referência à solução de apoio alternativa do tabuleiro,

outro para a análise transversal do tabuleiro e um último um terceiro para verificar a

resposta da estrutura com a passagem de um comboio a alta velocidade.

A análise longitudinal é realizada com um modelo plano no qual os esforços são avaliados

através de uma análise estática não linear que tem em conta o processo construtivo e a

evolução dos esforços ao longo da construção.

A análise transversal do tabuleiro recorre a um modelo tridimensional, que inclui elementos

finitos de laje e elementos barra para modelar um tramo interior da ponte. O aspecto mais

significativo desta análise corresponde à avaliação do comportamento da laje junto à ligação

dos cabos ao tabuleiro e das escoras metálicas, nomeadamente a variação dos esforços

nestes elementos com a passagem do comboio e as verificações correspondentes de

resistência à fadiga.

4.1 ANÁLISE TRANSVERSAL DO TABULEIRO

A análise transversal do tabuleiro é feita utilizando um modelo tridimensional de elementos

finitos. Com os resultados deste modelo verifica-se primeiro a descompressão em serviço

da laje para a combinação frequente e a sua não fendilhação para a combinação

característica. Depois analisa-se as zonas de esforços mais elevados relevantes e calcula-se a

armadura ordinária de reforço ao pré-esforço transversal.

Analisa-se também com o mesmo modelo as escoras metálicas tendo em conta os esforços

atuantes, obtendo-se as amplitudes de variação dos esforços axiais nestes elementos

durante a passagem dos comboios para avaliação da sua resistência à fadiga.

4.1.1 Modelo de Cálculo da Laje

O modelo de cálculo de laje simula as almas, os banzos e as paredes, e utiliza elementos

barra para modelar os cabos, tubo CHS das escoras, cabos extradorsais, mastro e vigas, e

elementos de cabo para simular as barras de pré-esforço existentes no interior das escoras.

Page 67: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

46

O pré-esforço transversal interior do tabuleiro é modelado apenas com cargas horizontais,

considerando-se que as cargas verticais equivalentes correspondentes ao desvios dos cabos

são muito reduzidas assim como os correspondentes momentos flectores hiperestáticos.

É ainda de referir, que o pré-esforço interior longitudinal também é aplicado neste modelo

através das suas cargas equivalentes e que os cabos extradorsais dos tramos adjacentes são

ligados em molas que simulam a rigidez vertical destes tramos (Figura 4.1).

Figura 4.1 - Modelo em SAP2000 do tabuleiro

A Figura 4.1 representa o modelo em 3d da ponte, sendo importante referir que por se ter

modelado unicamente um tramo, os pontos dos elementos finitos nas extremidades são

apoiados e impedem as rotações locais, mas os deslocamentos horizontais são livres. A

vermelho pode ver-se os elementos barra dos mastros e cabos extradorsais, a cinzento o

tabuleiro e no centro existe um corte no tabuleiro onde se evidencia a azul as escoras

metálicas.

As sobrecargas são modeladas como cargas móveis de modo a se obter uma envolvente

dos esforços atuantes. É de notar que se usou uma linha de influência para cada carril, o

que significa que a locomotiva do mesmo comboio pode ter duas posições diferentes ao

mesmo tempo. Mesmo não correspondendo totalmente à realidade, este o efeito é do lado

da segurança.

4.1.2 Estados Limites de Serviço da Laje do Tabuleiro

O tabuleiro apresenta os esforços transversais mais elevados na zona da consola, junto à

ancoragem dos cabos e nas secções entre as duas anteriores.

Na Figura 4.2 apresenta-se a envolvente dos momentos flectores da laje superior do

tabuleiro na zona central do tramo, com a nomenclatura das secções que são verificadas na

Tabela 4.1 e 4.2.

Page 68: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

47

Figura 4.2 - Momentos flectores negativos à esquerda e momentos flectores positivos à direita, para a combinação frequente de acções e pontos de momentos máximos

Tabela 4.1 - Verificação da descompressão do tabuleiro para a combinação frequente

Secção m (KNm/m) N (KN/m) e (m) A (m2) W (m3) σ (MPa)

A -141,65 -704,90 0,11 0,45 0,04 -0,09

B -118,14 -862,08 0,39 1,00 0,48 -1,31

C 69,38 -853,50 0,06 0,35 0,02 -1,55

Tabela 4.2 - Verificação da não fendilhação do tabuleiro para a combinação característica

Secção m (KNm/m) N (KN/m) e (m) A (m2) W (m3) σ (MPa)

A -191.15 -759,32 0,11 0,45 0,04 0.79

B -133,82 -919,29 0,39 1,00 0,48 -1,38

C 109,51 -915,80 0,06 0,35 0,02 0,06

Como se pode constatar o tabuleiro verifica a descompressão para a combinação frequente

de acções e também verifica a não fendilhação para a combinação característica.

A B C

Page 69: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

48

4.1.3 Estados Limites Últimos de Flexão da Laje do Tabuleiro

A verificação da resistência do tabuleiro faz-se para os dois pontos que apresentam maior

momento flector. Na Tabela 4.3 faz-se a avaliação da armadura, comparando-a com a

armadura de pré-esforço transversal, considerando o maior espaçamento de pré-esforço

igual a 1 m. A conclusão que se chega após avaliar a Tabela 4.3 é que não existe

necessidade de complementar a armadura de pré-esforço para verificar a segurança.

Contudo, em serviço deve adaptar-se uma armadura para controlo de fendilhação,

conforme se apresenta na Tabela 4.4.

Tabela 4.3 - Verificação da resistência à flexão para ELU

Secção m (KNm/m) h (m) d (m) μ (m3) As (cm3/m)* Ap (cm3/m)**

A -202 0,45 0,35 0,062 14,20 30,20

C 136 0,35 0,25 0,082 13,60 30,20

*Armadura ordinária necessária para verificar a resistência

**Armadura de pré-esforço equivalente a armadura ordinária, por metro,

considerando que os cabos se encontram espaçados de 1 m

Tabela 4.4 - Armadura mínima transversal na laje superior

As,min = 0,26.d.fctm/fyk AsTransversal

6,40 cm2/m 2 fiadas ϕ16//0,20(m) >> 10,05 cm2/m

4.1.4 Verificação das escoras metálicas

As escoras metálicas são sujeitas a variações de tensões importantes durante a passagem do

comboio, devendo verificar-se três condições de segurança:

1) Verificar se o tubo CHS está sempre à compressão em serviço.

2) Verificar se o tubo CHS pode encurvar devido ao efeito de instabilidade, durante a

fase construtiva, aplicando a força total do puxe da barra de pré-esforço. Antes de

se efectuar o puxe dos cabos de pré-esforço extradorsal, as barras têm de ser

tensionadas e é nesta fase que se regista a compressão máxima na escora.

Page 70: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

49

3) Verifica a resistência à fadiga e no ELU do tubo CHS, da barra de pré-esforço e da

ligação soldada do tubo à chapa nas suas extremidades.

Para avaliar bem o comportamento das escoras durante a passagem do comboio traçou-se

a linha de influência de uma escora (na Figura 4.3 e Figura 4.4 apresenta-se o andamento da

linha de influência do esforço axial na escora a vermelho, para as cargas móveis a circular

nos carris sobre o tabuleiro).

Figura 4.3 - Vista 3d das linhas de influência do esforço axial da escora a vermelho para as cargas a circular em cada um dos carris

Figura 4.4 - Linhas de influência do esforço axial da escora a vermelho para as cargas a circular em cada um dos carris

É de notar que a linha de influência a verde tem valor negativo quando o comboio passa

pela escora, e as outras duas linhas mais afastadas da escora o valor é igualmente negativo,

só o carril que passa por cima da alma na zona junto à consola é que produz um efeito de

tracção durante a passagem.

Page 71: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

50

Para validar estes efeitos fez-se uma verificação selecionando a secção transversal desta

escora, e aplicando uma força vertical pontual de 1 KN transversalmente ao longo da laje

do tabuleiro, registando para cada posição de carga a força no tubo. Na Figura 4.5

apresenta-se esta linha de distribuição transversal do esforço axial da escora que está

perfeitamente de acordo com os valores das linhas de influência da Figura 4.3.

Figura 4.5 - Linha da distribuição da carga pela escora, os pontos vermelhos marcam a

posição dos carris

O ponto na posição 4,85 m que é referente à linha de influência a verde passa a negativo e

assim confirma-se a validade das restantes linhas de influência, visto que as amplitudes e os

sinais dos pontos neste gráfico estão em concordância com as linhas de influência do

modelo de SAP2000.

A Tabela 4.5 mostra a variação de tensões para a acção característica donde se pode

concluir de imediato que as escoras estão sempre à compressão durante o serviço.

Tabela 4.5 - Variação de tensões para a combinação característica

Escora Nmin (KN) Nmax(KN) Δσ(MPa)

1 -497,76 -57,45 34,13

2 -483,83 -50,20 33,61

3 -461,67 -53,86 31,61

4 -457,90 -66,49 30,34

5 -480,05 -92,03 30,08

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

0 2 4 6 8 10 12 14 16

N (

N)

x (m)

Distribuição Tranversal de carga pelas escoras

Page 72: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

51

Para verificação da fadiga para o tubo CHS 273.0x16.0, aplicam-se as expressões (4.1) e

(4.2). Na Tabela 4.6 faz-se a análise donde se conclui que não se registam problemas de

fadiga ao nível dos tubos CHS dado que:

∆σE = Φ3λ1λ2λ3λ4∆σsob = 19,35 MPa

(4.1)

∆𝜎𝐸 ≤∆𝜎𝑐

𝛾𝑀𝑓 = 118,51 MPa

(4.2)

Tabela 4.6 - Verificação de fadiga da escora metálica mais esforçada

Δσ(MPa) ΔσE(MPa) Δσc/γmf (MPa)

34,13 19,35 160/1.35=118,51

Verifica-se agora o tubo CHS para uma compressão máxima em ELU. Como foi referido

anteriormente, a pior situação de carga ocorre durante a fase de aperto da barra de pré-

esforço no qual é introduzida uma força de compressão no tubo igual à força de puxe

máxima da barra, que será de 1608 KN. Durante a fase de exploração a força máxima no

tubo é de 662,70 KN na combinação de ELU.

Procede-se à verificação de encurvadura por esforço axial de compressão na Tabela 4.7.

Tabela 4.7 - Verificação de segurança do tubo CHS

A (cm2) Nrd (KN) L0 (m) λ λ1 ƛ Χ (curva a) Nb,Rd (KN)

129 4579,5 4,2 46,15 76,41 0,61 0,88 4029,26

O tubo CHS 273.0x16.0 verifica a segurança em ELU, sendo Nb,Rd superior ao valor

1608 KN actuante.

Para completar a análise das escoras metálicas importa também verificar a barra de pré-

esforço à fadiga e para o ELU. A Tabela 4.8 apresenta os valores de esforços de cálculo em

ELU para efectuar estas verificações. É de notar que as variações de tensão encontram-se

majoradas, para a fadiga este parâmetro entra com o seu valor característico, mas a barra

encontra-se com grande margem para este efeito verificando a segurança à fadiga e em

ELU.

Page 73: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

52

Tabela 4.8 - Esforços e tensões em ELU

Barra de pré-esforço Nmin (KN) Nmax (KN) Δσ(MPa) σmax(MPa)

1 2216,27 2309,59 36,58 905,37

2 2223,68 2315,58 26,03 907,72

3 2233,57 2320,01 33,88 909,45

4 2244,88 2327,84 32,52 912,52

5 2255,46 2327,2 28,12 912,00

A tensão máxima destas barras é de 1050 MPa, aplicando um coeficiente de segurança de

1,15 obtém-se uma resistência máxima em ELU de 913 MPa, que compara com uma

tensão em ELU de 912,52 MPa, a segurança é então verificada, tendo sido calibrada a força

de puxe para que esta tensão não excede-se o limite em ELU.

Na Tabela 4.9 faz-se a verificação de fadiga, o procedimento é igual no caso dos tubos à

excepção do parâmetro Δσc que para o caso das barras de pré-esforço vale 105 MPa.

Tabela 4.9 - Verificação de fadiga das barras de pré-esforço

Δσ(MPa) ΔσE(MPa) Δσc/γmf (MPa)

36,58 20,74 105/1.35=77,8

Page 74: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

53

4.2 ANÁLISE LONGITUDINAL

4.2.1 Modelo de Cálculo

A análise longitudinal é realizada utilizando um modelo plano constituído por EF de barra.

O tabuleiro é modelado como sendo apoiado nos pilares e os mastros atravessam o

tabuleiro e ligam-se monoliticamente aos pilares, não existindo transmissão de forças entre

o mastro e o tabuleiro. A ligação do tabuleiro aos pilares faz-se com bielas rígidas. A

solução alternativa estudada tem as torres encastradas no tabuleiro e, por isso, não existe

nenhum elemento complementar para fazer transmissão das forças. Este modelo tem em

conta com as variações de esforços ao longo da construção, incluindo o tensionamento e

retensionamento dos cabos extradorsais.

Apresentam-se nos esquemas seguintes os modelos das diversas fases construtivas por

ordem temporal de construção:

1) A estrutura é constituída por dois tramos em consola apoiados nos cabos,

cada tramo em consola tem 32,5 m

2) Aplicação do peso próprio da estrutura

3) Tensionamento dos cabos extradorsais

4) Executa-se o fecho da estrutura, através de aduelas com 1 metro em cada

fase construtiva

5) Antes de fechar a última aduela retira-se a fixação longitudinal do tabuleiro

ao encontro e aplica-se uma força de 11000 KN na direcção de cada um

Page 75: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

54

dos encontros (com macacos hidráulicos que fazer reacção entre topos dos

tabuleiros)

6) Na estrutura completa aplica-se o pré-esforço complementar no tabuleiro,

as restantes cargas permanentes e o enchimento do tabuleiro na zona dos

encontros

7) Para finalizar a construção executa-se o retensionamento dos cabos

8) Em serviço obtêm-se os esforços envolventes para as acções das

sobrecargas e das variações diferenciais de temperatura.

O pré-esforço longitudinal interior foi modelado através da aplicação das cargas

equivalentes ao efeito do pré-esforço. Os cabos de pré-esforço aderente dos tramos

interiores do tabuleiro são retos, portanto as cargas equivalentes são forças horizontais,

mais momentos flectores que são iguais ao momento produzido pela excentricidade da

força horizontal. Nos tramos laterais o pré-esforço é parabólico, pelo que foram aplicadas

cargas uniformemente distribuídas para simular também o efeito ascendente do cabo

devido à sua curvatura.

4.2.2 Procedimento do tensionamento dos cabos

Os cabos extradorsais são instalados e tensionados durante a fase de descimbramento do

tabuleiro e retensionados após o fecho do tabuleiro. Durante o tensionamento é necessário

que o tabuleiro levante de modo a se poder descimbrar com maior facilidade, e na fase de

retensionamento é importante controlar as tensões durante a fase de serviço de modo a não

ultrapassarem 0.50 fpuk dos cabos.

A metodologia da determinação das forças de tensionamento dos cabos tem como ponto

de partida a limitação dos deslocamentos ao nível das ancoragens do pré-esforço

extradorsal. Este método consistiu na determinação das matrizes de influência dos esforços

nos cabos [T], e das matrizes de influência das deformações no tabuleiro ao nível das

ancoragens dos cabos [Δ], quando submetidas a variações de temperatura uniformes

negativas de 1000ºC em cada cabo, onde as colunas são as deformações ao nível das

ancoragens devidas a uma variação de temperatura negativa de 1000ºC no cabo i.

Page 76: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

55

Estabelece-se assim um sistema de equações em que o somatório das deformações criadas

pelo peso próprio durante a fase de descimbramento, agrupadas no vetor {Δpp} com as

deformações geradas pelo tensionamento dos tirantes de modo a que o tabuleiro tenha

uma pequena deformação ascendente. O vector dos coeficientes {α} estabelece a variação

de temperatura equivalente a aplicar em cada tirante para simular as forças de

tensionamento de cada cabo extradorsal, agrupadas no vetor {TPUXE}:

Δ.α = – ΔCP (4.3)

[T].α = {TPUXE} (4.4)

Para o retensionamento o procedimento é equivalente ao anterior mas tem como variáveis

o esforço axial nos cabos de modo a limitar a tensão nos cabos a 0.50 fpuk.

É de referir que nesta fase de retensionamento são utilizados 35 graus de liberdade para

obter as variações de temperatura para simular o puxe de cada um dos cabos, o número

elevado de graus de liberdade é justificável, pois para obter uma deformação pequena no

topo dos mastros é importante avaliar a influência entre todos eles. A Figura 4.6 e 4.7

fornecem a identificação dos cabos (as letras simbolizam o posicionamento ao longo da

ponte e os números os cabos nessa posição).

Figura 4.6 - Nomenclatura para identificação dos mastros

Figura 4.7 - Nomenclatura para identificação dos cabos

4.2.3 Tensionamento dos Cabos Extradorsais

Para avaliação da deformação e tensão instalada na fase de tensionamento dos cabos e

tendo em conta que a instalação dos cabos é simétrica e igual em todos os mastros durante

esta fase construtiva, só é necessário utilizar cinco graus de liberdade. Primeiro avalia-se as

tensões instaladas para não excederem o limite de 0.50 fpuk. Na Tabela 4.10 está indicado o

Page 77: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

56

valor de variação de temperatura uniforme aplicada nos cabos na fase de tensionamento,

que modela a força de puxe nos cabos. Os valores de esforço axial nos cabos não

ultrapassam o valor de 0.50 fpuk (835 MPa), logo são valores admissíveis de tensão, a fase de

retensionamento terá uma folga em todos os cabos. Em termos de deformação constata-se

que o tramo tem uma pequena ascensão, que facilita a remoção do cimbre.

Tabela 4.10 - Valores de esforço axial, variações de temperatura e tensões nos cabos na fase de tensionamento

Cabo N (KN) ΔT(ºC) σcabo (MPa)

1 1556,25 -100 188,64

2 3316,28 -210 401,97

3 3952,76 -250 479,12

4 4352,22 -275 527,54

5 4115,76 -260 498,88

Figura 4.8 - Deformação em cm do tabuleiro durante a fase após a retirada do cimbre

Tabela 4.11 - Tensões nos cabos para a combinação característica no mastro A

Cabo N (KN) σcabo (MPa) σcabo/fpuk

A1 6921,13 838,92 0,50

A2 6918,53 838,61 0,50

A3 6912,20 837,84 0,50

A4 6902,14 836,62 0,50

A5 6887,81 834,89 0,50

A6 6865,15 832,14 0,50

A7 6952,08 842,67 0,50

A8 6870,06 832,73 0,50

A9 6872,92 833,08 0,50

A10 6875,30 833,37 0,50

Page 78: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

57

Tabela 4.12 - Tensões nos cabos para a combinação característica no mastro D

Cabo N (KN) σcabo (MPa) σcabo/fpuk

D1 6878,20 833,72 0,50

D2 6877,63 833,65 0,50

D3 6877,54 833,64 0,50

D4 6877,71 833,66 0,50

D5 6877,91 833,69 0,50

Em serviço verifica-se dos resultados apresentados na Tabela 4.11 e 4.12 que os valores das

forças características instaladas em todos os cabos é aproximadamente de 0.5 fpuk . É

também de referir que existe alguma variação de esforços do lado esquerdo para o lado

direito do mastro A, devido às diferenças de rigidez do tabuleiro que está suspenso por

estes cabos (tramo lateral / tramo interior). Isto não afeta muito a avaliação de esforços

nestes cabos dado que as cargas verticais transmitidas aos cabos são aproximadamente 14%

do total das cargas aplicadas ao tabuleiro.

Figura 4.9 - Variação das deformações no tabuleiro junto ao pilar central, antes do retensionamento a azul e para a combinação permanente a verde

Na Figura 4.9 está representado a azul a deformação do tabuleiro nos vãos mais centrais da

ponte antes do retensionamento. A verde são as deformações para as cargas permanentes,

como se pode verificar a deformação é praticamente simétrica em relação ao pilar,

aplicando um retensionamento simétrico relativamente ao centro da ponte.

4.2.4 Efeito das Sobrecargas

O pré-esforço aderente engloba cabos de pré-esforço retos, inferiores de continuidade nos

vãos, superiores de consola junto aos apoios interiores, mas também cabos superiores na

zona do vão porque existe uma combinação de sobrecargas em serviço que dá origem a

momentos flectores negativos no meio do vão (Figura 4.10). As amplitudes de variação

0,51 0,48 0,35 0,20 0,06

-1,75 -1,75 -1,67 -1,44 -1,10 -0,07

0,520,490,360,210,07

-1,70-1,70-1,62-1,41-1,08-0,07

Page 79: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

58

destes momentos a meio vão é de 70290 KNm e junto ao apoio de 84130 KNm para a

solução base de apoio do tabuleiro nos pilares e de 94835 KNm no meio do vão e de

95390 kNm junto dos apoios, na solução variante de apoio do tabuleiro (Figuras 4.10 e

4.11).

Figura 4.10 – Envolvente de momentos flectores do tramo mais central da solução base de apoio do tabuleiro (mastros encastrados nos pilares)

Figura 4.11 - Envolvente de momentos flectores do tramo mais central da solução variante

de apoio do tabuleiro (mastros e tabuleiro apoiados nos pilares)

Destes resultados conclui-se que o mastro encastrado ao pilar dá maior rigidez ao tabuleiro

especialmente na zona do vão, tendo como consequência principal uma menor amplitude

de variação dos momentos flectores para a acção das sobrecargas. A única desvantagem da

solução de encastramento dos mastros nos pilares consiste na maior amplitude de

momento fletor a que os mastros estão submetidos durante a passagem das sobrecargas.

O valor β é calculado através dos esforços produzidos por dois comboios LM71, sendo a

carga encaminhada pelos cabos o esforço normal na base do mastro, e o esforço normal na

base dos pilares é a carga vertical total do tabuleiro.

-22318 KNm

47972 KNm

-67423 KNm

16707 KNm

-32238 KNm

62597 KNm

-75300 KNm

20090 KNm

Page 80: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

59

4.2.5 Estados Limites de Serviço do Tabuleiro

Como já foi referido, a verificação do serviço do tabuleiro para os esforços estáticos tem

como principais limites a descompressão total do tabuleiro para as combinações

permanentes e frequentes e a não fendilhação para a combinação característica. A Figura

4.12 mostra a envolvente dos momentos flectores no tramo central.

Figura 4.12 - Diagrama de momentos flectores para a combinação frequente no tramo central, para a solução principal

Na Figura 4.13 e 4.14 são apresentadas as tensões nas fibras superiores e inferiores para a

combinação permanente do tramo central, a azul está representada a solução dos mastros

encastrados no tabuleiro, a verde a solução adotada com a mesma configuração de pré-

esforço da solução variante, ou seja sem os cabos superiores no vão, e a vermelho a

solução adotada de apoio dos mastros e com cabos axiais superiores e inferiores ao longo

do vão. Conclui-se que a solução adotada possui melhor comportamento em serviço que a

solução alternativa, mais uma vez isso é devido ao aumento de rigidez das torres que

conduz a menores flutuações de momentos fletores para as sobrecargas.

Page 81: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

60

Figura 4.13 - Tensões da fibra inferior para a combinação permanente no tramo central, x=0 é o meio vão deste tramo

Figura 4.14 - Tensões da fibra superior para a combinação permanente no tramo central, x=0 é o meio vão deste tramo

Na Figura 4.15 e 4.16 são apresentadas as tensões nas fibras superiores e inferiores para a

combinação frequente. Mais uma vez é evidente o melhor comportamento da solução

adotada. As duas primeiras soluções não conseguem verificar a descompressão total no

vão, a primeira apresenta sempre tensões mais elevadas que a segunda (solução mastro

encastrado no pilar com configuração de pré-esforço igual à solução alternativa).

Pontualmente, com a solução revista de traçado dos cabos e o encastramento dos mastros

nos pilares, não é verificada a descompressão, dada a complexidade deste traçado. Isso

verifica-se especialmente nas zonas de ¼ de vão, que é o local que dificilmente se consegue

anular o efeito da amplitude de momentos flectores das sobrecargas, com traçados retos de

cabos de pré- esforço.

-11,1-9,6

-8,2-6,9

-5,6

-3,2-3,8

-2,1 -0,9

-12,0

-10,0

-8,0

-6,0

-4,0

-2,0

0,0

2,0

4,0

0 5 10 15 20 25 30 35

σ(M

Pa)

x (m)

Tensão na fibra inferior para Combinação permanente

Mastro encastrado notabuleiro

Mastro encastrado nopilar

Mastro encastrado nopilar com novo traçadode pré-esforço

-5,4

-6,1 -6,9

-6,6 -6,4

-5,5

-7,0

-5,9

-6,0

-8,0

-7,0

-6,0

-5,0

-4,0

-3,0

-2,0

-1,0

0,0

0 5 10 15 20 25 30 35

σ(M

Pa)

x (m)

Tensão na fibra superior para Combinação permanente

Mastro encastrado notabuleiro

Mastro encastrado nopilar

Mastro encastrado nopilar com novo traçadode pré-esforço

Page 82: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

61

Figura 4.15 - Tensões da fibra inferior para a combinação frequente no tramo central, x=0 é o meio vão deste tramo

Figura 4.16 - Tensões da fibra superior para a combinação frequente no tramo central, x=0 é o meio vão deste tramo

A Figura 4.17 e 4.18 incluem as tensões nas fibras superiores e inferiores para a

combinação característica, a não fendilhação é verificada em todo o vão para a solução

principal. As restantes soluções, como era expectável, são inferiores neste contexto em

relação à solução de projecto, estando a maior parte do vão com tensões acima da tensão

média de fissuração do betão (=3,5 MPa), para uma combinação característica de ações.

-1,7

-0,5

-0,1

-0,3 -1,0

0,5

-1,4

-0,5

-0,5

-3,0

-2,0

-1,0

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

0 5 10 15 20 25 30 35

σ(M

Pa)

x (m)

Tensão na fibra inferior para Combinação frequente

Mastro encastrado notabuleiro

Mastro encastrado nopilar

Mastro encastrado nopilar com novo traçadode pré-esforço

-4,1

-4,8

-4,4

-4,5

-3,9

-2,5

-3,3

-1,3

0,8

-6,0

-5,0

-4,0

-3,0

-2,0

-1,0

0,0

1,0

2,0

0 5 10 15 20 25 30 35

σ(M

Pa)

x (m)

Tensão na fibra superior para Combinação frequente

Mastro encastrado notabuleiro

Mastro encastrado nopilar

Mastro encastrado nopilar com novo traçadode pré-esforço

Page 83: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

62

Figura 4.17 - Tensões da fibra inferior para a combinação característica no tramo central, x=0 é o meio vão deste tramo

Figura 4.18 - Tensões da fibra superior para a combinação característica no tramo central, x=0 é o meio vão deste tramo

4.2.6 Armadura Mínima de Alma

As almas da viga em caixão são armadas com uma armadura mínima longitudinal de modo

a prevenir que se registem abertura de fendas superiores aos limites regulamentares.

Segundo a EN 1992-1 a armadura mínima deve ser calculada segundo a seguinte expressão;

As,min = kc.k.Act.fct,ef/fyk

em que kc.k - igual a 0,5, simplificadamente; A Tabela 4.13 apresenta a armadura colocada

(4.5)

2,3

3,03,4 2,9

1,5

2,8

0,3

1,1

0,9

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

0 5 10 15 20 25 30 35

σ(M

Pa)

x (m)

Tensão na fibra inferior para Combinação característica

Mastro encastrado notabuleiro

Mastro encastrado nopilar

Mastro encastrado nopilar com novotraçado de pré-esforço

Fendilhação

-3,2-3,9

-4,3

-3,4

-2,7

-1,1

-1,8

0,5

3,3

-5,0

-4,0

-3,0

-2,0

-1,0

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

0 5 10 15 20 25 30 35

σ(M

Pa)

x (m)

Tensão na fibra superior para Combinação característica

Mastro encastrado notabuleiro

Mastro encastrado nopilar

Mastro encastrado nopilar com novotraçado de pré-esforço

Fendilhação

Page 84: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

63

Tabela 4.13 - Armadura mínima As,min a colocar a toda a altura das almas

As,min (cm2/m) SOLUÇÃO

19,3 (cm2/m) por alma

ϕ12//0,125(m) – por face

4.2.7 ELU - Flexão Composta Longitudinal

A verificação da segurança aos estados limites últimos ELU de flexão longitudinal é

efetuada para as secções de meio vão e sobre os apoios. Adota-se a combinação 1 dada pela

expressão (4.6).

ESd = 1,35 ( Ecp + Ecabos.ext.) + 1,50.Esc + 1,00.Epe (4.6)

A Figura 4.19 apresenta o diagrama envolvente de momentos flectores e a Figura 4.20

apresenta o diagrama envolvente de esforços axiais. O apoio e o vão do tabuleiro

apresentam valores negativos e positivos de momento, as armaduras serão dimensionadas

tendo em conta esta amplitude de momentos. Os efeitos devidos às variações diferenciais

de temperatura não são considerados, visto que se tratam de deformações impostas. Em

ELU a estrutura tem uma perda acentuada de rigidez, pelo que os momentos flectores

resultantes desta acção reduzem-se significativamente no tabuleiro.

Figura 4.19 - Envolvente esquemática de momentos fletores para a combinação 1 de ELU

Figura 4.20 - Envolvente esquemática de esforço axial para a combinação 1 de ELU

Na Tabela 4.14 apresentam-se os valores dos momentos flectores e esforços axiais atuantes

da combinação 1, nas secções de meio vão e sobre o apoio no tramo mais central.

Page 85: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

64

Tabela 4.14 - Valores dos momentos flectores de dimensionamento MEd e NEd para as

secções condicionantes do tabuleiro (inclui a parcela do pré-esforço)

Vão Apoio

MEd+ (kNm) MEd

+ (kNm)

78261,9 21476,5

MEd− (kNm) MEd

− (kNm)

-55830,7 -100535,1

NEd (kNm) NEd (kNm)

-60231,1 -32760,2

A obtenção da armadura ordinária de flexão, recorre a um diagrama de interação M-N. O

pré-esforço foi considerado do lado da acção devido ao facto que a determinação da

parcela hiperestática não ser simples e por isso é mais preferível considerar o pré-esforço

globalmente como uma acção. É de salientar que existe uma parcela da armadura que é

referente aos cabos de pré-esforço aderentes ao betão, que contribuem bastante para a

resistência última das secções do tabuleiro. Para contabilizar esta contribuição considera-se

a parcela da resistência dos cabos de pré-esforço (1680 MPa) aplicando um coeficiente de

segurança de 1,15, e eliminando a parcela correspondente à tensão de puxe dos cabos que é

igual a 1000 MPa. O que significa que os cabos tem uma reserva de resistência de

aproximadamente 450 MPa, semelhante à tensão de cedência das armaduras ordinárias que

é de 435 MPa. A Figura 4.21 apresenta as principais incógnitas para se reproduzir o

diagrama de interacção.

Figura 4.21 - Identificação das variáveis consideradas nos diagramas de interação M-N

A largura efetiva dos banzos superior e inferior é calculada tendo em conta a EN 1992-1, as

principais expressões para calcular a largura efetiva são indicadas nas equações (4.7) e (4.8):

As1

As2

Ap2

Ap1

Page 86: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

65

bef = Σbef,i + bw ≤ b

(4.7)

bef,i = 0,2.bi + 0,1.L0 ≤ 0,2.L0 (4.8)

O cálculo das larguras efetivas é feito na Tabela 4.15, onde se pode verificar que só o banzo

inferior é que não pode ser considerado totalmente efetivo.

O diagrama M-N é obtido por um processo iterativo, no qual se calculou vários pontos M-

N para diferentes posições x da linha neutra, depois uniu-se os pontos com rectas. Estes

diagramas são convexos daí que se um ponto estiver em cima de uma recta que une dois

pontos estaremos sempre do lado da segurança. Cada linha de interacção é função da

armadura ordinária longitudinal positiva e negativa que é colocada na secção.

Tabela 4.15 - Determinação das larguras efetivas no tabuleiro

VÃO - Banzo Superior APOIO - Banzo Inferior

bw (m)

bi (m)

L0 (m) bef,i (m) bef (m)

bw (m)

bi (m)

L0 (m) bef,i (m)

bef (m)

0,80 3,40

46,20 5,30 ⇒ 3,40

7,0 0,55 0,0

19,80 0,0

3,1

2,80 5,18 ⇒ 2,80 2,85 2,55

bef,sup = 14,0 (m) bef,inf = 6,20 (m)

Na Figura 4.22 e 4.23 são representadas as verificações de flexão composta para a

combinação 1 no vão e no apoio, pelos diagramas de interacção (M,N), e tendo em

consideração as armaduras escolhidas da Tabela 4.16, para as zonas de esforços mais

elevados no vão e no apoio.

Tabela 4.16 – Armadura ordinária de flexão adotada na direção longitudinal

Asbanzo superior As

banzo inferior As,min = 0,26.d.fctm/fyk (cm2/m)

2 fiadas ϕ20//0,10(m) 2 fiadas ϕ20//0,10(m) banzo inferior : 40,5

banzo superior: 41,4 62,84 (cm2/m) 62,84 (cm2/m)

Page 87: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

66

Figura 4.22 - Diagrama de interação M-N para a secção do vão; solução: As− = As

+ =

2 fiadas ϕ20//0,10 (m)

Figura 4.23 - Diagrama de interação M-N para a secção do apoio; solução: As− = As

+ =

2 fiadas ϕ20//0,10 (m)

4.2.8 ELU – Esforço Transverso

A verificação da segurança ao esforço transverso é efetuada para a combinação 1. O valor

do esforço de cálculo VEd é obtido a uma distância de b/2+z.cotg(θ) ao centro dos pilares,

em que b é a largura do aparelho de apoio na direção longitudinal e θ é a inclinação das

bielas comprimidas de betão. Considerou-se que os apoios têm 1 m. Na Tabela 4.17 são

apresentados os valores importantes para o cálculo da armadura de esforço transverso.

-100000

-50000

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

-200000 -150000 -100000 -50000 0 50000 100000 150000 200000

N (

KN

)

M (KNm)

Interacção M-N no Vão

Linha de interação

Ned-Med

-100000

-50000

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

-200000 -150000 -100000 -50000 0 50000 100000 150000

N (

KN

)

M (KNm)

Interacção M-N no Apoio

Linha de interação

Ned-Med

Page 88: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

67

Os efeitos do pré-esforço interior são nulos, devido ao traçado reto dos cabos. A Figura

4.24 apresenta o diagrama envolvente do esforço transverso actuante em ELU.

Figura 4.24 – Envolvente esquemática de esforço transverso para a combinação 1 de ELU

Tabela 4.17 – Esforço transverso de cálculo VEdb/2+z.cotg(θ)

PILAR VEdb/2+z.cotg(θ) (kN)

P4 10800

b/2 = 0,5 (m); θ = 25º; zapoio = 0,9.d = 2,046 (m) ⇒ b/2+z.cotg(θ) = 4,9 (m)

Asw

s=

VEd

b2⁄ +z.cotg(θ)

z. cotg(θ). fyd

(4.9)

Asw

s= 56,60 𝑐𝑚2/𝑚

(4.10)

A armadura adotada está indicada na Tabela 4.18 e calculada pela expressão (4.9), é ainda

necessário considerar a inclinação das almas para o cálculo da armadura total dividindo o

resultado em (4.10) pelo seno do ângulo da alma com a horizontal.

Tabela 4.18 – Armadura transversal adoptada

Asw/s por alma Asw/s TOT

inclinação das almas: α=68,7º ⇒ (Asw/s)TOT = 56,6/sem(α) = 60,80 (cm2/m)

4 ramos ϕ10//0,10(m) 8 ramos ϕ10//0,10(m)

31,40 (cm2/m) 62,80 (cm2/m)

Verificando também as bielas de compressão, primeiro calcula-se o valor de resistência das

bielas segundo a expressão (4.11). O valor de tensão de compressão atuante é dado pela

equação (4.13), com um esforço transverso atuante igual a 10800 kN.

Page 89: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

68

𝜎𝑐,Rd ≤ 0,6 [1 −𝑓𝑐𝑘

250] 𝑓𝑐𝑑 =

(4.11)

𝜎𝑐,𝑅𝐷 = 13,4 MPa

(4.12)

𝜎𝑐,Ed =𝑉E𝑑

𝑏2⁄ +𝑧.𝑐𝑜𝑡𝑔(𝜃)

𝑏. 𝑧. 𝑠𝑒𝑛(𝜃). 𝑐𝑜𝑠(𝜃)

*b é igual a 1,10 m

(4.13)

𝜎𝑐,𝐸𝑑 = 12,6 MPa (4.14)

Nas bielas de compressão não existe esmagamento do betão visto que o esforço da tensão

atuante σc,Ed dado pela equação (4.14) é inferior ao valor da tensão resistente σc,Rd dado pela

equação (4.12).

4.2.9 Armadura no apoio de extremidade

Os esforços transversos originam trações junto aos apoios de extremidade, como os

momentos flectores são nulos nas extremidades não é necessário armadura de flexão, o

mínimo de armadura longitudinal a levar até ao apoio é de 25% da armadura positiva do

vão ou a armadura precisa para anular a tracção devida ao esforço transverso, ao nível do

banzo inferior. O cálculo para o dimensionamento desta armadura recorre à expressão

(4.15) e (4.16). A Tabela 4.19 apresenta os valores importantes para a avaliação desta

armadura e na Tabela 4.20 apresenta-se a armadura a considerar junto ao apoio de

extremidade.

𝐴𝑠𝑙 =𝑉E𝑑

𝑡𝑔(𝜃1). 𝑓𝑦𝑑

(4.15)

𝑡𝑔(𝜃1) =𝑧

𝑏2

+𝑧2

𝑐𝑜𝑡𝑔𝜃

(4.16)

Tabela 4.19 - Esforço transverso de cálculo VEd

Encontro VEd (kN)

E1 9065

b/2 = 0,5 (m); θ = 25º; zapoio = 0,9.d = 2,046 (m) ⇒ b/2+z/2.cotg(θ) = 2,7 (m)

Page 90: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

69

𝐴𝑠𝑙 = 276,10 c𝑚2

(4.17)

𝐴𝑠𝑙/𝑚 = 41,10 c𝑚2/𝑚 ∗

*armadura distribuída em 6,7 m

(4.18)

Tabela 4.20 - Armadura longitudinal adoptada no apoio

Asl

2 filas de ϕ20//0,15(m)

41,80 (cm2/m)

4.2.10 Armadura de Ligação Banzo-Alma

A armadura de ligação banzo-alma é dada pela equação (4.19) obtendo-se o valor que se

calcula na Tabela 4.21.

Asf/s = 0,5.Asw/s (4.19)

Tabela 4.21 - Armadura de ligação banzo alma Af/s devidas ao esforço transverso VEd

Asf/s (cm2/m) SOLUÇÃO

60,8/2 = 30,4 2 fiadas ϕ16//0,125(m)

4.2.11 Verificação da Fadiga dos Cabos Extradorsais

O cabo sujeito a uma maior variação de tensão é o D1 com um valor de 185,20 MPa. A

verificação à fadiga é feita na Tabela 4.22.

Tabela 4.22 - Verificação da fadiga do cabo extradorsal com maior variação de tensão

Δσ(MPa) ΔσE(MPa) Δσc/γmf (MPa)

185,20 105,00 160/1,35=118,52

Aplicando os fatores de dano equivalentes temos uma variação de tensão máxima no cabo

D1 de 105 MPa e uma variação de tensão máxima admissível de 118,5 MPa o que se

conclui que não é expectável que ocorram problemas de fadiga nos cabos extradorsais,

embora de todos os elementos do tabuleiro em que se verificou a resistência à fadiga, estes

Page 91: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

70

cabos sejam aqueles em que a amplitude variação de tensão atuante se aproxima mais do

limite regulamentarmente fixado.

4.2.12 Verificação Estado Limite Último dos Mastros

Os mastros recebem as forças verticais dos cabos para os transmitir aos pilares, bem como

as forças horizontais provocadas pelas diferenças de tensões na zona da sela de desvio,

transmitidas por atrito aos mastros.

A ligação do mastro ao pilar resulta em esforços muito superiores em relação à solução

alternativa, devido ao facto de a rigidez aumentar com o encastramento do mastro ao pilar.

Esse aumento de rigidez diminui a deformação do tabuleiro para cargas horizontais e as

flutuações de momentos flectores durante a passagem das sobrecargas. Na Tabela 4.23 são

apresentados os esforços condicionantes na base do mastro em ELU.

Tabela 4.23 - Valores dos esforços (M-N) para o mastro D em ELU

Mastro MED (KNm) NED (KN)

D 18360 -22760

O mastro é armado com varões ϕ25/0,10 em toda a largura da secção, mais uma fila de

ϕ25/0,10 nas extremidades. Na Figura 4.25 apresenta-se um diagrama M-N obtido por um

processo idêntico ao do tabuleiro.

Figura 4.25 – Interacção (M-N) resistente da secção da base do mastro D

-20000

0

20000

40000

60000

80000

100000

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000

N (

KN

)

M (KNm)

Interacção M-N do mastro D

Page 92: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

71

Avalia-se também na Tabela 4.24 a armadura transversal para o mastro D, bem como o

valor de cálculo de esforço transverso em ELU.

Tabela 4.24 - Esforço transverso de cálculo VEd em ELU

Mastro VEd (kN)

D 2665

θ = 25º; zapoio = 0,9.d = 2,61 (m)

Asw

s=

VEd

z. cotg(θ). fyd

(4.20)

Asw

s= 11,0 𝑐𝑚2/𝑚

(4.21)

A armadura adottada está indicada na Tabela 4.25, sendo obtida pela expressão (4.9).

Tabela 4.25 - Armadura transversal adotada

Asw/s por alma

2 ramos ϕ10//0,125(m)

12,56 (cm2/m)

O cálculo das bielas de compressão segue o mesmo procedimento que no caso do

tabuleiro, analisando as expressões (4.22), (4.23) e (4.24) conclui-se que as bielas de

compressão não ultrapassam o valor máximo do esmagamento do betão.

𝜎𝑐,𝑅𝐷 = 13,4 MPa

(4.22)

𝜎𝑐,Ed =𝑉E𝑑

𝑏. 𝑧. 𝑠𝑒𝑛(𝜃). 𝑐𝑜𝑠(𝜃)

*b é igual a 0,75 m

(4.23)

𝜎𝑐,𝐸𝑑 = 3,60 MPa (4.24)

Page 93: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

72

4.3 VERIFICAÇÕES DE ESTADO LIMITE DE SERVIÇO ESPECÍFI-

CAS DE PONTES FERROVIÁRIAS

A passagem do comboio a velocidade elevada origina vibrações e efeitos dinâmicos no

tabuleiro da ponte que podem traduzir-se no mínimo num desconforto para os passageiros.

Segundo a EN1990-A2 e a EN1991-2, para existir segurança e conforto nos tabuleiros das

pontes ferroviárias durante a circulação do comboio, devem limitam-se os seguintes

parâmetros:

a) Aceleração vertical no tabuleiro;

b) Empenamento do tabuleiro;

c) Deformação vertical do tabuleiro.

4.3.1 Aceleração vertical no tabuleiro

A aceleração vertical do tabuleiro para uma via balastrada ao nível da camada do balastro

deve ser inferior a 3.5 m/s2 de forma a evitar a instabilidade do mesmo.

A aceleração é tanto maior quanto mais próximo for a frequência da passagem do comboio

da frequência de ressonância da estrutura. Os principais fatores que influenciam a resposta

da estrutura com uma acção variável no tempo são os seguintes:

A velocidade da sobrecarga;

O comprimento do vão;

A massa da estrutura;

As frequências naturais da estrutura e os seus modos de vibração;

O número de eixos, o seu espaçamento e a carga correspondente;

A massa do veículo e as características da suspensão;

O amortecimento da estrutura;

As irregularidades da via;

As imperfeições do veículo;

A existência de balastro.

A necessidade da análise dinâmica depende de vários fatores. A EN1991-2 utiliza um

fluxograma para identificar quando a análise dinâmica se deve efectuar (Figura 4.26).

Page 94: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

73

Figura 4.26 - Fluxograma para a análise dinâmica

No caso desta ponte que é constituída por vãos contínuos com mais de 40 m e os modos

torsionais são maiores que 1,2 vezes o 1º modo de flexão e admitindo velocidades

superiores a 200 km/h, deve fazer-se uma análise dinâmica considerando apenas os modos

de flexão.

Page 95: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

74

4.3.2 Comboios tipo

Os comboios são definidos na EN 1991-2, cláusula 6.4.6.1.1, onde está mencionado que

para pontes com vãos superiores a 7 metros considera-se o HSLM-A. Os HSLM são

apresentados na Figura 4.27 e Figura 4.28.

Figura 4.27 - Características dos 10 HSLM a considerar na análise dinâmica

Figura 4.28 - HSLM tipo em função dos parâmetros definidos na figura anterior

4.3.3 Velocidade

Segundo a EN 1991-2 6.4.6.2 as velocidades a ser consideradas devem estar compreendidas

entre 1,2 vezes a velocidade máxima de projecto, que vale 350 km/h para comboios de alta

Page 96: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

75

velocidade e multiplicada por 1,2 vezes fica com um valor máximo de 420 Km/h

(117 m/s). A velocidade mínima é de 40 m/s.

4.3.4 Amortecimento

A tabela 6.6 da EN 1991-2 indica o valor de amortecimento a ser utilizado nesta análise

dinâmica, para pontes de betão armado pré-esforçado com vãos superiores a 20 m o

amortecimento toma um valor de 1%. Os valores máximos de aceleração são fortemente

influenciados por este valor visto que quanto maior o amortecimento menor o valor dos

picos de aceleração.

4.3.5 Massa da estrutura

A massa instalada na estrutura é igual a massa relativa ao peso próprio e às restantes cargas

permanentes. Este valor influência também a resposta da estrutura, para pontes mais

pesadas existem menores acelerações devido à circulação dos comboios.

4.3.6 Modelo da Análise

Esta análise dinâmica é feita com o SAP2000, recorrendo a sobreposição modal (Linear

Modal History) esta abordagem só é possível se a estrutura tiver um comportamento linear.

É necessário para esta análise escolher os modos de vibração mais significativos a utilizar

na fase de integração no tempo. Uma das vantagens deste método é que não é necessário

que a matriz de amortecimento tenha a mesma dimensão das matrizes de rigidez e massa.

Este método é computacionalmente mais rápido que o da integração directa.

4.3.7 Discretização e intervalo de tempo

O tabuleiro da ponte é discretizado em elementos e 1 m, e com intervalos de tempo a

variar de 0,01 s para velocidade de circulação de 40 m/s e de 0,005 s para velocidade de

circulação de 117 m/s. Estes dois aspectos são muito importantes pois quanto maior o

Page 97: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

76

número de secções no tabuleiro melhor será a aproximação à reposta “real” da estrutura,

mas um número levado de secções torna a análise muito pesada. O intervalo de tempo tem

de ser o mais pequeno possível de modo a que se consiga encontrar os picos, e deve ser

mais apertado quanto maior for a velocidade de circulação.

4.3.8 Modos de Vibração Verticais

Em baixo são apresentados os primeiros oito modos de vibração verticais.

1º Modo

T=0,95 s

f=1,05 Hz

2º Modo

T=0,84 s

f=1,19 Hz

3º Modo

T=0,71 s

f=1,41 Hz

4º Modo

T=0,61 s

f=1,65 Hz

5º Modo

T=0,52 s

f=1,92 Hz

6º Modo

T=0,47 s

f=2,12 Hz

7º Modo

T=0,29 s

f=3,35 Hz

8º Modo

T=0,28 s

f=3,45 Hz

Page 98: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

77

4.3.9 Validação da Análise Dinâmica

Depois de concluída a análise dinâmica é necessário validar os resultados, devido à

passagem de cargas igualmente espaçadas a frequência da acção pode ser estimada como

sendo igual à relação entre a velocidade do comboio e a distância entre eixos do comboio.

A EN 1991-2 propõe a seguinte expressão:

𝑓 =𝑣

𝐷

(4.25)

Sendo,

f a frequência da acção;

D é a distância entre eixos do comboio;

v é a velocidade de circulação do comboio;

Da análise modal chega-se a uma frequência própria de 1,05 Hz, no quadro em baixo são

apresentados os vários valores de velocidades para os diferentes comboios que originam a

ressonância da estrutura.

Tabela 4.26 - Valores de velocidade de ressonância

Comboio D (m) v (m/s)

A1 18 18,90

A2 19 19,95

A3 20 21,00

A4 21 22,05

A5 22 23,10

A6 23 24,15

A7 24 25,20

A8 25 26,25

A9 26 27,30

A10 27 28,35

Segundo esta Tabela 4.26 os valores de velocidade que originam a ressonância são baixos,

como se vai concluir mais à frente a ressonância ocorre para a velocidade máxima. É

contudo necessário compreender primeiro as condições de aplicabilidade da expressão

(4.25). Esta expressão funciona bem para pontes simplesmente apoiadas, neste caso a

ponte em estudo apresenta um elevado grau de hiperstaticidade e acima de tudo cabos

Page 99: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

78

extradorsais, significando que não é possível ter tanta certeza da velocidade para a qual a

resposta dinâmica da estrutura será máxima. Esta expressão assume que a frequência

própria fundamental é aquela que provoca toda a excitação da estrutura, mas essa hipótese

só é válida para um tabuleiro simplesmente apoiado, neste caso os modos superiores

assumem uma importância muito grande na resposta.

Figura 4.29 - Aceleração de um ponto a uma velocidade 117 m/s para o HSLM9 em função dos modos

Como se pode concluir da Figura 4.29 os modos superiores têm valores de aceleração

importantes, é de notar ainda que em certos instantes em que os modos não têm o mesmo

sinal, anulando-se entre si o efeito da aceleração induzida na estrutura.

4.3.10 Cálculo da aceleração vertical do tabuleiro

A aceleração máxima regulamentar é de 3,5 m/s2, para avaliar a máxima resposta da

estrutura considera-se velocidades de 40m/s no mínimo, 117 m/s no máximo e valores

intermédios de 10 m/s em 10 m/s. O valor máximo de aceleração registou-se para o

HSLM 9 com uma velocidade de 117 m/s, a maior resposta da estrutura foi de 2,45 m/s2

(Figura 4.30), logo é verificado o limite máximo de aceleração vertical. Esta figura mostra a

resposta máxima que foi registada em cada um dos pontos da discretização, durante a

passagem dos vários comboios HSLM para a velocidade de 117 m/s.

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

0 5 10 15 20 25a (m

/s2

)

t(s)

Aceleração em função dos modos

1º Modo

2º Modo

3º Modo

4º Modo

5º Modo

Page 100: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

79

Figura 4.30 - Aceleração máxima registada ao longo do tabuleiro para os HSLM com velocidade de 117 m/s

É interessante perceber o instante e a posição do ponto no qual ocorre a aceleração

máxima. Na Figura 4.31 é possível observar a posição do comboio no instante que ocorre a

resposta máxima da estrutura. O ponto situa-se a 268 m da entrada do comboio, é

importante destacar que o comboio se desloca da esquerda para a direita, por isso, este

instante situa-se durante a saída do comboio da ponte. Ainda na mesma figura o ponto de

resposta máxima situa-se no 5º vão a contar da esquerda, e verifica-se ser durante a

ascensão do tabuleiro que ocorre a aceleração máxima.

Figura 4.31 – Posição de carga correspondente ao instante em que ocorre a aceleração máxima no tabuleiro

Na Figura 4.32 pode verificar-se a variação da aceleração do ponto da resposta máxima em

função do tempo, sendo interessante observar que a forma da resposta não é típica de uma

estrutura a ser solicitada durante a ressonância. Como foi anteriormente referido o valor

máximo de resposta resulta de uma combinação de modos superiores, daí a forma não ser

típica de uma resposta em ressonância.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

a (m

/s2

)

x(m)

Velocidade de 117 m/sHSLM-A1

HSLM-A2

HSLM-A3

HSLM-A4

HSLM-A5

HSLM-A6

HSLM-A7

HSLM-A8

HSLM-A9

HSLM-A10

Page 101: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

80

Figura 4.32 - Variação da aceleração em função do tempo no ponto de aceleração máxima

4.3.11 Comparação dos Esforço Dinâmicos com os Esforços Estáticos

Na Figura 4.33 apresentam-se os digramas de momentos flectores dinâmicos para

velocidades iguais a 117 m/s e na Figura 4.34 inclui-se neste diagramas a envolvente dos

momentos flectores estáticos do LM 71. Conclui-se que nas zonas de momentos máximos,

os momentos flectores do LM 71 não são ultrapassados pelos momentos flectores gerados

pelos HSLM, exceptuando em zonas pontuais onde os momentos flectores dinâmicos são

ligeiramente superiores aos estáticos. É importantes destacar o facto que os momentos

positivos dinâmicos serem maiores que os negativos, isso deve-se aos cabos extradorsais

que proporcionam um maior amortecimento do tabuleiro nas zonas dos apoios, visto essas

zonas serem muito mais rígidas que o vão. Pode ainda realçar-se que junto ao apoio os

cabos são mais curtos aumentando assim a rigidez nessa zona.

-3-2,5

-2-1,5

-1-0,5

00,5

11,5

22,5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Page 102: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

81

Figura 4.33 - Diagrama de momentos dinâmicos para v=117 m/s

Figura 4.34 - Diagrama de momentos flectores dinâmicos para v = 117 m/s com momentos flectores estáticos do LM 71

4.3.12 Verificação da deformação máxima

Na EN1990 A2.4.4.3 apresentam-se os limites da deformação da ponte. O cálculo envolve

unicamente um LM71 para a combinação característica. A deformação é avaliada tendo em

conta o gráfico que se mostra na Figura 4.35. Para uma velocidade máxima de 350 Km/h o

parâmetro L/δ tem um máximo de 2700, o que significa que o limite de deformação desta

ponte é de 2,4 cm. Para estruturas com 3 ou mais vãos contínuos, como é o caso, esta

-30000

-20000

-10000

0

10000

20000

30000

40000

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

M (

KN

m)

x (m)

Diagrama de momentos flectores dinâmicos para v=117 m/s

HSLM A1

HSLM A2

HSLM A3

HSLM A4

HSLM A5

HSLM A6

HSLM A7

HSLM A8

HSLM A9

HSLM A10

-80000

-60000

-40000

-20000

0

20000

40000

60000

80000

0 100 200 300 400 500

M (

KN

m)

x (m)

Diagrama de momentos flectores dinâmicos para v=117 m/s com momentos flectores estáticos do LM71

LM 71

HSLM A1

HSLM A2

HSLM A3

HSLM A4

HSLM A5

HSLM A6

HSLM A8

HSLM A8

HSLM A9

HSLM A10

Page 103: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

82

deformação é dividida por 0,9, e se for considerado um nível de conforto aceitável pode

multiplicar-se este valor por 2. Assim para o limite de conforto aceitável deve ter-se um

máximo de 5,3 cm e para o limite de conforto muito bom o máximo é de 2,7 cm.

A deformação para um LM71 é de 4,4 cm, o que significa que para uma velocidade de

350 Km/m se verifica um nível de conforto aceitável.

Figura 4.35 - Figura A2.3 da EN1990

4.3.13 Empenamento da secção

Esta verificação é importante para que não seja perdido o contacto das rodas com o carril.

Neste projecto estamos perante de uma solução de secção em caixão de betão armado, uma

das características típicas destas secções é a elevada rigidez de flexão e torção, o que leva a

concluir que esta solução não deve ter problemas de empenamento, no entanto analisa-se

este aspecto na solução em estudo. Na Figura 4.36 e na Tabela 4.27 são definidos os limites

de empenamento a respeitar.

Page 104: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

83

Figura 4.36 - Definição do empenamento do tabuleiro

Tabela 4.27 - Limites de empenamento do tabuleiro (IAPF,2006)

Intervalo de Velocidades V (Km/h) Máximo empenamento t (mm/3 m)

V ≤ 120 t ≤ 4.5β

120 < V ≤ 220 t ≤ 3.0β

V ≥ 220 t ≤ 1.5β

sendo

𝛽 =1,78𝑟2

(𝑟 + 0,5)2

(4.26)

Sendo r a distância transversal entre as rodas mais 65 mm, para a bitola portuguesa de

1668 mm. Para estas condições β tem um valor de 1,07 e o empenamento máximo é de

1,6 mm/3 m, para velocidades superiores a 220 Km/h.

Para avaliar esta condição foram escolhidas duas zonas no tabuleiro, uma a meio vão e

outra a quarto de vão. A meio vão o empenamento vale 0,23 mm/3 m e a quarto de vão

0,20mm/3 m, logo o empenamento é como se previa muito reduzido, e muito abaixo do

valor limite.

Page 105: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

84

Page 106: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

85

5 VERIFICAÇÃO DOS PILARES/ENCONTROS E FUNDAÇÕES

5.1 ANÁLISE DOS PILARES

Para a análise sísmica utilizou-se novamente o modelo de barras realizado no programa

SAP2000. Longitudinalmente a resposta da estrutura é calculada através de uma integração

no tempo de acelerogramas artificiais e transversalmente recorre-se ao espectro de resposta

calculado através do EC8.

O tabuleiro encontra-se dividido em elementos de 1 m em 1 m que correspondem aos

graus de liberdade da estrutura. Os pilares e mastros também serão discretizados em

elementos mais pequenos. Para caracterizar a fendilhação dos pilares utilizaram-se gráficos

momento-curvatura para avaliar a perda de rigidez a partir da inércia fendilhada.

5.1.1 Análise Sísmica Longitudinal

A análise dinâmica recorrendo a acelerogramas artificiais segue os mesmos princípios que a

acção dinâmica do tabuleiro com a passagem de comboios de alta velocidade, com a

excepção de não ser uma carga aplicada ao longo do tempo, mas sim uma aceleração ao

nível da fundação que dá origem a forças de inércia ao nível dos elementos estruturais.

Nesta análise a massa oscilante é igual à carga permanente característica da estrutura

aplicada nos respectivos graus de liberdade. A análise no tempo recorre a uma integração

temporal com sobreposição modal (a escolha deste tipo de integração é devida ao facto de

que é uma análise computacionalmente menos pesada). O esforço computacional inerente

à integração directa é elevado, visto que implica o cálculo em cada instante dos modos de

vibração. Embora na integração modal seja mais rápida a sua utilização deve ser restringida

a estruturas cujo comportamento não linear se concentra nos amortecedores, utilizando os

modos de Ritz na direcção longitudinal.

Nesta análise só se considera o sismo tipo 1 visto ser aquele que é mais condicionante.

Os acelerogramas artificiais são compatíveis com o espetro de resposta regulamentar da

acção sísmica, e representam a aceleração do solo ao nível da base da estrutura ao longo do

tempo. A sua utilização é permitida desde que as amostras sejam graduadas relativamente

às suas características sismogénicas (ag) e às características do terreno do local (S). São

gerados aleatoriamente no mínimo 3 acelerogramas e, se forem usados mais que 7, os

valores de cálculo são iguais à média dos máximos em módulo de cada acelerograma.

Page 107: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

86

Os acelerogramas têm de respeitar as seguintes durações mínimas da parte estacionária Ts:

Acção sísmica Tipo 1: Ts≥30s

Acção sísmica Tipo 2: Ts≥10s

Considerou-se que a intensidade do sismo tem uma variação trapezoidal, em que começa

no zero e atinge o máximo passado 5 segundos, depois a intensidade máxima mantem-se

em fase estacionária durante um tempo regulamentado para esta fase e volta a zero passado

5 segundos do final da fase estacionária. Deste modo, o sismo tem uma simulação mais

perto da realidade em termos da evolução da intensidade, pois na realidade um sismo não

atinge o pico de intensidade nem no instante inicial nem no instante final.

Os acelerogramas artificiais foram gerados pelo software SeismoArtif utilizando os espectros

de resposta regulamentares do EC8, obtendo-se 8 acelerogramas diferentes com intervalos

entre os vários pontos de 0,01 s e com um coeficiente de amortecimento de 5%. A Figura

5.1 mostra um acelerograma artificial utilizado na análise longitudinal.

Figura 5.1 - Acelerograma artificial gerado pelo SeismoArtif

5.1.2 Dissipadores Viscosos

Os dissipadores viscosos são elementos cuja aplicação visa controlar as forças horizontais

na estrutura. No caso deste projecto houve uma preocupação de controlar os

deslocamentos devido ao sismo e os esforços nos pilares, e por isso concebeu-se os

encontros para ter resistência e rigidez na direcção longitudinal, são elementos excelentes

-3

-2

-1

0

1

2

3

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Ace

lera

ção

(m

/s2

)

Tempo (s)

Acelerograma 7

Page 108: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

87

para controlar o sismo. A dificuldade em ter encontros deste tipo resulta dos efeitos das

deformações impostas, dado tratarem-se de elementos muito rígidos localizados nas

extremidades da ponte. Deste modo, para as deformações impostas e com o centro de

rigidez próximo do centro da ponte, os encontros fixos para esta acção geravam esforços

muito elevados.

Os dissipadores viscosos permitem resolver este problema dado que funcionam para as

acções lentas sem oferecer resistência horizontal, logo como aparelhos móveis para as

deformações impostas. De facto, quando ocorre um deslocamento lento o pistão que se

encontra no interior do cilindro cheio de um líquido viscoso, que constitui o amortecedor

desloca-se e não terá a oposição do líquido que passa de uma câmara para outra através de

pequenos orifícios. Quando o deslocamento imposto é rápido, como é o caso dos sismos,

o líquido viscoso não tem tempo para passar entre camaras, oferecendo resistência e

gerando as forças transmitidas aos encontros. Esta força é tanto maior quanto for a

resistência oferecida pelo líquido e quanto maior for a velocidade atingida durante o sismo.

A força gerada por um dissipador é dada pela equação (5.1), onde C é uma constante

característica do dissipador que depende do seu diâmetro e da área dos orifícios de

passagem do líquido. O parâmetro α é uma constante característica da viscosidade do

dissipador, quanto maior este parâmetro menos sensível é o amortecedor em relação á

velocidade [3].

𝐹 = 𝐶. 𝑉𝛼

(5.1)

Para esta ponte considerou-se um α igual a 0,2 e um C de 12500, constatou-se que no

decorrer da análise dos esforços que com estes parâmetros não foi atingida em nenhum

instante uma força superior a 5000 KN em cada um dos amortecedores, pois esta é a força

máxima dos dissipadores escolhidos.

Para analisar a estrutura tendo em conta este efeito não linear recorreu-se ao SAP2000, que

permite simular um elemento com uma lei constitutiva de Maxwell para modelar os

dissipadores, que contêm uma mola com comportamento elástico acoplado com um

amortecedor com comportamento não linear. Para além das duas constantes anteriormente

definidas, este elemento tem um parâmetro adicional K (Figura 5.2). Esta constante define

o comportamento linear da mola e serve para modelar uma deformação elástica do

amortecedor como elemento solicitado a uma força axial. Neste domínio de análise este

Page 109: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

88

parâmetro não é importante, por isso considera-se um valor suficientemente elevado para

que este parâmetro não tenha relevância [3].

Figura 5.2 - Elemento com lei constitutiva de Maxwell

O valor de K deve ser elevado de modo a que este parâmetro não afecte a análise dinâmica,

mas é necessário ter atenção que ao utilizar um valor demasiado grande pode trazer

problemas numéricos de convergência. A rigidez ideal da mola (K) deve apenas influenciar

o deslocamento total do dissipador na ordem das milésimas relativamente ao deslocamento

total do tabuleiro durante a ocorrência de um sismo.

∆𝑚𝑜𝑙𝑎=𝐹𝑚𝑎𝑥

𝐾≈

∆𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

1000

(5.2)

A Tabela 5.1 apresenta uma análise do valor da rigidez da mola, chega-se à conclusão que a

ordem de grandeza da rigidez K é de 108, no modelo foi escolhido um K igual a 5x108.

Tabela 5.1 - Análise do valor de K

K Fmax (KN) Δmola (m) Δtotal (m) Δtotal/1000 (m)

1.000 6130 6,13 0,061 6,1E-5

100.000 6747 0,067 0,069 6,9E-5

10.000.000 9632 9,6E-4 0,028 2,8E-5

100.000.000 9592 9,6E-5 0,027 2,7E-5

Page 110: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

89

Figura 5.3 - Modelo SAP2000 dos amortecedores e encontros

A Figura 5.3 mostra como foram modelados os encontros, o elemento vertical mais à

esquerda serve para mobilizar a rigidez longitudinal dos encontros, sendo a rigidez

transversal nesse elemento nula. A barra vertical mais à direita modela a rigidez transversal,

sendo a longitudinal nula e recebe as cargas verticais do tabuleiro.

Os óleodinâmicos são modelados com um único elemento e a força máxima admissível em

estado limite último é de 10000 kN, visto que este elemento modela o efeito dos dois

amortecedores em paralelo existentes em cada encontro.

A Tabela 5.2 resume as forças máximas da resposta dos amortecedores para a acção

sísmica, concluindo-se que em nenhum dos acelerogramas a força de 10000 kN é

ultrapassada.

Tabela 5.2 - Força máxima nos amortecedores em ELU para a combinação sísmica

E1 E2

F (kN) F (kN)

Acelerograma 1 9617 9690

Acelerograma 2 9490 9500

Acelerograma 3 9496 9567

Acelerograma 4 9316 9283

Acelerograma 5 9300 9363

Acelerograma 6 9482 9496

Acelerograma 7 9588 9681

Acelerograma 8 9450 9494

Page 111: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

90

5.1.3 Análise Sísmica Transversal

Na direção transversal recorreu-se ao espectro de resposta para a análise da acção sísmica

considerando um coeficiente de comportamento igual a 1,5. Na Tabela 5.3 apresenta-se o

valor da força basal na direcção transversal e o coeficiente sísmico que atinge um valor de

0,33.

Tabela 5.3 - Força basal e coeficiente sísmico transversal

Força Basal (KN) 70456

Massa (Kg) 21797

Coeficiente sísmico 0,33

5.1.4 Curva Momento-Curvatura dos Pilares

Visto que uma perda de rigidez da estrutura traduz-se numa diminuição da força basal, para

contabilizar este fenómeno calcula-se o gráfico de momento-curvatura para a

pormenorização de armaduras longitudinais adotada na base dos pilares (Figura 5.4). Para

elaborar este gráfico recorre-se ao software Response-2000 no qual se introduz como input o

esfoço axial, a geometria da secção e as armaduras.

Figura 5.4 - Gráfico Momento-Curvatura na direcção longitudinal da base dos pilares

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

0 1 2 3 4 5 6

M (

KN

m)

χ (mm/m)

Gráfico Momento-Curvatura

Page 112: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

91

Este gráfico considera que o pilar tem 29670 KN, com 2 fiadas ϕ25//0,10 (m). A relação

tensão-deformação do betão considerada é a regulamentada na EN1992-1-1 3.1.5 (Figura

5.5), para uma análise estrutural não linear.

Figura 5.5 - Relação tensão-deformação do betão

A metodologia realizada nesta análise sísmica é iterativa: a) faz-se um cálculo inicial no

SAP2000 para determinar se os pilares que fendilham; b) avalia-se de seguida o valor de

momento actuante vê-se qual é o valor de curvatura e calcula-se o valor de inércia

fendilhada que é igual à inclinação da recta secante entre o ponto zero do gráfico e o par

momento-curvatura da análise sísmica dividida pelo módulo de elasticidade do betão;

c) refaz-se a análise sísmica obtendo um novo momento flector actuante que permite

corrigir numa segunda iteração a rigidez fendilhada a considerar na nova iteração.

A extensão da fendilhação em altura também é tida em conta, nomeadamente nas zonas

cujo momento é superior ao momento de fendilhação considera-se uma diminuição da

inércia. Simplificadamente o valor da redução é sempre igual, considerando que o

momento flector actuante corresponde ao registado na base do pilar.

Este processo é convergente de forma alternada para a solução, dado que o valor inicial da

redução é sempre maior que o valor ideal, isto é devido à estrutura apresentar rigidez

máxima no início e por isso os momentos e a curvatura registam o valor mais elevado. Na

segunda iteração o valor da redução já é inferior ao valor ideal, pois como se tem uma

redução de momentos flectores a curvatura será muito inferior, e assim sucessivamente, até

se ter um momento flector na base dos pilares compatível com o grau de fissuração obtido

da curva de momentos-curvaturas. Esta análise foi realizada para os sismos de serviço e de

projecto.

Page 113: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

92

A Tabela 5.4 mostra os valores efectivos da inércia a usar no cálculo sísmico longitudinal

para o estado limite último.

Tabela 5.4 - Percentagem de inércia devido à fendilhação e altura fendilhada

Pilar Percentagem de inércia efectiva Lcr (m)*

P1 56% 1,5

P2 66% 1,3

P3 73% 2,1

P4 66% 2,4

P5 75% 1,3

P6 73% 1,4

P7 60% 2,0

*Lcr é a altura do pilar em estado fendilhado a contar da base.

Tabela 5.5 - Comparação da distribuição da força basal com estrutura em estado não fendilhado e estado fendilhado

Pilar Fh,não fendilhado (KN) Fh, fendilhado (KN)

E1 9599 9603

P1 6855 6317

P2 5451 5180

P3 3096 2904

P4 3577 3219

P5 4197 4067

P6 4135 4001

P7 5243 4804

E2 9729 9717

Força Basal (KN) 51881 49812

Massa (Kg) 21797

Coeficiente sísmico 0,24 0,23

Page 114: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

93

Na Tabela 5.5 mostra-se a distribuição da força basal pelos pilares e comparam-se os

valores em cada pilar para estado não fendilhado e estado fendilhado. Desta tabela conclui-

se que efectivamente existe uma diminuição da força basal, sendo os pilares nas

extremidades os mais afectados. O coeficiente sísmico toma o valor 0,23.

5.1.5 Critérios de Dimensionamento e Análise dos Pilares

O dimensionamento das armaduras dos pilares recorre a três combinações principais

descritas anterior mente no capítulo 3. A combinação 1 tem em conta a utilização de duas

variáveis base diferentes combinadas entre si, a acção da frenagem (força horizontal) e a

acção do LM71 (acção vertical). Um dos inconvenientes desta solução é serem geradas

forças horizontais nos pilares devidas a cargas verticais no tabuleiro, logo esta combinação

poderá ter alguma importância, e os pilares funcionam em flexão simples composta. As

combinações 2.1 e 2.2 referem-se às acções sísmicas (como se têm esforços nas duas

direcções é necessário verificar a secção do pilar à flexão composta desviada). A verificação

dos pilares é feita com um método análogo ao tabuleiro e aos mastros, sendo desenhada a

linha de interação para uma determinada armadura e verifica-se a segurança.

Tabela 5.6 - Combinações de ELU

COMBINAÇÃO 1

ESd = 1,35( Ecp + Ec.extrad. + Epe) + 1,50( Esc + 0,80 Earranq.fren) ou

ESd = 1,35( Ecp + Ec.extrad. + Epe) + 1,50 (Earranq.fren + 0,80 Esc)

COMBINAÇÃO 2.1 EEd = Ecp + Ec.extrad. + Epe + EEd,Tranversal + 0,3 EEd,Longitudinal

COMBINAÇÃO 2.2 EEd = Ecp + Ec.extrad. + Epe + 0,3 EEd,Tranversal + EEd,Longitudinal

É importante referir que a força de frenagem é aplicada no modelo como uma carga

concentrada, e para avaliar as cargas em cada um dos pilares, esta acção é posicionada no

topo de cada um dos pilares obtendo-se sete casos de carga diferentes.

Dado tratarem-se de acções em serviço limita-se os deslocamentos horizontais a 20 mm

para o sismo de serviço e para a acção de frenagem/arranque.

(X)

)

Page 115: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

94

5.1.6 Deformações Impostas

No Capítulo 2 fez-se referência ao processo construtivo e no Capítulo 3 nos subcapítulos

relativos à fluência e retracção referiram-se esforços elevados ao nível dos pilares gerados

pelas deformações impostas. Adicionando os momentos flectores máximos após os efeitos

da retracção e fluência da Tabela 5.7 com o valor de momento flector com o valor

frequente da acção da frenagem/arranque, tem-se um momento máximo para esta

combinação esta combinação de 68542 KNm.

Tabela 5.7 - Esforços no pilar P1 durante a fase construtiva e fase de exploração para as deformações impostas

Fase M (kNm)

Antes de aplicar a força do macaco hidráulico -2032

Depois de aplicar a força do macaco hidráulico -35560

A tempo infinito, após efeitos da retracção e fluência +34646

Para avaliar se este momento flector é elevado compara-se com o momento de fendilhação

da secção, ver Tabela 5.8.

Tabela 5.8 - Cálculo do momento de fendilhação

Ncf (KN) A (m2) w (m3) fctm (MPa) Mcr (KNm)

29670 7,65 5,17 2,9 +35045

Verifica-se portanto que é impossível assegurar a não fendilhação da secção da base do

pilar para esta acção. Avaliando então se a abertura de fendas não excede os 0,30 mm:

𝑆𝑟,𝑚𝑎𝑥 = 3,4𝑐 + 0,425𝑘1𝑘2ø/𝜌𝑝,𝑒𝑓𝑓

(5.3)

Tabela 5.9 - Cálculo da largura de fendas

k1 k2 c (m) ø (mm) ρp,eff Sr,max (m)

0,8 0,8 0,035 25 0,02 0,47

Page 116: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

95

Tabela 5.10 – Cálculo de εsm- εcm

σs (MPa) kt fct,eff (MPa) αe Es (GPa) εsm- εcm

170 0,4 2,9 6,06 200 0,00052

𝑤𝑘 = 𝑆𝑟,𝑚𝑎𝑥(𝜀𝑠𝑚 − 𝜀𝑐𝑚)

(5.5)

A abertura de fendas (wk) nos pilares P1 e P7 é de 0,24 mm que não ultrapassa o limite, é

importante referir que o cálculo da linha neutra e da tensão no aço recorreu ao mesmo

software que foi usado para o cálculo da curva momento-curvatura, este programa para um

dado momento também fornece estes dois parâmetros. Nas análise de segurança é

necessário usar para estes pilares uma inércia fendilhada que é aproximadamente igual a

60% da inércia total, este valor é inferior ao valor estimado.

Para estado limite último são somados os valores característicos dos momentos da

combinação da deformação imposta na verificação de segurança dos pilares P1 e P7.

5.1.7 Estados Limites Últimos dos Pilares

Os pilares estão sujeitos a flexão composta desviada. Para analisar este efeito começa-se

por um problema mais simples que é analisar flexão composta nas duas direcções

separadamente, de seguida e tendo em conta a expressão (5.6), onde o parâmetro α será

analisado usando um processo similar á análise composta. Primeiro considera-se um valor

de esforço normal para acção permanente que seja de preferência o mais elevado, pois este

valor tende a diminuir com o aumento do esforço axial e visto que só se calculou este valor

para uma situação escolheu-se a situação mais condicionante. Foram calculados quatro

pontos, dois deles são para a situação de flexão composta simples em cada uma das duas

direcções, os outros dois pontos são calculados iterativamente alterando a posição da linha

neutra e o seu ângulo. De seguida ajustou-se uma curva que melhor se aproxima dos

pontos obtidos fazendo variar o valor de entre 1 e 2. Adotou-se por fim o valor = 1,5

(Figura 5.6).

𝜀𝑠𝑚 − 𝜀𝑐𝑚 =

𝜎𝑠 + 𝑘𝑡

𝑓𝑐𝑡,𝑒𝑓𝑓

𝜌𝑝,𝑒𝑓𝑓(1 + 𝛼𝑒𝜌𝑝,𝑒𝑓𝑓)

𝐸𝑠

(5.4)

Page 117: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

96

Figura 5.6 - Averiguação do valor de α para verificação da flexão desviada

(MEd,long

MRd,long)

α

+ (MEd,transv

MRd,transv)

α

≤ 1,0 (5.6)

Na Tabela 5.11 faz-se o resumo dos valores característicos dos esforços normais nos

pilares. A Figura 5.7 e 5.8 apresenta-se a verificação de flexão composta simples em cada

uma das direcções.

Tabela 5.11 - Valores característicos dos esforços normais N permanente na base dos pilares

PILAR Ncapitel+mastro (kN) Npilar (kN) Ntab+Nrcp (kN) Nsc (kN)

P1 2268 871 26527 11794

P2 2268 1389 27337 13351

P3 2268 2417 27184 13575

P4 2268 2221 27230 13772

P5 2268 1928 27192 13575

P6 2268 1898 27314 13351

P7 -2268 1429 26507 11794

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

0 50000 100000 150000 200000

Mlo

ng

(KN

m)

Mtrans (KNm)

Flexão Desviada

Aplicação da expressão de flexão deviada com α igual a 1,5

Pontos Calculados

Page 118: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

97

Figura 5.7 - Diagrama de interação Mtrans-N para a secção do pilar

Figura 5.8 - Diagrama de interação Mlong-N para a secção do pilar

-100000

-50000

0

50000

100000

150000

200000

250000

0 50000 100000 150000 200000

N (

KN

)

Mtrans(KNm)

Interação Mtrans-N

ϕ25//0,10+ϕ25//0,10

ϕ25//0,10+ϕ20//0,10

Comb 2.1

Comb 2.2

-100000

-50000

0

50000

100000

150000

200000

250000

0 50000 100000 150000

N (

KN

)

Mlong(KNm)

Interação Mlong-N

ϕ25//0,10+ϕ25//0,10

ϕ25//0,10+ϕ20//0,10Comb 1

Comb 2.1

Comb 2.2

Page 119: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

98

Tabela 5.12 – Solução de armaduras para os pilares

PILAR SOLUÇÃO

P1 ϕ25//0,10+ϕ25//0,10

P2 ϕ25//0,10+ϕ20//0,10

P3 ϕ25//0,10+ϕ25//0,10

P4 ϕ25//0,10+ϕ25//0,10

P5 ϕ25//0,10+ϕ20//0,10

P6 ϕ25//0,10+ϕ20//0,10

P7 ϕ25//0,10+ϕ25//0,10

De seguida faz-se a verificação de flexão desviada composta, na Figura 5.9 e 5.10,

verificando-se que a envolvente do diagrama de interacção para os dois casos de

armaduras. Na Tabela 5.13 e 5.14 faz-se um resumo das verificações de segurança em todos

os pilares.

Figura 5.9 - Diagrama de interação Mtrans-Mlong-N para a secção do Pilar:

ϕ25//0,10+ϕ25//0,10

N (kN)

Mtrans (KNm) Mlong (KNm)

Page 120: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

99

Figura 5.10 - Diagrama de interação Mtrans-Mlong-N para a secção do Pilar:

ϕ25//0,10+ϕ20//0,10

Tabela 5.13 - Verificação da segurança ao ELU de flexão desviada composta para

combinação sísmica

Combinação 2.1 Combinação 2.2

PILAR MN,Rd, long

(kNm) MN,Rd, trans

(kNm) MEd, long

(kNm) MEd, trans

(kNm) VS

MEd,long

(kNm) MEd, trans

(kNm)) VS

P1 116716 163767 34400 45857 0,31 114668 13757 0,99

P2 106356 150273 16602 71611 0,40 55340 21483 0,43

P3 119620 166555 16239 126253 0,70 54130 37875 0,42

P4 119422 166365 17177 135645 0,80 57258 40693 0,46

P5 118986 150763 16143 94378 0,55 53811 28313 0,39

P6 119108 150879 16408 99311 0,59 54696 29793 0,40

P7 117425 164448 33261 67378 0,42 110871 20213 0,97

N (kN)

Mtrans (KNm) Mlong (KNm)

Page 121: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

100

Tabela 5.14 - Verificação da segurança ao ELU de flexão composta para combinação 1

Combinação 1

PILAR MN,Rd,long (kNm) NEd(kN) MEd,long(kNm) Vs

P1 121540 33325 67370 0,42

P2 116893 39049 76193 0,53

P3 130746 40309 55917 0,28

P4 131333 40754 62210 0,33

P5 131204 40657 69486 0,39

P6 129926 39687 66397 0,37

P7 123293 34655 60048 0,34

5.1.8 Esforço Transverso

O dimensionamento dos pilares ao esforço transverso é efetuado, na direção transversal,

para a combinação sísmica de acções, enquanto na direção longitudinal temos a

combinação 1 e combinação 2. A Tabela 5.15 apresenta os esforços de dimensionamento.

O dimensionamento das armaduras de esforço transverso segue a mesma regra que o

tabuleiro. A Tabela 5.16 apresenta o cálculo do dimensionamento dos estribos e a

verificação do esmagamento das bielas de compressão. A Tabela 5.17 apresenta a armadura

mínima de esforço transverso e na Tabela 5.18 resumem-se as armaduras dimensionadas.

Tabela 5.15 - Esforços transversos de dimensionamento VEd nas duas direções ortogonais

PILAR VEd,trans (kN) VEd,long (kN)

P1 8208 10458

P2 7784 5180

P3 10411 2904

P4 10858 3219

P5 9959 4067

P6 8975 4001

P7 8702 7410

Page 122: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

101

Tabela 5.16 - Armaduras transversais As/s e compressões σc nas bielas de betão devidas a

VEd nos pilares

PILAR [Asw/s]trans

(cm2/m)

[Asw/s]long

(cm2/m) σc,trans (MPa) σc,long (MPa)

P1 27,5 53,2 3,2 7,7

P2 26,1 26,3 3,0 3,8

P3 34,9 14,8 4,0 2,1

P4 36,4 16,4 4,2 2,4

P5 33,4 20,7 3,9 3,0

P6 30,1 20,3 3,5 2,9

P7 29,2 37,7 3,4 5,5

θ=30º; dtrans=4,4(m); dtransv=2,9(m);

fyd=435(MPa)

btrans=1,5(m); blong=1,2(m);

σc,maxC30/37=10,6(MPa)

Tabela 5.17 - Armadura de esforço transverso mínima (Asw/s)min

( Asw/s)min

(𝐴𝑠𝑤

𝑠)

𝑚𝑖𝑛= 𝜌𝑤,𝑚𝑖𝑛. 𝑏𝑤 ; 𝜌𝑤,𝑚𝑖𝑛 =

0,08√𝑓𝑐𝑘

𝑓𝑦𝑘

ρw,min = 8,76 (cm2/m2) btrans = 1,50 (m) blong = 1,20 (m)

( Asw/s)min,transv = 13,1 (cm2/m) ( Asw/s)min,long = 10,5 (cm2/m)

Tabela 5.18 - Armaduras transversais As/s adotadas

PILAR [Asw/s]trans (cm2/m) [Asw/s]long (cm2/m)

P1 4R Est ϕ12//0,125 ⇒ 36,1 6R Est ϕ12//0,125 ⇒ 54,2

P2 4R Est ϕ12//0,15 ⇒ 30,1 4R Est ϕ12//0,15 ⇒ 30,1

P3 4R Est ϕ12//0,125 ⇒ 36,1 4R Est ϕ12//0,125 ⇒ 36,1

P4 4R Est ϕ12//0,10 ⇒ 45,2 4R Est ϕ12//0,10 ⇒ 45,2

P5 4R Est ϕ12//0,125 ⇒ 36,1 4R Est ϕ12//0,125 ⇒ 36,1

P6 4R Est ϕ10//0,10 ⇒ 31,4 4R Est ϕ10//0,10 ⇒ 31,4

P7 4R Est ϕ12//0,10 ⇒ 45,2 4R Est ϕ12//0,10 ⇒ 45,2

Page 123: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

102

5.1.9 Deslocamento Horizontal do Tabuleiro

Como já foi referido existe um limite imposto para o deslocamento longitudinal do

tabuleiro de 20 mm na transição do tabuleiro para os encontros, para as acções do sismo de

serviço e frenagem/arranque do comboio. Esta verificação pretende assegurar que após

uma ocorrência deste tipo a linha férrea não apresenta danos importantes, pudendo

restabelecer-se rapidamente o funcionamento normal.

A Figura 5.11 apresenta o deslocamento horizontal da ponte junto ao encontro, em função

do tempo e para o acelerograma de serviço nº 7. O deslocamento máximo para os oito

acelerogramas é de 9 mm, concluindo-se que para o sismo de serviço o limite não é

ultrapassado.

Figura 5.11 - Deslocamento horizontal do ponto na extremidade

No caso da frenagem e arranque considera-se que a força total é aplicada junto ao encontro

com uma carga pontual e com valor característico. O deslocamento máximo obtido foi de

8 mm, que também não se excede o limite máximo de deslocamento longitudinal.

É importante referir que devido ao facto de os pilares nas extremidades fissurarem em

serviço para as deformações impostas, considerou-se uma diminuição de rigidez nesses

pilares de 40%, de modo a minimizar a contribuição destes pilares para a resistência global

da estrutura.

5.2 APARELHOS DE APOIO

O dimensionamento dos aparelhos de apoio para as forças verticais é efetuado para a

combinação característica de acções. Como anteriormente descrito, os pilares e encontros

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

0 5 10 15 20 25 30 35 40

dx

(m)

t (s)

Acelerograma 7

Page 124: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

103

utilizam apoios móveis na direcção longitudinal. Apresentam-se na Tabela 5.19 os esforços

nos aparelhos de apoio para o caso do mastro encastrado no pilar.

Em cada pilar são colocados dois aparelhos de apoio no seguimento das almas, repartindo-

se igualmente as forças verticais para cada um dos apoios. Na Tabela 5.20 mostra-se as

forças nos aparelhos de apoio para a solução alternativa.

Tabela 5.19 - Força nos aparelhos de apoio para a solução proposta

APOIO RVrara (kN) RV

rara/apoio (kN)

E1 8003,5 4002,8

P1 16844,9 8422,5

P2 19867,9 9934,0

P3 19801,9 9901,0

P4 20018,3 10009,2

Tabela 5.20 - Força nos aparelhos de apoio para a solução alternativa

APOIO RVrara (kN) RV

rara/apoio (kN)

E1 6829,5 3414,8

P1 38456,7 19228,4

P2 40671,8 20335,9

P3 40624,5 20312,3

P4 41063,2 20531,6

Para a solução do mastro encastrado no pilar parte da carga é desviada do tabuleiro pelos

cabos, passando pelo mastro e descarregando directamente no pilar, o que conduz a que a

carga de dimensionamento dos aparelhos de apoio do tabuleiro nos pilares sejam mais

baixa que na solução alternativa, em que toda a carga é encaminhada pelos apoios até aos

pilares. Nos encontros acontece o contrário, mas o aumento de carga não é significativo e a

solução proposta continua a ser mais eficaz em termos de encaminhamento das cargas

verticais.

Page 125: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

104

5.3 CAPITEL

Para verificar a armadura de tracção junto à face superior e inferior do capitel recorreu-se

ao modelo de escoras e tirantes representada na Figura 5.13 e 5.14. A distribuição das

cargas nestes modelos conforme a Figura 5.12, reparte-se proporcionalmente nas áreas

assinaladas. Para a área a vermelho aplica-se o modelo da Figura 5.13 e a carga equivalente

é de 30% da total. Na direcção perpendicular aplica-se o modelo da Figura 5.14 sendo que

nas zonas a verde aplica-se a carga dos apoios e a azul a carga dos mastros, ambas as forças

serão 70% do total.

Figura 5.12 - Distribuição de cargas do modelo de escoras e tirantes

Figura 5.13 - Modelo de escoras e tirantes do capitel para as cargas na maior direção

Tabela 5.21 - Armadura de tracção na maior direcção

Ftirante (KN) As = Ft/fyd (cm2) Armadura (cm2/m)* Solução

971 22,40 16,00 ϕ20//0,15 (20,9 cm2/m)

1700 40,00 57,20 ϕ25//0,10 (49,1 cm2/m)

Page 126: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

105

*A armadura é distribuída em 1,40 m

Figura 5.14 - Modelo de escoras e tirantes do capitel para as cargas na menor direcção

Tabela 5.22 - Armadura de tracção no alçado lateral do capitel

Zona Ftirante (KN) As = Ft/fyd (cm2) Armadura (cm2/m)* Solução

Apoios 2680 61,70 56,10 2 fiadas de ϕ20//0,10

(62,8 cm2/m)

Mastro 3863 88,80 80,80 2 fiadas de ϕ25//0,10

(98,2 cm2/m)

*A armadura é distribuída em 1,10 m

5.4 ENCONTROS

Os contrafortes dos encontros são dimensionados através de um modelo de escoras e

tirantes. Cada encontro tem dois óleodinâmicos com capacidade máxima de força

horizontal de 5000 kN/aparelho, e devido à geometria complexa do encontro recorre-se a

um modelo de escoras e tirantes. Para compreender o comportamento deste elemento

usou-se um modelo de elementos finitos de placa para estudar o caminho das cargas ao

longo do encontro E2.

A carga horizontal é distribuída pelos contrafortes através de uma viga estribo, mas a força

dos óleodinâmicos não se divide em proporções iguais pelos contrafortes. Através de um

Page 127: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

106

modelo simples com elemento barra e molas a modelar a rigidez horizontal dos

contrafortes, calculou-se a percentagem de carga que se distribui por cada contraforte

(Figura 5.15). A carga máxima que dos contrafortes C2 e C4 é de 3110 KN.

Figura 5.15 - Modelo para calcular a distribuição da carga dos amortecedores pelos contrafortes

Figura 5.16 - Nomenclatura dos contrafortes

5.4.1 Modelo de Cálculo dos Encontros

O modelo de cálculo dos contrafortes como foi anteriormente referido será um modelo de

escoras e tirantes. Este tipo de análise prevê que o maciço de betão se comporta como uma

treliça onde existem elementos comprimidos que serão as escoras e onde se avalia a

compressão nas bielas do betão. Os elementos tracionados serão os tirantes e é nestes

locais que a armadura resistente deve ser disposta.

A avaliação da resistência dos nós fazem-se de acordo com o EC2 1-1 6.5.4, nas zonas

onde convergem exclusivamente bielas de betão, a tensão máxima admissível é dada pela

seguinte expressão:

𝜎𝑟𝑑,𝑚𝑎𝑥 = 𝑘1(1 −𝑓𝑐𝑘

250)𝑓𝑐𝑑

(5.7)

O valor de k1 toma o valor de 1,0 segundo o anexo nacional.

Page 128: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

107

Figura 5.17 – Nó comprimido de um modelo de escoras e tirantes

No caso de existir um tirante que conflua para o nó a tensão máxima é dada por outra

expressão similar à anterior

𝜎𝑟𝑑,𝑚𝑎𝑥 = 𝑘2(1 −𝑓𝑐𝑘

250)𝑓𝑐𝑑

(5.8)

em que k2 toma o valor de 0,85 segundo o anexo nacional.

Figura 5.18 – Tirante que conflui para um nó de um modelo de escoras e tirantes

A escolha dos elementos de escoras e tirantes tem como base as trajetórias dos esforços no

contraforte. A direcção da força sísmica é bidirecional portanto é necessário considerar o

óleo-dinâmico em tração e compressão, que dão origem a dois modelos diferentes. O

modelo do amortecedor em tracção tem como cargas a força no apoio e do óleo-dinâmico,

quando o amortecedor está em compressão é também adicionado o impulso dinâmico do

Page 129: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

108

terreno no encontro. Na Figura 5.19 estão representadas as trajectórias de carga nos

contrafortes, a azul são referentes à compressão e a vermelho à tracção.

Figura 5.19 – Trajectória dos esforços nos contrafortes, à esquerda o amortecedor está em compressão e à direita o amortecedor está em tracção

5.4.2 Esforços de Cálculo

A combinação sísmica é aquela que provoca os esforços maiores e que faz funcionar os

óleodinâmicos. De seguida apresentam-se dois modelos de escoras e tirantes para o caso de

o amortecedor estar a funcionar à compressão (Figura 5.20) ou à tracção (Figura 5.22). O

estado limite último é verificado para os tirantes calculando a armadura (Tabela 5.23 e

Tabela 5.25) e para os nós verificando o esmagamento do betão.

Page 130: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

109

Figura 5.20 - Esforços do modelo de escoras e tirantes com o amortecedor à compressão

Tabela 5.23 - Armadura dos tirantes com o amortecedor comprimido

Esforços (KN) Armadura (cm2) Solução de armadura

1902,45 38,05 8 ϕ25 ⇒ 39,28 cm2

2855,22 57,11 12 ϕ25 ⇒ 58,92 cm2

2924,43 58,49 12 ϕ25 ⇒ 58,92 cm2

1951,45 39,03 8 ϕ25 ⇒ 39,28 cm2

471,38 9,43 2 ϕ25 ⇒ 9,82 cm2

1461,18 29,22 6 ϕ25 ⇒ 29,46 cm2

2897,06 57,95 12 ϕ25 ⇒ 58,92 cm2

Para a verificação do esmagamento do betão nos nós exemplifica-se com o nó junto ao

amortecedor, para o caso do amortecedor comprimido. A Tabela 5.24 apresenta a

verificação das escoras recorrendo aos princípios regulamentares anteriormente referidos.

Page 131: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

110

Figura 5.21 – Tirante que conflui para um nó junto ao

amortecedor

Tabela 5.24 - Verificação do nó junto ao amortecedor para a hipótese de compressão

N (kN) b (m) e (m) σed (MPa) σrd (MPa)

-3646 0,60 0,45 13,5 14,9

Figura 5.22 - Esforços do modelo de escoras e tirantes com o amortecedor à

tracção

Tabela 5.25 - Armadura dos tirantes com o amortecedor traccionado

Esforços (kN) Armadura (cm2) Solução de armadura

3412,30 68,25 14 ϕ25 ⇒ 68,74 cm2

2357,50 47,15 10 ϕ25 ⇒ 49,10 cm2

3232,85 64,66 14 ϕ25 ⇒ 68,74 cm2

4913,17 98,27 21 ϕ25 ⇒ 103,11 cm2

Page 132: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

111

5.5 FUNDAÇÕES

A verificação das fundações foi simplificada considerando uma resistência de ponta das

estacas igual a 5 MPa para acções estáticas e 6 MPa para acções dinâmicas. A Tabela 5.26

apresenta a verificação da estaca mais esforçada de cada maciço dos pilares. Para o cálculo

da força em cada estaca usa-se a expressão (5.9).

𝐹𝑒𝑠𝑡𝑎𝑐𝑎 = 𝑁𝑒𝑑

𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑐𝑎𝑠+ 𝑀𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠.

𝑒𝑗

∑ 𝑒𝑘+ 𝑀𝑙𝑜𝑛𝑔.

𝑒𝑖

∑ 𝑒𝑙

(5.9)

Tabela 5.26 - Verificação das fundações

Pilar Combinação σmáx (MPa) Verificação de segurança

P1

1.1 3,77 0,75

2.1 3,45 0,69

2.2 4,13 0,83

P2

1.1 4,36 0,87

2.1 3,84 0,64

2.2 3,98 0,66

P3

1.1 4,02 0,80

2.1 5,35 0,89

2.2 4,17 0,70

P4

1.1 4,19 0,84

2.1 5,26 0,88

2.2 4,24 0,71

P5

1.1 4,33 0,87

2.1 4,74 0,79

2.2 4,19 0,70

P6

1.1 4,20 0,84

2.1 4,51 0,75

2.2 4,10 0,68

P7

1.1 3,71 0,74

2.1 4,02 0,67

2.2 4,20 0,70

Page 133: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

112

Page 134: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

113

6 CONCLUSÕES E DESENVOLVIMENTOS FUTUROS

6.1 CONCLUSÕES

Na presente dissertação estudou-se a nível de um projecto base a solução de uma ponte

com pré-esforço extradorsal. Esta solução tem tido pouca utilização em Portugal existindo

uma única obra construída até à data. Tratam-se de pontes que, embora na aparência

idênticas às pontes de tirantes, apresentam características bastante distintas, dado que os

cabos usados como um pré-esforço exterior do tabuleiro. As torres / mastros são assim

prolongamentos do tabuleiro que permitem aumentar a excentricidade dos cabos e

consequentemente o efeito de pré-esforço no tabuleiro. Este tabuleiro é, ao contrário das

pontes de tirantes modernas, bastante mais rígido, e com isso transmitindo uma parte

importante da carga vertical às infrestruturas. A carga transportada pelos cabos é assim

mais reduzida, sendo em geral neste tipo de tabuleiros com pré-esforço extradorsal o seu

valor máximo de cerca de 30% da carga total, ao contrário das pontes de tirantes que

transportam grande parte da carga vertical pelos tirantes. Porque se trata de um pré-esforço

exterior mais do que de um atirantamento do tabuleiro, os cabos extradorsais deste tipo de

tabuleiros apresentam inclinações reduzidas, e as torres alturas entre 10 e 15% do vão do

tabuleiro. Estas características do tabuleiro mais rígido e dos cabos pouco inclinados

permitem reduzir a sensibilidade dos cabos às variações de carga vertical, diminuindo os

seus problemas de fadiga.

Neste projecto estudou-se uma solução base em que se propôs um tabuleiro apoiado nos

pilares e torres a atravessar o tabuleiro e a ligarem-se monoliticamente aos pilares, mas

avaliou-se a possibilidade alternativa de ligação dos mastros ao tabuleiro, sendo neste caso

este a transmitir a totalidade da carga aos pilares. Este estudo permitiu compreender

melhor o funcionamento estrutural e o encaminhamento das cargas verticais para os

pilares, através do tabuleiro e dos cabos. As principais vantagens e desvantagens de cada

um dos modelos correspondem a:

i. A solução de ligar o mastro ao pilar permite aumentar a rigidez do tabuleiro e, em

consequência os momentos flectores gerados pelas sobrecargas no tabuleiro não

apresenta uma amplitude tão elevada como a solução alternativa; Foi assim possível

reduzir-se o pré-esforço interior bem como aumentar a sua eficácia.

ii. Os efeitos de fadiga nos cabos extradorsais são um pouco mais acentuados no caso

da solução proposta, dado que com o aumento da rigidez dos mastros faz com uma

Page 135: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

114

percentagem superior das sobrecargas seja encaminhada pelos cabos extradorsais,

aumentando a amplitude da variação das tensões nestes elementos; De qualquer

forma é amplamente verificada a resistência regulamentar à fadiga destes elementos.

iii. Os mastros têm cargas mais elevadas no caso da solução proposta, o que conduz a

momentos flectores muito elevados na sua base, e consequentemente à necessidade

de reforçar as suas armaduras.

iv. Uma das vantagens importantes da solução proposta corresponde à possibilidade

de redução da capacidade dos aparelhos de apoio do tabuleiro nos pilares, dado que

uma parte importante das cargas é transmitida aos pilares directamente pelos

mastros.

v. Talvez a maior desvantagem da solução proposta corresponda ao facto de as acções

verticais provocarem momentos flectores nos pilares e as acções horizontais

provocarem momentos flectores tanto no tabuleiro como nos pilares. Estes efeitos

foram tidos em conta no dimensionamento, nomeadamente definindo um

faseamento construtivo que permite minimizar tanto quanto possível os efeitos

diferidos da retracção e fluência.

vi. Comparando as duas soluções, a solução proposta é sem dúvida melhor em termos

de funcionamento estrutural para o caso de um tabuleiro longo, visto que conduz a

vantagens importantes tanto nos aparelhos de apoio como nos cabos de pré-

esforço interiores de continuidade do tabuleiro.

vii. É importante referir que não foi feita a verificação completa da solução alternativa,

contudo a fendilhação do tabuleiro não é verificada e as imposições regulamentares

associadas às circulações a alta velocidade podiam também não ser asseguradas

devido à menor rigidez desta solução, o que tornava inevitável aumentar a altura do

tabuleiro em caixão para um valor superior aos 2,5 m utilizados.

A solução proposta também apresentou alguns critérios que não foram totalmente

verificados, mas que não se consideram importantes visto que foram controlados através

de aumentos das armaduras ou com a definição de um faseamento construtivo específico:

a) Não foi verificada a descompressão em todo o tabuleiro, mas não existe

fendilhação em serviço, o que implica que não se terá diminuição da rigidez em

serviço.

b) Os pilares extremos poderão fendilhar na ligação à fundação após alguns anos em

serviço, tendo em conta a estimativa dos momentos flectores gerados pelas

Page 136: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

115

deformações impostas. Foi aumentada a armadura destes pilares na extremidade

para controlar a fendilhação e definido um faseamento construtivo para reduzir este

efeito.

c) A deformação da ponte com a passagem do LM71 está abaixo do limite

regulamentar para um nível de conforto aceitável.

Outros estudos especiais foram desenvolvidos nesta dissertação, nomeadamente:

a) A resposta da estrutura à passagem de comboios de alta velocidade, onde se

procurou avaliar o seu comportamento nesta situação específica, e de que forma os

cabos extradorsais influenciavam a resposta da estrutura; tendo-se verificado que a

sua contribuição faz aumentar o amortecimento global do tabuleiro, fazendo com a

sua resposta dependa fortemente dos modos de vibração superiores;

b) Análise sísmica tendo em conta o comportamento dos amortecedores óleo-

dinâmicos utilizados nos dois encontros e a fendilhação dos pilares durante a acção

sísmica. Verifica-se que uma parte importante da força sísmica longitudinal é

encaminhada para os pilares pelos cabos extradorsais devido à sua pequena

inclinação, repartindo a força sísmica pelos vários apoios. Na direcção transversal

esta força sísmica é um pouco reduzida tendo em conta a fendilhação dos pilares na

base, tendo sido avaliada a perda de rigidez com recurso aos diagramas momento-

curvatura das secções de betão armado em flexão composta;

c) Desenvolvimento de modelos de escoras e tirantes para pormenorizar peças em

betão armado com geometria complexa e muito carregadas com são os contrafortes

dos encontros que recebem as forças dos amortecedores sísmicos, explorando os

conceitos destes modelos e procurando soluções de encaminhamento das cargas

mais próximas da realidade.

6.2 DESENVOLVIMENTOS FUTUROS

Um projecto base não fornece toda a informação necessária para a construção da obra,

sendo necessário o desenvolvimento de um projecto de execução. Contudo no presente

projecto base foram assegurados os principais aspectos em termos de avaliações de

segurança e verificações de serviço. Afigura-se necessário incluir no projecto de execução a

avaliação dos seguintes aspectos complementares:

Page 137: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

116

i. As fundações justificam de uma atenção mais em detalhe, para a qual é necessária

uma prospecção complementar que permita uma avaliação mais rigorosa da

capacidade resistente dos terrenos de fundação;

ii. A avaliação das armaduras do tabuleiro foram feitas para os pontos com os

esforços mais elevados, tornando-se necessário elaborar uma verificação mais

exaustiva que permita definir uma pormenorização completa de armaduras.

iii. Estudar acções de acidente durante a fase construtiva, especialmente para as fases

em que o tabuleiro se encontra em consola, e avaliar a necessidade de proceder a

reforços locais de armadura devido a estas acções.

iv. O projecto de execução deve também incluir todos os desenhos de

dimensionamento, de pormenorização de armaduras em todos os elementos, os

desenhos com os diversos detalhes como por exemplo pormenores das selas de

desvio nos mastros, dos aparelhos de apoio e das juntas de dilatação e outros que

permita a definição completa da obra.

v. O projecto de execução deve incluir também as medições detalhadas do projecto,

bem como o resumo das quantidades e um orçamento.

Page 138: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

117

7 REFERÊNCIAS

CEN Eurocódigo 0 - Bases para o Projecto de Estruturas - 2009.

CEN Eurocódigo 1 - Acções nas Estruturas - Part 1 – 2009 e 2010

CEN Eurocódigo 1 - Acções nas Estruturas - Part 2: Acções de tráfego em pontes - 2005.

CEN Eurocódigo 2 - Projecto de Estruturas de Betão - Part 1-1: - 2010.

CEN Eurocódigo 3 - Projecto de Estruturas Metálicas - Part 1-1: Regras Gerais - 2005.

CEN Eurocódigo 3 - Design of steel structures - Part 1-9: Fadiga [Livro]. - 2010.

CEN Eurocódigo 8 - Projecto de Estruturas para Resistência aos Sismos - Part 1: 2010

CEN Eurocódigo 8 - Projecto de Estruturas para Resistência aos Sismos - Part 2: Pontes

2005

[1] Breather switch. Obtido em 17 de Setembro de 2014, de.

http://en.wikipedia.org/wiki/File:NYCSub_ExpJoint.jpg.

[2] Grison, A. et Tonello, J. "A 43 - Pont de saint-Rémy-deMaurienne (Savoie) - Un parti

original: la précontainte extradossée". s.l. : Travaux, 733, 16-20, 1997.

[3] Guerreiro, L. (Maio de 2006). Sistemas de Dissipação de Energia.

[4] Kasuga, A.et Ikeda, S. (2000). “25th Conference on OUR WORLD IN CONCRETE &

STRUCTURES”. Singapore, August 23-24, 85-93

[5] Mermigas, K. (2008) "Behaviour and Design of Extradosed Bridges" tese. apresentada ao

Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Toronto para obtenção do grau de mestre em

ciências aplicadas.

[6] Pedro, J. J. O.” Pontes Atirantadas Mistas. Estudo do Comportamento

Estrutural”.Tese de Doutoramento, Instituto Superior Técnico. Lisboa, Julho 2007,

426 pgs.

[7] Pedro, J. J. O. “Pontes de Tirantes: Concepção, Dimensionamento e Construção”

D.F.A em Engenharia de Estruturas, (Março 2011).

Page 139: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

118

[8] Reis, A. et Pereira, A. (1994). “Socorridos Bridge: A Cable-Panel Stayed Concept.”.

International conference A.I.P.C.--F.I.P.: ponts suspendus et à haubans : cable-stayed and

suspension bridges. Deauville, October 12-15, 343-350.

[9] Schlsich, M., Abadalsamad, A. e Annan, R. "Fatigue and tensile tests of a 55 strands

saddle system". Proceedings of the 3rd fib International Congress. Wanshington,

June 2010.

[10] Via Rápida da Saída Oeste do Funchal. Obtido em 6 de Dezembro de 2013, de.

http://cenor.pt/pt-pt/portfolio/via-rapida-da-saida-oeste-do-funchal/.

[11] VSL Construction Systems. SAS stress bars.

[12] VSL Construction Systems. VSL SSI Saddle.

Page 140: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

119

ANEXOS

Anexo I – Peças desenhadas

Anexo II – Tensões em serviços do tramo lateral e do primeiro tramo interior

Anexo III – Acelerações verticais do tabuleiro para diferentes velocidades

Anexo IV – Acelerogramas artificiais usados na análise sísmica

Page 141: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

120

Page 142: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

121

Anexo I – Peças desenhadas

Número do Desenho Título

0 Vistas 3d da Ponte

1 Alçado e Perfis Tipo

2 Pilares, Encontros e Fundações

Dimensionamento e Betão Armado

3

Tabuleiro

Dimensionamento e Betão Armado Pré-Esforçado

4 Traçado de Pré-Esforço Interior e de Cabos Extradorsais

Page 143: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

122

Page 144: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

Desenho

nº 0

Título: Vistas 3d da Ponte

Autor: André Quinhones nº 65145

Mestrado Integrado em Engenharia Civil

Ramo de Estruturas

Ano Lectivo

2014/2015

Ponte Ferroviária com Pré-esforço Extradorsal

Projecto Base e Estudos Especiais

PRODUCED BY AN AUTODESK EDUCATIONAL PRODUCTP

RO

DU

CE

D B

Y A

N A

UT

OD

ES

K E

DU

CA

TIO

NA

L P

RO

DU

CT

PRODUCED BY AN AUTODESK EDUCATIONAL PRODUCT

PR

OD

UC

ED

B

Y A

N A

UT

OD

ES

K E

DU

CA

TIO

NA

L P

RO

DU

CT

Page 145: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

ENCONTRO 1

Km 0+000.000

PORTAS DE ACESSO AO

INTERIOR DO ENCONTRO

PILAR 1

Km 0+037.000

PILAR 2

Km 0+103.000

PILAR 3

Km 0+169.000

PILAR 4

Km 0+235.000

PERFIL LONGITUDINAL

ALÇADO LATERAL DIREITO

ESCALA 1:500 (A1)

ESCALA 1:1000 (A3)

PLANTA

ESCALA 1:500 (A1)

ESCALA 1:1000 (A3)

66,0066,0037,00 66,00 66,00

470,00

4,45

7,10

12,36

11,35

8 estacas de Ø1,5 m

8 estacas de Ø1,5 m

8 estacas de Ø1,5 m

8 estacas de Ø1,5 m

11,00

Cabos Extradorsais

de 55 cordões 0,6''S

ACROTÉRIO

PILAR 5

Km 0+301.000

PILAR 6

Km 0+367.000

PILAR 7

Km 0+433.000

ENCONTRO 2

Km 0+470.000

66,00 66,00 66,00 37,00

9,85

9,70

7,30

8 estacas de Ø1,5 m

8 estacas de Ø1,5 m

8 estacas de Ø1,5 m

PERFIL LONGITUDINAL - CONTINUAÇÃO

ALÇADO LATERAL DIREITO

ESCALA 1:500 (A1)

ESCALA 1:1000 (A3)

SECÇÃO TRANSVERSAL TIPO

CORTE TRANSVERSAL

ESCALA 1:50 (A1)

ESCALA 1:100 (A3)

APOIO

VÃO

14,00

1,80 2,20 2,15 0,30 1,40 1,802,202,15

2,5

0

11

,0

0

Ponte Ferroviária com Pré-esforço Extradorsal

Projecto Base e Estudos Especiais

Desenho nº 1

Título: Alçado e Perfis tipo

Autor: André Quinhones nº 65145

Unidades [m]

Mestrado Integrado em Engenharia Civil

Ramo de Estruturas

Ano Lectivo

2014/2015

PLANTA - CONTINUAÇÃO

ESCALA 1:500 (A1)

ESCALA 1:1000 (A3)

PRODUCED BY AN AUTODESK EDUCATIONAL PRODUCTP

RO

DU

CE

D B

Y A

N A

UT

OD

ES

K E

DU

CA

TIO

NA

L P

RO

DU

CT

PRODUCED BY AN AUTODESK EDUCATIONAL PRODUCTP

RO

DU

CE

D B

Y A

N A

UT

OD

ES

K E

DU

CA

TIO

NA

L P

RO

DU

CT

Page 146: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

Desenho nº 2

Título: Pilares, Encontros e Fundações

Dimensionamento e Betão Armado

Autor: André Quinhones nº 65145

Unidades [m]

Mestrado Integrado em Engenharia Civil

Ramo de Estruturas

Ano Lectivo

2014/2015

Ponte Ferroviária com Pré-esforço Extradorsal

Projecto Base e Estudos Especiais

Ø10//0.15 (EXT.)+

Ø10//0.15 (INT.)

BETÃO ARMADO

CORTE B-B

ESCALA 1:25 (A1)

ESCALA 1:50 (A3)

3,00

Ø25//0,10

0,60

1,80

0,35 0,40

1,10

AA

CINTAS

Ø10//0,20

CINTAS

Ø10//0,10

Ø25//0.10

Ø25//0.20

Ø25//0.20

B B

3,00

H

DIMENSIONAMENTO E BETÃO ARMADO

SECÇÃO TRANSVERSAL DO PILAR

ESCALA 1:50 (A1)

ESCALA 1:100 (A3)

0,30

3,00

3,75 0,60 3,30

Ø25//0,10

BETÃO ARMADO

CORTE A-A

ESCALA 1:25 (A1)

ESCALA 1:50 (A3)

0,60 3,30

4,50

0,60

1,80

3,00

Ø20//0,20

Ø12//0.125

CALEIRA

1

2

CANA

i=2.00%

APARELHO

DE APOIO

6,00 1,75

9,50

3,0

0

1,75

0,2

5

3,25

0,15

1,20

2,15

2,30

1,60 0,45

2,00

0,2

0

8,6

0

3,153,65

1,00

1,70

12

,7

0

ESTACAS

Ø1.50m

ENCONTRO 2

CORTE LONGITUDINAL

ESCALA 1:50 (A1)

ESCALA 1:100 (A3)

1,3

0

0,9

4

4,7

9

1,1

0

0,901,60

1,8

0

TALUDE EM ATERRO

À FACE DA ASA

3,0

0

3,65

9,7

03

,0

0

0,6

3

PORTAS DE ACESSO AO

INTERIOR DO ENCONTRO

ENCONTRO 2

ALÇADO LATERAL DIREITO

ESCALA 1:50 (A1)

ESCALA 1:100 (A3)

6,00 1,75

9,50

1,75

5,14

1,2

5

12,00

1,50 4,50 1,504,50

FUNDAÇÕES E MACIÇO DE ENCABEÇAMENTO

ESCALA 1:100 (A1)

ESCALA 1:200 (A3)

1,5

04

,5

04,50

1,5

0

12

,0

0

1,50

22Ø25

Cintas Ø12//0,125

Materiais:

Betão

Regularização

Pilares, Fundações e Encontros

Tabuleiro e Mastros

Aço

Chapas

Perfis

Armadura Ordinária

Pré-esforço interior transversal

Pré-esforço interior longitudinal

Pré-esforço extradorsal

Barra de pré-esforço

Classe/Qualidade

C16/20

C30/37

C40/50

S235 JO

S355 JO

A500 NR

4 Cordões 0,6”N

1670/1860

19 Cordões 0,6”S

1670/1860

55 Cordões 0,6”S

1670/1860

Localização

Barra de pré-esforço

Ø57mm S1080

Norma

EN 138-79

EN 206-1

EN 10025

EN 10080

ENCONTRO 2

ALÇADO FRENTE

ESCALA 1:50 (A1)

ESCALA 1:100 (A3)

ESTACAS

Ø1.50m

APARELHO DISSIPADOR

APARELHOS

DE APOIO

ACROTÉRIO

6,00 1,75

15,50

6,001,75

3,0

0

0,750,75

BATENTE EM NEOPRENE

0,45

0,450,45

3,56 2,31

5,7

50

,7

53

,2

0

12

,70

0,7

0

0,750,75

4,0

0

12,00

A

A

2,31

0,45

3,56 0,45

BETÃO ARMADO

CORTE A-A

ESCALA 1:50 (A1)

ESCALA 1:100 (A3)

CINTAS

4RØ12//0.10

Ø16//0.20

(P

OR

F

AC

E)

CINTAS

2RØ12//0.10+2RØ10//0.10

2Ø25

2Ø25

2Ø25

6Ø25

2Ø25

2Ø25

5Ø25

5Ø25

5Ø25

5Ø25

2Ø25

2Ø25

5Ø25

Ø16//0.20

(P

OR

F

AC

E)

2Ø25

Materiais:

Betão

Tabuleiro e Mastros

Classe/Qualidade

C30/37

C40/50

Localização Recobrimento

Fundações e Pilares

Encontros

C30/37 40 mm

45 mm

35 mm

H (m)Pilar

P1

P2

P3

P4

P5

P6

P7

1,15

3,80

9,06

8,05

6,55

6,40

4,00

PRODUCED BY AN AUTODESK EDUCATIONAL PRODUCTP

RO

DU

CE

D B

Y A

N A

UT

OD

ES

K E

DU

CA

TIO

NA

L P

RO

DU

CT

PRODUCED BY AN AUTODESK EDUCATIONAL PRODUCTP

RO

DU

CE

D B

Y A

N A

UT

OD

ES

K E

DU

CA

TIO

NA

L P

RO

DU

CT

Page 147: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

Desenho nº 3

Título:Tabuleiro - Dimensionamento e

Betão Armado Pré-Esforçado

Autor: André Quinhones nº 65145

Unidades [m]

Mestrado Integrado em Engenharia Civil

Ramo de Estruturas

Ano Lectivo

2014/2015

Ponte Ferroviária com Pré-esforço Extradorsal

Projecto Base e Estudos Especiais

0,60

1,50

1,00

0,37

0,37

0,37

0,39

0,08

0,08

0,08

CABO 4

(19 CORDÕES)

CABO TRANVERSAL

(4 CORDÕES)

CABO 3

(19 CORDÕES)

CABO 2

(19 CORDÕES)

CABO 1

(19 CORDÕES)

CABO 4

(19 CORDÕES)

CABO 3

(19 CORDÕES)

CABO 2

(19 CORDÕES)

CABO 1

(19 CORDÕES)

AMORTECEDORES E ANCORAGENS NO ENCONTRO

CORTE 1-1'

ESCALA 1:25 (A1)

ESCALA 1:50 (A3)

AMORTECEDORES

0,08

0,08

0,08

0,08

CABO 1

(19 CORDÕES)

CABO 2

(19 CORDÕES)

CABO 3

(19 CORDÕES)

CABO 4

(19 CORDÕES)

CABO 1

(19 CORDÕES)

CABO 2

(19 CORDÕES)

CABO 3

(19 CORDÕES)

CABO 4

(19 CORDÕES)

CABO TRANVERSAL

(4 CORDÕES)

0,36

0,30

0,30

0,30

1,24

0,36

0,30

0,30

0,30

1,24

0,45

0,80

TRAÇADO PARABÓLICO NO VÃO LATERAL

CORTE 2-2'

ESCALA 1:25 (A1)

ESCALA 1:50 (A3)

DIMENSIONAMENTO E BETÃO ARMADO

CORTE 3-3'

ESCALA 1:25 (A1)

ESCALA 1:50 (A3)

0,08

0,08

0,08

CABO TRANVERSAL

(4 CORDÕES)

CABO 1

(19 CORDÕES)

CABO 5

(19 CORDÕES)

CABO 6

(19 CORDÕES)

CABO 3

(19 CORDÕES)

CABO 4

(19 CORDÕES)

CABO 2

(19 CORDÕES)

CABO 7

(19 CORDÕES)

Vareta M22

com 0,60 m

0,34 0,30 0,30 0,15

0,15

0,25

CHS 273.0x16.0

0,25

1,90

0,35

0,15

0,20

0,200,330,20

0,42

0,05

0,20

0,13

CABO C

(19 CORDÕES)

CABO E

(19 CORDÕES)

CABO G

(19 CORDÕES)

CABO F

(19 CORDÕES)

PRÉ-ESFORÇO INTERIOR NO APOIO DOS TRAMOS INTERIORES

CORTE 4-4'

ESCALA 1:25 (A1)

ESCALA 1:50 (A3)

CABO TRANVERSAL

(4 CORDÕES)

CABO A

(19 CORDÕES)

CABO B

(19 CORDÕES)

CABO A

(19 CORDÕES)

CABO B

(19 CORDÕES)

0,08

0,08

0,25 0,30 0,25

2,15

0,35

0,08

0,50

0,50

Ch 500x500x20 (mm)

Soldada ao CHS

S235

M22 classe 8.8

com 0,60m

Ch e=10 mm

S235

CHS 273,0x16,0

Barra de pré-esforço

Ø57 mm

0,04

0,04

0,15

Ch e=10 mm

S235

Ch 500x500x20 (mm)

Soldada ao CHS

S235

Barra de pré-esforço

Ø57 mm

CHS 273,0x16,0

M22 classe 8.8

com 0,60m

LIGAÇÃO DA ESCORA METÉLICA AO TABULEIRO

CORTE 6-6'

ESCALA 1:10 (A1)

ESCALA 1:20 (A3)

Ø16//0.125 Ø20//0,10Ø16//0.125

Ø20//0,10

Ø20//0,10

DIMENSIONAMENTO E BETÃO ARMADO

CORTE TRANSVERSAL NO VÃO 4

ESCALA 1:25 (A1)

ESCALA 1:50 (A3)

14,00

6,80

1,15

0,90 0

,15

0,30

2,80

0,50

0,26

1,30

0,35

0

,

5

5

0,65

1,50

0,30

2,55 0,80

0,18

0,53

0,20

0,15

Ø10//0.10 (EXT.)+

Ø10//0.10 (INT.)

Ø10//0.10 (EXT.)+

Ø10//0.10 (INT.)

Ø20//0,10

Ø16//0.125Ø16//0.125

Ø10//0,15

Ø25//0.10

Ø20//0,10

Ø20//0,10

DIMENSIONAMENTO E BETÃO ARMADO

CORTE TRANSVERSAL NO APOIO 4

ESCALA 1:25 (A1)

ESCALA 1:50 (A3)

1,70

0,35

1,50

0,30

2,55 0,802,80

0,53

0

,

5

5

1,25

1,20

0,60

1,10 0,30

0,30

0,90 0,15

0,80

0,35

0,35

0,30

1,15

Materiais:

Betão

Regularização

Pilares, Fundações e Encontros

Tabuleiro e Mastros

Aço

Chapas

Perfis

Armadura Ordinária

Pré-esforço interior transversal

Pré-esforço interior longitudinal

Pré-esforço extradorsal

Barra de pré-esforço

Classe/Qualidade

C16/20

C30/37

C40/50

S235 JO

S355 JO

A500 NR

4 Cordões 0,6”N

1670/1860

19 Cordões 0,6”S

1670/1860

55 Cordões 0,6”S

1670/1860

Localização

Barra de pré-esforço

Ø57mm S1080

Norma

EN 138-79

EN 206-1

EN 10025

EN 10080

Materiais:

Betão

Tabuleiro e Mastros

Classe/Qualidade

C30/37

C40/50

Localização Recobrimento

Fundações e Pilares

Encontros

C30/37 40 mm

45 mm

35 mm

PRODUCED BY AN AUTODESK EDUCATIONAL PRODUCTP

RO

DU

CE

D B

Y A

N A

UT

OD

ES

K E

DU

CA

TIO

NA

L P

RO

DU

CT

PRODUCED BY AN AUTODESK EDUCATIONAL PRODUCTP

RO

DU

CE

D B

Y A

N A

UT

OD

ES

K E

DU

CA

TIO

NA

L P

RO

DU

CT

Page 148: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

APARELHO

DE APOIO

0,39

CABO 1

(19 CORDÕES)

0,37

0,37

0,37

1

27,0 (m)

PARÁBOLA

1

CABO A

(19 CORDÕES)

2

2

4

4

5,005,00

CABO A

(19 CORDÕES)

CABO C

(19 CORDÕES)

CABO 1

(19 CORDÕES)

CABO 2

(19 CORDÕES)

CABO 1 e 2

(19 CORDÕES)

CABO 3 e 4

(19 CORDÕES)CABO 2

(19 CORDÕES)

CABO 3

(19 CORDÕES)

CABO 4

(19 CORDÕES)

CABO A

(19 CORDÕES)

2

2

5,00

25,00

20,00

15,00

12,50

7,50

2,50

16,00

26,00

36,00

41,00

51,00

61,00

CABO C

(19 CORDÕES)

CABO D

(19 CORDÕES)

CABO E

(19 CORDÕES)

CABO F

(19 CORDÕES)

CABO G

(19 CORDÕES)

CABO A

(19 CORDÕES)

CABO C

(19 CORDÕES)

CABO D

(19 CORDÕES)

CABO E

(19 CORDÕES)

CABO F

(19 CORDÕES)

CABO G

(19 CORDÕES)

CABO B

(19 CORDÕES)

CABO 1

(19 CORDÕES)

CABO 2

(19 CORDÕES)

CABO 3

(19 CORDÕES)

CABO 4

(19 CORDÕES)

CABO 5

(19 CORDÕES)

CABO 6

(19 CORDÕES)

CABO 1

(19 CORDÕES)

CABO 2

(19 CORDÕES)

CABO 3

(19 CORDÕES)

CABO 4

(19 CORDÕES)

CABO 5

(19 CORDÕES)

CABO 6

(19 CORDÕES)

CABO A

(19 CORDÕES)

2

2

5,00

CABO C

(19 CORDÕES)

CABO 1

(19 CORDÕES)

CABO 2

(19 CORDÕES)

CABO B

(19 CORDÕES)

10,00

5,00

10,00

3

CABO A

(19 CORDÕES)

CABO C

(19 CORDÕES)

CABO B

(19 CORDÕES)

CABO 1

(19 CORDÕES)

CABO 2

(19 CORDÕES)

CABO A

(19 CORDÕES)

5,00

25,00

20,00

15,00

12,50

7,50

2,50

16,00

26,00

36,00

41,00

51,00

61,00

CABO C

(19 CORDÕES)

CABO D

(19 CORDÕES)

CABO E

(19 CORDÕES)

CABO F

(19 CORDÕES)

CABO G

(19 CORDÕES)

CABO A

(19 CORDÕES)

CABO C

(19 CORDÕES)

CABO D

(19 CORDÕES)

CABO E

(19 CORDÕES)

CABO F

(19 CORDÕES)

CABO G

(19 CORDÕES)

CABO B

(19 CORDÕES)

CABO 1

(19 CORDÕES)

CABO 2

(19 CORDÕES)

CABO 3

(19 CORDÕES)

CABO 4

(19 CORDÕES)

CABO 5

(19 CORDÕES)

CABO 6

(19 CORDÕES)

CABO 1

(19 CORDÕES)

CABO 2

(19 CORDÕES)

CABO 3

(19 CORDÕES)

CABO 4

(19 CORDÕES)

CABO 5

(19 CORDÕES)

CABO 6

(19 CORDÕES)

CABO B

(19 CORDÕES)

10,00

5,00

10,00

5,00

10,00

CABO 7

(19 CORDÕES)

CABO 7

(19 CORDÕES)

30,00 6,00

TRAÇADO DOS CABOS DE PRÉ-ESFORÇO INTERIORES

VÃO LATERAL

ESCALA 1:100 (A1)

ESCALA 1:200 (A3)

TRAÇADO DOS CABOS DE PRÉ-ESFORÇO INTERIORES

PRIMEIRO VÃO INTERIOR

ESCALA 1:100 (A1)

ESCALA 1:200 (A3)

TRAÇADO DOS CABOS DE PRÉ-ESFORÇO INTERIORES

VÃO INTERIOR

ESCALA 1:100 (A1)

ESCALA 1:200 (A3)

33,00

10,00 5,00 3,005,00 5,00 5,00

0,50 1,000,50 0,62 1,00

0,15

1,90

Cabo extradorsal 5 Cabo extradorsal 4 Cabo extradorsal 3 Cabo extradorsal 2 Cabo extradorsal 1

Viga 0,7x1,0 (m)

Mastro

CABOS DE PRÉ-ESFORÇO INTERIORES TRANSVERSAIS

VISTA EM PLANTA

ESCALA 1:100 (A1)

ESCALA 1:200 (A3)

5

5

Parede e=30 cm

Viga 0,7x1,0 (m)

CABO TRANVERSAL

(4 CORDÕES)

0,2

0

PORMENOR NA ZONA INTERSECÇÃO DO MASTRO COM O TABULEIRO

CORTE 5-5'

ESCALA 1:100 (A1)

ESCALA 1:200 (A3)

3,2

51

,6

01

,6

01

,6

01

,6

01

,3

5

3,30

0,70

4,70

1

7

,

8

3

°

11

,0

0

Desenho nº 4

Título: Traçado de Pré-Esforço Interior e

de Cabos Extradorsais

Autor: André Quinhones nº 65145

Unidades [m]

Mestrado Integrado em Engenharia Civil

Ramo de Estruturas

Ano Lectivo

2014/2015

Ponte Ferroviária com Pré-esforço Extradorsal

Projecto Base e Estudos Especiais

Força (kN)

Cabo

2850

Pré-esforço a tempo infinito (P ) dos cabos

de pré-esforço longitudinal

P

1

P

2

P

3

P

4

P

5

P

6

P

7

P

A

P

B

P

C

P

D

P

E

P

F

P

G

2850

2850

2850

2850

2850

2850

2850

2850

2850

2850

2850

2850

2850

Pré-esforço a tempo infinito (P ) dos cabos

Força (kN)

Cabo

560

Pré-esforço a tempo infinito (P ) dos cabos

de pré-esforço transversal

P

PRODUCED BY AN AUTODESK EDUCATIONAL PRODUCTP

RO

DU

CE

D B

Y A

N A

UT

OD

ES

K E

DU

CA

TIO

NA

L P

RO

DU

CT

PRODUCED BY AN AUTODESK EDUCATIONAL PRODUCTP

RO

DU

CE

D B

Y A

N A

UT

OD

ES

K E

DU

CA

TIO

NA

L P

RO

DU

CT

Page 149: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

119

Anexo II – Tensões em serviços do tramo lateral e do primeiro tramo interior

Tensões do primeiro tramo interior em serviço

0,0

-0,1

-1,3

0,5

-1,1

-0,6

-0,3

-1,1

-0,2 -0,2

-1,0

-0,1

-0,4

-1,2

0,2

-1,8

-0,9

-1,2

-2,0

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

0 10 20 30 40 50 60

σ(M

Pa)

x (m)

Tensão na fibra inferior para Combinação frequente

-0,1

-2,3

-4,3

-4,2

-5,6

-6,0-6,7

-5,8-5,1

-4,8 -4,9-5,3

-4,2-3,8

-2,4

-3,3

-1,3

0,8

-8,0

-7,0

-6,0

-5,0

-4,0

-3,0

-2,0

-1,0

0,0

1,0

2,0

0 10 20 30 40 50 60

σ(M

Pa)

x (m)

Tensão na fibra superior para Combinação frequente

1,4 1,5

0,5

2,5

1,1

2,2

3,0 2,7

3,5 3,5

2,8

3,3

2,8

1,4

2,4

-0,1

0,5

0,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

0 10 20 30 40 50 60

σ(M

Pa)

x (m)

Tensão na fibra inferior para Combinação característica

Page 150: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

120

Tensões do tramo lateral em serviço

2,1

-0,8

-3,1-3,3

-4,8-5,4

-6,1

-5,2-4,5

-4,0 -4,1-4,4

-3,3-2,6

-1,1-1,7

0,5

3,3

-8,0

-6,0

-4,0

-2,0

0,0

2,0

4,0

0 10 20 30 40 50 60

σ(M

Pa)

x (m)

Tensão na fibra superior para Combinação característica

0,8

0,2-0,8

-2,1

-3,6-3,9

-0,8

0,3

0,0

-5,0

-4,0

-3,0

-2,0

-1,0

0,0

1,0

2,0

0 5 10 15 20 25 30

σ(M

Pa)

x (m)

Tensão na fibra inferior para Combinação frequente

-0,8

-0,3

0,0

0,0

-0,5

-0,2

-1,0

-1,4

-0,1

-1,6

-1,4

-1,2

-1,0

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0,0

0,2

0 5 10 15 20 25 30

σ(M

Pa)

x (m)

Tensão na fibra superior para Combinação frequente

Page 151: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

121

2,1 2,1

1,5

0,3

-1,2-1,6

1,0

1,6

-0,6

-2,0

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

0 5 10 15 20 25 30

σ(M

Pa)

x (m)

Tensão na fibra inferior para Combinação característica

-0,5

0,30,9 1,1

0,7

1,2

0,60,4

2,2

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

0 5 10 15 20 25 30

σ(M

Pa)

x (m)

Tensão na fibra superior para Combinação característica

Page 152: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

122

Anexo III – Acelerações verticais do tabuleiro para diferentes velocidades

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0 100 200 300 400 500

a (m

/s2

)

x(m)

Velocidade de 40 m/sHSLM-A1

HSLM-A2

HSLM-A3

HSLM-A4

HSLM-A5

HSLM-A6

HSLM-A7

HSLM-A8

HSLM-A9

HSLM-A10

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0,16

0,18

0,2

0 100 200 300 400 500

a (m

/s2

)

x(m)

Velocidade de 50m/s

HSLM-A1

HSLM-A2

HSLM-A3

HSLM-A4

HSLM-A5

HSLM-A6

HSLM-A7

HSLM-A8

HSLM-A9

HSLM-A10

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0 100 200 300 400 500

a (m

/s2

)

x(m)

Velocidade de 60m/sHSLM-A1

HSLM-A2

HSLM-A3

HSLM-A4

HSLM-A5

HSLM-A6

HSLM-A7

HSLM-A8

HSLM-A9

HSLM-A10

Page 153: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

123

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 100 200 300 400 500

a (m

/s2

)

x(m)

Velocidade de 70 m/s

HSLM-A1

HSLM-A2

HSLM-A3

HSLM-A4

HSLM-A5

HSLM-A6

HSLM-A7

HSLM-A8

HSLM-A9

HSLM-A10

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0 100 200 300 400 500

a (m

/s2

)

x(m)

Velocidade de 80 m/s

HSLM-A1

HSLM-A2

HSLM-A3

HSLM-A4

HSLM-A5

HSLM-A6

HSLM-A7

HSLM-A8

HSLM-A9

HSLM-A10

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

0 100 200 300 400 500

a (m

/s2

)

x(m)

Velocidade de 90 m/s

HSLM-A1

HSLM-A2

HSLM-A3

HSLM-A4

HSLM-A5

HSLM-A6

HSLM-A7

HSLM-A8

HSLM-A9

HSLM-A10

Page 154: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

124

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 100 200 300 400 500

a (m

/s2

)

x(m)

Velocidade de 100 m/s

HSLM-A1

HSLM-A2

HSLM-A3

HSLM-A4

HSLM-A5

HSLM-A6

HSLM-A7

HSLM-A8

HSLM-A9

HSLM-A10

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

0 100 200 300 400 500

a (m

/s2

)

x(m)

Velocidade de 110 m/s

HSLM-A1

HSLM-A2

HSLM-A3

HSLM-A4

HSLM-A5

HSLM-A6

HSLM-A7

HSLM-A8

HSLM-A9

HSLM-A10

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 100 200 300 400 500

a (m

/s2

)

x(m)

Velocidade de 117 m/s

HSLM-A1

HSLM-A2

HSLM-A3

HSLM-A4

HSLM-A5

HSLM-A6

HSLM-A7

HSLM-A8

HSLM-A9

HSLM-A10

Page 155: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

125

Anexo IV – Acelerogramas artificiais usados na análise sísmica

-3

-2

-1

0

1

2

3

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Ace

lera

ção

(m

/s2

)

Tempo (s)

Acelerograma 1

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Ace

lera

ção

(m

/s2

)

Tempo (s)

Acelerograma 2

-3

-2

-1

0

1

2

3

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Ace

lera

ção

(m

/s2

)

Tempo (s)

Acelerograma 3

Page 156: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

126

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Ace

lera

ção

(m

/s2

)

Tempo (s)

Acelerograma 4

-3

-2

-1

0

1

2

3

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Ace

lera

ção

(m

/s2

)

Tempo (s)

Acelerograma 5

-3

-2

-1

0

1

2

3

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Ace

lera

ção

(m

/s2

)

Tempo (s)

Acelerograma 6

Page 157: PONTE FERROVIÁRIA COM PRÉ-ESFORÇO EXTRADORSAL

127

-3

-2

-1

0

1

2

3

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Ace

lera

ção

(m

/s2

)

Tempo (s)

Acelerograma 7

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Ace

lera

ção

(m

/s2

)

Tempo (s)

Acelerograma 8