Projeto de Pontes Enviesadas (com Diagrama)
Depois de ler este artigo, você aprenderá sobre o design de pontes de skew com a ajuda de diagramas.
O comportamento das pontes de desvio difere amplamente das pontes normais e, portanto, o projeto de pontes de inclinação requer atenção especial. Em pontes normais, a laje do convés é perpendicular aos suportes e, como tal, a carga colocada na laje do convés é transferida para os suportes que são colocados normais à laje.
A transferência de carga de uma ponte de placa inclinada, por outro lado, é um problema complicado, porque permanece sempre uma dúvida quanto à direção em que a placa se estenderá e a maneira pela qual a carga será transferida para o suporte.
Acredita-se que a carga viaja para o suporte em proporção à rigidez dos vários caminhos e uma vez que a espessura da laje é a mesma em todos os lugares, a rigidez será máxima ao longo do menor vão, ou seja, ao longo do vão normal às faces dos pilares ou pilares.
Na Fig. 9.1, embora o espaço do convés seja o comprimento BC ou DE, a laje abrangerá AB ou CD, sendo a menor distância entre os suportes. Portanto, o plano de tensões máximas em uma placa de inclinação não é paralelo à linha central da via e a deflexão de tal placa produz uma superfície deformada.
O efeito de inclinação em lajes de plataforma com ângulos de inclinação de até 20 graus não é tão significativo e, ao projetar essas pontes, o comprimento paralelo à linha central da via é tomado como o vão. A espessura da laje e o reforço são calculados com estes comprimentos de extensão e o reforço é colocado paralelamente à linha central da via.
As barras de distribuição são, no entanto, colocadas paralelas aos suportes como de costume. Quando o ângulo de inclinação varia de 20 a 50 graus, o efeito de inclinação torna-se significativo e a laje tende a se estender normal aos suportes.
Em tais casos, a espessura da laje é determinada com menor amplitude, mas o reforço trabalhado com base no menor espaço é multiplicado pela Sec. 2 θ (θ sendo o ângulo de inclinação) e são colocados paralelos à pista, como mostrado na Fig. 9.2a, as barras de distribuição são colocadas paralelas aos suportes como de costume.
Também é uma prática comum colocar o reforço perpendicular ao suporte quando o ângulo de inclinação estiver entre 20 e 50 graus.
A espessura e a armadura são determinadas com extensão normal ao suporte, mas desde que na colocação da armadura perpendicular aos suportes, a armadura de canto dentro da área ABF ou CDE (Fig. 9.1) não recebe nenhum suporte de um lado para descansar, a laje abaixo da trilha (para ponte com trilha) ou abaixo do meio-fio (para ponte sem trilha) deve ser provida de reforço extra para atuar como feixe oculto.
Alternativamente, as vigas de parapeito, conforme ilustrado na Fig. 9.2b e 9.2c, também podem ser fornecidas ao longo da borda da laje. Tais vigas de parapeito são feitas niveladas com o fundo da laje e estendidas acima da laje até a altura necessária para formar o parapeito sólido. Este tipo de plataforma requer menos quantidade de aço nas placas, mas as vigas de parapeito precisam de custo adicional.
Para ângulos de pontes de inclinação mais de 50 graus, as vigas devem ser usadas mesmo que as vãos sejam comparativamente menores. Onde a largura da ponte não é muito, as vigas podem ser colocadas paralelas à estrada e a espessura da laje e o reforço podem ser projetados com o espaçamento das vigas como o vão.
O reforço é colocado normal às vigas (Fig. 9.3a). Em cruzamentos mais largos de inclinação múltipla com grandes ângulos de inclinação, no entanto, é preferível usar as vigas em ângulo reto com os suportes. Nesses casos, novamente, as partes triangulares precisam de vigas de parapeito para suportar uma das extremidades das vigas. A armadura é usada normal às vigas, como mostrado na Fig. 9.3b.
Reação no Suporte:
Observou-se que devido ao efeito de inclinação, as reações em apoios não são iguais mas o mesmo é mais em canters de ângulo obtuso e menos em cantos de ângulo agudos dependendo do ângulo de inclinação.
Para inclinações até 20 graus, o aumento, na reação nos cantos angulares obtusos é zero a 50% e para inclinações de 20 a 50 graus, o aumento é de 50% a 90% da reação média . A reação no ângulo obtuso torna-se o dobro da reação média, tornando o ângulo agudo um ponto de pressão zero quando o ângulo de inclinação atinge cerca de 60 graus.
Efeito de fluência:
Observações revelam que a diagonal mais longa do skew deck conectando os cantos angulares agudos tem uma tendência a se alongar, possivelmente devido à natureza da transferência de carga nos suportes, resultando no movimento ou deslocamento dos cantos angulares agudos, como ilustrado na Fig. 9.5a. .
Esse efeito rastejante da laje do convés induz tensão ao longo de uma diagonal mais longa e rachaduras de tensão podem aparecer se aço suficiente não for fornecido para suprir essa tensão de tração (Fig. 9.5b). Também devido à fluência, as fissuras de elevação e conseqüentes ocorrem nos cantos angulares agudos e o aço adicional deve ser fornecido no topo em ambas as direções para evitar rachaduras devido ao levantamento dos cantos.
Pode ser visto na Fig. 9.5a que, devido ao deslizamento da laje do convés, considerável empuxo é induzido nas paredes das asas em X e Y, ou seja, na junção do abutment e da parede da asa resultando no desenvolvimento de rachaduras nas paredes das asas ou dano pesado.
Para evitar danos às paredes das asas devido ao efeito de fluência, algumas autoridades sugeriram que fornecesse rolamentos fixos sobre pilares em vez de rolamentos livres, de modo que o movimento do convés devido ao efeito de fluência seja evitado sobre os abutments.
Às vezes, a laje do convés é fixada à tampa do abutment com barras que parecem ser o meio mais eficaz de proteção contra o efeito de deformação. A deformação pode ser interrompida sobre os pilares, fornecendo alguns blocos ou tampões sobre os pilares.
Este arranjo é mostrado na Fig. 9.6:
Disposição dos rolamentos:
Medidas preventivas devem ser tomadas para proteger contra o movimento do deck devido a fluência. Sugere-se que as etapas a seguir, se tomadas, possam produzir o resultado desejado.
(i) Até 15, 0 m de extensão para uma única ponte de extensão podem ser usados rolamentos fixos em ambos os pilares. A construção de pontes de concreto de vão único com dois rolamentos fixos tem sido usada há anos pela Comissão de Rodovias de Wisconsin para comprimentos de extensão de até 45 pés (13, 72 m). Nenhuma dessas pontes mostrou sinais de fluência.
(ii) Para pontes simples suportadas por múltiplas extensões, rolamentos fixos sobre os pilares e rolamentos livres ou fixos sobre os pilares. Com esse arranjo, pode ser necessário usar dois mancais livres em um píer.
O layout dos rolamentos deve ser tal que nenhuma obstrução seja criada contra o livre movimento dos rolamentos de expansão. Isso requer que os rolamentos sejam orientados em ângulo reto com as vigas em vez de paralelos aos pilares ou pilares (semelhantes aos cruzamentos normais). Os layouts típicos dos rolamentos em pontes oblíquas são indicados na Fig. 9.7.
Layout das juntas de expansão S:
A principal diferença nos vários tipos de layout ilustrados na Fig. 9.7 é a maneira de fornecer a junta de expansão entre os decks adjacentes. Para obter uma junta de dilatação reta, o tipo mostrado na Fig. 9.7a é adotado, mas requer mais largura do píer, uma vez que algum espaço entre os mancais dos vãos adjacentes permanece sem uso.
O tipo da Fig. 9.7b também dá uma junta reta, mas para reduzir a largura do píer, os mancais devem ser aproximados.
Isso exige a invasão do convés nas vigas das vãos adjacentes, o que é conseguido fazendo um entalhe sobre as porções afetadas das vigas e a laje do convés repousa sobre esses entalhes. Enchimento de junta adequado, como folha de chumbo ou papel picado, pode ser inserido entre as vigas mestras e a laje do tabuleiro para movimento livre da junta de expansão.
A largura do píer, assim como a localização dos mancais para o tipo mostrado na Fig. 9.7c, são os mesmos da Fig. 9.7b, mas uma junta de dilatação tipo dente de serra é adotada aqui com o objetivo de evitar o tipo de arranjos necessários para o segundo.
Cada um dos tipos aqui descritos tem certos méritos e deméritos e o mais adequado para a ponte em consideração pode ser usado. Os principais pontos que um projetista deve considerar cuidadosamente no projeto de pontes oblíquas foram descritos aqui muito brevemente.
Agora, para ilustrar os princípios de design, um exemplo elaborado é apresentado abaixo:
Exemplo:
Projete uma ponte de inclinação de placa sólida com um vão livre de 7, 5 m ao longo da estrada, sem qualquer trilha e um ângulo de inclinação de 25 graus com carga de IRC para o padrão NH. Serão utilizados betão de qualidade M20 e aço S415:
Solução:
Como o ângulo de inclinação excede 20 graus, a espessura da placa pode ser projetada com o vão normal ao suporte e o reforço trabalhado com essa extensão pode ser multiplicado pela seção Sec. 2 θ e o mesmo pode ser fornecido paralelamente à pista.
Limite de vão normal aos suportes = 7, 5 cos 25 ′ = 7, 5 x 0, 9063 = 6, 80 m
Alcance efetivo = Clear span + profundidade efetiva
Assumindo uma espessura total da placa de 600 mm, a profundidade efetiva é de 600 - 40 = 560 mm. = 0, 56 m.
. . . Alcance efetivo = 6, 80 + 0, 56 = 7, 36 m.
Momento de carga inoperante:
. . Momento de carga por metro / largura = 1800 × (7, 36) 2 = 12, 190 Kgm.
Momento de carga ao vivo:
A faixa única do veículo de rastos de Classe 70-R, quando colocada centralmente, produzirá o máximo de momento.
Aço de distribuição:
O aço de distribuição pode ser calculado com base no mesmo princípio que no caso do desenho da ponte de laje maciça de calha quadrada.
Momento na direção transversal = 0, 3 LLM + 0, 2 outros momentos = 0, 3 x 13, 520 + 0, 2 x 12, 190 = 6494 Kgm. = 63, 600 Nm.
. . . Como = 63, 600 x 10 3/200 x 543 x 0, 904 = 648 mm 2
Adotar barras de 12 Φ HYSD @ 150 (As = 753 mm 2 )
Cisalhamento e Estresse Bond:
O aumento da reação de suporte próximo ao ângulo angular obtuso será devidamente considerado na elaboração das tensões de cisalhamento e colagem.
Como o ângulo de inclinação é de 25 graus, a reação máxima no ângulo obtuso pode ser tomada como 1, 55 vezes a reação normal (Fig. 9.4). O valor médio aumentado para a metade da largura do convés pode ser considerado como 1, 30 vezes a reação normal.
. . . Número máximo de cisalhamento DL por metro de largura = 1800 x 7, 36 / 2 x 1, 30 = 8610 kg.
Cisalhamento carga ao vivo:
Arranjo de Reforço:
Dois tipos de arranjo de reforço em linha são mostrados na Fig. 9.10 e 9.11, respectivamente. Reforço no topo dos cantos angulares agudos são fornecidos para evitar rachaduras devido ao levantamento dos cantos angulares agudos.
A área da armadura principal, se colocada perpendicularmente ao suporte, é de 2490 mm2, caso em que 22 θ150 mm dá As = 2535 mm2. No entanto, se a armadura for colocada paralelamente à pista, é necessária uma área de aço = 3038 mm2, para a qual são necessários 22 a 125 mm (As = 3040 mm2).
Detalhes de algumas pontes da laje de Skew:
Os vãos (extensão direita efetiva em ângulos retos aos suportes) para os quais os detalhes estão disponíveis são 4, 37 m, 5, 37 m, 6, 37 me 8, 37 m com ângulos de inclinação de 15 ′, 30 ′, 45 ′ e 60 para cada vão.
O projeto é baseado em concreto de grau M20 e aço S415. As características salientes destas pontes de skew são dadas na Tabela 9.1 e 9.2. Para mais detalhes, os planos padrão sob referência podem ser referidos.
