A NÁLISE S EGUNDO A R EGULAMENTAÇÃO E UROPEIA

3.3.1. CATEGORIA DE TRÁFEGO E MODELOS DE CARGA SEGUNDO A EN1991-2

Devido à passagem de um elevado número de veículos pesados, a estrutura sofre variações de tensões que produzem o efeito de fadiga na mesma. Os espectros de tensões nos elementos da ponte variam mediante a intensidade de diversos fatores. Estes fatores são: a geometria do veículo, a carga por eixo, a distância entre veículos, d composição do tráfego e os seus efeitos dinâmicos.

Assim sendo, para um bom funcionamento da estrutura, tem de se ter presente, durante a fase de projeto, os vários modelos de carga, que tentam aproximar a realidade de tráfego que irá circular na ponte. O Eurocódigo 1, parte 2, define em 4.6, cinco modelos de carga de fadiga verticais para (“Fatigue load models” – FLM). Antes de apresentar cada um dos 5 modelos de carga o Eurocódigo sugere alguns aspetos que são importantes ter presentes:

- Os modelos de carga 1,2 e 3 (FLM1, FLM2 e FLM3) destinam-se a determinar as tensões máximas e mínimas, tendo em conta as diferentes disposições de carga para estes três modelos.

- Dos modelos de carga 4 e 5 (FLM4 e FLM5) retira-se o espetro de variação de tensão resultante da passagem de camiões na ponte.

- Utilizam-se os modelos de carga 1 e 2 (FLM1 e FLM2) para verificar se o tempo de vida do elemento em relação à fadiga poderá ser considerado ilimitado, para uma tensão de amplitude constante. O FLM1 é um modelo mais conservativo, abrangendo os efeitos do carregamento de múltiplas vias. No que diz respeito ao FLM2, este é mais preciso do que o FLM1, quando a disposição de vários camiões na ponte pode ser desprezada.

- Os modelos de carga 3, 4 e 5 (FLM3, FLM4 e FLM5) são utilizados para avaliar o tempo de vida em relação à fadiga através do uso das curvas de resistência (Curvas S-N). Refira-se que estes modelos não são numericamente comparáveis com os FLM1 e FLM2, pois não cumprem o mesmo propósito. Recomenda-se o FLM3 para ser utilizado em conjunto com métodos simplificados (ver 3.1), no qual se tem em consideração fatores λ. Estes fatores que têm em conta o volume anual de tráfego e algumas dimensões da ponte. Consequentemente, para a aplicação do “Método do dano acumulado” utilizam se os FLM4 e FLM5.

- Quando se pode desprezar a presença simultânea de vários veículos pesados na ponte, o modelo de carga 4 (FLM4) é mais preciso do que o FLM3, para grande número de tipos de pontes e de tráfego.

- O modelo de carga 5 (FLM5) utiliza dados de tráfego real, sendo o modelo mais geral. (Adaptado da norma europeia EN 1991-2)

3.3.1.1. Modelo de carga de fadiga 1 (FLM1)

O FLM1 tem a mesma configuração e características do Modelo da carga 1, definido em 4.3.2 da EN1991-2. Este consiste na divisão de toda a área destinada ao pavimento rodoviário em faixas de 3 metros, sem interessar a disposição das faixas de rodagem reais. Para cada uma destas faixas é atribuída uma carga distribuída com um determinado valor, e um veículo tipo representado por forças concentradas. No Anexo A.1 podem ser consultadas as regras de disposição das vias e o valor das correspondentes cargas, assim como o veículo tipo.

No entanto, em 4.6.2 a norma refere que para o FLM1, as cargas anteriormente apresentadas têm de ser alteradas por um valor de 0.7Qik, para as cargas por eixo, e de 0.3qik, para as cargas uniformemente distribuídas. Estes valores podem adotar outro valor segundo o respetivo Anexo Nacional.

3.3.1.2. Modelo de carga de fadiga 2 (FLM2)

O FLM2, definido em 4.6.3 da norma europeia EN1991-2, constitui um conjunto de veículos tipo, designados de “camiões frequentes”.

Cada um destes camiões frequentes é caracterizado pelo número e distância entre eixos, o valor frequente de cada carga por eixo, pela zona de contacto das rodas e a distância transversal entre rodas. Todas estas considerações podem ser consultadas nos quadros fornecidos pela norma que se encontram no Anexo A.2 do presente documento.

Para estabelecer segurança à fadiga, é necessário considerar que as tensões máximas e mínimas, em cada ponto analisado, se obtêm através da passagem de cada camião frequente individualmente na via mais gravosa.

3.3.1.3. Modelo de carga de fadiga 3 (FLM3)

O FLM3, definido em EN 4.6.4 1991-2, representa um tráfego de referência considerado como representativos nas estradas da Europa. Este modelo conta com 4 eixos com um par de rodas iguais em cada um.

A roda tem uma área de atuação de 0.40 x 0.40 m e uma carga d 120KN por eixo (60 KN/roda) e os eixos estão distanciados de 1,20 m, 6,00 m e 1,20 m. O modelo de implantação do veículo pode ser consultado no Anexo A.3.

As tensões máximas e mínimas em cada ponto analisado, são obtidas através da envolvente dos esforços, correspondente à passagem do veículo na ponte. Se relevante, pode ser considerada a passagem de dois veículos na mesma via. Cujas regras de aplicação estão definidas no Anexo Nacional. Recomenda-se a utilização de um veículo idêntico ao anteriormente descrito e um outro com a mesma geometria, no entanto com uma carga de 36KN/eixo e a distância entre ambos não inferior a 40 metros.

A passagem de dois veículos utilizada nas zonas de flexão “negativa”, em que a carga em vãos consecutivos pode ser pior do que a aplicação da carga de um único veículo na sua posição mais desfavorável.

3.3.1.4. Modelo de carga de fadiga 4 (FLM4)

O FLM4, definido em 4.6.5 da norma EN1991-2, é constituído por um conjunto de 5 camiões tipo, que visam produzir o efeito equivalente ao tráfego típico nas estradas europeias.

No Anexo A.4 pode ser consultado o quadro 4.7. da norma EN1991-2 no qual são apresentados todos os camiões tipo e a sua geometria, distanciamento entre eixos, e respetivos tipos de roda. No mesmo quadro pode-se consultar também, em função de cada veículo tipo, qual a percentagem da intensidade de tráfego. Estão representadas três percentagens distintas, uma para cada tipo de tráfego (Tráfego local, Distâncias médias e longas distâncias). Deste modo, dependendo do tipo de estrada onde a pontes em estudo se insere, a percentagem de veículos pesados irá variar. Logicamente, numa estrada local transitam menos veículos pesados do que numa autoestrada que liga França-Espanha, onde há um fluxo muito importante de veículos pesados. No ponto 3.2.2 apresentar-se-á com mais pormenor as distintas combinações em estudo.

Devido ao estudo paramétrico, que se irá apresentar no capítulo 5, se basear no cálculo de danos devido à fadiga em detalhes nas treliças transversais, não é possível recorrer aos métodos simplificados. Por outro lado, não se recorreu ao FLM5 , uma vez que o estudo tem como objetivo ser aplicável numa ponte qualquer com características semelhantes, e não avaliar uma específica, assim sendo, não há dados de tráfego real. Consequentemente, será aplicado o Modelo de carga de fadiga 4.

3.3.1.5 Modelo de carga de fadiga 5 (FLM5)

O FLM5 definido em EN 4.6.6 1991-2, baseia se na aplicação direta de dados de tráfego registados e previstos na ponte em estudo (tendo em conta a intensidade e percentagens assim como dimensões e pesos) estes dados podem ser complementados por extrapolações estatísticas e prospetivas quando for relevante. Na utilização deste modelo deve se recorrer ao Anexo B da mesma norma onde são fornecidas orientações para a correta aplicação do mesmo.

3.3.2. COMBINAÇÕES DE TRÁFEGO E NÚMERO DE PASSAGENS

Como se estudou em 3.3.1.4. (FLM4), as tabelas fornecidas pela norma contêm uma percentagem característica para cada veículo tipo em função do tipo de tráfego. Dependendo da função da ponte, será efetuada uma combinação entre o tipo de tráfego e a categoria de tráfego. Sendo que a categoria de tráfego indica um número de passagens por ano. O seguinte quadro atribui a cada categoria de tráfego um número de observações de veículos pesados, 𝑁𝑜𝑏𝑠, por ano e por via lenta.

Quadro 1 – Número indicativo de veículos pesados previstos por ano e por via lenta Quadro 4.5(n) Da norma EN 1991-2.

As combinações efetuam-se multiplicando o número de observações de uma determinada categoria de tráfego com a percentagem atribuída a cada veículo pesado em cada tipo de tráfego.

efetuadas por veículos tipo 1, 5% por veículos tipo 2, 50% por veículos tipo 3, 15% por veículos tipo 4 e finalmente 10% de veículos tipo 5. Estes veículos são apresentados no Anexo A.4 -FLM4.

As combinações têm de ser criadas com alguma ponderação e lógica, isto é, a combinação CAT1+LD é importante, pois trata-se de uma autoestrada de dimensões significativas onde provavelmente irá ter grande fluxo de veículos pesados. Contudo, criar a combinação CAT4+LD ou CAT4+MD não tem qualquer interesse. Pois numa estrada local com tráfego reduzido de camiões não faz sentido considerar as percentagens de veículos pesados mais gravosas.

3.3.3. COEFICIENTES PARCIAIS PARA A RESISTÊNCIA À FADIGA

Para a verificação da fadiga, segundo o Eurocódigo 3 (EN1993-1-9), poderá obter-se um nível de fiabilidade aceitável ajustando o coeficiente parcial para a resistência à fadiga, γMf .

Devido à gravidade do dano por fadiga num detalhe, tem de ser considerada uma diferenciação entre falhas leves e falhas graves. Estas falhas correspondem a consequências pouco importantes e consequências importantes. Segundo o Anexo Nacional, considera-se que as consequências são importantes quando o dano por fadiga do elemento provoca o colapso da estrutura ou uma parte da mesma, assim como dir-se-á consequências pouco importantes quando existe redistribuição da carga sem falha estrutural, mesmo tendo alguma deformação associada.

De seguida estão apresentados os valores recomendados pela norma.

Quadro 2 – Valores recomendados para o coeficiente parcial para a resistência à fadiga Quadro 3.1 da norma EN 1993-1-9

Na realização do estudo à fadiga podem ser adotadas duas metodologias segundo a norma europeia EN 1993-2. A primeira é o método do dano controlado, a qual permite que haja dano na estrutura, no entanto, tem de se garantir estabilidade estrutural e redundância no seu comportamento. Isto é, mesmo que um dado elemento colapse por fadiga a estrutura tem de garantir uma redistribuição de esforços. A adoção desta primeira metodologia implica a prescrição de inspeções regulares e manutenções previstas. A segunda opção sugerida pela norma é o método do tempo de vida garantido, o qual garante que o elemento não irá sofrer dano por fadiga impedindo aparecimentos de fissuras nesse elemento, durante a sua vida útil. Esta metodologia aplica-se quando o pormenor em estudo pode afetar a instabilidade global ou parcial da estrutura. [6]

Assim, para cada uma destas metodologias serão aplicados os diferentes coeficientes parciais para a resistência a fadiga γMf .

3.3.4. LOCALIZAÇÃO DO EIXO DE RODAGEM PARA O ESTUDA À FADIGA

Como se referiu anteriormente, é relevante considerar os modelos de carga à fadiga 4 e 5 (FLM4 e/ou FLM5). No entanto, devido a impossibilidade de recorrer a dados de tráfego real, será aplicada a metodologia do FLM4, recriando a passagem de diferentes veículos pesados que foram apresentados em 3.3.1.4 – FLM4. Assim sendo, surge a questão de qual será o melhor local para colocar os eixos de rodagem no tabuleiro?

A norma EN1991-2 refere em 4.6.1(4) e (5) que, tanto para avaliação dos efeitos locais como globais, todos os modelos de carga deverão ser centrados nas vias dedicadas e remete o leitor à 4.2.4(2) e (3). Relativamente aos modelos de carga de fadiga 3, 4 e 5, a norma também refere que, quando a localização transversal dos veículos tiver importância, deve-se considerar uma distribuição estatística apresentada na Figura 3.8. Sendo que esta distribuição só é aplicada em estudos locais.

Figura 3.8 - Distribuição das frequências da localização transversal do eixo de um veículo

Consultando os pontos 4.2.4 (2) e (3) da mesma norma, esta esclarece que, quando se está a realizar um estudo de uma verificação do estado limite último de resistência à flexão de uma secção transversal, deve-se colocar a numeração das vias de forma a que os efeitos produzidos sejam os mais desfavoráveis possíveis. No entanto, como irá realizar-se um estudo tendo em conta o fenómeno da fadiga, a norma refere que os modelos, a localização e a numeração das vias de circulação deverão ser selecionados em função do tráfego previsível em condições normais.