Avaliação de Capacidade de Carga das Pontes do NBI

Com o fim de fomentar objectividade nas classificações, a American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) propôs o Manual for Condition Evaluation of Bridges (AASHTO, 1994), que refere métodos de avaliação da capacidade de sobrecarga de pontes existentes através de dois índices. O manual define esta classificação como “a determinação da capacidade de sobrecarga de uma ponte existente usando o projecto existente da ponte suplementado pela informação recolhida das inspecções”. O cálculo é feito através de uma análise estrutural mais ou menos comple- xa, dependendo da complexidade da estrutura.

A AASTHO exige a classificação da ponte com dois índices: o Índice de Capacidade de Carga e o Índice de Capacidade de Funcionamento, correspondentes respectivamente aos itens 64 e 66 do Recording and Coding Guide.

ICC – Índice de Capacidade de Carga (IR – Inventory Rating)

Representa a carga que a estrutura existente pode suportar indefinidamente, i.e., a vida útil da ponte não diminui se um número ilimitado de veículos pesando tanto quanto o Índice de Capacidade de Carga passar pela ponte.

ICF – Índice de Capacidade de Funcionamento (OR – Operating Ratio)

Indica a carga máxima que uma ponte pode suportar. Havendo um número ilimitado de veículos com este peso a passar pela ponte poderá encurtar-lhe a vida útil.

Ambos os índices de carga são calculados pela multiplicação do peso do veículo utilizado no cálculo (P em toneladas) pelo o Rácio de Carga (RC):

P RC

IC= × (2.2.)

O índice de capacidade (IC) é o mínimo de todos os valores calculados para diferentes partes da ponte, i.e., corresponde à componente da ponte mais condicionante que, segundo a experiência indica, pertencem normalmente à superstrutura (laje e vigas).

O rácio de carga (RC) da equação (2.3) é a relação entre a capacidade de sobrecarga existente e a capacidade de carga exigida num elemento:

exigida ga sobrecar de Capacidade existente ga sobrecar de Capacidade RC = (2.3.)

Existem três métodos para calcular o rácio da ponte (RP), dependendo do método de abordagem da incerteza:

TAD – Tensões admissíveis (AS – Allowable Stress)

As incertezas na resistência, efeitos do peso próprio, e efeitos das sobrecargas são tidas em conta limitando as tensões nos elementos a uma fracção da tensão de cedência ou da tensão última. As cargas são combinadas de modo a produzir o maior esforço no elemento, sem que a tensão máxima admissível do material, reduzida de um factor de segurança, seja ultrapassada. Este método não reconhece que diferentes tipos de carga têm diferentes níveis de incerteza e diferentes coeficientes.

FC – Factor de carga (LF – Load Factor)

Neste método, as incertezas na resistência são abordadas com a aplicação de um factor redutor. O nível de incerteza dos efeitos das cargas é tido em conta utilizando coeficientes de majoração para cada tipo de carga. As cargas aplicadas estão sujeitas a coeficientes representantes da sua incerteza, determinando o limite a partir do qual a resistência do material é excedida.

FCR – Factor de carga e resistência (LRF – Load and Resistance Factor)

Mais recente, este método segue as especificações do FCRP – Factor de Carga e Resistência de Projecto (Load and Resistence Factor Design). Estas especificações tratam a incerteza nas propriedades dos materiais e cargas sob a forma de factores de segurança parciais da resistência e cargas, numa abordagem semi-probabilística. O cálculo do Rácio de Carga é semelhante aos outros dois métodos, no entanto tem uma análise mais extensiva dos coeficientes a aplicar a cada variável e tem em consideração variações da capacidade de resistência do elemento em função do estado dos materiais, nível de hiperstaticidade do sistema, e nível de fiabilidade pretendido (Akgul, 2002, Akgul ; Frangopol, 2003, Etienne B. Etchouekang, 2008).

Por ser dos três métodos o mais apto às normas americanas, a Federal Highway Administration (FHWA), designou o FC como o método standard para calcular o RC dos itens do índice de capacidade de carga (#64) e do índice de capacidade de funcionamento (#66) do NBI (FHWA, 1995). O Rácio de Carga pode ser calculado através da expressão:

(

IM)

Q

G

C

RC

+

−

=

1

γ

γ

C – Capacidade resistente (C – capacity)

G – Efeito das cargas permanentes no elemento (D – dead loads) Q – Efeito das sobrecargas no elemento (L – live loads)

γG – Coeficiente a aplicar às cargas permanentes

γQ – Coeficiente a aplicar às sobrecargas

A capacidade resistente refere-se ao esforço interno resistente da estrutura como, por exemplo, o momento resistente de uma laje, reduzido por um dado coeficiente. Algumas publicações da AASHTO (AASHTO, 1989, AASHTO, 1994) dão algumas indicações sobre a resistência de alguns materiais em função da idade, para a definição de C.

O factor de impacto IM é função do comprimento, LV em metros, da zona do vão da ponte carregada

com a carga produtora do maior esforço no membro, e é calculado a partir da expressão (Almeida, 2003): 1 , 38 24 , 15 + = V L IM (2.5.)

Este valor pode ser reduzido nas condições em que, por exemplo, o mau alinhamento da ponte com os acessos induza uma redução na velocidade de circulação dos veículos.

O valor dos coeficientes γG e γQ devem ser considerados em função do tipo e do método de

classificação a utilizar, de acordo com o quadro 2.4.

Quadro 2.4 – Coeficientes γG e γQ em função do tipo e do método de classificação (Almeida, 2003) ICC – Índice de Capacidade

de Carga

ICF – Índice de Capacidade de Funcionamento TAD – Tensões Admissíveis γG = 1,00

γQ = 1,00 γG = 1,00 γQ = 1,00 FC – Factor de Carga γG = 1,30 γQ = 2,17 γG = 1,30 γQ = 1,30

Merece referência o desenvolvimento do sofware Virtis, um módulo do programa de gestão de pontes

Pontis, que determina automaticamente a capacidade de carga de uma ponte através dos métodos

acima descritos. A integração dos dois programas no mesmo permite a partilha da mesma base de dados e consequentemente um mais rápido transporte de inputs e outputs entre as duas componentes. Embora a quantificação da capacidade de carga seja, na sua essência, objectiva, esta classificação reduz a análise da ponte a um único valor, e consequentemente apenas classifica a ponte de um ponto de vista global.