Onde: CCR – significa centrado no carril real; BCR – significa à berma do carril real; Cat – significa categoria de tráfego
Acrescenta-se que, aos detalhes 3,4,5 e 6 não lhes é associado nenhum esquema. Isto deve-se ao facto destes detalhes não apresentarem qualquer dano em nenhuma das disposições analisadas. Assim, conclui-se que estes detalhes não precisam de melhorias para garantir a segurança à fadiga.
Detalhe 1 Treliça W Distancia 6.43m. Largura inferior 5m. Longas Distâncias Cat 1 CCR D D' 23.45 0.00 26.36 0.00 BCR 37.14 1.50 40.89 1.69 Cat 2 CCR 5.86 0.00 6.59 0.00 BCR 9.28 0.38 10.22 0.42 Distâncias médias Cat 1 CCR 17.28 0.00 19.66 0.00 BCR 27.89 1.05 31.23 1.17 Cat 2 CCR 4.32 0.00 4.92 0.00 BCR 6.97 0.26 7.81 0.29 Cat 3 CCR 1.08 0.00 1.23 0.00 BCR 1.74 0.07 1.95 0.07
5.4.1.VARIAÇÃO DE PARÂMETROS NA TRELIÇA DO TIPO W
Os detalhes apresentados nesta secção são numerados segundo os subcapítulos 5.3.1.e 5.3.2., para facilitar a comparação com a treliça base correspondente.
5.4.1.1. Variação da distância entre treliças, W
A variação da distância, consistiu em alterar-se a distância longitudinal entre diafragmas e estudar o seu comportamento à fadiga. O afastamento foi alterado dos 5.625 m para os 6.43 m e para os 5.00 m, apresentando-se para cada uma destas disposições os danos gerados nos respetivos detalhes. Os danos obtidos após as variações das distâncias são comparados com os valores originais (distanciamento de 5.625 m).
Para as três distâncias consideradas, os detalhes dos perfis de montante (duas cantoneiras) têm, na generalidade das combinações, um comportamento fraco. Isto verifica-se independentemente da posição dos veículos (CCR e BCR). Assim, para este tipo de treliças não se recomenda a implementação deste tipo de perfis.
Detalhe 1
No caso do detalhe sem melhorias, verifica-se um aumento do dano gerado conforme se aumenta a distância entre treliças. Mesmo com treliças distanciadas de 5,00 m, e para as combinações menos exigentes, já se verificam danos superiores à unidade. Por exemplo, para o distanciamento de 5,00 m, na combinação CAT2+MD obtêm-se uma escala de danos até 6,16, e na combinação CAT3+MD obteve-se um valor máximo de 1,54. Considerando-se agora as combinações mais exigentes, para o mesmo distanciamento de 5,00 m, verificaram-se danos de 32,79 na combinação CAT1+LD. Quando a treliça se encontra distanciada de 6,43 metros, geram-se os danos mais gravosos das três distâncias estudadas. No caso da combinação CAT1+LD obteve-se um dano de 40,89. Estes valores podem ser consultados nos esquemas do detalhe 1 que se encontram no Anexo D.1.1.
Analisando agora os resultados obtidos após a melhoria do detalhe, verifica-se uma melhoria significativa nos danos apresentados. No caso da alteração da distância para os 5,00 m, na combinação CAT1+LD, dá-se uma redução do dano de 32,79 para 1,17. Na situação da distância de 6,43 m, na combinação CAT1+LD, passa o dano a ser cerca de 24 vezes menor que a situação não melhorada (dos 40,89 para 1,69). Estas duas melhorias apresentadas são as únicas situações em que o dano supera a unidade. Nos restantes casos, o detalhe passou a estar do lado da segurança sendo os valores inferiores à unidade.
Mesmo após a aplicação de melhorias, verificou-se ser necessário adotar um detalhe de categoria superior. Este aumento de categoria consegue-se através de cuidados especiais na soldadura, sugeridos pela norma EN 1993-1-9.
Detalhe 2
No caso do detalhe 2 sem melhorias, os resultados apresentados tendem a ser da mesma ordem de grandeza, independentemente da distância analisada. Para a distância de 5,00 m, na combinação CAT2+LD, obteve-se um dano de 1,62. Na distância de 6,43 m, na combinação CAT2+LD, obteve-se um dano de 1,51 (Anexo D.1.1).
Após a aplicação de melhorias não se verifica qualquer dano registado em nenhuma das combinações analisadas.
Uma consideração relativamente aos detalhes 1 e 2: a substituição das cantoneiras por um perfil em T (solução apresentada em 5.3.1.1), melhora consideravelmente o comportamento dos detalhes.
Detalhes 7
Antes das melhorias, este detalhe apresentava já bons resultados à fadiga. Apenas nas combinações mais exigentes é que se verificaram valores superiores à unidade (CAT1+LD e CAT1+MD, considerando unicamente a passagem de veículos na BCR).
Após a aplicação da melhoria, apresentada em 5.3.1.7., em nenhuma combinação se verificam danos (valores iguais a 0). Estes valores podem ser analisados nos respetivos esquemas do detalhe 7, no Anexo D.1.1. Apesar de os valores antes da melhoria não serem tão desfavoráveis, recomenda-se a aplicação das medidas de melhoria por serem de fácil execução.
Detalhe 8
Antes da aplicação da melhoria (apresentada em 5.3.1.8.), o detalhe 8, à semelhança do detalhe 7, apresenta bons resultados. Só na combinação mais crítica, CAT1+LD na BCR, é que se obtiveram valores superiores à unidade, em todas as distâncias analisadas. Destes valores, o menor está associado à distância entre treliças de 5,625 m. Este facto deve-se ao redimensionamento da estrutura, de forma a garantir a segurança ao ELU, que levou a uma diminuição da secção no caso da diminuição da distância (distância de 5,00 m entre treliças). Estes valores podem ser consultados no Anexo D.1.1.
Como o valor obtido na situação mais gravosas se encontra muito perto da unidade, a melhoria sugerida em 5.3.1.8. poderia ser desprezada. No entanto, sugere-se a implementação da mesma de forma a evitar- se transições em ângulos retos.
Detalhe 9
O detalhe 9 não apresenta qualquer dano, independentemente das distâncias analisadas. Recomenda-se a análise dos esquemas nos anexos D.1.1.1. e D.1.1.2.
5.4.1.2. Variação da inclinação das almas, W
A variação da inclinação das almas altera significativamente o comportamento dos detalhes à fadiga. A adoção de almas inclinadas tem vantagens quer a nível estético como económico. Isto é, a adoção de um caixão com uma base inferior de menor largura permite uma poupança de material.
A análise dos resultados, foi feita de forma comparativa. A treliça apresentada no subcapítulo 5.3 foi utlizada como solução base. Esta solução, conta com uma base inferior 5,00 de largura. As hipóteses consideradas foram a redução da base para os 4,50 m e a ampliação para os 6,30 m.
Antes da aplicação da melhoria na secção 5.3.1.1., observou-se que mesmo com a adoção de almas verticais os valores dos danos estavam fora da gama de segurança. Por exemplo, na combinação CAT2+MD o valor obtido foi de 2,72 (BCR), valor que tende a se agravar nas combinações mais exigentes. Este valor pode ser consultado no esquema do detalhe 1 no anexo D.1.2. No caso da base inferior com 4,50 m de largura, os danos do detalhe 1, aumentam consideravelmente, sendo que em todas as combinações (apresentadas no Anexo D.1.2) se ultrapassa a margem de segurança.
Após a melhoria, no caso de se adotarem treliças com almas verticais, o dano é completamente controlado. No caso de serem adotadas bases inferiores de largura menor a 6,30 m, verifica-se um controlo do dano para a generalidade das combinações estudadas. A exceção dá-se no caso da combinação CAT1+LD, onde se geram danos em BCR. Para a combinação indicada, obtêm-se danos (D’) de 1.31 quando a treliça adota uma base inferior de 4.5 metros e de 1.50 quando adota uma largura de 5.00 metros. Ambos os valores podem ser consultados no esquema do detalhe 1 presente no Anexo D.1.2.
Detalhe 2
Antes da melhoria, a maioria das combinações apresentam danos. Uma vez mais, verificou-se que a diminuição da largura da base inferior provoca um aumento do dano. A segurança verifica-se apenas nas combinações CAT3+MD e CAT4+TL. Nas restantes combinações apresenta-se uma gama de resultados de 1,31 até 7,43, no caso de treliças verticais, e 1.43 até 8.05 no caso de treliças com uma base inferior de 4.50 metros. Sendo estes valores semelhantes aos obtidos na treliça base. Os danos apresentados podem ser consultados no esquema do detalhe 2 do anexo D.1.2.1. para o caso das almas verticais, e no D.1.2.2 para os danos gerados na menor das bases estudadas.
Após a adoção da melhoria, não se geram danos em nenhuma das disposições estudadas.
Detalhe 7
À medida que as almas tendem a assumir uma posição vertical, o esforço a ser resistido pela base do diafragma transversal tende a aumentar.
Antes da aplicação da melhoria, tanto para as almas verticais como para almas menos inclinadas, o detalhe 7 apresenta danos superiores quando comparado com a treliça de base inferior de 5.00 metros. Este facto justifica-se pela necessidade de se redimensionar a estrutura, de forma a garantir a segurança ao ELU.
No entanto, em conformidade com os esforços gerados na treliça, os danos são mais agravados na primeira hipótese (almas verticais). Nesta situação, obtém-se danos em três das seis combinações analisadas. Estes valores vão desde 1.07, na combinação CAT2+LD, até 4.29 na combinação CAT1+LD. Estes valores podem ser consultados no esquema do detalhe 7 presente no Anexo D.1.2. No caso base inferior, com 4.50 metros, só se geram danos nas combinações de categoria de tráfego 1, veja- se o esquema do presente detalhe no Anexo D.1.2.
Após a aplicação da melhoria, só se gera um dano superior à unidade na combinação CAT1+LD em BCR. Este valor é aceitável, considerando que se estudou condições conservadoras. Este dano só se verifica no caso de se adotarem almas verticais. Nas restantes disposições, independente da combinação, não se gera qualquer dano.
Detalhe 8
Antes da aplicação da melhoria verifica-se um bom comportamento à fadiga, independentemente da inclinação das almas. A única exceção dá-se na combinação mais gravosa CAT1+LD em BCR, quando a treliça tem uma base inferior de 5.00 m. Este dano apresenta um valor de 1,02, sendo muito próximo da unidade e por isso não é crítico. Este valor pode ser consultado no Anexo D.1.2.
Após a melhoria não se gera qualquer dano em nenhuma das combinações estudadas, independentemente das disposições analisadas.
Detalhe 9
Antes da aplicação da melhoria, só se verifica um valor de dano superior à unidade, na combinação CAT1+LD na BCR, no caso de se adotarem almas verticais.
Após a melhoria não se gera qualquer dano em nenhuma das combinações estudadas, independentemente das disposições analisadas.
5.4.1.3. Variação da altura do caixão para um vão de 60 m, W.
Por efeito das condições trigonométricas, o aumento da altura da secção tem um efeito no dano dos detalhes, semelhante à adoção de almas verticais (analisada na secção anterior).
Detalhe 1
Antes da melhoria, verifica-se uma diminuição dos danos com o aumento da altura da secção. Por exemplo, na combinação CAT1+LD o dano diminui de 36,14 para 13,07. Estes valores podem ser consultados no Anexo D.1.3., no respetivo esquema.
Após a melhoria, verificam-se danos apenas nas situações com categoria de tráfego 1. Nas restantes, o dano é totalmente controlado. Recomenda-se a adoção das melhorias apresentadas em 5.3.1.1.
Detalhe 2
Antes da melhoria verificam-se um aumento do dano na generalidade das combinações. A título de exemplo na combinação CAT2+LD o dano aumenta de 1,94 para 2,00. Estes valores podem ser retirados do Anexo D.1.3.
Após a melhoria não se gera qualquer tipo de dano.
Detalhes 7, 8 e 9
Nos detalhes 7 e 8 só se verificam danos quando a altura é de 1,40 m. Após o aumento desta altura, mesmo antes da adoção de melhorias, não se verificam danos. Assim sendo, a adoção de melhorias não é fundamental, no entanto, recomenda-se a sua execução. Sugere-se a análise dos respetivos esquemas apresentados no Anexo D.1.3.
5.4.2.VARIAÇÃO DE PARÂMETROS NA TRELIÇA DO TIPO M 5.4.2.1. Variação da distância entre treliças, M
A variação da distância, consistiu em alterar-se a distância longitudinal entre diafragmas e estudar o seu comportamento à fadiga. O afastamento foi alterado dos 5.625 m para os 6.43 m e para os 5.00 m, apresentando-se para cada uma destas disposições os danos gerados nos respetivos detalhes. Os danos obtidos após as variações das distâncias são comparados com os valores originais (distanciamento de 5.625 m).
Os detalhes 7 e 8 não obtêm qualquer dano independentemente da variação da distância entre treliças.
Detalhe 1 e 2
Na treliça M os perfis das diagonais convergem na base inferior do caixão. Devido a este facto, a implementação só tem interessa na fase construtiva e de transporte. Quando o tabuleiro está em serviço o caixão metálico encontra-se ligado à laje, de betão armado, unicamente na parte superior das almas do caixão metálico. Devido a este facto a variação de esforços no perfil de montante, considerado na análise, é conservadora pois despreza-se o efeito da laje.
Como se pode observar nos esquemas presentes no anexo D.2.1 só se geram danos antes de efetuar a melhoria. No entanto, estes danos são considerados aceitáveis devido à explicação anterior, em que se desprezou o trabalho conjunto laje+caixão.
Da análise feita, pode-se admitir que a aplicação das cantoneiras, solução mais económica e prática, pode ser adotada quando a treliça do tipo M.
Detalhe 9
O comportamento à fadiga, deste detalhe, tende a pior mediante o afastamento das treliças.
Antes da aplicação da melhoria, verifica-se que existe dano nas combinações mais gravosas, sendo estas CAT1+LD e CAT1+MD em BCR. Por exemplo, quando as treliças se encontram distanciadas de 5,00, o valor de dano em CAT1+LD é de 2,71. Se o distanciamento for aumentado, o mesmo dano atinge um valor de 3,33 quando as treliças se encontram distanciadas de 6,43 m. Estes valores podem ser consultados no Anexo D.2.1.
Mesmo após a aplicação da melhoria, indicada pela norma EN 1993-1-9, não se consegue controlar os danos nas combinações mais gravosas (CAT1+LD e CAT1+MD em BCR). Esta melhoria é efetuada através de um corte na extremidade da barra diagonal, sendo esse corte, inferior a 45º. Esta medida, só permite atribuir uma categoria de detalhe de 71 MPa. Assim sendo, sugere-se o aumento da espessura do gousset, que se encontra a meio da base inferior.
5.4.2.2. Variação da inclinação das almas, M
Contrariamente à treliça do tipo W, na treliça do tipo M só será analisada a variação das inclinações quando a base inferior adota 5,00 m e 6,30 m. Isto deve-se ao facto, da dificuldade de execução, dos nós de montante destas treliças. Esta dificuldade é consequência do ângulo formado entre a alma do caixão e a barra diagonal. A adoção de uma base inferior de 4,50 m de largura, implicaria um ângulo de 33º,
assim, para poder satisfazer esta consideração é necessário implementar um gousset de grande área e é necessário um estudo mais pormenorizado à fadiga.
Detalhes 1 e 2
Antes da melhoria, os detalhes 1 e 2 só apresentam danos na sua posição base (binf = 5,00 m). A adoção
de almas verticais reduz estes danos a zero, independentemente da combinação.
Após a melhoria não se gera qualquer dano, em nenhuma das disposições apresentadas. Recomenda-se a análise dos respetivos esquemas no Anexo D.2.2.
Detalhe 7
O detalhe 7 só apresenta danos quando se adotam almas verticais.
Antes da adoção da melhoria sugerida em 5.3.2.4, o detalhe apresenta danos para as combinações mais gravosas (CAT1+LD e CAT1+MD em BCR). A título de exemplo, na combinação CAT1+LD o dano é de 3.73.
Após a adoção da melhoria, o dano ultrapassa a unidade unicamente na combinação CAT1+LD na BCR. O valor do dano obtido é de 1.07. Estes valores podem ser consultados no Anexo D.2.2.
Detalhe 8
Tal como no detalhe 7, o detalhe 8 só apresenta danos quando se adotam almas verticais. No entanto, este só obtém um dano de 1.34 quando se considera a combinação CAT1+LD em BCR. Após a adoção da melhoria este dano reduz-se a zero
Detalhe 9
Antes das melhorias, este detalhe piora o seu comportamento à fadiga quando se adotam almas verticais. Por exemplo, na combinação CAT2+LD em BCR, o dano aumenta de 0,78 para 1,16. Este valor pode ser consultado no Anexo D.2.2.
Após a adoção da melhoria, continuam-se a gerar danos nas combinações de categoria de tráfego 1, em BCR. Assim sendo, recomenda-se a implementação de um gousset de maior espessura, quando a ponte estiver inserida numa estrada ou autoestrada, com duas ou mais vias em cada direção e um tráfego importante de camiões.
5.4.2.3. Variação da altura do caixão para um vão de 60 m, M
Na presente análise tensiona-se comparar os danos obtidos nos detalhes característicos das treliças do tipo M mediante a altura das mesmas.
Como mencionado na introdução do capítulo 5, para que tivesse sentido aplicar uma altura de 2.00 metros, do ponto de vista estrutural, foram implementadas espessuras das almas e da base do caixão de um projeto do mesmo género, com um vão de 60 metros, fornecido pela empresa IDEAM.
Como se pode observar nos esquemas dos distintos detalhes, presentes no Anexo D.2.3., os danos nos detalhes característicos neste tipo de treliça reduzem-se a zero. Exceto no detalhe 2.
Os detalhes 7 e 8 carecem de esquema pois não se gera qualquer dano, independentemente da altura do caixão.
Nos restantes detalhes, antes da adoção da melhoria, o dano tende a diminuir mediante o aumento da altura do caixão. Nos detalhes 1 e 9, os danos reduzem-se a zero com o aumento da altura do caixão. Por outro lado, no detalhe 2, os danos diminuem, mas, não conseguem garantir a segurança nas combinações CAT1+LD e CAT1+MD em BCR. Por exemplo, na combinação CAT1+LD o dano é de 4,85 para uma altura de 1,40 m, e este reduz-se para 1,53 m adotando uma altura de 2,00 m. Estes valores podem ser consultados no Anexo D.2.3.
Após a adoção da melhoria, só se verificam danos quando a altura do caixão é de 1,40 m no detalhe 9. Sendo que, mediante o aumento da altura do caixão, estes danos reduzem-se a zero.
6
CONCLUSÕES E
DESENVOLVIMENTOS FUTUROS
6.1CONCLUSÕES
Com a realização do presente estudo procurou-se demonstrar que a pouca importância que é em alguns casos atribuída ao efeito da fadiga, em projetos de pontes mistas rodoviárias, revela-se como uma má prática. Os efeitos da fadiga são claramente mais gravosos em pontes ferroviárias devido ao elevado número de ciclos de solicitação de cargas elevadas. No entanto, também nas pontes rodoviárias este efeito deve ser encarado com a devida importância.
Com o estudo realizado, foi possível identificar soluções possíveis e adequadas para o desenho e pormenorização de treliças e/ou diafragmas. Assim, este documento pode ser encarado como um conjunto de soluções possíveis e validadas para a escolha e pormenorização da secção transversal deste tipo de infraestruturas. Ao longo da dissertação apresentaram-se as soluções mais económicas e de fácil execução, assim como, soluções melhoradas do ponto de vista da fadiga. Estas duas hipóteses foram apresentadas com o objetivo de contribuir para o processo de decisão, atendendo ao fluxo de veículos pesados previsto para a vida útil de cada caso.
Concluiu-se que, a treliça do tipo M apresenta melhores resultados à fadiga comparativamente com a treliça do tipo W. No entanto, a adoção de treliças do tipo M implica cuidados acrescidos na execução dos nós a montante, sendo necessário recorrer a goussets de maiores dimensões.
Independentemente da variação dos 3 parâmetros estudados (distância entre treliças, da inclinação das almas e da altura adotada) existem certas condições de tráfego para as quais se pode ignorar as melhorias sugeridas no Capítulo 5, sem se verificarem danos relevantes. No caso de ser adotar uma treliça do tipo M essas medidas tornam-se desnecessárias em obras com tráfego moderado, em particular quando se trate de: uma ponte inserida numa estrada ou autoestrada de tráfego médio de camiões, numa estrada principal com tráfego reduzido de camiões, ou quando estiver inserida numa estrada local de tráfego reduzido de camiões. Por outro lado, se for adotada uma treliça do tipo W, as recomendações sugeridas no capítulo 5 poderão ser ignoradas, unicamente, quando se tratar de uma ponte inserida numa estrada local com tráfego reduzido de camiões.
Relativamente à inclinação das almas, verificou-se que, o comportamento dos detalhes à fadiga tende a melhorar quando se adotam almas verticais, na treliça do tipo W. Isto deve-se ao facto de os esforços diminuírem no perfil de montante que é sistematicamente o mais critico nesta treliça. Contrariamente no caso da treliça do tipo M, os detalhes mais críticos tendem a agravar o dano quando se adotam treliças verticais.
No caso de ser adotada uma treliça do tipo M, é necessário ter um cuidado acrescido na adoção de almas inclinadas. Este cuidado surge devido ao facto de a alma do caixão e a barra diagonal adotarem ângulos baixos, assim sendo, os nós de montante apresentam ser de difícil execução e têm mau comportamento perante à fadiga.
Verificou-se que, para as duas tipologias de treliças, o afastamento longitudinal não tem relação direta com o dano gerado nos detalhes. Isto deve-se ao facto de ser necessário redimensionar os perfis de forma a verificar a segurança da estrutura, ao Estado Limite Último. Este redimensionamento pode provocar