A NÁLISE E C ÁLCULO E STRUTURAL

O desenvolvimento tecnológico e respetivas inovações na construção de pontes está estreitamente ligada às matérias-primas disponíveis e à conceção estrutural desenvolvida e utilizada em cada época.

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A regulamentação surge, após a concretização destas inovações e desenvolvimentos tecnológicos, para garantia de comportamento adequado da estrutura, salvaguardando a segurança de pessoas e bens.

No domínio das pontes metálicas supõe-se que as pontes metálicas anteriores ao século XX tenham sido projetadas com base em critérios tradicionais de dimensionamento, ou seja, limitando a tensão máxima na seção crítica da estrutura ao valor da tensão de segurança, esta última afetada por um coeficiente de segurança. O sucesso da aplicação dos critérios tradicionais de dimensionamento dependia sobretudo da utilização de um coeficiente de segurança alto, de forma a prevenir aspetos que não tivessem sido considerados no cálculo. A escolha destes coeficientes era um processo empírico, baseado na experiência vivida.

Outro aspeto fundamental que tem vindo a sofrer alterações ao longo dos tempos diz respeito às ações a considerar no respetivo cálculo estrutural.

3.7.1 Regulamentação

Analisando os regulamentos mais antigos, nacionais e internacionais, verificam-se grandes diferenças nos valores das ações a considerar. Com a evolução da engenharia procurou-se uma aproximação entre as ações consideradas no cálculo e aquelas que a estrutura vai ter de suportar quando posta em funcionamento. No entanto, no século XIX, foram projetadas estruturas em que a ação do vento, o sismo e a temperatura não eram consideradas devido, possivelmente, a dificuldades de quantificação.

Em 01/02/1897 surge o primeiro regulamento português, “Regulamento para Projecto, Provas e Vigilância das Pontes Metálicas” [36] que estabelece os valores das sobrecargas e da ação do vento. O Dec. 16781 de 1929 “Regulamento das Pontes Metálicas” (RPM) [37] veio introduzir os valores da ação da neve e da variação uniforme da temperatura.

Só em 1961 com o Dec. 44041 – “Regulamento de Solicitações em Edifícios e Pontes” (RSEP) [38] é que foi explicitada a necessidade de inclusão da verificação da segurança para a ação sísmica no projeto de pontes.

A regulamentação, no domínio das ações e dimensionamento, evoluiu até aos nossos dias:  Regulamento para Projeto, Provas e Vigilância das Pontes Metálica, 1897 [36]

 Dec. 16781 – Regulamento das Pontes Metálicas (RPM - este regulamento foi alterado sucessivamente até 1958 como Dec. 41584), 1929 [37]

 Dec. 44041 – Regulamento de Solicitações em Edifícios e Pontes (RSEP), 1961 [38]  Dec. 235/83 – Regulamento de Segurança e Ações para Estruturas de Edifícios e Pontes

(RSAEEP), 1983 [39]

Capítulo 3 _{– Reabilitação e Reforço Estrutural de Pontes Metálicas}  NP EN 1991 – Ações em Estruturas (EC1), 2010 [41]

 EN 1993-2:2006 – Projeto de Estruturas de Aço (EC3) – Parte 2: Pontes, 2006 [42]

 NP EN 1998-2:2005 – Projeto de Estruturas para Resistência aos Sismos (EC8) – Parte 2: Pontes, 2005 [43]

3.7.2 Ações

Na reabilitação destas pontes metálicas centenárias é necessário ter todos estes aspetos em consideração, sendo necessário verificar a segurança destas obras para as novas ações a que estão sujeitas e que representam um incremento significativo relativamente ao seu projeto.

Em termos de sobrecargas rodoviárias, por exemplo, estas são atualmente mais gravosas devido ao aumento da capacidade de carga dos veículos que nelas circulam, tal como referido na Tabela 3.5.

Tabela 3.5 – Evolução da quantificação da sobrecarga rodoviária na regulamentação nacional [44]

Regulamento/ Ano Sobrecarga Rodoviária

Regulamento das Pontes Metálicas 1897

Sobrecarga uniforme 400 kg/m2 (l > 30 m em que l representa o vão da ponte Para l < 30 m numa faixa com 2,5 m de largura o valor da sobrecarga a considerar é mais elevada do que 400 kg/m2

Veículos de 12 toneladas com 4 rodas (a considerar para o cálculo das carlingas e longarinas)

Regulamento das Pontes Metálicas 1929 (alterado várias vezes até 1958)

Sobrecarga uniforme, variável com o vão, dada por um valor ≥ 500 kg/m2

x coeficiente dinâmico (função do vão da ponte) 400 kg/m2 _{no passeio}

Veículos de 32 toneladas (em 1958 alterado para 60/45/30 t para as classes A, B e C respetivamente)

RSEP 1961

Sobrecarga uniforme 300 kg/m2 simultaneamente com uma carga de faca igual a 5 t/m

Veículos de 60/45/30 t para as classes A, B e C (coeficiente dinâmico φ = 1,2) RSA 1983

Sobrecarga uniforme 4kN/m2 _{simultaneamente com uma sobrecarga de faca}

igual a 50 kN/m

Veículos de 600/300 kN (Classe I e II)

Também, como já foi referido, estas pontes não foram projetadas para as ações dinâmicas, nomeadamente o vento e o sismo pelo que a sua consideração no cálculo atual pode revelar algumas surpresas.

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As ações dinâmicas são sobretudo responsáveis pela introdução de vibrações na estrutura que por sua vez são responsáveis pelo aumento dos níveis de fadiga nos elementos e pela amplificação das ações, reduzindo desta forma a vida útil da estrutura.

Desta forma, os valores a considerar para cada ação variável deverão estar de acordo com as disposições regulamentares seguidas, NP EN 1991 (EC1) [41], Regulamento de Segurança e Ações para Estruturas de Edifícios e Pontes (RSAEEP) [39], ou outros que se considerem importantes.

3.7.3 Cálculo

Existe hoje em dia uma oferta muito diversificada de programas de cálculo automático de grande potencialidade que permitem resolver questões cada vez mais complexas.

No entanto, independentemente do programa de cálculo utilizado, quando se faz a análise de uma estrutura existente continuam a existir dificuldades em resolver algumas questões, nomeadamente a dificuldade de simular a perda de rigidez de algumas ligações, a fadiga localizada do material e a corrosão pontual.

Na modelação da estrutura metálica não deve ser esquecido que o tabuleiro não faz parte da estrutura, dado não existir um comportamento misto. A sua modelação deverá ser realizada tendo em consideração as suas cargas permanentes e a degradação de cargas por ele proporcionada.

O cálculo dos esforços resistentes da estrutura metálica deverá ser realizado de acordo com a EN 1993-2:2006 (EC3) [42] procurando, então, verificar-se a seguinte expressão:

Sd  Rd

em que:

Sd - valor de cálculo do esforço atuante; Rd - valor de cálculo do esforço resistente.

O cálculo automático é uma ferramenta poderosa na decisão de reforço estrutural pois permite concluir o nível de reforço necessário para a verificação da regulamentação atual, por simples avaliação das tensões instaladas na estrutura.

É nesta fase e após a obtenção de resultados de cálculo, que se torna possível decidir quanto à viabilidade de reabilitação e reforço ou mesmo a substituição. Se a análise de resultados prevê um elevado nível de reforço, dificilmente a reabilitação e reforço da ponte será viável economicamente pelo que será analisado comparativamente o cenário de substituição por uma ponte nova.

Depois de definida a solução de reforço é possível alterar o modelo inicialmente feito e obter novos resultados. Desta forma é possível comparar várias soluções de reforço e analisar os seus resultados para uma escolha fundamentada e consciente da solução a implementar.

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