PRÉ ESFORÇO EXTERNO

7.4.9.1 Traçado dos cabos

Fig. 7.6 – Hipótese de traçado1

Fig. 7.7 – Hipótese do traçado 2

Fig. 7.8 Hipótese do traçado 3

O pré-esforço de uma forma simples consiste em autoequilibrar as solicitações que a estrutura está su- jeita, e por isso a escolha do traçado que melhor equilibra essas solicitações é de fundamental importân- cia. Contudo, dado a estado da deterioração da ponte, a escolha do traçado, que por um lado equilibra estas solicitações e que por outro lado não introduz grandes tensões na estrutura constitui um aspeto a ter em conta antes da escolha definitiva do traçado. Assim propôs-se os três traçados, pensando que são os traçados que melhor se adequam a estrutura em causa.

Analisando os três traçados, aquilo que se pode dizer é que dos três traçados aquele que melhor se adequa a estrutura em causa é o terceiro traçado, isto porque, em detrimento dos dois primeiros este não com- prime o tabuleiro, e portando não agrava os esforços nos elementos que constituem a estrutura. Dos dois primeiros traçados, apesar de ambos comprimirem a estrutura a primeira é mais eficiente, uma vez que para a mesma força de pré-esforço, nesta há uma maior otimização, graças aos desviadores posicionados de forma estratégica para este fim, introduzindo assim além de forças horizontais, força verticais, favo- recendo de forma mais cabal o cumprimento do objetivo da introdução do pré-esforço na estrutura. Uma outra vantagem desta solução é que não é preciso preocupar com as perdas devidas às aplicações se- quencias do pré-esforço, ou seja, havendo um único traçado, só se faz um único puxo do cabo, caso que não acontece com outros traçados. Nos outros traçados, deve ser levado em conta que ao puxar um cabo, o outro pode sofrer alongamentos, fazendo com que haja perda no pré-esforço.

O terceiro traçado, mesmo sendo o melhor traçado, trás algumas desvantagens relativamente a constru- ção de um maciço de ancoragem fora de estrutura, mas que facilmente se ultrapassa. Das revisões bibli- ográficas feitas, importa salientar que, em Portugal houve pontes, com as mesmas características que esta em análise que foi submetida a ações de reforço onde se optou pelo terceiro traçado, isto para fazer valer, uma vez mais a escolha desta.

No ponto seguinte, far-se-á, uma análise mais criteriosa destas soluções, onde será calculado as cargas equivalente de cada uma, e introduzido no Programa de calculo automático para se obter os resultados em termos de deformações e solicitações impostas e fazer uma análise comparativa mais objetiva.

109 Ainda relativamente a questão da eficiência do pré-esforço, importa salientar a importância que deve ser dado relativamente a excentricidade desviadores e o seu posicionamento. Pelos dois traçados em que existem desviadores pode-se constatar que quanto maior for essa excentricidade maior será o angulo do desvio e, portanto, maior a força vertical desenvolvida, e consequentemente maior eficiência do pré- esforço. No presente caso em estudo dado as limitações, geométricas, e porque também no primeiro tramo há uma passagem inferior, optou por dar uma excentricidade uniforme de 0,5 m, conseguindo assim alcançar o objetivo preconizado.

7.4.9.2 Carga equivalente

Fig. 7.9 – Carga equivalente para hipótese de traçado 1

Fig. 7.10 – Carga equivalente para hipótese de traçado 2

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7.4.9.3 Determinação da força P

A força P a aplicar por cordão foi determinado de acordo com o EC2. O EC2 estipula uma força máxima dada pela área de cordão multiplicado pelo Tensão ultima de aço de pré-esforço-esforço. O cordão uti- lizado tem uma área de 140mm2 _{e uma tensão ultima de 1860 MPa. Assim chega-se a uma força máxima} de 209KN por cordão.

A determinação de numero de cordão a utilizar foi feita iterativamente, chagando assim, para tramo central 7 cordões, enquanto que para os tramos laterais 5 cordões.

Em termos de força P total a aplicar na estrutura referente ao traçado 1 e 2 corresponde a 1000KN para tramo lateral e 1500KN para tramo central.

Relativamente ao traçado 3, a força P é de 1200 KN, correspondendo assim a 6 cordões.

7.4.9.4 Escolha do traçado ótimo

Análise dos resultados obtidos com aplicação de pré-esforço

No Quadro 7.5 encontra-se os valores dos deslocamentos máximos em cm, nos três tramos antes e depois de aplicação do pré-esforço, para as duas combinações condicionantes, já abordadas na seção 5.1.5.

Quadro 7.5 - Comparação dos deslocamentos

Analisando os valores dos deslocamentos, podia-se escolher a hipótese de traçado 1 uma vez, que a mesma é que mais reduz o deslocamento. Mas na verdade a melhor hipótese de traçado é o traçado 3, isto porque este traçado não introduz forças horizontais na estrutura, e, portanto, não condiciona os esforços axiais, dito por outras palavras este traçado é a que melhor alivia as tensões na estrutura.

7.4.9.5 Cálculo das perdas

As perdas nesse sistema de pré-esforço existem, mas podem ser consideradas desprezáveis, uma vez que o seu valor é muito baixo. São ela a perda por entrada de cunha, perda por atrito e perda por relaxação de armadura. No capitulo 2, onde abordou o reforço com pré-esforço exterior, demostrou-se como estas perdas podem ser determinadas. Aqui sendo valores dispersáveis não se fez a sua determinação.

7.4.9.6 Materialização da solução

A materialização desta solução implica o dimensionamento acautelado da zona de ancoragem, e da sela de desvio, pois estas zonas estarão sujeitas a um grande esforço. A ancoragem é executada através de maciço de ancoragem. Urge criar maciços de amarração rígidos e não suscetíveis de sofrer deslocamen- tos diferidos. A cedência de um apoio traduz-se numa transformação do tipo de pré-esforço externo, sem compressão do tabuleiro, para. interno com compressão do tabuleiro.

Hip traçado 1 Hip Traçado 2 Hip Traçado 3

tramos Laterais 3 8 4 6,1 3,5

tramo central 2 9,7 4,2 7,4 7,1

Combinação Deslocamentos sem pre-esforço

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7.4.9.7 Cordoes

Como já referido anteriormente os cordões a utilizar tem uma área de seção transversal de 150mm2 _e tensão última de 1860.

7.4.9.8 Sela dos desvios

A sela de desvio é composta pelos seguintes elementos metálicos, chapa de apoio, perfil IPE e desviador. A chapa de apoio como o próprio nome indica, serve de apoio à sela de desvio na face inferior a viga principal. O perfil IPE é o elemento que vence a dimensão proposta para excentricidade. O desviador é o elemento metálico que promove a rotação dos cordões segundo o traçado proposto. O dimensiona- mento dos vários elementos metálicos baseia-se na determinação dos esforços resultantes da carga apli- cada no desviador, que posteriormente irá ser transmitida ao perfil IPE e à chapa de apoio, o qual é ancorada por intermédio de buchas químicas. Não se tratando de um projeto em concreto, mas sim de um estudo, não se fez a determinação exata das dimensões desses elementos. A Fig. 7.12 ilustra um exemplo desse elemento.

Fig. 7.12-Sela de desvio

7.4.9.9 Maciço de ancoragem

Após a analise cuidada das diferentes soluções do traçado do cabo para pré-esforço externo, optou-se pela solução que remete para construção de um maciço de ancoragem. Sendo esse maciço, um elemento de extrema importância para efetivar o sistema de pré-esforço externo, foi também alvo de um estudo aprofundado. Esse estudo baseou-se nos conhecimentos aplicados ao dimensionamento da zona de an- coragem para estrutura de betão pré-esforçada, e conhecimentos aplicados a ancoragem de muros e ta- ludes.

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Assim fez-se a conciliação dos dois sistemas de modo a construir um maciço capaz de aguentar a força de tração, devido ao pré-esforço da ponte. Esta conciliação consiste em contruir um maciço, de dimen- sões estrategicamente fixadas. A esse maciço aplica-se a 1ª fase do pré-esforço com ancoragem no ter- reno. Numa 2ª fase aplica-se o pré-esforço em que ancoragem é o próprio maciço.

Nesse maciço foi dimensionado a zona de ancoragem, tendo como base os fundamentos do dimensio- namento de estruturas de betão armado, sujeitas a uma considerável compressão local. Esses fundamen- tos não serão abordados nessa dissertação, porém aconselha-se a consulta.

Todavia, fez-se o dimensionamento da ancoragem fixa no terreno, onde os pressupostos de base também não serão aqui espelhados, dado a quantidade de informação inerente a esses pressupostos de cálculo. Antes de aplicação da 1ª fase do pré-esforço é necessário fazer a verificação da capacidade de carga do solo, pois, esta constitui uma tarefa imprescindível, dado que a sua abdicação pode levar a rotura do solo abaixo do maciço, pondo em causa todo o processo da aplicação do pré-esforço.

Para fazer esta verificação, aplicou-se os conhecimentos da Mecânica dos Solos, relativo a verificação da capacidade de carga das fundações superficiais, no qual foi resumido no capitulo 6.

Dimensionamento do maciço

Tendo em divida atenção aquilo que foi exposto no ponto anterior, fez se o dimensionamento em planta do maciço de modo a que respeitasse todas as condições de segurança no momento de aplicação da 1ª fase do pré-esforço.

A força total que é aplicada ao maciço e depois transferida aos cabos de ancoragem, é de 1200 KN. Considerou-se que é solo é areia media, com peso volúmico de 19 e um angulo de atrito 35º.

Assim o dimensionamento do maciço foi feito iterativamente, ou seja fixou-se as dimensões em planta do maciço que verifica a capacidade de carga para este tipo de solo.

Conclui-se portanto que para aquela nível de força, é preciso um B=2m e um L=1,5 m, e de acordo com aquilo que foi exposto acima, tem se que Qult=2010KN, verificando assim a capacidade de carga do terreno solo.

Como foi referido este maciço constitui a ancoragem da ponte reforçada. Como o nível da força neces- sária é muito elevado, o maciço por si só, não consegue desempenhar esta função, por isso foi imple- mentando uma solução, que consiste em ancorar este maciço no solo, através dos sistemas tradicionais de ancoragens.

O dimensionamento da ancoragem que equilibre a força de tração no maciço, foi feita a partir da norma americana, e baseado em alguns pressupostos derivados da experiencia.

O maciço sabe-se que estará em tração devido as solicitações imposta pelo cabo de pré-esforço. Sabe que de acordo com os cálculos efetuados acima, que esta força é de 1200 KN.

O dimensionamento da ancoragem, consiste basicamente em definir o angulo que esta faz com a hori- zontal, o comprimento da zona de amarração e da zona livre. Feito isso faz-se a verificação da capaci- dade de carga da ancoragem.

Assim definiu-se para este nível de tração duas ancoragens inclinadas, com um angulo de inclinação de 30º. Sabe se que o comprimento mínimo da zona livre é 4,5 e adotou esta valor. De acordo com [31], para este tipo de solo a carga transmitida por metro ao terreno é de 100KN/m, assim como temos para cada ancoragem uma força de tração de 600 KN, multiplicou-se esta força com um fator de segurança de 2 e dividiu-se pela carga que é transmitida ao terreno por m, da zona de amarração, chegando assim a um comprimento de 12 m na zona de amarração.

Como para cada ancoragem há uma força de 600 KN, determinou-se que é preciso 4 cordões de 15mm de diâmetro, resistindo assim a uma força de 834KN.

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