concepção e dimensionamento de pontes pedonais utilizando betões de alto desempenho

218 Pages·2008·3.94 MB·Portuguese

C D
ONCEPÇÃO E IMENSIONAMENTO DE
P P U
ONTES EDONAIS TILIZANDO
B A D
ETÕES DE LTO ESEMPENHO

FRANCISCO DIOGO CRISTINO BAPTISTA GONÇALVES

Relatório de Projecto submetido para satisfação parcial dos requisitos do grau de
MESTRE EM ENGENHARIA CIVIL — ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS

Orientador: Professor Doutor António Manuel Adão da Fonseca

JULHO DE 2008
MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL 2007/2008
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
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Editado por
FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO
Rua Dr. Roberto Frias
4200-465 PORTO
Portugal
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mencionado o Autor e feita referência a Mestrado Integrado em Engenharia Civil -
2007/2008 - Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da
Universidade do Porto, Porto, Portugal, 2008.

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Concepção e dimensionamento de pontes pedonais utilizando betões de alto desempenho

À minha família
Concepção e dimensionamento de pontes pedonais utilizando betões de alto desempenho
Concepção e dimensionamento de pontes pedonais utilizando betões de alto desempenho

AGRADECIMENTOS
Quero manifestar a minha gratidão e agradecimento profundo a todas as pessoas que colaboraram
comigo na execução deste trabalho, e que de forma especial contribuíram com o seu encorajamento,
compreensão, dedicação e disponibilidade. De entre estas, gostaria de manifestar a minha especial
gratidão:
Ao Prof. Doutor Adão da Fonseca por ter aceite o meu desafio e ter encontrado tempo e
disponibilidade para me orientar no Projecto de Mestrado, apesar do seu tempo já estar bastante
ocupado. Agradeço todos os ensinamentos, apoio e compreensão que contribuíram para a minha
motivação e interesse na realização deste trabalho.
À Prof. Doutora Elsa Caetano pela sua participação, discussão e esclarecimentos prestados sobre a
caracterização da acção dos peões.
Ao Engenheiro Miguel Azenha pelos esclarecimentos prestados, apoio e troca de impressões ao longo
de todo o trabalho.
Aos meus colegas e amigos pelos esclarecimentos, troca de ideias e amizade sempre demonstrada,
destacando o meu amigo André Ferreira pelo envolvimento, colaboração e apoio nas fases mais
difíceis do trabalho.
À minha família pelo apoio, encorajamento, compreensão e permanente incentivo.

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Concepção e dimensionamento de pontes pedonais utilizando betões de alto desempenho

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Concepção e dimensionamento de pontes pedonais utilizando betões de alto desempenho

RESUMO
Actualmente, os betões de elevado desempenho (BED) são ainda apenas geralmente aplicados em
situações algo particulares como o caso de edifícios altos e pontes, que estão sujeitos a ambientes
extremamente agressivos. O conhecimento associado a este tipo de betões não se encontra
generalizado, porém a sua difusão e desmistificação são essenciais, uma vez que estes podem ser
encarados como uma evolução dos betões convencionais, mas com uma característica essencial: a
elevada durabilidade. Assim, o primeiro objectivo deste trabalho consistiu em resumir as principais
características destes betões e identificar o seu campo de aplicação e principais potencialidades. O
BED é fabricado recorrendo a materiais de elevada qualidade cuidadosamente seleccionados, e a sua
composição é determinada por intermédio de métodos que permitam optimizar a compacidade da
mistura. Estes betões são misturados, colocados em obra, compactados e curados com o maior rigor
possível, de modo a atingir elevados níveis de qualidade. São produzidos com uma reduzida relação
água-ligante (A/L), que é assegurada pela presença de superplastificantes que possibilitam o fabrico de
betões passíveis de aplicação em obra com relações A/L compreendidas entre 0.2 e 0.4. Por possuírem
na sua constituição adições minerais como a sílica de fumo ou a cinza volante, o uso deste betões
traduz-se em elevados benefícios do ponto de vista ecológico e ambiental.
Numa fase posterior, uma vez conhecidas as características deste material, procurou-se a partir de um
simples modelo de cálculo, demonstrar a grande vantagem de utilização dos BED, que se encontra
associada à redução das secções transversais dos elementos estruturais devido ao significativo
aumento da resistência à compressão, o que por sua vez, permite a obtenção de elementos estruturais
extremamente esbeltos.
Em pontes pedonais, o uso de betões de elevado desempenho torna-se uma opção com vantagens
indiscutíveis, pois garante-se simultaneamente esbelteza e plasticidade. Porém, ao construir estruturas
claramente mais leves e agradáveis, é essencial reforçar a atenção relativamente ao seu
comportamento dinâmico, já que esta redução de peso acarreta uma ainda maior complexidade. A
elevada diversidade de cargas que podem actuar sobre a estrutura, e a consequente dificuldade em
definir um modelo correcto de análise de cargas solicitantes, e obter resultados únicos, é uma realidade
incontornável. Considerou-se então, ser do maior interesse, efectuar a modelação e dimensionamento
do tabuleiro de uma ponte pedonal com recurso a um programa de cálculo automático e efectuar
posteriormente, a caracterização e análise detalhada da indução de vibrações pelo movimento dos
utentes. As pessoas ao movimentarem-se sobre uma ponte pedonal, em função das características
desta, podem gerar níveis de vibração excessivos do ponto de vista de conforto humano, que são
motivados pela elevada proximidade entre a frequência da passada dos peões e as frequências naturais
da estrutura, fenómeno designado por ressonância. Este fenómeno ganha ainda maior relevo se a
estrutura for flexível, com baixo amortecimento estrutural, e solicitada por acções de cargas dinâmicas
intensas. Para que o conforto seja garantindo, tem sido fundamental o estabelecimento progressivo de
várias normas, que visam garantir a segurança em relação a determinados estados limites de utilização
por vibração excessiva.

PALAVRAS-CHAVE: betão de elevado desempenho, ponte pedonal, esbelteza, peão, vibração.

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Concepção e dimensionamento de pontes pedonais utilizando betões de alto desempenho

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Conception and dimensioning of footbridges using high performance concrete

ABSTRACT
Currently, high performance concrete (HPC) is used only in special cases like tall buildings and
bridges or in structures subject to extremely aggressive environments. HPC understanding is not
widespread and it is more than just a concrete with higher resistance: it exhibits high durability.
The first objective of this work is to summarize the main features of HPC and to identify its range of
applications. HPC is manufactured using high quality materials that are carefully selected, and their
composition is determined by methods that optimize compactness of the mixture. HPC needs to be
mixed, put into place, compressed and cured with the best possible accuracy, in order that high quality
levels can be achieved. HPC is produced with a low water-cement ratio between 0.2 and 0.4, which is
made possible by super plasticizers. By adding minerals such as silica, smoke or fly-ash, use of HPC
guarantes high benefits on the ecological and environmental point of view.
The second objective it to show the advantages of HPC: reduction of cross-sections in structural
elements and thus the possibility of using extremely slender structural elements.
In footbridges, use of HPC is often an interesting option, since slenderness is usually a goal. However,
building lighter and more agreeable structures requires additional attention on its dynamic behaviour.
Pedestrians may generate excessive levels of vibration implying discomfort and eventual collapse.
This phenomenon gets worse when facing low structural damping

KEYWORDS: high performance concrete, footbridge, slender, pedestrian, vibration.

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Conception and dimensioning of footbridges using high performance concrete

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