Miguel Filipe Oliveira Saraiva Licenciado em Engenharia Civil Efeitos estruturais das sobrecargas rodoviárias definidas nas normas mais utilizadas pela engenharia portuguesa em tabuleiros de betão de nervura única e em caixão Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil Orientador: Prof. Doutor António Lopes Batista, Professor Associado Convidado, FCT - UNL Júri: Presidente: Prof. Doutor Válter José da Guia Lúcio Arguente: Prof. Doutor Filipe Pimentel Amarante dos Santos Vogal: Prof. Doutor António Lopes Batista Dezembro 2013 “Copyrigh” Miguel Filipe Oliveira Saraiva, FCT / UNL e UNL A Faculdade de Ciências e Tecnologia e a Universidade Nova de Lisboa têm o direito, perpétuo e sem limites geográficos, de arquivar e publicar esta dissertação através de exemplares impressos reproduzidos em papel ou de forma digital, ou por qualquer outro meio conhecido ou que venha a ser inventado, e de a divulgar através de repositórios científicos e de admitir a sua cópia e distribuição com objectivos educacionais ou de investigação, não comerciais, desde que seja dado crédito ao autor e editor. Agradecimentos A conclusão da presente dissertação marca o fim de um ciclo de cinco bons anos passados na FCT/UNL e o começo de outro na minha futura vida profissional. Aproveito assim este espaço para expressar a minha gratidão e reconhecimento a todas as pessoas que me acompanharam e apoiaram nesta longa jornada: - Ao Prof. Doutor António Lopes Batista, orientador desta tese de mestrado, por toda a disponibilidade, incentivo e empenho proporcionados e pela contribuição fundamental que prestou na realização deste estudo; - Ao Engº Guilherme Gomes (TPF Planege) pela simpatia e disponibilidade manifestadas não só para esclarecer as dúvidas que surgiram na execução dos modelos de elementos finitos, mas também por complementar os meus conhecimentos inerentes a essa temática; - Ao Engº João Pinho (COBA) pela revisão efetuada aos conteúdos apresentados no segundo capítulo, permitindo realizar um estudo mais correto e completo; - A todos os meus colegas e amigos de curso, um reconhecimento pelo espírito de entreajuda e companheirismo que se gerou entre nós, em especial ao Licínio pela sua contribuição elementar na realização desta dissertação; - Um sincero obrigado aos meus amigos de infância e mais chegados, que sempre compreenderam as minhas ausências nas alturas de maior tensão e, por ainda assim, partilharem diversos momentos de descontração e palavras amigas quando mais precisei; - Em último lugar mas não menos importante, deixo um apreço muito especial à minha família e à Joana por todo o apoio prestado, pela compreensão nos momentos difíceis e pelo carinho sempre dispensado nesta importante etapa da minha vida. I II Resumo As ações do tráfego rodoviário são definidas nos regulamentos de estruturas vigentes de cada país por modelos de sobrecargas. Em Portugal vigora o Regulamento de Segurança e Ações para Estruturas de Edifícios e Pontes (RSA), mas espera-se, num futuro próximo, adotar a norma europeia (EC1). Porém, o mercado da engenharia de pontes portuguesa está a voltar-se, maioritariamente, para os continentes africano e americano, onde vigoram outros regulamentos. Neste contexto, surge o interesse de estudar as diferenças de efeitos que os modelos de sobrecarga dos respetivos regulamentos produzem em pontes rodoviárias. Para tal realizou-se o presente estudo, com o objetivo de fornecer, ao meio técnico nacional, resultados comparativos entre os esforços produzidos pelos modelos de sobrecarga verticais definidos nas normas mais utilizadas pela engenharia de pontes portuguesa. O estudo abrange tabuleiros de médio vão, com secção em nervura única, e tabuleiros de grande vão, constituídos por secções em caixão. Efetuou-se uma revisão bibliográfica relativa a quatro estudos já realizados no âmbito deste tema, com o objetivo de auxiliar o tipo de abordagem a realizar neste trabalho e enquadrar os resultados. Além do regulamento português e do europeu, foram considerados os regulamentos sul-africano, brasileiro e norte-americano. Os modelos de sobrecargas verticais, definidos em cada uma destas normas, estão descritos no segundo capítulo do presente trabalho. Com esses modelos de sobrecargas e com a modelação em elementos finitos de seis tabuleiros com diferentes secções, efetuou-se uma análise longitudinal dos esforços. Adicionalmente realizou-se uma análise transversal dos esforços em duas dessas estruturas com secção em caixão. Os casos de estudo escolhidos são apresentados detalhadamente no quarto capítulo. Longitudinalmente analisaram-se os máximos valores dos momentos fletores, do esforço transverso e do momento torsor produzidos nos seis tabuleiros pelos modelos de sobrecargas dos regulamentos. Os resultados obtidos, apresentados no capítulo 5, foram comparados entre si tomando como referência os valores dos esforços obtidos pelo RSA. No capítulo 6 apresentam-se os resultados da análise transversal. Foram determinados e comparados os momentos fletores máximos negativos na secção de apoio nas almas e o momento máximo positivo na laje intermédia. Os mesmos esforços, obtidos através de superfícies de influência, foram comparados com os resultados dos modelos de elementos finitos. Termos Chave: Regulamentos de estruturas Tabuleiros de nervura única Esforços máximos Sobrecargas verticais rodoviárias Tabuleiros em caixão Comparação de resultados III IV Abstract The actions of road traffic, reproduced as live load models, are defined by the structural regulamentations of each country. In Portugal, the current national code is Regulamento de Segurança e Ações para Estruturas de Edifícios e Pontes (RSA). However, in near future, it will be replaced by Eurocode (EC1). Furthermore, the market of Portuguese bridges engineering is expanding, mostly to countries in Africa and America, which have their own regulamentations. Thus, it becomes important to study the differences between the effects produced by the various live load models in road bridges. Accordingly, this work has the objective to provide the national technical community, with the comparative results between the effects produced by the vertical live load models more used by the Portuguese bridges engineering. The present study includes decks with medium spans, made of single-section rib, and large spans, consisting of box-girder sections. Four studies, which approached a similar subject as the present work, are presented on the third chapter. The purpose is to support the process of this study and complete their results. In addition to the Portuguese code and the Eurocode, the regulamentation from South-Africa and both the Brazilian and the North-American norms will be analysed and respected. The vertical live load models defined in these norms are described in the second chapter of this study. With those models and the finite element models of six decks with different sections, a longitudinal analysis was made. Furthermore, two of the decks were subjected to a transverse analysis. The study cases chosen are presented, in detail, in the fourth chapter. Longitudinally were studied the maximum values of bending moments, shear force and torsional moment produced on the six decks, loaded with the live load models described on the regulamentations. The results of the longitudinal analysis, presented in the fifth chapter, were compared to the effects created by the Portuguese live load models. The results of transverse analysis are presented in the sixth chapter. It was analyzed the sagging and the hogging bending moments on the slab and under the webs of the deck. The comparative analysis between norms was performed in the sixth chapter. The same effects were analyzed by influence surfaces and were made a comparison with the results of the finite element method. Keywords: Structural regulamentations Single section-rib’s decks Maximum effects Vertical roadway live loads Box-grider’s decks Comparison results V VI
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