Estudo de caso da ponte em estrutura mista sobre o rio Arataú na BR 230/PA

Abstract

Pontes e viadutos com soluções em estruturas mistas são projetadas e executadas com grande recorrência no cenário nacional e mundial. Entre as pontes em estruturas mistas com vigas de alma cheia, se destacam os perfis soldados, pela grande aplicabilidade devido a sua facilidade executiva e ganho de inércia com seções variáveis. O Brasil enfrenta uma realidade de envelhecimento das estruturas que compõem sua infraestrutura, dentre elas as pontes e viadutos. A necessidade da readequação funcional e reabilitação estrutural das obras de arte especiais existentes é real e imediata. O assunto central deste trabalho discorre sobre o estudo de caso do projeto de readequação e reforço da ponte em estruturas mistas sobre o rio Arataú, localizada na BR-230 no estado Pará. A obra de arte especial possui 168,90m, com 6 vãos, e entrou em operação nos anos 1990. A ponte foi projetada para as cargas móveis estabelecidas na antiga norma NB-6 e durante a sua operação sofreu dois colapsos parciais. O projeto original das estruturas mistas foi embasado em critérios de normas internacionais dada a inexistência do código normativo nacional. Este trabalho apresenta os principais critérios adotados para a fundamentação da readequação adotada e realiza duas abordagens para a análise estrutural da nova configuração da ponte. Uma primeira abordagem analítica que considera critérios normativos da ASSHTO, EUROCODE e NBR 8800. Uma segunda abordagem considera um modelo numérico de análise desenvolvido em elementos finitos analisado com o código VIMIS desenvolvido no CEMACOM/UFRGS. O código VIMIS possui a capacidade de análise completa dos efeitos diferidos (fluência e retração), gerando resultados mais precisos de deslocamentos e tensões. Os resultados de deformação obtidos pela análise ELS não linear superam todos os valores previstos pela abordagem analítica. Para o modelo de análise ELU – não linear, as tensões de tração na viga de aço são menores que os obtidos pela abordagem analítica, e na laje de concreto, são maiores que as tensões obtidas na abordagem analítica. Os resultados mostram que o modelo com barras de pórtico associado a abordagem analítica com critérios normativos possui limitações com relação a previsão de deslocamentos e tensões para este tipo de estrutura.

Steel-concrete composite bridges are very popular and have been widely adopted in the world. One of the most popular solutions is the welded plate girders, due to their ease construction and gain of inertia with variable sections. Like many countries of the worl, Brazil is facing the reality of infrastructure aging, especially related to bridge structures. The need for functional and structural rehabilitation of some bridges is urgent. This master’s thesis subject is studying the rehabilitation and structural reinforcement of the Aratau steel-concrete composite bridge, located at BR-230. The bridge is 168,90m long, with 6 spans, and was built in 1988. The live loads considered in the original project were based on the NB-6 standard, and the real structure already had two partially collapses during its lifetime. At the time of the original design, there was no Brazilian Steel-concrete composite bridge standard yet therefore, the first project was developed with international standards recommendations. This study approaches the international criteria for composite bridges design and two different methodologies for the bridge structural analysis and design. The design criteria are based on LRFD factors. The first approach relies on the standards recommendations from ASSHTO, EUROCODE and NBR 8800. The second one uses a FEM model analyzed with VIMIS code, developed by CEMACOM/UFRGS. The VIMIS code can evaluate creep and shrinkage of the concrete slab, providing stress and strain results with more accuracy for composite structures. The strain results for the FEM model with non-linear SLS analysis are greater than all the results obtained with the analytic approach. The tension stress results for the FEM model with non-linear ULS analysis at the bottom of the plate girder are lower than the results giving by the analitic methodology. The compression stresses at the concrete slab for the FEM analysis are greater than the results from the analytic approach. The results point out that a beam model with an analytic approach, using standards recommendations, has limitations to determine the displacements and stress distribution on steel-concrete composite bridge sections.