Trabalho final pontes.doc

CENTRO UNIVERSITÁRIO UNA
PASSARELA EM ESTRUTURA TRELIÇADA DE AÇO
Thômas Victor Santos Cipriano
Belo Horizonte
2017

Thômas Victor Santos Cipriano
PASSARELA EM ESTRUTURA TRELIÇADA DE AÇO
Trabalho Avaliativo da disciplina de
Pontes, apresentado ao Centro
Universitário UNA, como parte das
exigências para a obtenção do título de
Bacharel em Engenharia Civil.
Centro Universitário Una
Belo Horizonte, 08 de maio de 2017.
INTRODUÇÃO

Passarelas são estruturas construídas pelo homem para transpor obstáculos
naturais ou os construídos por ele mesmo, além de zelar pela sua própria
segurança. Encontra-se passarelas sobre rios, lagos, estradas, ferrovias, vales e
também como ligação entre edifícios, que visam a separação física entre o fluxo de
pedestres e conflitos que as pessoas não são capazes de lidar, como correntezas de
água, a altura dos prédios e veículos em alta velocidade, sendo este último caso
nosso objetivo de estudo.
Uma passarela pode reduzir significativamente a quantia de acidentes de
atropelamento de uma pequena região de abrangência, segundo estudos de Gold e
Wright s/d. Eles também concluem que para essa passarela ter a finalidade a qual
foi construída – utilização de pedestres – ela precisa estar em boas condições de
uso, com uma manutenção em dia, e também ter um design que chame a atenção
dos usuários, ou seja, precisa mostrar confiança e segurança a quem for utilizá-la.
A modelagem arquitetônica assim como, o estudo de materiais, que se dará
para cada elemento construtivo, exemplificando quais são estes, suas funções nas
passarelas, suas dimensões padronizadas e sugeridas pelas normas, e qual o
melhor material que se encaixe para este elemento. Bem como, as melhores
soluções construtivas, considerando os critérios técnicos, econômicos e estéticos.
C – NORMAS - BIBLIOGRAFIA

ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7188: Carga
móvel rodoviária e de pedestres em pontes, viadutos, passarelas e outras estruturas.
2 ed. Rio de Janeiro, 2013;
ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 9050:
Acessibilidade a edificações, mobiliário, espaços e equipamentos urbanos. 2 ed. Rio
de Janeiro, 2004. 105 p;
ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8800: Projeto
de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios. 2 ed. Rio
de Janeiro, 2008. 247 p;
ABRASPE - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE PEDESTRES. PASSARELAS E
PASSAGENS SUBTERRÂNEAS: PROPOSTAS. Joinville, 2000. 9 p;
NBR 7188/2013 Carga móvel rodoviária e de pedestres em pontes, viadutos,
passarelas e outras estruturas;
AMORIM, Ney. Concreto Armado I. Apostila do Departamento de Engenharia de
Estruturas da Universidade Federal de Minas Gerais – UFMG, 2014;
FAKURY, Ricardo. Dimensionamento Básico de Elementos Estruturais de Aço e
Mistos de Aço e Concreto. Apostila do Departamento de Engenharia de Estruturas
da Universidade Federal de Minas Gerais – UFMG, 2009;
PINHO, Fernando Ottoboni & BELLEI, Ildony Hélio. Pontes e Viadutos em Vigas
Mistas. Instituto Brasileiro de Siderurgia – Centro Brasileiro da Construção em Aço –
2007;
NBR 6118/2014 - Projeto e execução de obras de concreto armado;
NBR 6120/1980 - Cargas para o cálculo de estruturas de edificações;
NBR 6123/1988 - Forças devidas ao vento em edificações;
NBR 8681/2003 - Ações e segurança nas estruturas – Procedimento.
D – MATERIAIS

- Superestrutura: Aço ASTM A572 Gr.50, para a estrutura, sendo que esse possui
350 Mpa para limite de escoamento e 450 Mpa para limite de ruptura;
- Laje do Tabuleiro: Concreto de fck 20 Mpa; Aço CA-50;
E – AÇÕES
As ações atuantes na passarela serão divididas em: carga permanente, carga
móvel, vento e temperatura.
Carga permanente
Cargas que atuam permanentemente na passarela:
- Peso próprio do concreto armado: 25 kN/m²;
- Peso próprio do aço: 78,50 kN/m²;
- Peso próprio do guarda-corpo: 1,70 kN/m (carga linear);
- Revestimento: 0,80 kN/m².
Carga móvel
Segundo a NBR 7188/2013, pode-se adotar:
- Carga móvel (passagem de pedestres): 5,0 kN/m²;
- Carga horizontal (carga simulada em caso de impacto lateral a estrutura): 100 kN.
F – COMBINAÇÕES DE AÇÕES
- Estados limites últimos (ELU): Segundo a NBR 6118, é determinado como:
“estado limite relacionado ao colapso, ou a qualquer outra forma de ruína estrutural,
que determine a paralisação do uso da estrutura”.
- Estado Limite de Serviço (ELS): Segundo a NBR 6118, é determinado como:
“aqueles relacionados à durabilidade das estruturas, aparência, conforto do usuário
e à boa utilização funcional das mesmas, seja em relação aos usuários, seja em
relação às máquinas e aos equipamentos utilizados”.
G – LAJES DO TABULEIRO

A laje do tabuleiro será composta por placas de concreto, apoiadas em vigas
transversinas, distanciadas em 2,583m entre elas, com Fck de 20 Mpa, espessura
de 10,00cm e cobrimento de 2,5cm em relação à armadura da laje.
Base de cálculo
Ações Permanentes
A laje, para ser calculada, deve-se levar em consideração a espessura da
laje, sendo essa de 10,00cm e o peso especifico do concreto armado de 25 kN/m³.
Guarda Corpo
O guarda corpo, para ser calculado, deve-se considerar o peso especifico do
guarda corpo, o comprimento da placa e a sua respectiva área. É importante
observar que será utilizado guarda corpo dos dois lados da passarela, sendo assim,
o peso especifico deve ser multiplicado por dois.
Revestimento
Será adotado uma carga de 0,80 kN/m² para o revestimento do piso.
Carga Permanente total
A carga permanente total será a soma de todas as cargas
Ações Variáveis

A carga variável, de acordo com a NBR 7188/2013, será de 5 kN/m²,
considerando a passagem de pedestres pela passarela.
Esforços solicitantes na laje
Serão considerados, para o cálculo, dois tipos de placas de concreto atuantes
na estrutura. As placas das extremidades e as placas centrais.
A diferença se dá pelo apoio das mesmas. As placas da extremidade são
consideradas apoiadas-engastadas, por terem um lado apoiado “livre” e o outro em
contato com outra placa, e as centrais como engastadas-engastadas, por estarem
em ambos os lados em contato com outras placas.
Esforços solicitantes nas placas da extremidade
Esforços devidos às cargas permanentes.
Esforços devidos à carga móvel
Esforços solicitantes nas placas centrais

- Esforços devidos à carga móvel
Compensação de momento
São necessárias que os momentos negativos das placas das extremidades
sejam iguais as placas centrais, sendo que para isso será admitido o maior valor
entre a média dos dois momentos negativos ou 70% do maior momento.
Carga Permanente
Carga Móvel
Serão utilizados os valores de 2,58 kNm/m e 3,47 kNm/m para o momento negativo
das cargas.
Cálculo da armadura
Observando-se os seguintes pré-requisitos:

Calcula-se:
Cálculo para placas das extremidades
Momento Positivo
Sendo:
Cálculo da armação
As > Asmin = 5,49cm² > 4,50cm²
Serão adotadas barras de Ø 6.3 mm, com área de 0,312 cm² e massa de 0,245kg/m.
Quantidade de barras

Espaçamento
Utilizar espaçamento máximo de 20,0 cm.
Momento negativo
Sendo:
As > Asmin = 8,33cm² > 4,50cm²
Serão adotadas barras de Ø 6,3 mm, com área de 0,312 cm² e massa de 0,245kg/m.

Espaçamento
Resumo da armação das placas das extremidades
Armação positiva = 2X18 N1 Ø 6,3 c/ 17.6
Armação negativa = 2X27 N2 Ø 6,3 c/ 11.54
Cálculo para placas centrais
Momento Positivo
Sendo:
As > Asmin = 3,27cm² < 4,50cm²
Adotar Asmin

Espaçamento
Para determinar a quantidade de barras necessárias, será feita nova equação, pois
o espaçamento encontrado foi maior 20,0 cm.
Nova área de aço
Momento negativo

Espaçamento
Resumo da armação das placas centrais
Armação positiva = 10X16 N3 Ø 6,3 c/ 20,0
Armação negativa = 10X22 N4 Ø 6,3 c/ 14,29
H – Vigas Principais
Esforços solicitantes devido a carga móvel
As vigas principais da passarela são aquelas que terão de vencer todo o vão livre,
suportando os maiores esforços e deformações. Para atender a essa demanda, foi
escolhido a viga metálica.
(Estrutura Metálica – Modelo)
As vigas serão analisadas como barras V1, V2, V3 e V4. Sendo V1 e V2, as vigas
do Banzo Inferior, e V3 e v4 do Banzo Superior.
As lajes, apoiadas nas vigas, terão suas reações transmitidas para elas.
Reações essas calculadas no item G, deste trabalho, que são:

REAÇÕES DE APOIO
RA,cp 3,59 kN/m
RE,cp 5,99 kN/m
Re,sc 4,84 kN/m
Re,sc 8,07 kN/m
Re,cp1 4,79 kN/m
Re,sc1 6,46 kN/m
Nas lajes externas, só atuarão as reações advindas das mesmas que possuem o
valor de 3,59 kN/m. As lajes externas/centrais, recebem as reações de ambas as
lajes, sendo esse valor o somatório das reação, com isso se tem que a reação
atuante é de 10,78 kN/m. O restante das transversinas recebe as reações das laje
tipo 2, portanto, a carga atuante é de 9,58 kN/m.
Conforme a imagem abaixo, feita no software SAP2000.
(Cargas permanentes)
(Esforços solicitantes)

De acordo com as imagens, é possível notar que o banzo superior está sendo
comprimido (vermelho) juntamente com as diagonais externas, e o banzo inferior
tracionado (azul) juntamente com as outras diagonais.
Os esforços nos respectivos banzos, são:
(Esforços solicitantes em V3 e V4)

(Esforços solicitantes em V1 e V2)
Esforços solicitantes devido a carga móvel
As cargas atuantes devido a carga móvel segue o mesmo critério que foi adotado
para as cargas permanentes, que são, respectivamente, 4,84 kN/m, 14,53 kN/m e
12,91 kN/m, conforme imagem:

De acordo com as imagens, é possível notar que o banzo superior está sendo
comprimido (vermelho), e o banzo inferior tracionado (azul). Os esforços nos
respectivos banzos, são:
(Esforços Solicitantes em V3 e V4)

(Esforços Solicitantes em V1 e V2)
Esforços solicitantes devido a carga horizontal excepcional
A carga horizontal excepcional de 100 kN será aplicada no meio do vão livre da
estrutura e no banzo inferior da estrutura.
(Cargas horizontal excepcional)

(Esforços Solicitantes V1)
(Esforços Solicitantes)
(Esforços Solicitantes V2)

(Esforços Solicitantes em V1)
(Esforços Solicitantes em V2)

A tabela a seguir detalha os esforços solicitantes de cada viga.
Viga Carga Permanente Carga Móvel Carga Horizontal
V1 260,86 350,82 -143,79
V2 260,86 350,82 186,36
V3 -267,63 -359,92 -
V4 -267,63 -359,92 -
Combinações Últimas de Cálculo
É necessário fazer o cálculo de compressão máximo entre as vigas V1 e V2,
pois sofrem deformações distintas quando aplicada a carga horizontal.
Em V1 será feito:
Em V2, será considerado duas combinações, onde uma leva em
consideração a carga móvel como variável principal e a outra leva a carga horizontal
como principal. Adotando-se o valor máximo entre as duas.
Portanto, as vigas V1 e V2 devem ser dimensionadas tanto para esforços de
compressão (- kN) como para tração (1046,12 kN)
Para as vigas V3 e V4 será necessário fazer somente uma combinação, pois
há somente esforços de compressão e somente uma carga variável.
Resistência das vigas principais
Com os esforços solicitantes calculados, deve-se então calcular a resistência dos
perfis. Serão adotados perfis W 150x37,1 da Gerdau para todas as vigas.

O perfil utilizado tem as seguintes características:
- Ag = 47,80 cm²; - E = 20000,00 kN/cm²;
- fy = 35,00 kN/cm²; - Ix = 2244,00 cm4;
- rx = 6,85 cm; - Iy = 707,00 cm4;
- ry = 3,84 cm; - J = 20,58 cm4;
- Cw = 39930,00 cm6; - G = 7700 kN/cm².
Resistência à tração
Serão consideradas ligações soldadas para a passarela, portanto, é necessário
verificar o estado-limite do escoamento da área bruta para a tração.
Resistência à compressão
O cálculo consiste da verificação de esbeltes da peça, determinação da menor carga
de Euler, determinação dos fatores de redução, e cálculo da resistência à
compressão da peça.
Índice de Esbeltes
Carga de Euler
Carga de Euler será de 2091,70 kN.

Índice de Esbeltes Reduzido.
Como
- Resistência à compressão da barra
Todas as barras das vigas resistem aos esforços solicitantes.
I – Aparelhos de Apoio
A passarela dimensionada não possui aparelho de apoio, a superestrutura está
ligada diretamente nos pilares que direcionam as cargas para a fundação.

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