Desenvolvimento de uma ferramenta para avaliação da capacidade de carga de pontes mistas aço-betão

Abstract

A implementação de soluções em estrutura mista aço-betão para tabuleiros de pontes ocupa um lugar de destaque no mercado das obras-de-arte, devido às suas inegáveis qualidades estéticas e à conceção inovadora. A leveza e transparência inerentes a estes tipos de soluções permitem um melhor enquadramento na envolvente e uma redução do impacto visual, ao mesmo tempo que a tornam competitiva face às soluções tradicionais em betão pré-esforçado. Esta dissertação começa por apresenta os conceitos básicos relacionados com o dimensionamento de pontes mistas em aço e betão e depois aprofundar questões relacionadas com os diferentes tipos de secções transversais mistas de modo a compreender a metodologia de cálculo associada à determinação da respetiva capacidade resistente. Neste sentido, pretende-se averiguar quais os métodos de análise da secção transversal de vigas mistas, diretamente relacionados com a classe da secção. A quantificação de ações específicas em pontes rodoviárias é avaliada, à luz das normas NP EN 1991-2-2003 e RSA – Regulamento de Segurança e Ações para Estruturas de Edifícios e Pontes. De seguida, são descritos os aspetos fundamentais associados ao desenvolvimento da ferramenta, bem como as metodologias e simplificações adotadas na análise plástica e na análise elástica de secções transversais de vigas mistas. Também são descritas as metodologias e simplificações adotadas para análise longitudinal do tabuleiro de pontes mistas, com base na determinação da carga de rotura através da aplicação do teorema cinemático. Assim, esta dissertação tem como principal objetivo elaborar uma ferramenta, que é desenvolvida em linguagem Matlab, e cujo principal objetivo é avaliar a capacidade de carga de tabuleiros de pontes mistas em aço e betão. Na última parte da dissertação, desenvolve-se uma análise comparativa entre os sistemas estruturais tradicionais em pontes mistas: um baseado no sistema bi-viga, com utilização de perfis reconstituídos soldados, e outro baseado num sistema multi-viga, com recurso a perfis laminares e por fim um sistema caixão, com o intuito de encontrar da solução mais resistente e económica. A ferramenta desenvolvida é aplicada a um caso de estudo. Trata-se do viaduto sobre o rio Sousa, uma estrutura com tabuleiro misto em aço e betão, constituída por quatro vãos de 44 m e um vão extremo de 26 m, localizada na A43, que realiza a ligação entre Gondomar e Aguiar de Sousa (IC24).

The implementation of steel and concrete composite solutions for bridge decks occupies a prominent place in the construction market, due to its undeniable aesthetic qualities and innovative design. The lightness and transparency inherent to these solutions allows a better framing in the landscape and a reduction of the visual impact, making it competitive against traditional prestressed concrete solutions. This dissertation starts by exploring the basic concepts of steel and concrete composite bridge decks design and then focuses on the analysis of different types of cross-sections and the methodology associated with calculating their strength capacity. Considering this, the intention is to investigate the methods for analyzing the cross section of composite beams, that are directly related to the cross section class. The existing standards for specific actions on road bridges are also considered and used to calculate the adequate loading scenarios. The fundamental aspects related to the development of the software tool, as well as the methodologies and simplifications adopted for the linear and elastic analysis of cross sections of composite beams are presented. The methodologies and simplifications adopted for longitudinal analysis of composite bridge decks, are also described, based on the determination of the failure load obtained through the application of the kinematic theorem. Thus, this dissertation has the main objective of elaborating a tool, developed in Matlab language, whose main objective is to evaluate the load capacity of steel and concrete composite bridge decks. In the last part of the dissertation a comparative analysis between the traditional structural systems in mixed bridges is available: one is based on a double I-beam system that uses welded profiles, and another is based on a multi-beam system, with resorting to laminar profiles and finally a coffin system. This analysis aims to identify the most resistant and economical solution. The tool developed is applied to a case study. The case study chosen is the viaduct over the Sousa River, a composite deck viaduct that consists of four spans of 44 m and an end span of 26 m. It is located on the A43, which connects Gondomar and Aguiar de Sousa (IC24).