UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARING

CENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

ANLISE E DIMENSIONAMENTO DE VIGAS DE TRANSIO DE

PONTES E VIADUTOS

Projeto de pesquisa apresentado como parte dos

requisitos necessrios para aprovao no

componente curricular Trabalho de Concluso do

Curso de Engenharia Civil da Universidade

Estadual de Maring..

Aluno(a): ANDR KAZUHIRO SHIOTANI

Orientador: Prof. Rafael Alves de Souza

MARING

2014

1

1 INTRODUO

O dimensionamento de estruturas em concreto armado vem sendo objeto de estudos

at os dias atuais. Obras de arte em especial se mostram desafiadoras at para os engenheiros

mais experientes. Obras como pontes e viadutos apresentam caractersticas diferenciadas das

construes rotineiras, desde a natureza dos carregamentos at a forma com que os esforos

so transmitidos entre os elementos estruturais.

Obras de arte so compostas por elementos estruturais mais robustos e mecanismos

mais complexos de transferncia de esforos. Em especial, podemos citar as vigas de

transio que recebem o carregamento das longarinas e as transmitem para os pilares. Estes

elementos, usualmente de grandes dimenses, merecem ateno especial, no que diz respeito

sua anlise e ao seu dimensionamento.

Geralmente, estes elementos estruturais tem altura e comprimento muito elevado e as

cargas so transferidas de forma concentrada ao longo de seu comprimento. Tais condies

no permitem o simples uso da analogia de trelia usual em vigas convencionais. Essas

dificuldades obrigam o engenheiro buscar mtodos e aplicar modelos mais complexos para a

realizao da anlise dos esforos. O mtodo das bielas se mostra uma poderosa ferramenta

para essas condies.

No entanto, para que o mtodo se mostre eficaz no dimensionamento de elementos

estruturais, ele deve ser desenvolvido concomitantemente ao mtodo dos campos de tenses

para definir-se uma modelo de escoras e tirantes adequado, ou seja, com mnima energia de

deformao.

A presente pesquisa tem por finalidade a simulao, anlise e dimensionamento de

vigas de pontes e viadutos com softwares respeitados de acordo com a norma norte americana

ACI 318/2002 e com a ABNT NBR 6118/2014.

1.1 Justificativa

Sem dvida a mais importante das justificativas ser o treinamento na manipulao de

um software avanado voltado para a anlise e dimensionamento de estruturas de concreto.

Hoje em dia, o trabalho do engenheiro de estruturas reside muito mais na anlise dos esforos

2

do que no dimensionamento em si, de maneira que o seu senso crtico em relao aos

resultados fornecidos pelo computador devem ser aguado ainda na fase de graduao.

Muito se discute sobre os procedimento de dimensionamento e anlise de estruturas de

concreto estrutural com geometrias complexas, tais como vigas-parede. O estudo de uma

soluo ainda pouco difundida no pas sem dvida um mecanismo de ampliao dos

recursos ao alcance dos engenheiros de estruturas.

O Mtodo das Bielas e o Mtodo dos Campos de Tenses atravs de programas de

anlise e dimensionamento constituem um assunto de ponta na atual engenharia de estruturas,

porm so raramente abordados nos cursos de graduao de Engenharia Civil. A experincia

obtida na conduo da presente pesquisa certamente dar ao acadmico uma formao

diferenciada e slida, de maneira que o mesmo ter um forte potencial para ser selecionado

em programas de ps-graduao.

Como os assuntos a serem abordados tambm so de forte interesse prtico, observa-

se que o candidato tambm ter uma formao mais racional e madura no que se refere ao

dimensionamento de estruturas em concreto armado, podendo inclusive atuar na resoluo de

problemas especiais de dimensionamento, bem como, na investigao de runas estruturais.

1.2 Objetivos

1.2.1 Objetivo geral

A presente pesquisa tem como objetivo realizar uma modelagem computacional,

utilizando-se o mtodo das bielas e dos campos de tenses para a anlise e dimensionamento

estrutural de vigas de pontes e viadutos com base na NBR 6118/2014 e comparar com os

resultados obtidos atravs do dimensionamento por meio da ACI 318.

1.2.2 Objetivos especficos

Abaixo segue os objetivos especficos detalhados em tpicos:

Desenvolver e dominar habilidades relacionadas aos processos de modelagem estrutural,

visando o estmulo ao acadmico em criar e analisar modelos de escoras e tirantes;

Proporcionar ao acadmico exerccios para a criatividade na resoluo de problemas

referente tanto ao concreto armado quanto utilizao de softwares voltados anlise

estrutural;

3

Exercitar e dominar os conceitos referentes ao modelo de escoras e tirantes assim com suas

limitaes;

Desvendar o potencial e as limitaes de ferramentas computacionais, desenvolvendo

assim maturidade e prudncia no uso de programas comerciais;

2 METODOLOGIA

A metodologia da presente pesquisa, de natureza experimental, ser apresentada a

seguir.

2.1 Reviso Bibliogrfica

Inicialmente realizar-se- uma ampla reviso a respeito do Mtodo das Bielas e do

Mtodo dos Campos de Tenses. Para execuo dessa etapa sero levantadas referncias

bibliogrficas como normas, teses, artigos publicados em peridicos conceituados e os

manuais do programa selecionado. Para tanto, as investigaes sero efetuadas atravs do

Portal CAPES, bem como, atravs de bibliotecas de instituies nacionais e internacionais.

Concomitantemente sero estudados os conceitos bsicos da resistncia do concreto

armado e os mecanismos de transferncia de esforos cisalhantes em peas de concreto

armado, bem como os procedimentos de dimensionamento propostos pela NBR 6118/2014 e

da norma norte americana ACI 318.

Segue abaixo os tpicos que sero estudados priori para se obter maior domnio

sobre tema proposto.

Mtodo Escora-Tirante:

o Analogia da trelia;

o Regies B e D;

o Escoras;

o Tirantes;

o Software jCONC;

o Software CAST;

o NBR 6118/2014;

o ACI 318/2002;

Vigas-Parede:

4

o Resistncia do concreto;

o Resistncia ao cisalhamento do concreto armado;

o Caractersticas do elemento estrutural.

2.1 Modelagem

Nesta etapa ser estudada a geometria do exemplo analisado a fim de se estabelecer

um modelo de escoras e tirantes que minimize a energia de deformao. Para tanto, utilizar-

se- o software jCONC para uma anlise previa do estado de tenses presentes no elemento

proposto sujeito um carregamento. Vrios modelos de escoras e tirantes sero propostos e

passaram por um segundo processo de anlise computacional at se obter um modelo

otimizado.

Esta etapa tambm ser destinada ao domnio do programa CAST, aplicando o mesmo

a problemas prticos de engenharia estrutural. Deve-se observar que de maneira a simular o

comportamento de estruturas em concreto armado e protendido atravs do Mtodo das Bielas,

que vem sendo desenvolvido desde 1998 na Universidade de Illinois at Urbana-Champaign,

Estados Unidos. A figura 1 a seguir ilustra a interface inicial do software em proposto para a

anlise estrutural.

Figura 1 - Ambiente CAST para a modelagem utilizando o Mtodo das Bielas

5

2.2 Anlise dos dados

Com o levantamento bibliogrfico e a manipulao dos programas jCONC e CAST,

procura-se aumentar a sensibilidade do estudante na identificao dos mecanismos resistentes

de estruturas em concreto estrutural, bem como, aumentar o seu poder de domnio quanto

manipulao de uma ferramenta de anlise e dimensionamento, reconhecendo as limitaes

de ambos os mtodos. Finamente, ao trmino do programa de estudos o acadmico dever

produzir um relatrio cientfico e ao menos um artigo contemplando os resultados da

pesquisa.

3 CRONOGRAMA

Atividades Ms Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov

Levantamento Bibliogrfico X X X X X X X X

Aprendizado do programa jCONC X X X X X X X X

Aprendizado do programa CAST X X X X X X X X

Elaborao da monografia X X X X

Redao de Artigo Cientfico X

6

REFERNCIAS

ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. ABNT NBR 6023: Informao e

documentao: Referncias: elaborao. Rio de Janeiro, 2002.

SOUZA, R. A. Dimensionamento de Estruturas de Concreto Utilizando o Mtodo das

Bielas e o software CAST (Computer Aided Strut-and-Tie). 2007. 30f. Universidade Estadual de Maring, Maring, 2007.

MEIRINHOS, G. F. Projecto de Beto Armado com Modelos de Escoras e Tirantes

Assistido por Computador. 2008. 102f. Dissertao (Mestrado em Engenharia de

Estruturas) Universidade do Porto, Porto, 2008.