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This work presents a model to verify the design traffic load model of the Brazilian code, based on real traffic at road bridges. First, it compares Brazilian load model with Eurocode 1 and AASHTO Standard and LRFD Specifications. Then, recent development and research on bridge traffic load models are presented, in Brazil and other countries. A verification model of the traffic load is proposed, based on quantity and weight vehicle simulations, using Monte Carlo method. Real traffic data of trucks, used in this work, have been collected at highways of Sao Paulo state. Box-girder bridges from 30 to 200 m spans are investigated, studying the bending moment at midspan and the shear forces near the supports, on simply supported bridges, and the bending moment at center support, on two-span continuous bridges. Traffic jam situations on the bridge are emphasyzed, and statistical extrapolations to the load effects carachteristic values are done. Finally, it presents an extension of this study to multi-beam cross sections, using transverse influence lines, in a 30 m span bridge, without transverse beams. Reavaliação do trem-tipo à luz das cargas reais nas rodovias brasileiras 1 CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO No projeto de componentes estruturais das pontes, o engenheiro deve considerar todas as cargas às quais eles podem estar submetidos. Essas ações podem variar dependendo da duração (carga permanente ou carga acidental), direção (vertical, transversal, longitudinal, etc.), distribuição (distribuída ou séries de concentradas) e tipo de deformação imposta (devido a temperatura, retração e fluência). As cargas móveis atuantes nas estruturas de pontes e viadutos provêm do tráfego de veículos. O tráfego de veículos pode ser muito variado entre as pontes, em que pese a sua composição (porcentagem de caminhões), densidade de tráfego (volume médio de veículos por dia), as condições (frequência de engarrafamentos), as cargas máximas permitidas e as distribuições dos eixos. Reavaliação do trem-tipo à luz das cargas reais nas rodovias brasileiras 2 Em relação ao fluxo, é importante lembrar que são possíveis alguns cenários, que devem ser analisados. Inicialmente, tem-se o fluxo normal dos veículos com velocidades usuais. Um segundo cenário seria o de congestionamento, que pode ser analisado tanto com os veículos parados como com os veículos em movimento. Na situação de congestionamento, com os veículos completamente em repouso, o coeficiente de impacto não deve obviamente ser considerado. Isto pode ocorrer em situações normais de trânsito, mas também em caso de acidente na rodovia. Nesse caso, deveria ser considerada, além da carga dos veículos, uma carga de multidão distribuída no tabuleiro, referente à aglomeração de pessoas em casos como este. Abalisando-se os veículos trafegando com baixas velocidades e formando filas em todas as faixas, temos também uma situação de congestionamento, porém, neste caso, faz-se necessária a consideração do impacto das suas rodas no tabuleiro. Neste estudo, considera-se o coeficiente de impacto usual, conscientemente a favor da segurança, já que para baixas velocidades este poderia até mesmo ser reduzido, na sua parcela global. Ainda em relação à situação de congestionamento, pode-se vislumbrar um cenário de fila de veículos pesados em rodovias de acesso a terminais multimodais de carga. Com o crescente aumento do transporte e incremento do volume de carga transportado, este é também um problema que merece consideração. Pode-se ter também situações mistas entre congestionamento e fluxo normal, principalmente em rodovias com várias faixas de tráfego, onde haveria algumas faixas em cada situação. O tráfego, consistindo de pedestres, motos, carros, ônibus, caminhões e veículos especiais, dá origem a forças horizontais e verticais, com efeito estático e dinâmico. Reavaliação do trem-tipo à luz das cargas reais nas rodovias brasileiras 3 Em todas as normas internacionais, os modelos de carregamento procuram representar as cargas reais a favor da segurança, mas isso nem sempre é garantido. Nas normas internacionais, bem como na norma brasileira, as cargas são consideradas através de trens-tipo idealizados, que não refletem necessariamente a realidade dos veículos passantes nas obras, seja em relação à carga por eixo, seja em relação à distribuição de eixos. Desde a norma NB-6/1960, utiliza-se no Brasil a configuração do trem-tipo com três eixos espaçados de 1,50 m entre si e com o veículo possuindo dimensões de 6 metros de comprimento por 3 metros de largura. Desde então, houve algumas modificações em relação às cargas atuantes, mas não em relação às dimensões dos veículos. A norma atualmente em vigor no país é a NBR 7188/1984: Ações em Pontes Rodoviárias e Passarelas de Pedestres. O carregamento da norma Brasileira é adotado com base na norma alemã DIN 1072. Diversos autores comentam o fato de as cargas utilizadas no Brasil serem cópias das cargas alemãs, no entanto, pouco esforço se fez até hoje em termos de pesquisas para se ter um trem-tipo genuinamente nascido em terras brasileiras. É muito difícil pensar em modificações no trem-tipo a ser considerado, visto que já existe uma cultura de utilização desta configuração de trem de carga pelos projetistas brasileiros há mais de 40 anos. Por outro lado, com o advento dos computadores e dos programas de análise automáticos, tornou-se muito simples a consideração de cargas com diferentes configurações no cálculo estrutural. O objetivo desta tese não é modificar a configuração e as cargas do trem-tipo, mas verificar a validade da carga móvel indicada pela norma Brasileira para o projeto de pontes e viadutos em função das características do tráfego nas rodovias brasileiras. Reavaliação do trem-tipo à luz das cargas reais nas rodovias brasileiras 4 Inicia-se por comparações do trem tipo previsto na Norma Brasileira com as cargas de cálculo das normas mais importantes no cenário da engenharia atual, a Norma dos Estados Unidos e a Norma Européia. Em seguida, é discutido o tráfego rodoviário pesado brasileiro, e é apresentada uma visão crítica das pesquisas desenvolvidas no Brasil e no restante do mundo em relação às cargas móveis em pontes e viadutos. Finalmente, analisa-se, com base em dados de pesagem obtidos com concessionária de rodovias do interior paulista, as características do tráfego comercial. Baseado em estudos probabilísticos, admite-se uma distribuição de veículos no tabuleiro das pontes de modo a representar a variabilidade das passagens desses veículos e os esforços solicitantes por conseqüência dessas passagens. As verificações são inicialmente efetuadas em relação a pontes de concreto com seção celular. As vigas de seção celular apresentam eficiente distribuição transversal de cargas excêntricas, grande rigidez e, principalmente, grande resistência à torção e a momentos fletores positivos e negativos, em conseqüência da existência de mesa de compressão superior e inferior. Em razão dessas características, é permitido considerar, para efeito de esforços solicitantes globais longitudinais, que a estrutura seja uma viga única, distribuindo homogeneamente os esforços devido ao trem tipo. Em seguida, é feita uma avaliação para que se considere, também, o efeito em pontes em grelha, de forma aproximada, considerando-se duas ou três faixas carregadas. Para esta análise é necessário a utilização de linhas de influência de distribuição de esforços transversais. É utilizado o método de Fauchart (1972) no estudo de uma ponte em grelha sem transversinas de vão. Reavaliação do trem-tipo à luz das cargas reais nas rodovias brasileiras 5 Uma análise completa dos efeitos do tráfego nas pontes e viadutos deve levar em conta tanto os efeitos globais na estrutura como os efeitos locais no tabuleiro, flexões transversais da alma e fadiga. A necessidade de se separar essas análises provém da dificuldade de estudo em conjunto, no qual se tornaria muito difícil a compreensão de todas as variáveis do problema. Este estudo é centrado em verificações no Estado Limite Último. É conveniente lembrar que o Estado Limite Último de Fadiga, que não será abordado neste estudo, também é considerado importante e deve ser assunto de estudos posteriores. Reavaliação do trem-tipo à luz das cargas reais nas rodovias brasileiras 6 CAPÍTULO 2 NORMAS PARA O CÁLCULO DE CARGAS DE PROJETO EM PONTES E VIADUTOS 2.1 A NORMA BRASILEIRA 2.1.1 Aspectos Históricos 2.1.1.1 A NB-6/1943 No Brasil, a questão da normalização das cargas em pontes surge na década de 1940 com a publicação da norma NB-1 que tratava do cálculo de estruturas de concreto armado. Posteriormente, outras normas a complementariam, entre elas a NB-6: Cargas Móveis em Pontes Rodoviárias, publicada em 1943. Reavaliação do trem-tipo à luz das cargas reais nas rodovias brasileiras 7 As rodovias eram divididas conforme o grau de importância, sendo as rodovias principais classificadas como rodovias de classe I. O trem-tipo era composto por cargas de compressores, caminhões e multidão. A multidão representa o tráfego de veículos de pequeno porte que pode acompanhar a passagem do caminhão e/ou do compressor. A multidão é constituída por carga uniformemente distribuída cuja intensidade, para o cálculo dos arcos ou vigas principais, é mostrada na tabela 2.1. Tabela 2.1 – Cargas de multidão segundo a NB6/43 (ABNT, 1943) apud Cavalcanti (2004) Carga de multidão (kN/m) Característica da estrutura Classe I Classe II Classe III Vão teórico <=25 m 4,5 4,0 4,0 25 < vão (L) <= 125 m 4,5 (L-25) 4,0 – (L-25) 4,0 – (L-25) Vão teórico > 125 m 3,5 3,0 3,0 Já para os outros elementos estruturais a multidão deveria ser considerada como constante e de valor 4,5 ou 4,0 kN/m, dependendo da classe utilizada. A multidão distribui-se sobre os passeios e sobre a parte do tabuleiro não ocupada pelos veículos. Para esse fim, a área ocupada por um veículo (compressor ou caminhão) é suposta retangular, com 2,5 m de largura e 6,0 m de comprimento, com o centro sobre o e

Reavaliação do trem-tipo à luz das cargas reais nas rodovias brasileiras.