Pontes em viga sujeitas a ação sísmica: análise de soluções alternativas para os pilares

Abstract

A ação sísmica assume especial relevância e condiciona o projeto de estruturas em regiões de alta e moderada sismicidade. No caso das pontes, os pilares desempenham um papel fundamental na integridade estrutural face à ação dinâmica dos sismos, pelo que a análise e dimensionamento dos mesmos merece especial atenção. Neste trabalho aborda-se a análise e dimensionamento de pilares de pontes em viga sujeitas à ação dinâmica dos sismos. A resposta estrutural face à ação dinâmica dos sismos será obtida através do método do modo fundamental e do método de sobreposição modal com espectro de resposta definidos de acordo com as disposições do Eurocódigo 8 – Parte 1 e Eurocódigo 8 – Parte 2. O dimensionamento dos pilares será efetuado tendo em conta as disposições do Eurocódigo 2 – Parte 1 e do Eurocódigo 8 – Parte 2. Através de um exemplo de aplicação referente a uma ponte em viga de vãos múltiplos com tabuleiro em laje vigada analisam-se soluções alternativas para os pilares. Assim, estuda-se a influência do tipo de secção transversal, tipo de ligação tabuleiro-pilares, intensidade da ação sísmica, altura e arranjo transversal dos pilares, comprimento dos vãos da ponte. As diversas soluções são avaliadas em termos de sustentabilidade, calculando-se o custo e impacto ambiental associados à execução dos pilares, determinados a partir dos valores unitários do volume de materiais utilizados (betão, aço das armaduras) e área de cofragem. O impacto ambiental é expresso em termos de emissões de dióxido de carbono e energia incorporada nos materiais utilizados.Este trabalho tem como objetivo principal analisar o custo e impacto ambiental de diferentes soluções para a secção transversal dos pilares de pontes em viga, de vãos múltiplos, executadas em betão estrutural sujeitas à ação dinâmica dos sismos. A resposta estrutural face à ação sísmica é obtida recorrendo ao método do modo fundamental (MMF) e ao método de sobreposição modal (MSM) com espectros de resposta tendo em conta as indicações do Eurocódigo 8 – Parte 1 (NP EN 1998-1, 2010) e Eurocódigo 8 – Parte 2 (EN 1998-2, 2011). O MSM é aplicado recorrendo ao programa comercial SAP2000 para a análise estrutural através do método dos elementos finitos. O dimensionamento dos pilares é feito tendo em conta as disposições do Eurocódigo 2 – Parte 1 (NP EN 1992-1-1, 2010) e do Eurocódigo 8 – Parte 2 (EN 1998-2, 2011). Através de diversos exemplos de aplicação analisa-se a influência de vários parâmetros no custo e impacto ambiental para a execução dos pilares de pontes em viga de vãos múltiplos.

The seismic action is of major relevance and influences the design of engineering structures in high and moderate seismicity zones. Bridge piers play a fundamental role in structural integrity of bridges under seismic action. Therefore, their analysis and design are of utmost importance. This work addresses the analysis and design of beam bridges’ piers under seismic action. The structural response under seismic action is evaluated using the fundamental mode method and the mode superposition method with response spectrum defined according to Eurocode 8 – Part 1 and Eurocode 8 – Part 2. The piers are designed following the design rules of Eurocode 2 – Part 1 and Eurocode 8 – Part 2. A numerical example concerning a multiple-span beam bridge with beam-and-slab deck is used to study the influence of some parameters in different solutions for the piers. The studied parameters are: piers cross-section, deck-piers connection, intensity of the seismic action, piers height and transversal arrangement, and span length. The cost and environmental impact of piers erection is used to assess the sustainability of the different solutions. The cost and environmental impact of the volume of materials (concrete, reinforcing steel) and area of formwork are used to access the overall cost and environmental impact. The environmental impact is expressed in terms of carbon dioxide emissions and embodied energy.The main objective of this work is to analyze the cost and environmental impact of different solutions for a cross section of beam bridge’s piers, with multiple spans, executed in structural concrete under the dynamic action of earthquakes.The structural response to seismic action is obtained using the fundamental mode method (MMF) and the response spectrum method (MSM) taking into account the indications of Eurocode 8 - Part 1 (NP EN 1998-1, 2010) and Eurocode 8 - Part 2 (EN 1998-2, 2011). The MSM is done using the commercial program SAP2000 for a structural analysis of the finite element method. The design of the piers is done taking into account the provisions of Eurocode 2 - Part 1 (NP EN 1992-1-1, 2010) and Eurocode 8 - Part 2 (EN 1998-2, 2011). Through several application examples, the influence of several parameters is analyzed based on the cost and environmental impact for the construction of bridge piers in multi-span beams.