Por que as pontes nas principais rodovias brasileiras podem estar em risco estrutural?

Por que as pontes nas principais rodovias brasileiras podem estar em risco estrutural?

Se você ligar o noticiário de TV ou fizer uma busca rápida nas mídias sociais, certamente irá se deparar com imagens impressionantes de pontes com estruturas danificadas, prestes a desabar, e até mesmo que vieram abaixo  sobretudo nessa época do ano em que muitos estados brasileiros são castigados por fortes chuvas.

Aos olhos leigos do espectador, trata-se de uma questão natural proveniente do aumento das chuvas principalmente no início de 2020. Porém, tecnicamente é preciso analisar se há outros fatores que podem contribuir com problemas estruturais nas pontes brasileiras sobre as rodovias que cortam o País.

Se não for a chuva, até mesmo uma pessoa que não possui conhecimento técnico pode imaginar que outro fator crítico para a conservação das pontes é atentar-se para a quantidade permitida de carga que transita nas rodovias, já que o Brasil é um País cujo principal modal logístico de escoamento da produção ainda é o rodoviário.

Por isso, começaremos este blogpost pelo que diz a legislação que regulamenta o transporte de veículos de carga pelas rodovias brasileiras.

Em 14 de dezembro de 2016, o Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT) publicou a Resolução nº 640 que estabelece os requisitos necessários para a circulação de Combinações de Veículos de Carga (CVC). 

A principal alteração dessa resolução é a concessão da Autorização Especial de Trânsito (AET) de veículos com Peso Bruto Total Combinado (PBTC) de 91 toneladas, na qual avaliando apenas o peso bruto total entre a Resolução nº 640 e a ABNT NBR 7188, tal resolução detém PBTC duas vezes maior do que o Trem tipo rodoviário brasileiro TB 450.

Premissas do estudo das pontes rodoviárias sob as ações da Resolução nº 640 e da ABNT NBR 7188

Para melhor entendimento do comportamento do carregamento sob essas pontes, utilizou-se o processo de cálculo de vigas independentes, no qual, segundo EL DEBS e TAKEYA (2009), o trem-tipo é determinado com suficiente exatidão. 

Para tanto, admitiu-se que uma carga disposta sobre o tabuleiro se repartisse entre as duas vigas em dois quinhões inversamente proporcionais às distâncias da carga às vigas e se supôs que o tabuleiro, para efeito de distribuição das cargas às duas vigas, se comportasse como uma viga transversal (geralmente com balanços) simplesmente apoiada sobre as vigas longitudinais.

Para o cálculo dos esforços, o carregamento foi feito diretamente sobre uma viga, para qualquer trem-tipo, obtendo-se então os momentos fletores e as forças cortantes em qualquer seção da viga em estudo, mediante as respectivas linhas de influência. Permitiu-se, assim, determinar esses diagramas com ajuda do software F-tool 3.01 (PUC RJ, 2015), em cada um dos veículos homologados pelo DNIT.

Metodologia aplicada para obter os parâmetros de análise entre a Resolução nº 640 e a ABNT NBR 7188:2013

Classifica-se como de natureza aplicada de procedimentos de coleta de dados dos trens tipos homologados pelo DNIT, por meio da Resolução 640, de 14 de dezembro de 2016, requisitos para circulação de Combinações de Veículos de Carga, para concessão da Autorização Especial de Trânsito de veículos com Peso Bruto Total Combinado de 74 toneladas para 91 tonelada. Adotando para este trabalho os TB 740, TB 910 do DNIT e TB 450 da NBR 7188:2013.

Foram avaliadas três tipologias de pontes de vãos isostáticos de 20, 30 e 40 metros e largura única de nove metros.

Resultados obtidos

Ponte de 20 metros de vão isostático

No gráfico 1 a seguir, observa-se que todos os veículos estão de acordo quando comparados com o TB 450, que obteve valor de momento máximo igual a 4.256 kN.m, e os demais valores abaixo do de cálculo. Isso ocorreu, devido aos veículos aqui estudados terem comprimento superior ao vão da ponte, não projetando todas as cargas de eixos em cima da ponte, o que proporcionou uma redução considerável na ponte estudada, obtendo percentuais de até 10,4 % na pior situação que seria do TB 910 de 26,35 metros, com acréscimo de 5% no seu PBT.

Gráfico 1. Envoltórias do momento fletor dos diversos trem-tipo em estudo, para ponte de 20  metros.

Ponte de 30 metros de vão isostático

Já em pontes de 30 metros de vão, pôde-se observar que, comparado com o TB 450 que obteve valor de momento máximo igual a 7562,5 kN×m, os valores do TB 910 de 26,35 metros com acréscimo de 5% em seu PBT, ultrapassaram em 5,4% comparado com os de cálculo e mesmo no seu valor característico de PBT, já seria maior em 1,6% comparado com os de cálculo.

Gráfico 2. Envoltórias do momento fletor dos diversos trem-tipo em estudo, para ponte de 30  metros.

Ponte de 40 metros de vão isostático

Como se pode observar no Gráfico 3 para as pontes de 40 metros de vão, todos os caminhões de 910 kN, tiveram valores superiores ao de cálculo. O TB 910 de 26,35 metros teve acréscimo de 5% no PBT alcançando 11,2% e 5% no veículo TB 910 de 30 metros. O valor característico dos veículos sem o acréscimo já superava o de cálculo em 7,9% para TB 910 de 26,35 metros e em 1,4% para o TB 910 de 30 metros de comprimento.

Gráfico 3. Envoltórias do momento fletor dos diversos trem-tipo em estudo, para ponte de 40  metros.

Considerações Finais

Após a análise estrutural das pontes isostáticas sob duas longarinas, conclui-se que os veículos homologados pelo DNIT de 91 toneladas em pontes com vãos superiores a 20 metros, detém acréscimo de sobrecarga nas estruturas e pontes de 7,9% em seu PBT característico e a 11,2% quando acrescido 5% no PBT, comparando ao valor de cálculo normativo (TB 450 da ABNT NBR 7188:2103). 

Diante disso, sugere a revogação da Resolução nº 640 de 14 de dezembro de 2016, pois com os resultados obtidos evidenciam carga superiores aos critérios normativos vigentes de carregamento móvel e de dimensionamento de tais estruturas. Por sim, sob as ações dos veículos autorizados pela Resolução nº 640 as obras de artes especiais (OAE’s) estão submetidas ao fadigamento prematuro das peças estruturais, redução da vida útil das OAE’s e, em casos mais extremos, podendo chegar ao possível colapso estrutural das pontes outrora implantadas nas rodovias brasileiras.

Autores:

Prof.Rodrigo Carvalho da Mata

Rodrigo Carvalho da Mata é coordenador dos cursos de Pós graduação em Projeto e Execução De Estruturas, Fundações & Pontes; Pós graduação em Avaliações & Perícias da Engenharia; e o MBA Gerenciamento, Desempenho, Tecnologia  BIM & Qualidade da Construção da DALMASS – Escola de líderes. É Doutor em Engenharia de Estruturas pela USP – Escola de Engenharia de São Carlos, Mestre em Engenharia Civil pela UFSC e Conselheiro CREA-GO nos triênios 2017-2019 e 2020-2022.

Engº Márcio Apolo Jr.

Aluno da pós-graduação Projeto e Execução de Estruturas, Fundações & Pontes da DALMASS. Possui graduação em Engenharia Civil pela Pontifícia Universidade Católica de Goiás (2017) e graduação em Hotelaria pelo Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Goiás (2007). Tem experiência na área de Engenharia Civil, com ênfase em Engenharia Civil.