Caso de estudo

Substituição de Apoios no Viaduto de Weyermannshaus

Bern | Switzerland | Emch+Berger AG Bern

Concrete

Detail 2D

SIA (Switzerland)

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Traduzido por IA a partir do inglês

Os projetos de infraestrutura em ambientes urbanos densos exigem frequentemente estruturas de betão armado altamente otimizadas, onde a transferência de cargas, o pormenor de armadura e a construtibilidade devem ser cuidadosamente equilibrados. Isto é particularmente verdade para estruturas que combinam exigências arquitetónicas com requisitos rigorosos de segurança e durabilidade, como elementos de betão relacionados com transportes sujeitos a cargas elevadas e condições de serviço de longa duração. Em Berna, Suíça, a EMCH+BERGER AG esteve envolvida no projeto estrutural de uma estrutura de betão onde a avaliação precisa da transferência de forças e do pormenor de armadura foi crucial. O projeto exigiu uma abordagem fiável para verificar regiões complexas de betão que não podiam ser suficientemente avaliadas através de cálculos manuais convencionais ou métodos analíticos simplificados.

Sobre o projeto

O projeto envolveu o dimensionamento e a verificação de um pormenor estrutural em betão armado que faz parte de um sistema de infraestrutura de maior dimensão.

O viaduto (construído entre 1974 e 1977) é constituído por vigas caixão pré-esforçadas (vãos entre 26,5 e 38 metros) com vigas transversais maciças pré-esforçadas sobre os pilares. Estes pilares serão substituídos por secções durante a construção. Para tal, o viaduto é elevado através de um sistema de escoramento temporário (vigas de aço soldadas maciças sobre torres de andaime) e macacos hidráulicos. Os pilares existentes são descarregados e demolidos, após o que são construídos novos pilares mais longos para que o terreno possa ser rebaixado.

Disposição original

Nova disposição

Vista isométrica e secção transversal do escoramento temporário (excerto do plano: Frutiger AG)

A estrutura estava sujeita a forças concentradas significativas, originando distribuições de tensões complexas no volume de betão. Os elementos de betão foram dimensionados de acordo com o Eurocode 2, com especial atenção a:

Zonas de introdução local de forças
Ancoragem e transferência de cargas entre componentes estruturais
Disposição da armadura em regiões perturbadas (regiões D)

Devido à geometria e às condições de carregamento, o comportamento estrutural não podia ser descrito recorrendo à teoria simples de vigas. Em vez disso, foi necessária uma compreensão baseada em escora-e-tirante do fluxo de forças para garantir que tanto os campos de compressão no betão como os tirantes de tração da armadura fossem adequadamente dimensionados.

Secção transversal da viga da ponte mostrando uma comparação da distribuição de forças na estrutura existente (em cima) e durante a construção (em baixo)

Desafios de engenharia

Um dos principais desafios do projeto foi a verificação de estados de tensão complexos em betão armado, especialmente em regiões onde:

As forças eram introduzidas em áreas relativamente pequenas
Múltiplos caminhos de carga interagem num volume limitado de betão
A concentração de armadura colocava potenciais problemas de construtibilidade

As abordagens de dimensionamento tradicionais baseadas em modelos simplificados de escora-e-tirante proporcionaram uma compreensão conceptual inicial, mas careciam da precisão necessária para a verificação final. O desenvolvimento manual de modelos refinados de escora-e-tirante teria sido extremamente moroso e propenso a hipóteses conservadoras, podendo conduzir a disposições de armadura ineficientes.
Outra questão crítica era a necessidade de demonstrar claramente a conformidade com os requisitos do Eurocode. Dada a importância da estrutura, o dimensionamento tinha de ser transparente, rastreável e de fácil revisão por todas as partes interessadas no projeto.

Soluções e resultados

Para superar estes desafios, a EMCH+BERGER AG Bern implementou o IDEA StatiCa Concrete, utilizando o CSFM (Método do Campo de Tensões Compatível) para analisar o comportamento real do pormenor em betão armado.
A abordagem permitiu aos engenheiros:

Modelar a geometria exata do elemento de betão
Aplicar combinações de ações realistas diretamente ao modelo
Definir disposições de armadura que refletem as condicionantes práticas de construção

Em vez de recorrer a caminhos de força idealizados, a análise baseada no Método dos Elementos Finitos proporcionou uma visualização clara de:

Trajetórias de tensão principal de compressão no betão
Utilização de cada varão de armadura
Larguras de fenda e níveis de tensão nos estados limite de serviço e últimos

Isto tornou possível refinar iterativamente a disposição da armadura, obtendo um dimensionamento que era simultaneamente estruturalmente eficiente e construtível. As regiões críticas puderam ser reforçadas precisamente onde necessário, sem excesso de armadura desnecessário noutros locais.
O software gerou também resultados claros e abrangentes, incluindo verificações de utilização e representações gráficas de tensões, o que simplificou significativamente o processo de verificação e a comunicação com os revisores.

Conclusão

Ao utilizar o IDEA StatiCa Concrete, a EMCH+BERGER AG Bern conseguiu ir além das hipóteses simplificadas de dimensionamento e basear decisões críticas numa representação realista do comportamento estrutural. O método proporcionou confiança na segurança e no desempenho do pormenor de betão, mantendo um dimensionamento eficiente e económico.
Este projeto demonstra como ferramentas numéricas avançadas podem apoiar os engenheiros no tratamento de desafios complexos em betão armado, especialmente em projetos de infraestrutura onde a precisão, a transparência e a conformidade com as normas são essenciais.