Uma ponte rodoviária sofre mais carga quando os veículos estão estacionados ou quando estão em movimento?

As pontes são projetadas para as cargas provenientes dos veículos que devem atravessá-las. Isso inclui o peso do veículo e quaisquer cargas dinâmicas que possam ser introduzidas a partir do movimento do veículo. As cargas dinâmicas podem ser de "pular" ou de bater em uma junta ou buraco.

Inicialmente, parece óbvio que mais carga é aplicada a uma ponte enquanto os veículos estão em movimento (peso do veículo mais carga dinâmica). As cargas dinâmicas são proporcionais à velocidade de deslocamento dos veículos, mas, à medida que os veículos vão mais rápido, elas geralmente ficam mais espaçadas.

Quando os veículos são parados, eles geralmente ficam muito mais espaçados do que quando estão em movimento.

• Pode haver uma situação em que há mais carga em uma ponte por causa de veículos estacionados com espaçamento estreito do que por veículos em movimento mais afastados?
• Essas duas situações são cobertas no projeto da ponte?

Veículos estacionados vs veículos em movimento

Veículos estacionados com espaçamento estreito (ou em movimento lento) são definitivamente mais onerosos, conforme indicado na página 89, Apêndice 2.A, Cláusula 2.A.1 do código de projeto de ponte na África do Sul TMH7 :

Geralmente, é aceito e pode ser facilmente demonstrado que, exceto na faixa de amplitude muito pequena, as piores condições de carga ocorrem em condições de congestionamento (pára-choques a pára-choques) causadas por um bloqueio de tráfego e que a dispersão do tráfego em velocidade causada pelo aumento da interferência veicular espaçamento, mais do que compensa os efeitos do impacto.

No entanto, isso é verdade apenas pela inspeção de um número ilimitado de veículos com o mesmo peso por unidade de comprimento. Se um veículo incomum e extremamente pesado estiver atravessando uma ponte, não podemos aplicar esta regra, pois temos apenas um veículo e ele não pode ser amortecedor a amortecedor consigo mesmo. Portanto, passamos a fazer a ponte dos códigos de design para considerar configurações relevantes.

Códigos de projeto de ponte

No que diz respeito ao design de pontes, todos os países parecem criar seu próprio carregamento de ponte em seu código de design. Eu li muitos desses códigos - uma proporção significativa do meu trabalho é programar esses códigos de carregamento de pontes no software de design de pontes. A maioria dos códigos de projeto tem várias configurações de carregamento a serem verificadas, embora raramente especifiquem que são para "veículos estacionados" ou "veículos em movimento". O mais próximo que eu conheço é o padrão BD86 do Reino Unido .

O BD86 é para avaliação de pontes existentes no Reino Unido para transportar veículos excepcionalmente pesados ​​(chamados cargas SO ou SOV). As cláusulas 3.20 a 3.25 oferecem duas configurações diferentes. (I) o SO / SOV se move na velocidade normal, com um fator dinâmico, e a carga normal não é permitida dentro de 25m do SO / SOV; ou (ii) o SO / SOV se move em baixa velocidade, sem fator dinâmico, mas a carga normal é permitida mais próxima (não dentro de 5m).

Mas e todos os outros padrões de design em todo o mundo? Com base no fato de eu não ter ouvido falar de nenhuma falha nas pontes devido à carga de projeto padrão ser muito baixa, acho que é uma suposição segura de que os padrões de projeto definitivamente consideram o pior caso. Portanto, seja qual for o objetivo, ele deve representar o pior caso de carga em movimento ou carga estática espaçada.

Os padrões de carregamento de rodovias da maioria dos países consideram duas configurações que devem ser projetadas para: uma configuração de um único veículo (ou um único veículo por pista) e uma configuração de uma carga uniformemente distribuída (ou seja, uma carga por área que é aplicada onde quer que acrescente) para o efeito que está sendo projetado). Essa segunda configuração poderia ser os veículos estacionados com espaçamento estreito ou representar muitos caminhões / caminhões espaçados, mas o peso médio foi calculado sobre o comprimento total. Suspeito que possa de fato representar essas duas situações.

Um fato importante aqui é o peso relativo de um caminhão comparado a um carro. No Reino Unido, um caminhão normal (isto é, aquele que não requer permissão especial para sua viagem) tem um peso máximo de 44 toneladas e um comprimento de cerca de 12m. Isso dá 3,7 t / m. Um carro típico (eu escolhi o Vauxhall Astra) tem cerca de 2 toneladas e 4,5m de comprimento, dando 0,45t / m.

Sugiro que, em uma situação de carga móvel, você possa ter camiões / caminhões bastante espaçados, mas em uma situação de congestionamento, quando caminhões e carros tendem a se misturar, o espaçamento entre caminhões e caminhões é praticamente o mesmo, porque as lacunas estão cheias de carros . Com os carros produzindo pouca carga por comprimento em comparação com um camião / caminhão, a carga média por unidade de comprimento pode ser a mesma, seja em trânsito ou em papelaria.

Embora se trate de um ângulo diferente, acredito no Manual de avaliação de pontes da AASHTO; A cláusula de comentário C6B.7.2.2 implica algo assim. Diz:

A probabilidade de ter uma série de veículos pesados ​​estreitamente espaçados, com o peso máximo permitido, aumenta à medida que o peso máximo permitido para cada unidade se torna menor. Ou seja, é mais provável que haja um trem de veículos leves do que um trem de veículos pesados.

I supor isso pode ser aplicado à situação estacionados / em movimento. Ou seja, quanto mais veículos você tiver na ponte de uma só vez, menor será o peso médio provável do veículo.

O que é mais significativo depende da ponte em questão, certamente do seu comprimento e das características da carga aplicada. Para esta discussão, estou assumindo o carregamento do tráfego nas rodovias.

A questão se refere a efeitos dinâmicos, e vale a pena notar que isso é mais do que apenas o impacto de atingir um buraco. Se uma viga simples elástica de vão simples é carregada instantaneamente com uma força, o pico de deflexão resultante é o dobro da deflexão sob a mesma força no caso estático, e esse efeito não tem relação com o efeito de picos instantâneos na carga aplicada devido a veículos que batem irregularidades da superfície (buracos, etc.).

Para a maioria das pontes rodoviárias, acredito que o efeito dinâmico seja mais significativo. O tráfego rápido, mas espaçado, é mais oneroso do que o tráfego lento e lento. No entanto, essa conclusão se baseia na observação de que existem mais pontes curtas (vãos de até dezenas de metros) do que pontes longas - não existe um princípio geral que dê uma resposta universal.

É relativamente simples determinar que, para uma ponte muito curta, se o tráfego está na fila ou não é irrelevante - se a ponte for menor que um veículo, apenas um veículo (ou um eixo) estará na ponte, portanto, se houver uma fila ou não, não influencia o número de veículos que carregam a estrutura ou o carregamento. Por outro lado, é fácil imaginar que uma ponte muito longa (várias centenas de metros), um veículo atingindo um buraco terá um efeito desprezível, pois mesmo que a carga desse veículo dobre instantaneamente, se houver centenas de veículos no convés não terá um efeito proporcionalmente ótimo.

Na prática do Reino Unido, as pontes para estradas principais são projetadas e avaliadas de acordo com os documentos da Highways Agency (os chamados 'BD's e' BA's). A carga na estrada veicular é de dois tipos - HA é tráfego normal e HB é uma carga arbitrária usada para examinar as características da ponte sob carga anormal. A carga de HA para projeto é definida no BD37 e a derivação inclui permissão para impacto - leia o Apêndice A: "o efeito do impacto de um eixo nas pontes rodoviárias pode atingir 80% do peso estático do eixo e foi feita uma permissão dessa magnitude. na derivação da carga de alta disponibilidade ", embora a influência do impacto diminua à medida que a extensão se torna maior.

As filas de trânsito não apenas dão origem a amontoados nariz-a-cauda, ​​mas potencialmente dão origem a veículos que se apertam mais lado a lado. Nos BDs, isso é chamado de "aglomeração lateral", que é onde mais veículos se aglomeram na estrutura.

O BD37 permite o agrupamento de impacto e lateral simultaneamente - ou seja, pressupõe que você tenha um engarrafamento bem fechado que também esteja viajando em alta velocidade. Obviamente, isso não acontece, mas é o que o código encapsula.

Ao avaliar estruturas existentes, no entanto, os padrões do Reino Unido não aplicam os dois efeitos juntos. BD21 é o código para avaliar estruturas. A cláusula 5.23 trata especificamente dessa questão (UDL e KEL são duas partes componentes do carregamento de HA):

"O HA UDL e o KEL foram derivados usando um fator de agrupamento lateral para levar em conta a possibilidade de que, em situações de movimento lento, mais faixas de tráfego do que as faixas marcadas ou nocionais possam usar a ponte. A análise probabilística mostra que efeitos de impacto máximos, que ocorrem em alta velocidade, não devem ser consideradas em conjunto com o agrupamento lateral máximo.A comparação dos efeitos de velocidades alternativas de tráfego e situações de agrupamento levou à conclusão de que o efeito de alto impacto e alta velocidade sem agrupamento lateral é o critério mais oneroso para o carregamento de pontes O HA UDL e o KEL devem, portanto, ser ajustados para eliminar o fator de agrupamento lateral dividindo pelo seguinte fator de ajuste (AF) "

O fator de ajuste é um número relativamente grande para comprimentos de até 20m, mas cai para 1,0 (ou seja, divida por 1,0, portanto, não mude o valor) com 40m de comprimento carregado.

Não é possível fazer declarações definitivas a partir disso (ou seja, você não pode dizer "abaixo de 20m é dinâmico, acima de 40m é filas de tráfego"), porque o carregamento é até certo ponto empírico e derivado após uma análise probabilística e inclui suposições ( descrito como "por estimativa" no padrão), levando em consideração os achados da análise de sensibilidade. Novamente, o Apêndice A do BD37 1 discute isso:

"Para comprimentos longos carregados, os principais fatores que afetam o carregamento são as taxas de fluxo de tráfego, a porcentagem de veículos pesados ​​nos fluxos, a frequência de ocorrência e duração dos engarrafamentos e o espaçamento dos veículos em um congestionamento. Esses parâmetros foram determinados pelo estudo da padrões de tráfego em vários locais nas estradas principais, por pesquisas de carga em outros locais e, onde os dados necessários não foram obtidos, por estimativa.Uma abordagem estatística foi adotada para derivar cargas características das quais as cargas nominais foram obtidas.Análises de sensibilidade foram realizadas para testar o significado no carregamento de algumas das suposições feitas ".

Vale ressaltar que o exposto acima é um pouco não rigoroso em relação aos vãos. O comprimento que importa em relação à derivação de carga é o 'comprimento carregado', que nem sempre é a mesma coisa que a extensão. Para uma única extensão com suporte simples, se você estiver examinando o efeito de flexão, as duas são sinônimos, mas muitas pontes são mais complexas do que isso (por exemplo, várias extensões contínuas ou pilares integrais etc.). Comprimento carregado é o comprimento sobre o qual o elemento da estrutura é carregado e, ao projetar, você deve escolher o comprimento que produz o efeito mais oneroso para o elemento que você está projetando para fazer os cálculos com relação a esse elemento específico. Geralmente, esse é o comprimento total de um vão, mas há casos em que (por exemplo, carregar um comprimento menor tem um efeito maior, principalmente em estruturas contínuas,

Se você estiver falando apenas de carga vertical ao vivo, o caso em que você tem congestionamento seria mais determinante para o design do deck da ponte . O aumento momentâneo e a diminuição da força vertical devido a solavancos de estradas irregulares podem ser negligenciados, pois:

• a magnitude seria pequena para uma estrada mantida adequadamente
• a magnitude ainda seria pequena para uma estrada mal conservada, pois os motoristas tendem a desacelerar se tiverem dificuldade para dirigir em linha reta
• tais ocorrências esporádicas tendem a se cancelar globalmente, pois não ocorrem em sincronia

Um código de projeto de ponte de rodovia estabelecido, como BD37 , não faz nenhuma consideração explícita para os solavancos dinâmicos que você mencionou.

Onde você tem veículos em movimento na ponte, os efeitos de tração e frenagem gerariam uma força horizontal longitudinal que está governando o design da subestrutura da ponte .

Através do uso adequado de combinações de carga (como mostrado na tabela abaixo) e seus fatores de carga correspondentes que já foram rigorosamente estudados e testados, é possível que todos os cenários de carga sejam considerados para alcançar um projeto seguro.