Desafio Profissional 9 Semestre v1 PDF

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Desafio profissional. Disciplinas Norteadoras: Grandes Estruturas – Patologia e Recuperação das Construções – Pontes – Portos e Vias Navegáveis – Processo de Gestão de Obras e Projetos – Tópicos Complementares de Engenharia Civil – Língua Brasileira de Sinais (Libras) e Inclusão....

Description

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INTRODUÇÃO O presente trabalho corresponde à uma pesquisa acadêmico-científica realizada pelos alunos do 9º semestre do curso de engenharia Civil. O trabalho teve como objetivos estimular o aprendizado dos alunos apresentando problemas práticos e cotidianos envolvidos na vida do engenheiro civil. Para desenvolvimento do estudo foi apresentado uma situação em que uma prefeitura de uma grande cidade estaria interessada na construção de um viaduto que ligaria o centro da cidade até a região litorânea onde estaria presente um porto marítimo estadual. Essa construção proposta teria como objetivo principal possibilitar o fluxo de veículos pesados que transportaria cargas para o porto e melhorar a economia da região e como um objetivo secundário possuir uma bela arquitetura para tornar-se um ponto turístico para a cidade. Por se tratar de uma grande obra, foi previsto no desafio que haveria a geração de grande quantidade de empregos para sua execução e também a inclusão social com a contratação de pessoas com surdez. As disciplinas envolvidas no processo fora: Grandes estruturas, Patologia e Recuperação das Construções, Pontes, Portos e vias Navegáveis, Processos de Gestão de Obras e Projetos, Tópicos Complementares de Engenharia Civil e Língua Brasileira de Sinais (LIBRAS) e inclusão.

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PASSO 1 – GRANDES ESTRUTURAS Desde os tempos mais primitivos, quando o homem usava um tronco de árvore para superar os obstáculos naturais e continuar seu trajeto, até os tempos atuais, em que estruturas desafiam a lei da gravidade e a própria imaginação humana pela ousadia de seus vãos, as pontes representam uma das mais belas formas de expressão da capacidade criadora da engenharia. O grande avanço tecnológico e o desenvolvimento de novos métodos na área do cálculo estrutural, cada vez mais precisos, têm permitido superar as limitações e dificuldades inerentes à concepção e execução dessas obras fundamentais da engenharia civil.

2.1

Objetivo: Tem como objetivo de transpor um obstáculo para estabelecer a continuidade de uma via de qualquer natureza, sendo o uso mais comum.

2.2

2.3



Ferrovias;



Rodovias



Passagem de pedestres.

Classificações das pontes: 

Pontes de pedra;



Pontes de madeira;



Pontes metálica;



Pontes de concreto armado;



Pontes de concreto protendido;



Pontes pré moldada.

Classificação em relação ao sistema estrutural: 

Pontes em laje;



Pontes em vigas;



Pontes em grelhas;



Pontes em pórticos;



Pontes em arco;



Pontes pênseis;



Pontes estaiadas.

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Figura 1 - Estrutura de uma ponte em concreto armado

Fonte:https://www.google.com/search? q=projeto+ponte+de+concreto+armado&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwiTspn9nKnlAh UzC9QKHSdiAXgQ_AUIEigB&biw=1920&bih=920#imgdii=XsjzxUWGS7SiPM:&imgrc=QsRjZ7kqnO0FZ M:

2.4

Características técnicas:



Tramo de uma ponte – é a parte de sua superestrutura situada entre dois elementos sucessivos da mesoestrutura; vão teórico do tramo – é a distância medida horizontalmente entre os centros de dois aparelhos de apoios sucessivos;



Altura de construção – em uma determinada seção é a distância medida verticalmente, entre o ponto mais alto da superfície do estrado e o ponto mais baixo da superestrutura, na seção considerada. É um elemento de suma importância pois muitas vezes condiciona o tipo de estrutura a ser adotado;



Altura livre embaixo da ponte – em uma determinada seção é a distância, medida verticalmente, entre o ponto mais baixo da superestrutura e ponto mais alto do obstáculo transposto pela ponte. Em um rio, a altura livre é medida durante a máxima enchente, já em uma via transposta por um viaduto, a altura é medida até o 22 ponto mais alto da superfície de rolamento da via (gabarito), e no caso de uma ferrovia será medida até o topo dos trilhos;



Esconsidade – quando o eixo longitudinal da ponte não forma um ângulo reto com o eixo longitudinal do obstáculo transposto, diz-se que a ponte é obliqua

4 de 37 ou esconsa. Uma ponte é esconsa à direita ou à esquerda quando seu eixo longitudinal se inclina para a direita ou para a esquerda da perpendicular ao eixo longitudinal do obstáculo transposto. Superestrutura: 

Lajes;



Vigas. Mesoestrutura:



Pilares;



Aparelhos de apoio;



Encontros. Infraestrutura:



Blocos:



Sapatas;



Estacas;



Tubulões.

O fato histórico realizado é o case da ponte Golden Gate, com 1.280m de vão livre, concluída em 1937, em São Francisco, nos Estados Unidos. Um grande aspecto importante e que nunca deve ser esquecido é que uma ponte não deve servir apenas para ligar duas margens opostas de um curso d´água, ou para vencer qualquer outro tipo de obstáculo. Ela precisa estar integrada à paisagem onde for edificada de modo a proporcionar um efeito visual agradável, obtido através de um projeto que considere, também, a beleza e a leveza das formas. De acordo com Marchetti (2013), os requisitos principais de uma ponte são: 2.5

Funcionalidade: 

Quanto à funcionalidade, deverá a ponte satisfazer de forma perfeita as exigências de tráfego, vazão etc.

2.6

Segurança: Quanto à segurança, a ponte deve ter seus materiais constituintes solicitados por esforços que neles provoquem tensões menores que as admissíveis ou que possam provocar ruptura.

5 de 37 2.7

Estética: Quanto à estética, a ponte deve apresentar aspecto agradável e se harmonizar com o ambiente em que se situa.

2.8

Economia: Quanto à economia, deve-se fazer sempre um estudo comparativo de várias soluções, escolhendo-se a mais econômica, desde que atendidos os itens pertinentes.

2.9

Durabilidade: Quanto à durabilidade, a ponte deve atender às exigências de uso durante certo período previsto.

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PASSO 2 – PONTES Para realização deste trabalho, inicialmente, verificou-se qual a característica mais adequada para a ponte em questão. Desta forma, foi adotado o de pontes em vigas contínuas em concreto armado moldado in loco. Esta decisão se baseou principalmente no pequeno vão da estrutura. Tomada esta decisão, todos os cálculos da estrutura seguiram o recomendado pela NBR-6118/2014 ―Projeto de estruturas de concreto.

3.1

Dimensões da Ponte A ponte deste projeto é uma estrutura em vigas contínuas com dois tramos de 5,50 metros cada, totalizando 11 metros de comprimento. A largura é de 14,8 metros, obedece ao prescrito pelo DNIT e respeita as características da rodovia, como a faixa de rolamento e acostamento. O gabarito vertical é de 6,5 metros em condições normais de fluxo, já em períodos de cheia este gabarito é reduzido, mas sempre respeitando a altura livre mínima prescrita pela norma. A ponte possui 4 faixas de rolamento divididos em duas pistas. Além destas possui dois acostamentos, um para cada pista. Todas estas medidas podem ser conferidas nas plantas em anexo.

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Figura 2 - Planta baixa projeto ponte de concreto armado

Fonte: AUTOR 2019 Figura 3 - Detalhe seção transversal da ponte

Fonte: AUTOR 2019

8 de 37 Figura 4 - Detalhe seção longitudinal da ponte

Fonte: AUTOR 2019 3.2

Conceito do cálculo Baseado na NBR 6118/2014 e NBR 7187/2003 as características dos materiais utilizados devem atender com plenitude as solicitações que lhes serão impostas. No que tange uma ponte em concreto armado os materiais utilizados são:

3.2.1

Concreto Peso específico = 24 kN/m3 Peso específico = 25 kN/m3 (Concreto Armado) Concreto Classe C35, fck = 35 Mpa Coeficiente de Poisson = 0.2 Coeficiente de dilatação térmica = 10-5/°C A norma atualmente prevê o uso do módulo de deformação secante do concreto que possui a seguinte relação com o módulo de deformação inicial do concreto , para concretos com de 20 MPa a 50 MPa; Coeficiente de dilatação térmica = 10-5/°C, para intervalos de temperatura entre – 20°C e 150°C.

3.2.2

Solo Peso específico = 18 kN/m3 Peso específico solo compactado = 19,5 kN/m3 Ângulo de atrito interno = 30º 2.2.4 Pavimentação

9 de 37 Tipologia: asfáltica Peso específico = 26 kN/m³, já atendendo a um possível recapeamento. 3.3

Cálculo das Ações Antes de iniciar o cálculo das ações é de suma importância o esclarecimento de alguns conceitos, de acordo com a NBR-8681/2003: Estados limites de uma estrutura: Estados a partir dos quais a estrutura apresenta desempenho inadequado às finalidades da construção. Estados limites últimos, ELU: Estados que, pela sua simples ocorrência, determinam a paralisação, no todo ou em parte, do uso da construção.

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PASSO 3 – PATOLOGIA E RECUPERAÇÃO DAS CONSTRUÇÕES

4.1

Cinética de ataque por cloretos na matriz e poros do concreto Como a maioria das construções, o concreto armado está sujeito a alterações ao longo do tempo, em função de interações entre os elementos que o compõe (cimento, areia, brita, água, aço e aditivos), assim como com agentes externos, como ácidos, bases, sais, gases, vapores e micro-organismos. Algumas destas interações resultam em anomalias que podem comprometer o desempenho da estrutura, provocando desde efeitos estéticos indesejáveis, ao total colapso da estrutura caso não venham a ser analisados e devidamente tratados. São comuns as seguintes manifestações, sendo que as mesmas podem indicar a existência de patologias do concreto: 

Fissuras e Trincas



Desagregação



Erosão e Desgaste



Disgregação (Desplacamento ou Esfoliação)



Segregação



Manchas



Eflorescência



Calcinação



Flechas Exageradas



Perda de Aderência Entre Concretos (nas juntas de concretagem)



Porosidade



Permeabilidade Conforme estudos técnicos já comprovados, a velocidade de corrosão em

áreas litorâneas ou regiões marítimas pode ser até 40 vezes maior do que em regiões interiores, sendo a ação dos cloretos muito mais efetiva nestes casos. A penetração de íons cloreto no concreto pode ocorrer devido a: interação com o meio ambiente quando este está carregado de sais de cloreto de sódio, no consumo de sais de degelo, na utilização de aditivos ou agregado contendo íons cloreto na fase de produção do concreto.

11 de 37 Figura 5 - Ataque da corrosão por cloreto

Fonte: [ CITATION Mar06 \l 1046 ] Figura 6 - Corrosão Pite à estrutura

Fonte: [ CITATION Mar06 \l 1046 ] Pite, é uma forma de ataque localizado que adentra o concreto por eletrólise e se estabelece em áreas preferenciais ou pontos discretos de um material metálico. Neste tipo de corrosão, as áreas anódicas e catódicas são visivelmente identificadas. As formas localizadas de ataque são as mais prejudiciais às estruturas, comprometendo seu desempenho, bem como a segurança dos usuários, pois embora se tenha menor perda de massa, elas podem resultar em ataques de grande profundidade, ou, mesmo, causar a ruptura do metal [ CITATION Sas98 \l 1046 ]. A velocidade e profundidade da penetração dos íons cloretos nas estruturas de concreto dependem de algumas condições, sendo elas:

12 de 37 a) A concentração de C3A (aluminato tricalcio) ou C4AF (aluminoferrotetracalcio) presente na pasta de cimento que determina a capacidade de combinação destes compostos com o íon cloreto. Cimento em sua composição que apresentam baixa concentração desses compostos possui pouca capacidade de reação com os íons cloretos (presente na maresia), esta reação que forma um sal complexo insolúvel, cloro-aluminato de cálcio hidratado (sal de Friedel: C3A.CaCl2.10H2O), que reduz a concentração de íons cloreto livres na solução aquosa que se acumulam nos poros da superfície do concreto. b) Fator de água/cimento, adensamento e cura, pois quanto menor a relação de água cimento menor será a porosidade e também menor será a entrada de agente agressivos na estrutura de concreto. O adensamento e a cura possuem um efeito sobre as propriedades de transporte de pastas de cimento endurecidas e conseqüentemente a difusão dos íons cloretos para o concreto. Lembrando que difusão é um fenômeno físico, onde as moléculas por ação da energia térmica se movem constantemente em um fluido, que pode ser líquido ou gás, promovendo a passagem do soluto para regiões de menores concentrações. c) Do grau de saturação dos poros e a concentração de íons cloreto na superfície do concreto, pois a penetração de íons cloreto para o interior do concreto ocorre através do fenômeno da difusão e/ou pela sucção capilar da água que os contém e se acumulam na superfície do concreto, quando ocorrem ciclos de umedecimento e secagem. d) Do grau de fissuramento na estrutura, a primeira área a ser atingida pelo íons cloreto é a que apresenta maior grau de fissuramento, pois essas áreas criam regiões anódicas no interior das fissuras e regiões catódicas maiores fora delas. A velocidade em que a corrosão se desenvolve depende da abertura, profundidade da qualidade do concreto e da relação entre área catódica/anódica. Além do ataque de cloretos, obras em proximidade com água do mar podem levar à formação de etringita secundária, material de caráter expansivo, pela reação dos aluminatos do cimento e sulfatos da água do mar. A pressão de cristalização desse componente é muito grande, com expansão de mais de 300%. Assim, quando essa pressão atinge a resistência à tração do concreto, ocorrem as fissurações e o processo de deterioração do concreto se intensifica. O risco de degradação aumenta

13 de 37 quanto mais próxima a obra estiver da orla e pode depender também da direção dos ventos, pois há estudos que mostram que edifícios a mais de 2 km tinham cloretos levados pelo vento, maresia. 4.2

Influência no cobrimento por norma litorânea, no traço e tipo de concreto. Em caso de estruturas de concreto em obra litorâneas devem ser seguidas as prescrições das seguintes normas: NBR 6118 – Projeto de Estruturas de Concreto (projeto) - conceito de durabilidade das estruturas, especificando cobrimentos mínimos da armadura, concretos com valores de relação a/c máximos e classes mínimas de resistência para o concreto armado e protendido, conforme o tipo de ambiente a que o concreto for destinado; NBR 12655 – Preparo, Controle e Recebimento (material tecnologicamente adequado) - a garantia de um consumo mínimo de cimento no concreto da ordem 360kg/m3 é uma prática recomendada; NBR 14931 – Execução de Estruturas de Concreto (aplicação) Figura 7 - Classes de Agressividade Ambiental

Fonte : (NBR 6118, 2003)

14 de 37 Figura 8 - Correspondência entre Classes de Agressividade e Qualidade do Concreto

Fonte : NBR 6118/03

Figura 9 - Correspondência entre Classes de Agressividade Ambiental e Cobrimento Nominal

Fonte : NBR 6118/03

Conforme dados da NBR 6118/03, a interferência do meio ambiente afetará o traço de concreto e o tipo de cimento a ser utilizado neste projeto. Sendo assim teremos: Classe de Agressividade: III – Forte – Marinha – Risco de Deterioração da

15 de 37 estrutura: Grande Relação água/cimento em massa: CA III > ou = 0,55 Classe de Concreto: CP III > ou = C35 Cobrimento Nominal:

Laje 35mm;

Viga/Pilar 40mm; Tipo de Cimento Para áreas sujeitas a ação de cloretos é mais indicado a utilização de Cimento CP-III (NBR 5.735) ou Cimento Portland de Alto-forno, este possui em sua composição de 35% a 70% de escória de alto-forno, maior impermeabilidade e durabilidade, além de baixo calor de hidratação, assim como alta resistência à expansão devido à reação álcali-agregado, além de ser resistente a sulfatos, é menos poroso e mais durável (Classe de resistência: 25, 32 e 40 Mpa) ou Cimento CP-IV (NBR 5.736) ou Cimento Portland Pozolânico, este possui em sua composição de 15% a 50% de material pozolânico, que proporciona estabilidade no uso com agregados reativos e em ambientes de ataque ácido, em especial de ataque por sulfatos. Possui baixo calor de hidratação, o que o torna bastante recomendável na concretagem de grandes volumes e sob temperaturas elevadas. É pouco poroso, sendo resistente à ação da água do mar e de esgotos (Classe de resistência: 25 e 32 Mpa), ambos com baixo teor de C3A 4.3

Fck (resistência característica à compressão) mínimo do concreto para regiões com e sem contato com a água do mar Classe de Concreto para áreas rurais: CP I > ou = C25 Classe de Concreto para áreas marinhas: CP III > ou = C35 O ataque de íons cloreto nas estruturas de concreto além de grave e rápida, atenta a solidez e segurança da estrutura necessitando constante inspeção, ensaios e projeto especifico para recuperação / intervenção quando necessário, e que deve ser realizado por profissional e empresa capacitados. No Brasil, as principais causas das patologias estão relacionadas à execução. A segunda maior causa são os projetos que pecam por má avaliação de cargas; erros no modelo estrutural; erros na definição da rigidez dos elementos estruturais;

16 de 37 falta de drenagem; ausência de impermeabilização; e deficiências no detalhamento das armaduras. Figura 10 - Incidência das patologias do concreto no Brasil

Fonte: AECWeb Danos que não comprometem o desempenho estrutural do elemento ou o fazem de forma pouco significativa podem receber reparos. Mas os engenheiros que seguirem as especificações normativas poderão deixar seus clientes mais despreocupados, tanto com os reparos, quanto com suas construções.

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PASSO 4 – PORTOS E VIAS NAVEGÁVEIS

5.1

Problemas da seca na Hidrovia Tiete – Paraná A Hidrovia Tietê-Paraná tem mais de 2.400 quilômetros de extensão, conectando os cinco dos maiores estados produtores de grãos: Goiás, Mato Grosso, Mato Grosso do Sul, Minas Gerais e Paraná. Ao longo dos 2.400 quilômetros, está divido em 1.600 quilômetros no Rio Paraná e o restante com 800 quilômetros no Estado de São Paulo. Dentro de toda sua extensão temos 26 terminais de responsabilidade do setor privado divididos em 13 terminais e sete estaleiros localizados em São Paulo. Figura 11 – Mapa da Bacia Tietê - Paraná

Fonte:https://pt.wikipedia.org/wiki/Hidrovia_Tiet%C3%AAParan %C3%A1#/media/Ficheiro:Bacia_tiete_parana.png. Se avaliarmos o histórico da Hidrovia Tiete – Paraná, podemos verificar que a seca sempre foi um fator preocupante para o sistema, causando prejuízo para muitas regiões que dependem dessa Hidrovia. Buscando o histórico, temos como exemplo a seca que causou grande impacto e prejuízo em Goiás entre 2014 - 2015, em função do nível baixo em um trecho de aproximadamente 8km, que ficou praticamente sem navegação, onde as barcaças que fazem o escoamento de grãos seguindo a rota do Porto de São Simão (Sudeste do Estado) até o Porto de Santos (SP), pararam, com isso os produtores tiveram que buscar como alternativa o

18 de 37 transporte de caminhões, que elevou o custo devido a diferença no frete, impactando diretamente ao consumidor final. Figura 12 – Barcaça passando pelo Rio Tietê

Fonte: http://g1.globo.com/s...