Recomendações para otimização da superestrutura de pontes em concreto protendido e pontes mistas de aço e concreto

Abstract

A otimização estrutural é crucial na engenharia civil, especialmente quando se trata de projetos de pontes tendo em vista o alto valor econômico dessas estruturas. O aumento do tráfego rodoviário tem aumentado a demanda de construção ou reparação das pontes já existentes, dessa forma, a busca por estruturas otimizadas vem se tornando cada vez mais frequente. Apesar de vários trabalhos existentes na literatura, a grande maioria busca a otimização sem considerar aspectos normativos de projeto. Dessa forma, esse estudo propõe uma abordagem abrangente, focada em pontes com longarinas pré-moldadas protendidas e pontes mistas de aço e concreto, incorporando todas as verificações normativas brasileiras. Foram modeladas 152 pontes via elementos finitos, abrangendo vãos de 20, 30 e 40 metros, variáveis como alturas, espaçamentos, larguras de balanço e espessuras de laje também foram consideradas. O estudo também explorou a influência do uso e da distância entre transversinas / diafragmas, bem como a resistência do concreto adotado (fck). A análise permitiu a geração de curvas correlacionando o consumo de armadura ativa, armadura passiva e consumo de concreto para o caso das pontes pré-moldadas protendidas e de aço estrutural e armadura passiva para as pontes mistas de aço e concreto, levando à determinação das alturas ideais para longarinas e lajes, além de espaçamentos e larguras otimizados. Esses resultados visam não apenas otimizar o consumo de materiais, mas também simplificar as fases de projeto e orçamentação de novas estruturas, promovendo eficiência e sustentabilidade no cenário de pontes. A abordagem integral do estudo, que vai além da simples otimização estrutural, destaca-se pela consideração de múltiplos parâmetros normativos, proporcionando uma contribuição significativa para a engenharia de pontes e estruturas. Palavras-chave: Otimização, pontes, pontes mistas, concreto protendido, aço.

Structural optimization is crucial in civil engineering, especially for bridge projects given the high economic value of these structures. The increase in road traffic has heightened the demand for the construction or repair of existing bridges, making the pursuit of optimized structures increasingly common. Despite various existing works in the literature, the majority focus does not consider normative parameters in the optimization process. Thus, this study proposes a comprehensive approach, focusing on bridges with prestressed precast longitudinal beams and composite steel and concrete bridges, incorporating all Brazilian regulatory checks. Using 152 finite element models, spans of 20, 30, and 40 meters, variables such as heights, spacings, overhang widths, and slab thicknesses were considered. The study also explored the influence of the use and spacing between diaphragms, as well as the adopted concrete strength (fc). The analysis allowed the generation of curves correlating the consumption of active steel, passive steel, and concrete for prestressed precast bridge beams and structural steel and passive steel for composite steel and concrete bridges, leading to the determination of ideal heights for beams and slabs, as well as optimized spacings and widths. These results aim not only to optimize material consumption but also to simplify the design and budgeting phases of new structures, promoting efficiency and sustainability in the bridge scenario. The study's comprehensive approach, extending beyond simple structural optimization, stands out for considering multiple regulatory parameters, providing a significant contribution to bridge and structural engineering. Keywords: Optimization, bridges, composite bridges, prestressed concrete, steel