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ESTUDO DE PLATAFORMAS ESTAQUEADAS PARA ESTOCAGEM DE CONTÊINERES EM ALTERNATIVA À EXECUÇÃO DE ATERRO SOBRE SOLOS MOLES LUCAS ZURLI MONTEIRO Projeto de Graduação apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Escola Politécnica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Engenheiro. Orientadores: Francisco José Costa Reis Ricardo Valeriano Alves Rio de Janeiro – RJ - Brasil Março de 2014

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  • ESTUDO DE PLATAFORMAS ESTAQUEADAS PARA ESTOCAGEM DE CONTINERES EM ALTERNATIVA EXECUO DE ATERRO SOBRE SOLOS

    MOLES

    LUCAS ZURLI MONTEIRO

    Projeto de Graduao apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Escola Politcnica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessrios obteno do ttulo de Engenheiro.

    Orientadores: Francisco Jos Costa Reis Ricardo Valeriano Alves

    Rio de Janeiro RJ - Brasil Maro de 2014

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO ESCOLA POLITCNICA Curso de Engenharia Civil

    Departamento de Estruturas

    ESTUDO DE PLATAFORMA ESTAQUEADA PARA ESTOCAGEM DE CONTINERES EM ALTERNATIVA EXECUO DE ATERRO SOBRE SOLOS MOLES

    Lucas Zurli Monteiro

    PROJETO DE GRADUAO APRESENTADO AO CORPO DOCENTE DO DEPARTAMENTO DE ESTRUTURAS DA ESCOLA POLITCNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO, COMO REQUISITO PARA A OBTENO DO TTULO DE ENGENHEIRO CIVIL.

    Examinado por:

    ___________________________________

    Francisco Jos Costa Reis Prof. Assistente, M.Sc., EP/UFRJ (Orientador)

    ___________________________________

    Ricardo Valeriano Alves Prof. Adjunto, D.Sc., EP/UFRJ (Co-Orientador)

    ___________________________________

    Henrique Inneco Longo Prof. Associado, D.Sc., EP/UFRJ

    ___________________________________

    Flvia Moll de Souza Judice Prof. Adjunto, D.Sc., EP/UFRJ

    Rio de Janeiro RJ - Brasil Maro de 2014

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    Monteiro, Lucas Zurli

    Estudo de plataformas estaqueadas para estocagem de contineres em alternativa execuo de aterro sobre solos moles.

    / Lucas Zurli Monteiro Rio de Janeiro: UFRJ/ Escola Politcnica, 2014.

    X, 57 p.: il.; 29,7 cm. Orientadores: Francisco Costa Reis,

    Ricardo Valeriano Alves. Projeto de Graduao UFRJ/ Escola

    Politcnica/ Curso de Engenharia Civil, 2014.

    Referncias Bibliogrficas: p. 50. 1. Plataforma Estaqueada. 2.

    Estocagem de Continer. 3. Porto.

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    Agradecimentos

    Agradeo aos meus pais, Luiz Edmundo de Andrade Monteiro e Andrea Zurli Freire, por terem sido meus grandes exemplos na vida. Tenho enorme orgulho de ser filho de vocs. Saibam que estiveram e estaro sempre por trs de todas as minhas conquistas.

    Ao meu segundo pai, Augusto Csar Guimares Freire, por ter sido outro grande exemplo na minha vida. Tenho muita sorte da minha me ter se casado com voc. Obrigado por toda ajuda e assistncia, sem voc este trabalho no teria sado.

    s minhas irms, Juliana e Marcela, por sempre estarem do meu lado. Sei que sempre poderei contar com vocs.

    Aos meus colegas de trabalho, da Beton Stahl Engenharia, por toda ajuda que me deram e a compresso quando precisei faltar ao trabalho para terminar o projeto. Em especial ao meu chefe, Vitor Texeira Ferreira, pelos ensinamentos prestados, desenhista Debora, pela ajuda nos desenhos e ao engenheiro Gabriel Nocito.

    minha noiva e futura esposa, Ana Carolina Jardim Salgado Martins, pela compreenso, pacincia e confiana, obrigado por me ajudar em minhas conquistas.

    Aos meus amigos de faculdade Filipe Meirellis, Sandro Gomes, Pedro Ariel, Paulo Pillar, Vitor Dutra, Vincius Bayeh, Thomaz Barboza e outros que sempre estiveram do meu lado durante o curso, me ajudando sempre que precisei.

    Aos meus professores que sempre tiveram pacincia para me passar seus

    conhecimentos, em especial aos professores Francisco Costa Reis, Ricardo Valeriano, Henrique Longo e professora Flvia Moll, pela ajuda e orientao neste trabalho.

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    Resumo do Projeto de Graduao apresentado Escola Politcnica/UFRJ como parte dos requisitos necessrios obteno do grau de Engenheiro Civil.

    Lucas Zurli Monteiro

    Maro /2014

    Orientadores: Francisco Jos Costa Reis e Ricardo Valeriano Alves. Curso: Engenharia Civil

    Face ao crescimento mundial do comrcio de contineres e consequente demanda da construo de novos terminais porturios especializados neste tipo de operao, faz-se necessria a construo de grandes reas para serem utilizadas para estoque e movimentao de contineres.

    Estas reas, normalmente situadas atrs das estruturas de atracao, denominam-se retrorea. De uma maneira geral, encontram-se sobre lminas dgua e solos frequentemente moles e contaminados. A soluo de aterro sobre essas reas era amplamente utilizada no passado, entretanto, em funo crescente preocupao ambiental e, muitas vezes, por razes econmicas, esta retrorea passou a ser constituda por uma plataforma estaqueada.

    Este trabalho tem por objetivo analisar e comparar trs solues estruturais para este tipo de estrutura levando em conta o aspecto econmico, consumo de materiais e a metodologia executiva.

    Primeiramente ser feita uma descrio e uma anlise crtica dos carregamentos tpicos para reas de estoque de contineres e sobrecargas utilizadas usualmente em projetos deste tipo de estrutura. Alm disso, sero levantadas as indicaes de diferentes normas a este respeito. Em seguida, sero estudados trs diferentes tipos de sistemas estruturais utilizados em plataformas estaqueadas com o auxlio de modelagem computacional. Por fim, estes sero comparados.

    Palavras-chave: Plataforma Estaqueada, Estocagem de Continer, Porto.

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    Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for degree of Engineer.

    Lucas Zurli Monteiro

    March /2014

    Advisors: Francisco Jos Costa Reis e Ricardo Valeriano Alves. Course: Civil Engineering

    Due to the global growth of the container trade and the consequent demand for construction of new port terminals specialized in this type of operation, it is necessary to build large areas for container storage and handling.

    Usually located behind the mooring structures, these areas are named retro areas. In general, they are on water depths and often over soft contaminated soils. The landfilling solution on these areas was widely used in the past, however, due to the growing of environmental concerns and often for economic reasons, this retro area has been implemented as a pilling foundation platform.

    This work aims to analyze and compare three structural solutions for this type of structure, pilling foundation platform for containers storage, taking into account the economic aspect, material consumption and construction methodology.

    First a description and critical analysis of typical equipment loads will be made for these storage areas and also commonly surcharge loads usually used in projects of this type. This work will also describe the storage containers loads of different standards usually adopted in this matter. Then, three different types of structural systems used in pilling platforms will be analyzed with aid of computational modeling. Finally, the three different structural solutions will be compared.

    Key-words: Pilling platforms, Container Storage, Port.

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    SUMRIO

    1. Introduo ..................................................................................................................... 1 1.1 Consideraes Iniciais .................................................................................................. 1 1.2 Objetivos e Metodologia .............................................................................................. 1 2. Disposies Normativas ............................................................................................... 4

    2.1 ROM Recomendaes para Obras Martimas ........................................................... 4 2.2 NBR9782/1987 ............................................................................................................. 7 2.3 British Standards BS6349 1:2000 .......................................................................... 7 3. Materiais utilizados ...................................................................................................... 8 4. Alternativas Estudadas ................................................................................................. 9 4.1 Soluo 1 Laje bidirecional e vigas com mesma rigidez nas duas direes ............. 9 4.2 Soluo 2 Pr-moldados apoiados em vigas em uma direo .......................... 25 4.3 Soluo 3 Pr-moldados PR-LAJE apoiados em vigas em uma direo .......... 32 5. Modelo Matemtico ................................................................................................... 35 5.1 Carregamentos considerados em todas as alternativas ............................................... 37 5.1.1 Peso Prprio ............................................................................................................... 37 5.1.2 Pavimento ................................................................................................................... 37 5.1.3 Enchimento ................................................................................................................. 38 5.1.4 Sobrecarga .................................................................................................................. 38 5.1.5 Carga provocada pelo apoio do continer .................................................................. 39 5.1.6 Carga provocada pelos apoios dos equipamentos ...................................................... 40 5.2 Combinaes .............................................................................................................. 41 5.3 Resultados Obtidos ..................................................................................................... 43 6. Dimensionamento ....................................................................................................... 45 7. Comparaes Quantitativas e Qualitativas Entre as Solues Estudadas .................. 46 8. Concluses e Sugestes para Trabalhos Futuros ........................................................ 49 9. Bibliografia ................................................................................................................. 50 A. Anexo A Rotinas de Dimensionamento Flexo Simples...................................... 51 B. Anexo B Clculo dos Quantitativos ........................................................................ 52

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    LISTA DE FIGURAS

    Figura 1 Padro de Estocagem de Contineres ....................................................................... 3 Figura 2 Continer de 20 ps ................................................................................................... 3 Figura 3 rea que exerce presso no pavimento (dimenses em m). ..................................... 5 Figura 4 MHC operando. ......................................................................................................... 6 Figura 5 Estaqueamento (dimenses em cm). ......................................................................... 9 Figura 6 Dimenses em planta da PASTILHA (dimenses em cm). ................................ 10 Figura 7 Dimenses em planta do T INVERTIDO (dimenses em cm). .......................... 11 Figura 8 Seo transversal do T INVERTIDO (dimenses em cm). ................................. 11 Figura 9 Dimenses em planta da CAMBOTA (dimenses em cm). ................................ 12 Figura 10 Seo Transversal da CAMBOTA (dimenses em cm). ................................... 12 Figura 11 Arranjo estrutural da superestrutura (dimenses em cm). .................................... 13 Figura 12 Corte transversal tpico (dimenses em cm). ........................................................ 13 Figura 13 Fabricao das estacas pr-moldadas. ................................................................... 14 Figura 14 Transporte das estacas pr-moldadas. ................................................................... 14 Figura 15 Cravao das estacas pr-moldadas. ..................................................................... 15 Figura 16 Arrasamento das estacas pr-moldadas. ................................................................ 15 Figura 17 Arrasamento das estacas pr-moldadas e colocao da braadeira metlica. ....... 16 Figura 18 Arrasamento das estacas pr-moldadas. ................................................................ 16 Figura 19 Fabricao do pr-moldado PASTILHA. .......................................................... 17 Figura 20 Montagem do pr-moldado PASTILHA. .......................................................... 17 Figura 21 Solidarizao do pr-moldado PASTILHA com a estaca. ................................ 18 Figura 22 Fabricao do pr-moldado T INVERTIDO. .................................................... 18 Figura 23 Fabricao do pr-moldado CAMBOTA. ......................................................... 19 Figura 24 Montagem do pr-moldado T INVERTIDO. .................................................... 19 Figura 25 Montagem do pr-moldado T INVERTIDO. .................................................... 20 Figura 26 Montagem do pr-moldado CAMBOTA. ......................................................... 20 Figura 27 Montagem do pr-moldado CAMBOTA. ......................................................... 21 Figura 28 Viso geral aps montagem dos pr-moldados. .................................................... 21 Figura 29 Colocao das armaduras complementares nas vigas. .......................................... 22 Figura 30 Concretagem das vigas at o nvel do pr-moldado cambota. .......................... 22 Figura 31 Colocao da armadura negativa da viga e da laje. .............................................. 23 Figura 32 Concretagem da sobrelaje. .................................................................................... 23

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    Figura 33 Viso geral da plataforma aps finalizar a concretagem. ..................................... 24 Figura 34 Colocao do enchimento. .................................................................................... 24 Figura 35 Colocao do pavimento. ...................................................................................... 25 Figura 36 Dimenses em planta do pr-moldado CALHA (dimenses em cm). .............. 26 Figura 37 Seo transversal do pr-moldado CALHA (dimenses em cm). ..................... 26 Figura 38 Dimenses em planta do pr-moldado (dimenses em cm). .......................... 27 Figura 39 Seo transversal do pr-moldado (dimenses em cm).................................. 27 Figura 40 Seo longitudinal do pr-moldado (dimenses em cm)................................ 27 Figura 41 Arranjo geral dos pr-moldados (dimenses em cm). .......................................... 28 Figura 42 Corte na direo horizontal (dimenses em cm). .................................................. 28 Figura 43 Corte na direo vertical (dimenses em cm). ...................................................... 29 Figura 44 Disposio dos pr-moldados CALHA em uma soluo com vigas nas duas direes. .................................................................................................................................... 30 Figura 45 Disposio dos pr-moldados retangulares em apenas uma direo. ................... 30 Figura 46 Montagem dos pr-moldados . ........................................................................ 31 Figura 47 Montagem dos pr-moldados . ........................................................................ 32 Figura 48 Dimenses em planta do pr-moldado CALHA (dimenses em cm). .............. 33 Figura 49 Seo transversal do pr-moldado CALHA (dimenses em cm). ..................... 33 Figura 50 Dimenses em planta do pr-moldado PR-LAJE (dimenses em cm). .......... 33 Figura 51 Seo transversal do pr-moldado PR-LAJE (dimenses em cm).................. 34 Figura 52 Arranjo geral de pr-moldados (dimenses em cm). ............................................ 34 Figura 53 Corte horizontal da plataforma (dimenses em cm). ............................................ 35 Figura 54 Viso geral do modelo da soluo 1.............................................. ....................... 36 Figura 55 Viso geral do modelo da soluo 2. .................................................................... 36 Figura 56 Carregamento devido Sobrecarga Posio 1 ................................................... 38 Figura 57 Carregamento devido Sobrecarga Posio 2 ................................................... 39 Figura 58 Carregamento devido Sobrecarga Posio 3 ................................................... 39 Figura 59 Espraiamento da carga no caso da soluo 1 (dimenses em cm). ....................... 40 Figura 60 Carregamento devido ao apoio do continer. ........................................................ 40 Figura 61 Direes principais dos momentos fletores........................................................... 43 Figura 62 Exemplo de momento fletor na direo M11. ....................................................... 43

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    LISTA DE TABELAS

    Tabela 1 - Valores caractersticos nominais mnimos de sobrecarga para obras de acostagem. (Fonte: NBR 9782/1987) ............................................................................................................ 7 Tabela 2 Carregamento de continer, expresso em carga distribuda. (Fonte: BS6349-1:2000) ........................................................................................................................................ 8 Tabela 3 Coeficientes de ponderao para aes permanentes. (Fonte: NBR 9782/1987) ... 41 Tabela 4 Coeficientes de ponderao para aes variveis. (Fonte: NBR 9782/1987) ......... 41 Tabela 5 Combinaes dos Carregamentos Atuantes............................................................ 42 Tabela 6 Momentos fletores obtidos na soluo 1. ............................................................... 44 Tabela 7 Momentos fletores obtidos na soluo 2. ............................................................... 44 Tabela 8 Momentos fletores obtidos na soluo 3. ............................................................... 44 Tabela 9 Armadura necessria encontrada na soluo 1. ...................................................... 45 Tabela 10 Armadura necessria encontrada na soluo 2. .................................................... 45 Tabela 11 Armadura necessria encontrada na soluo 3. .................................................... 46 Tabela 12 Tabela Comparativa de Quantidades .................................................................... 47 Tabela 13 Tabela Comparativa de Vantagens e Desvantagens ............................................. 47

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    1. Introduo

    1.1 Consideraes Iniciais

    Nas ltimas dcadas, o comrcio de mercadorias utilizando contineres tem aumentado e, por consequncia, a demanda por projetos de obras porturias para este tipo de carga especializada.

    Nos terminais de contineres necessrio que exista uma grande rea atrs da estrutura de atracao para movimentao e estocagem da carga. Esta rea denomina-se retrorea e, de uma maneira geral, encontra-se sobre lminas dgua e solos, frequentemente, moles e contaminados.

    A soluo de aterro sobre essas reas foi amplamente utilizada no passado. Entretanto, em funo da crescente preocupao ambiental e por razes econmicas - normalmente muito caro fazer um aterro sobre solos moles ou solos que necessitam ser tratados - passou a ser uma boa soluo adotar a alternativa em plataforma estaqueada para conformar a retrorea.

    Outro aspecto importante a ser ressaltado que a prtica atual de manuseio e estocagem de contineres se d com empilhamento dos mesmos at seis alturas. Com isto, a carga transferida estrutura passou a ter grande importncia na anlise dos elementos estruturais de suporte.

    O cenrio e as consideraes acima motivaram o presente trabalho.

    1.2 Objetivos e Metodologia Este trabalho tem como objetivo analisar e comparar trs solues estruturais para uma

    plataforma estaqueada para estocagem de contineres. Alm disso, este trabalho tem como propsito verificar se a norma brasileira NBR 9782/1987 deficiente em relao aos carregamentos prescritos para este tipo de estrutura.

    Para tal, ser feito um estudo de caso, no qual trs solues estruturais sero apresentadas, modeladas e analisadas com auxlio do programa comercial de anlise estrutural, SAP2000, baseado no mtodo dos elementos finitos.

    A partir desses resultados, a estrutura ser dimensionada com base nas prescries da norma brasileira, NBR 6118/2003 e NBR 9782/1987. Ao fim, os resultados encontrados para cada soluo sero comparados. Alm disso, sero apresentadas as vantagens e desvantagens em relao ao consumo dos principais insumos estruturais e metodologia executiva de cada soluo.

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    As trs alternativas estudadas so empregadas, em maior ou menor escala, na construo de obras porturias, pois no utilizam forma no local onde a plataforma ser construda, mas sim peas pr-moldadas. Para este tipo de obra, essa soluo essencial devido s dificuldades de execuo de formas e concretagem no local da obra.

    Ser estudado um tipo de plataforma que pode estocar at seis contineres ao alto, padro muito utilizado atualmente pelos operadores porturios, conforme mostra a Figura 1. A infraestrutura das trs alternativas ser constituda por estacas circulares de 0,80m de dimetro externo, vazadas, com espessura de parede interna com 0,15m. Essas estacas so muito utilizadas no mercado nacional, com carga mxima variando entre 3000 kN e 3500kN.

    Para que apenas a superestrutura seja comparada, todas as alternativas tero a mesma altura de pavimento (0,10m) e de enchimento (0,50m). A necessidade da existncia dessa camada de enchimento tornou-se imperativa face magnitude das presses de contato dos apoios dos contineres com o pavimento. Estas presses ocorrem, pois os contineres se apoiam em quatro quinas (Fig.2), e no ao longo do seu comprimento, como pressuposto pela presena dos rodaps laterais. Devido a essa caracterstica, cada continer cheio, que pode pesar at 300 kN, transmite sua carga para o pavimento em uma rea de 0,178m x 0,162m. Alm disso, esta camada de enchimento d maior flexibilidade na execuo das instalaes hidrulicas, eltricas e de drenagem, necessrias operao da retrorea.

    O estudo foi feito com base em uma plataforma de 25m x 25m, com condies de contorno adequadas para simular uma regio central de uma plataforma com quaisquer dimenses.

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    Figura 1 Padro de Estocagem de Contineres

    Figura 2 Continer de 20 ps

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    2. Disposies Normativas

    2.1 ROM Recomendaes para Obras Martimas

    A ROM uma publicao espanhola, elaborada pelo rgo pblico da Espanha Puertos del Estado, que teve sua primeira comisso tcnica criada em 1987. A ROM pretende ser a base para futuras publicaes espanholas, reunindo a tecnologia mais avanada no campo da engenharia martima e porturia, com o intuito de ser um instrumento tcnico para projetistas, supervisores e construtores, facilitando aos diferentes rgos do Estado espanhol e s empresas privadas o fcil acesso informao especializada necessria para o desenvolvimento de seus trabalhos. Estas publicaes no tm poder normativo, porm, so algumas das recomendaes mais completas e utilizadas no mercado.

    A publicao da ROM 4.1-94, que traz recomendaes para projetar e construir pavimentos porturios, em seu item 3.1.1.3, determina que se considere que as cargas dos contineres se transmitem ao piso por elementos de apoio de 0,178 m x 0,162 m situados nas quatro quinas de apoio, como mostrado na figura 2.

    A unidade de medida no transporte de contineres o TEU (Transport Equivalent Unit), equivalente a 20 ps. Atualmente, os contineres mais utilizados so os de 20 ps (1 TEU) e de 40 ps (2 TEUS).

    A publicao cita que a carga mxima para um continer de 20 ps de 200 kN e para um continer de 40 ps de 300 kN, e que as presses de contato sobre o pavimento dependem da carga, da forma de armazenar os contineres (fila simples ou fila mltipla) e das alturas de empilhamento (de uma a cinco, mas podendo ultrapassar esta ltima).

    Devido experincia profissional, foi utilizado no trabalho o continer de 20 ps com carga mxima de 300 kN, pois sabe-se que dependendo da carga transportada, por exemplo azulejos, pode-se chegar a esse valor.

    A ROM tambm afirma que a probabilidade de que todos os contineres estejam totalmente carregados em altura relativamente pequena. Por esta razo, para estimativa de cargas aplicadas, acredita-se que pode ser adotado um coeficiente redutor de peso dependendo da altura de armazenamento (at 40% para empilhamentos de cinco alturas ou mais).

    Esta hiptese para reduo da carga adotada no projeto foi corroborada por experincia profissional. Operadores porturios afirmam que, quando chegam contineres transportando cargas que podem alcanar seu peso mximo, estes so levados a reas especficas e que seguem padres de armazenamento prprio.

    As presses transmitidas ao solo devidas s cargas concentradas provenientes dos apoios do continer so muito elevadas. Neste trabalho, como foi adotado o padro de

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    empilhamento de seis contineres, cada um com carga mxima de 300 kN, chega-se a 1800 kN, que reduzidos de 40%, levam a 1080 kN (fora que deve ser transmitida ao pavimento). Como os contineres tm quatro apoios, cada apoio recebe 270 kN. Devido ao fato do armazenamento poder ocorrer na configurao de quatro pilhas de contineres justapostas, em uma rea de 0,356 m x 0,324 m, conforme ilustra a Figura 3, tem-se a fora total de 1080 kN exercendo uma presso no pavimento de 9.363 kN/m.

    Figura 3 rea que exerce presso no pavimento (dimenses em m).

    A publicao Espanhola tambm afirma que o projetista deve considerar, de acordo com os critrios pr-estabelecidos de planificao porturia e os especificados pelo cliente ou pela Autoridade Porturia, as caractersticas dos equipamentos de manipulao de mercadoria que operam na zona, sua localizao e a forma como solicitam o pavimento.

    Equipamentos citados na ROM 4.1-94:

    Prticos de Armazenamento (Transtineres): Dedicam-se manipulao de contineres nas zonas de armazenamento dos mesmos,

    em altura de at cinco contineres. Movem-se sobre pneumticos ou trilhos. Transmitem cargas da ordem de 450 kN por roda e presses de contato de 1,1 MPa.

    Straddle Carriers: So veculos destinados manipulao de contineres, admitindo at trs alturas de

    armazenamento de contineres. Transmitem cargas da ordem de 260 kN por par de rodas e presses de contato de at 1,1 MPa.

    Front Lift Trucks e Side Loader Lift Trucks: So utilizados para a manipulao de contineres, admitindo armazenamento de at

    quatro alturas. Alguns s manipulam contineres de 20 ps e outros podem manipular tambm os de 40 ps. Estes dois tipos de veculos podem gerar at 0,6 MPa de presso no pavimento.

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    Mobile Cranes: So veculos destinados manipulao de carga geral. Quando manipulam

    contineres, admitem armazenamento de at quatro alturas. As gruas possuem peso prprio de 1400 kN levando a uma carga sobre cada apoio de 1100 kN .

    Neste trabalho, adotou-se o MHC, guindaste porturio sobre rodas que se apoia em patolas quanto est em operao, como equipamento de manipulao. Este equipamento possui patola com 1,80m x 5,50m, transferindo a carga mxima de 3775 kN para o pavimento - dados fornecidos por um operador porturio. A Figura 4 mostra um MHC em operao. Nota-se que a ROM est ultrapassada em relao aos veculos prescritos.

    Figura 4 MHC operando.

    Em relao sobrecarga que deve ser utilizada em toda a plataforma, a ROM 2.0-11, no item 4.6.4.1, afirma que para uso de continer, deve ser adotada:

    q = 15 kN/m, para contineres vazios empilhados em at 4 alturas

    q = 18 kN/m, para contineres cheios empilhados em 1 altura

    q = 30 kN/m, para contineres cheios empilhados em 2 alturas

    q = 45 kN/m, para contineres cheios empilhados em 3 alturas

    q = 60 kN/m, para contineres cheios empilhados em 4 alturas

    q = 75 kN/m, para contineres cheios empilhados em 5 alturas

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    A ROM 2.0-11, por se tratar de uma publicao especifica para obras de atracao e amarrao, no contempla a sobrecarga possvel de seis alturas, presente nas reas de estocagem.

    2.2 NBR9782/1987

    A norma brasileira, NBR9782/1987, por se tratar de norma antiga, no apresenta qualquer indicao especfica em relao s estruturas para estoque de continer. No caso de cais ou per para continer, a sobrecarga indicada de 40 kN/m, como mostra a Tabela 1, item 4 da NBR9782/1987. O valor mximo indicado na norma para algum tipo de obra especfica de 100 kN/m.

    Tabela 1 - Valores caractersticos nominais mnimos de sobrecarga para obras de acostagem. (Fonte: NBR 9782/1987)

    2.3 British Standards BS6349 1:2000

    A norma britnica, BS6349, afirma que o importante a ser considerado em projetos de obras porturias especializadas em contineres so as cargas dos apoios dos contineres ou equipamentos de manipulao e armazenagem de contineres. A Tabela 2 indica sobrecargas nominais para diferentes alturas de continer, definidas no item 44.3 da norma britnica.

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    Tabela 2 Carregamento de continer, expresso em carga distribuda. (Fonte: BS6349-1:2000)

    3. Materiais utilizados

    3.1 Concreto Ser utilizado concreto com resistncia caracterstica compresso fck = 40MPa,

    devido s condies inerentes a este tipo de obra.

    Segundo item 8.2.8 da NBR 6118/03, os mdulos de elasticidade inicial (E) e secante (E) so calculados de acordo com as expresses abaixo:

    E = 5600f(3.1)

    E = 0,85E(3.2)

    Sendo assim, tem-se para fck= 40MPa: = 35.417

    = 30.104

    Outras propriedades fsicas importantes do material, de acordo com o item 8.2 da NBR 6118, so:

    = 25 !" (peso especfico) $ = 0,2 (coeficiente de Poisson) % = 12,5% (mdulo de elasticidade transversal) & = 10'( (coeficiente de dilatao trmica)

    3.2 Ao para armadura passiva Ser utilizado ao CA-50, com as seguintes propriedades:

    f* = 500MPa (tenso de escoamento CA50) E = 210GPa (mdulo de elasticidade longitudinal) = 0,3 (coeficiente de Poisson)

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    G = 0,385E = 80,77GPa (mdulo de elasticidade transversal) = 1,2x10'( (coeficiente de dilatao trmica) = 78,5 kN m" (peso especfico)

    4. Alternativas Estudadas

    4.1 Soluo 1 Laje bidirecional e vigas com mesma rigidez nas duas direes Esta soluo ainda no muito utilizada pelos projetistas, porm, acredita-se que a

    mais eficiente por consumir menos material.

    Sua infraestrutura composta por estacas dispostas a cada 5 m, conforme mostra a Figura 5. Como dito anteriormente, as estacas so pr-moldadas, vazadas e circulares, com 0,80 m de dimetro externo e com 0,50 m de dimetro interno.

    Figura 5 Estaqueamento (dimenses em cm).

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    A superestrutura desta soluo constituda por vigas de concreto armado nas duas direes, dispostas a cada 5 m, com seo transversal com dimenses de 0,80m x 0,80m e laje de 0,40 m.

    Para evitar a utilizao de formas no local da obra, devido s condies inerentes s obras martimas, esta soluo constituda por trs diferentes tipos de pr-moldados.

    O primeiro pr-moldado, tipo PASTILHA, ser ilustrado no mtodo executivo desta soluo. O mesmo tem como objetivo apoiar os demais pr-moldados e garantir o nivelamento da superestrutura. A PASTILHA em planta possui dimenses de 1,80m x 1,80m, conforme mostra a Figura 6, e peso aproximado de 18 kN.

    Figura 6 Dimenses em planta da PASTILHA (dimenses em cm).

    O segundo pr-moldado, o T INVERTIDO, incorpora parte da armadura das vigas, servindo como forma inferior da mesma e apoia-se nas PASTILHAS. As vigas poderiam ser feitas de forma alternativa, utilizando-se apenas concreto in loco. A soluo pr-moldada foi adotada pela dificuldade da execuo da forma e desforma do fundo das vigas, em detrimento de um pequeno aumento de ao quando se adota esta soluo. Suas dimenses esto descritas nas Figuras 7 e 8. Possui peso aproximado de 18 kN.

  • 11

    Figura 7 Dimenses em planta do T INVERTIDO (dimenses em cm).

    Figura 8 Seo transversal do T INVERTIDO (dimenses em cm).

    O terceiro pr-moldado, CAMBOTA, tambm apoiado nas PASTILHAS. As CAMBOTAS so pr-lajes que servem como formas laterais para as vigas e nelas esto as armaduras inferiores da laje. Estes pr-moldados apresentam dimenses de 4,20m x 4,20m em planta, conforme mostra a Figura 9, e 0,20m de espessura, conforme mostra a Figura 10. Pode-se observar que esses elementos pr-moldados apresentam maiores dimenses e, consequentemente, maiores dificuldades de transporte e estocagem. Possuem peso aproximado de 116 kN e formas mais complexas.

  • 12

    Figura 9 Dimenses em planta da CAMBOTA (dimenses em cm).

    Figura 10 Seo Transversal da CAMBOTA (dimenses em cm).

    A Figura 11 mostra o arranjo geral dos pr-moldados da plataforma estudada e a Figura 12 mostra um corte transversal tpico de toda plataforma.

  • 13

    Figura 11 Arranjo estrutural da superestrutura (dimenses em cm).

    Figura 12 Corte transversal tpico (dimenses em cm).

    Pr-moldado PASTILHA

    Pr-moldado T INVERTIDO

  • 14

    A descrio do mtodo executivo desta soluo comea na fabricao das estacas pr-moldadas no canteiro de obra. Para esta fabricao, so utilizadas formas metlicas, conforme mostra a Figura 13. Aps a sua fabricao, as estacas so transportadas para local onde a obra est sendo executada e depois so cravadas, conforme as Figuras 14 e 15.

    Figura 13 Fabricao das estacas pr-moldadas.

    Figura 14 Transporte das estacas pr-moldadas.

  • 15

    Figura 15 Cravao das estacas pr-moldadas.

    Aps a cravao das estacas, estas so arrasadas na cota de projeto, conforme mostram as Figura 16, 17 e 18. Nesta etapa, so colocadas as braadeiras metlicas para nivelamento do pr-moldado PASTILHA, conforme mostra a Figura 17.

    Figura 16 Arrasamento das estacas pr-moldadas.

  • 16

    Figura 17 Arrasamento das estacas pr-moldadas e colocao da braadeira metlica.

    Figura 18 Arrasamento das estacas pr-moldadas.

    O pr-moldado PASTILHA fabricado, conforme mostra a Figura 19. Aps o arrasamento das estacas, este transportado e montado, como mostra a Figura 20. A regio central da PASTILHA concretada para solidarizao com as estacas, conforme a Figura 21.

  • 17

    Figura 19 Fabricao do pr-moldado PASTILHA.

    Figura 20 Montagem do pr-moldado PASTILHA.

  • 18

    Figura 21 Solidarizao do pr-moldado PASTILHA com a estaca. Os pr-moldados T INVERTIDO e CAMBOTA so fabricados conforme mostram

    as Figuras 22 e 23. Aps a cura da regio central da PASTILHA, so montados os pr-moldados T INVERTIDO, como possvel observar nas Figura 24 e 25. Em seguida, montada a CAMBOTA, conforme as Figuras 26 e 27. A Figura 28 mostra uma viso geral da obra aps finalizarem estas ltimas etapas, ou seja, aps a montagem de todos os pr-moldados.

    Figura 22 Fabricao do pr-moldado T INVERTIDO.

  • 19

    Figura 23 Fabricao do pr-moldado CAMBOTA.

    Figura 24 Montagem do pr-moldado T INVERTIDO.

  • 20

    Figura 25 Montagem do pr-moldado T INVERTIDO.

    Figura 26 Montagem do pr-moldado CAMBOTA.

  • 21

    Figura 27 Montagem do pr-moldado CAMBOTA.

    Figura 28 Viso geral aps montagem dos pr-moldados.

  • 22

    A prxima etapa a colocao das armaduras complementares nas vigas, conforme mostra a Figura 29, e a concretagem das vigas at o nvel do pr-moldado CAMBOTA, tal como ilustra a Figura 30.

    Figura 29 Colocao das armaduras complementares nas vigas.

    Figura 30 Concretagem das vigas at o nvel do pr-moldado cambota.

  • 23

    A seguir feita a colocao das armaduras superiores das vigas e da laje, conforme mostra Figura 31 e a concretagem da sobrelaje de 0,20m, de acordo com a Figura 32. A Figura 33 mostra a plataforma com toda fase de concretagem finalizada.

    Figura 31 Colocao da armadura negativa da viga e da laje.

    Figura 32 Concretagem da sobrelaje.

  • 24

    Figura 33 Viso geral da plataforma aps finalizar a concretagem.

    Aps a finalizao dessa etapa, compacta-se o enchimento sobre toda a plataforma, conforme mostra a Figura 34, e por ltimo, coloca-se o pavimento, conforme mostra a Figura

    35.

    Figura 34 Colocao do enchimento.

  • 25

    Figura 35 Colocao do pavimento.

    A soluo desse pavimento para rea de estoque de continer uma das mais utilizadas, pois alm da resistncia, superior a 50 MPa, possui excelente comportamento ao trfego de equipamentos pesados devido ao intertravamento por possuir um grande nmero de facetas em cada elemento.

    4.2 Soluo 2 Pr-moldados apoiados em vigas em uma direo

    A Soluo 2 amplamente utilizada pelos projetistas para as estruturas de atracao, cais ou per. Possuem vigas na direo longitudinal para apoio de equipamentos sobre trilho. Normalmente, esta soluo estendida para o ptio de estocagem, por isso uma das alternativa a serem estudadas.

    Esta soluo tem a infraestrutura exatamente igual soluo 1. J sua superestrutura

    constituda por vigas de concreto armado apenas na direo dos eixos horizontais com dimenses de 1,30m x 1,30m.

    Tambm nesta soluo utilizaram-se trs tipos diferentes de pr-moldados. Alm do pr-moldado PASTILHA, tambm presente na primeira soluo, utilizou-se o pr-moldado CALHA. Este pr-moldado define a parte inferior da viga, servindo como forma.

    Pode-se tambm usar nesta soluo, ao invs do pr-moldado CALHA, pr-moldado retangular com forma menos complexa, porm, com maior dificuldade de montagem devido

  • 26

    interferncia de sua armadura com a espera da estaca. No pr-moldado CALHA, como se pode colocar a armadura principal da viga aps a sua montagem, tem-se menos interferncias. Este pr-moldado apoia-se nos pr-moldados PASTILHA e apresenta as dimenses indicadas nas Figura 36 e 37. Possui peso aproximado de 30 kN.

    Figura 36 Dimenses em planta do pr-moldado CALHA (dimenses em cm).

    Figura 37 Seo transversal do pr-moldado CALHA (dimenses em cm).

    Outro pr-moldado utilizado o tipo . Este apoiado nas vigas principais, servindo como forma lateral para a segunda fase de concretagem das vigas, conforme ser visto na metodologia executiva desta soluo. Suas dimenses em planta so de 4,00m x 2,50m, conforme mostra a Figura 38. Suas vigotas tm largura mdia de 0,30m e altura de 0,60m, e possui laje de 0,10m, conforme mostram as Figuras 39 e 40, que serve como pr-laje. Possui peso aproximado de 55 kN.

  • 27

    Figura 38 Dimenses em planta do pr-moldado (dimenses em cm).

    Figura 39 Seo transversal do pr-moldado (dimenses em cm).

    Figura 40 Seo longitudinal do pr-moldado (dimenses em cm).

  • 28

    A Figura 41 mostra o arranjo geral dos pr-moldados da plataforma estudada. Na Figura 42 observa-se um corte na direo horizontal e, na Figura 43, um corte na direo vertical.

    Figura 41 Arranjo geral dos pr-moldados (dimenses em cm).

    Figura 42 Corte na direo horizontal (dimenses em cm).

    PM01 pr-moldado PASTILHA.

    PM02 pr-moldado CALHA.

    PM03 pr-moldado .

  • 29

    Figura 43 Corte na direo vertical (dimenses em cm).

    O mtodo executivo desta soluo segue os mesmos procedimentos de montagem da soluo 1, at a etapa de colocao da PASTILHA, que serve para apoio dos pr-moldados CALHA. Aps posicionados, estes servem de forma para as vigas, conforme mostrado na Figura 44. Nesta figura, os pr-moldados CALHA esto dispostos nas duas direes, pois trata-se de uma obra de atracao onde houve necessidade de aporticamento das estacas unicamente verticais, no sendo o caso da alternativa estudada. Esta figura apenas serve para ilustrar como a forma do pr-moldado CALHA.

    A Figura 45 mostra a montagem de vigas em uma direo, com o emprego de pr-moldado retangular, que tambm pode ser utilizado nesse tipo de soluo.

  • 30

    Figura 44 Disposio dos pr-moldados CALHA em uma soluo com vigas nas duas direes.

    Figura 45 Disposio dos pr-moldados retangulares em apenas uma direo.

  • 31

    A prxima etapa desta soluo a colocao da armadura da viga no interior do pr-moldado CALHA para posterior concretagem, finalizando a primeira fase de concretagem. Aps essa etapa, o aspecto do pr-moldado CALHA fica semelhante ao pr-moldado retangular da Figura 45. A seguir, os pr-moldados , j fabricados, so transportados e montados, apoiando-se na viga longitudinal com a primeira fase concretada, conforme mostra a Figura 46. Os pr-moldados s podem ser montados aps a concretagem interna dos pr-moldados CALHA e a continuidade dos mesmos sobre as estacas, para que a estrutura no fique instvel.

    Figura 46 Montagem dos pr-moldados .

    A Figura 47 mostra a montagem dos pr-moldados , j com a laje incorporada, diferentemente da soluo estudada, onde h uma sobrelaje concretada sobre a pr-laje do . As duas solues so similares em termos de dimensionamento. A diferena se d na quantidade de concreto moldado no local da obra. Na alternativa apresentada, optou-se pelo emprego do com pr-laje e posterior concretagem de sobrelaje, por ser uma soluo de maior facilidade para a montagem das armaduras complementares - soluo preferida pelos projetistas.

  • 32

    Figura 47 Montagem dos pr-moldados .

    As prximas etapas so similares soluo 1. Coloca-se a armadura negativa, tanto da viga como da laje, e a sobrelaje concretada. Aps terminar a concretagem final, coloca-se o enchimento e o pavimento.

    4.3 Soluo 3 Pr-moldados PR-LAJE apoiados em vigas em uma direo A soluo 3 tambm muito utilizada pelos projetistas para esse tipo de obra devido

    simplicidade de formas. Esta soluo possui vigas de concreto armado, de seo transversal com dimenses de 1,20m x 1,05m, apenas na direo horizontal, e laje de 0,60m. Esta soluo tem a infraestrutura exatamente igual s anteriores.

    Tambm, neste caso, utilizaram-se trs tipos diferentes de pr-moldados. Alm do pr-moldado PASTILHA, presente nas outras solues, utilizou-se o pr-moldado CALHA, presente na soluo 2, com dimenses diferentes, conforme mostram as Figuras 48 e 49.

  • 33

    Figura 48 Dimenses em planta do pr-moldado CALHA (dimenses em cm).

    Figura 49 Seo transversal do pr-moldado CALHA (dimenses em cm).

    Outro pr-moldado utilizado o tipo PR-LAJE. Este apoiado nas vigas principais, servindo como pr-laje. Suas dimenses em planta so de 4,00m x 2,50m, conforme ilustra a Figura 50, e tem espessura de 0,25m, como mostra a Figura 51.

    Figura 50 Dimenses em planta do pr-moldado PR-LAJE (dimenses em cm).

  • 34

    Figura 51 Seo transversal do pr-moldado PR-LAJE (dimenses em cm).

    A Figura 52 mostra o arranjo geral dos pr-moldados da plataforma estudada e a Figura 53 mostra um corte na direo horizontal. A metodologia executiva desta soluo igual da soluo 2. A nica diferena que ao invs do pr-moldado , esta soluo utiliza o pr-moldado pr-laje. Por esta razo, no ser descrita novamente.

    Figura 52 Arranjo geral de pr-moldados (dimenses em cm).

    Pr-moldado PASTILHA

    Pr-moldado CALHA

  • 35

    Figura 53 Corte horizontal da plataforma (dimenses em cm).

    5. Modelo Matemtico Para cada alternativa estudada, foi elaborado um modelo estrutural do ptio de

    contineres no programa SAP2000 v.15, com elementos de casca discretizados com dimenses de 0,20m x 0,20m.

    Nesse modelo, foram introduzidas as caractersticas geomtricas e fsicas dos elementos e aplicados os carregamentos.

    A plataforma modelada possui dimenses em planta de 25m x 25m. Por se tratar de um estudo genrico, foi considerado um trecho central de uma plataforma com qualquer tamanho, simulando-se as condies necessrias de contorno em suas extremidades.

    A partir dos resultados obtidos no programa, foram feitos os dimensionamentos dos elementos estruturais. A Figura 54 mostra a viso geral do modelo da soluo 1 e, a Figura 55, da soluo 2.

    O eixo das vigas e da laje foram modelados no mesmo plano.

    PM01 PASTILHA.

    PM02 CALHA.

    PM03 PR-LAJE.

  • 36

    Figura 54 Viso geral do modelo da soluo 1.

    Figura 55 Viso geral do modelo da soluo 2.

  • 37

    Para determinar um valor que simule a condio de continuidade da estrutura, foi aplicado um momento unitrio nos ns extremos. Com o valor mdio das rotaes dos ns extremos, no sentido da rotao, define-se a rigidez da mola que dever ser aplicada, tal que:

    k = 1 kN.m/(rotao) = 37.168 kN.m/rad Ns nas quatro extremidades da soluo 1

    k = 1 kN.m/(rotao) = 22.602 kN.m/rad Ns extremos laterais da soluo 2

    k = 1 kN.m/(rotao) = 50.349 kN.m/rad Ns extremos superior e inferior da soluo 2

    k = 1 kN.m/(rotao) = 70.249 kN.m/rad Ns extremos laterais da soluo 3

    k = 1 kN.m/(rotao) = 53.846 kNm/rad Ns extremos superior e inferior da soluo 3

    Para simular as estacas e vigas das trs solues estudadas e, no caso da soluo 2, as vigotas, foram utilizados elementos de barra e para a laje foram utilizados elementos de casca.

    Quanto houve intercesso de um elemento de barra e de casca, foi necessrio que este elemento finito tivesse algum modificador de massa e peso, para que no fosse contabilizado duas vezes. Por exemplo, o peso da espessura de concreto da laje que j esta incorporada no elemento de barra que simula a viga.

    As estacas foram consideradas engastadas a 25m de profundidade nas trs solues. Geralmente, para descobrir-se qual deve ser esse comprimento de engastamento, modela-se uma estaca isolada com as mesmas caractersticas geomtricas das da plataforma, com molas a cada metro simulando o comportamento do solo e aplica-se uma fora unitria. A partir de sua rigidez, descobre-se seu comprimento de engastamento equivalente.

    5.1 Carregamentos considerados em todas as alternativas

    5.1.1 Peso Prprio

    O peso prprio da estrutura gerado automaticamente pelo programa SAP-2000, sendo considerado o peso especfico do concreto 25 kN/m, segundo a NBR 9782/1987, item 3.2.

    5.1.2 Pavimento

    O pavimento foi atribudo no programa SAP2000 como um carregamento distribudo por rea. O peso especfico do pavimento considerado no clculo foi de 24 kN/m, tal como um pavimento de concreto simples, segundo a NBR 9782/1987, item 3.2, com espessura de 0,10m, gerando uma carga de 2,4 kN/m.

  • 38

    5.1.3 Enchimento

    O enchimento tambm foi atribudo no programa SAP2000 como um carregamento distribudo por rea. O peso especfico do enchimento considerado no clculo foi de 18 kN/m, com espessura de 0,50m, gerando uma carga de 9 kN/m.

    5.1.4 Sobrecarga

    A ROM e nenhuma das normas estudadas indicam qualquer sobrecarga para ser utilizada no caso de rea de estoque com altura de empilhamento de seis contineres. A sobrecarga de projeto adotada foi de 100 kN/m, valor bastante utilizado em projetos de estruturas com as mesmas caractersticas das alternativas estudadas.

    Esta carga foi aplicada de trs formas diferentes a fim de se encontrar a envoltria de esforos, tanto em relao ao momento negativo, como em relao ao momento positivo,

    conforme mostram as Figuras 56, 57 e 58. A posio 1 se refere a sobrecarga aplicada em toda a plataforma, a posio 2, a sobrecarga aplicada de uma forma chamada xadrez e, a posio 3, a sobrecarga aplicada em faixas.

    Figura 56 Carregamento devido Sobrecarga Posio 1

  • 39

    Figura 57 Carregamento devido Sobrecarga Posio 2

    Figura 58 Carregamento devido Sobrecarga Posio 3

    5.1.5 Carga provocada pelo apoio do continer

    Para o dimensionamento dos elementos estruturais, tambm foram aplicadas as cargas provocadas pelo apoio do continer como carga distribuda nos elementos de laje. Esta carga foi distribuda em uma rea correspondente aos quatro apoios dos contineres, espraiada a partir da regio de contato com o pavimento at a altura mdia da laje de concreto. A Figura 59 ilustra o espraiamento da carga.

  • 40

    Para facilidade de modelagem, ser aplicada em uma rea de 1,60m x 1,60m. Estas cargas foram aplicadas em quatro posies de armazenamento distintas da laje buscando encontrar a situao que provoca os momentos mximos. A carga aplicada o equivalente a seis contineres de 20 ps empilhados, com uma carga equivalente de 300 kN por continer, conforme descrito no item 2.1 do presente trabalho.

    Figura 59 Espraiamento da carga no caso da soluo 1 (dimenses em cm).

    A Figura 60 mostra como foi aplicado este carregamento, que no caso da soluo 1 teve o valor de 422 kN/m, em uma das quatro posies de armazenamento simuladas.

    Figura 60 Carregamento devido ao apoio do continer.

    5.1.6 Carga provocada pelos apoios dos equipamentos

    Tambm foi aplicado um carregamento de 180 kN/m, em uma rea de 3,0m x 7,0m (mesmo espraiamento utilizado na carga devido ao apoio dos contineres) , devido aos apoios

  • 41

    do equipamento MHC, que possuem dimenses em planta de 1,80m x 5,50m, conforme descrito no item 2.1 do presente trabalho, como carga distribuda nos elementos de laje. Esta carga no foi dimensionante em nenhuma das trs alternativas, por isso no foi considerada no dimensionamento.

    5.2 Combinaes

    Para a determinao dos esforos solicitantes mximos atuantes, devem-se levar em considerao as cargas permanentes e a envoltria das solicitaes devidas s sobrecargas e apoio do continer, conforme a NBR 9782/1987, item 11. As Tabelas 3 e 4 mostram os coeficientes de ponderao, prescritos na norma, para as aes permanentes e variveis, respectivamente. A Tabela 5 mostra as combinaes que sero utilizadas no estudo das trs alternativas.

    Tabela 3 Coeficientes de ponderao para aes permanentes. (Fonte: NBR 9782/1987)

    Tabela 4 Coeficientes de ponderao para aes variveis. (Fonte: NBR 9782/1987)

  • 42

    Para dimensionamento no estado limite ltimo foi utilizado a seguinte combinao, prescrita na NBR 9782/1687:

    67 =869 +;6?6