ponte metÁlica padrÃo 10,00m x 4,20m
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PONTE METÁLICA PADRÃO
10,00m x 4,20m
MEMÓRIA DE CÁLCULO
20-005-MC-001_A
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SUMÁRIO
1.
INTRODUÇÃO ............................................................................................................... 3
OBJETIVO .................................................................................................................. 3
SISTEMA DE UNIDADES ........................................................................................... 3
PARÂMETROS ADOTADOS ....................................................................................... 3
NORMAS UTILIZADAS .............................................................................................. 4
2.
ESTRUTURA E SEÇÃO TÍPICA .................................................................................... 5
3.
METODOLOGIA ............................................................................................................ 6
4.
CARREGAMENTOS ....................................................................................................... 8
PESO PRÓPRIO (DEAD) ............................................................................................. 8
CARGA DE REVESTIMENTO (REV) ........................................................................... 8
SOBRECARGA(SC1) ................................................................................................... 9
SOBRECARGA(SC2) ................................................................................................. 10
SOBRECARGA(SC3) ................................................................................................. 11
SOBRECARGA(SC4) ................................................................................................. 12
SOBRECARGA(SC5) ................................................................................................. 13
PESO PRÓPRIO DO GUARDA-RODAS (PPGR) ......................................................... 14
MOVE 1 .................................................................................................................... 15
MOVE 2 .................................................................................................................... 16
VENTO (VT) ............................................................................................................. 17
FRENAGEM (FREN) ................................................................................................. 18
TEMPERATURA (TEMP1) ........................................................................................ 19
TEMPERATURA (TEMP2) ........................................................................................ 20
COEFICIENTE DE IMPACTO .................................................................................... 21
5.
COMBINAÇÕES........................................................................................................... 22
ENVOLTÓRIA DE AÇÕES ........................................................................................ 22
COMBINAÇÃO CONSTRUÇÃO ................................................................................ 22
COMBINAÇÕES ÚLTIMAS ....................................................................................... 22
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6.
VERIFICAÇÃO DA DEFORMAÇÃO........................................................................... 23
7.
VERIFICAÇÃO DAS LONGARINAS ........................................................................... 25
VERIFICAÇÃO DO PERFIL – FASE DE CONSTRUÇÃO ............................................ 25 7.1.1. GRÁFICOS DOS ESFORÇOS ....................................................................................................... 25
7.1.2. RESULTADOS ............................................................................................................................... 26
VERIFICAÇÃO DO PERFIL – COMBINAÇÃO ULTIMA ............................................ 31 7.2.1. GRÁFICOS DOS ESFORÇOS ....................................................................................................... 31
7.2.2. VERIFICAÇÃO À FLEXÃO DO CONJUNTO PERFIL/TABULEIRO ....................................... 32
7.2.3. VERIFICAÇÃO AO CISALHAMENTO ....................................................................................... 33
7.2.4. VERIFICAÇÃO DOS CONECTORES .......................................................................................... 33
8.
TABULEIRO ................................................................................................................. 34
ARMAÇÃO POSITIVA PRINCIPAL ........................................................................... 34
ARMAÇÃO NEGATIVA PRINCIPAL ......................................................................... 35
DIMENSIONAMENTO DO TABULEIRO ................................................................... 36
ARMAÇÃO SECUNDÁRIA ....................................................................................... 36
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1. INTRODUÇÃO
OBJETIVO
Esta Memória de Cálculo tem por objetivo apresentar o dimensionamento estrutural de
uma Ponte Metálica 10,00m x 4,20m.
Os esforços foram obtidos com o auxílio do software SAP-2000, que utiliza em sua base
de cálculo o Método dos Elementos Finitos e para dimensionamento das estruturas foram
utilizadas tabelas de cálculo do Excel.
SISTEMA DE UNIDADES
Nesta memória foi adotado o Sistema Internacional de Unidades. Todas as elevações são
dadas em metros.
PARÂMETROS ADOTADOS
O concreto e o aço que se utilizam para do dimensionamento estrutural possuem as
seguintes características:
CONCRETO DA PONTE-TABULEIRO
Resistência à Compressão ............. ..................................... ............... fck = 30MPa
Módulo de Elasticidade ............. .................................... ............... Ecs = 27,00GPa
i ................................................................................................................ i = 0,88
Coeficiente de Poisson ............. .................................................... ............... = 0,2
Peso Específico ............. ...................................................... ............... = 25 kN/m³
Sendo o módulo de elasticidade calculado conforme o item 8.2.8 da NBR-6118/14:
ckCS fiE 600.5 , onde ECS e fck são dados em MPa.
LONGARINAS E TRANSVERSINAS METÁLICAS – A572gr50
Módulo de Elasticidade ..................................................................... Ec = 205 GPa
Coeficiente de Poisson .................................................................................. = 0,3
fy ................................................................................................................. 345 MPa
fu ................................................................................................................. 450 MPa
AÇO CA-50
Módulo de Elasticidade ……………………………...………………Ec = 210 GPa
Módulo de Poisson………………………………………….............……….. = 0,3
fy ................................................................................................................. 500 Mpa
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NORMAS UTILIZADAS
NBR 6118/2014 - “Projeto de estruturas de concreto - Procedimento”.
NBR 6120/2019 - “Cargas para o Cálculo de Estruturas”.
NBR 6122/2010 - “Projeto e execução de fundações”.
NBR 7187/1987 - “Projeto de pontes de concreto armado e de concreto
protendido - Procedimento”.
NBR 7188/2013 - “Carga móvel em ponte rodoviária e passarela de
pedestre”.
NBR 8681/2003 - “Ações e segurança nas estruturas - Procedimento”.
NBR 8800/2003 – Projeto e Execução de Estruturas de Concreto Pré-
moldado.
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2. ESTRUTURA E SEÇÃO TÍPICA
Figura 2.1 – Seção Longitudinal
Figura 2.2 – Seção Transversal
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3. METODOLOGIA
A análise do viaduto tem como base a atuação das cargas de projeto. Para o cálculo dos
esforços foi utilizado o software SAP2000 e o dimensionamento dos elementos
estruturais das armaduras foi feito através de planilhas de cálculo do Excel. Inicialmente
foi criado um modelo tridimensional no Bridge do programa.
A seguir apresentam-se as malhas de elementos finitos da ponte:
Figura 3.1 – Modelo Tridimensional da Ponte
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Figura 3.2 – Modelo Tridimensional da Ponte
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4. CARREGAMENTOS
PESO PRÓPRIO (DEAD)
PPLONG = peso próprio das longarinas e transversinas metálicas
PPTAB = peso próprio do tabuleiro
DEAD = PPLONG + PPTAB + peso próprio da meso e infraestrutura.
Considerou-se o peso próprio em toda estrutura, na direção vertical (Z).
CARGA DE REVESTIMENTO (REV)
Considera-se a carga de revestimento de 2,0 kN/m².
Figura 4.1 –REV
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SOBRECARGA(SC1)
Considera-se a carga de multidão no valor de 5kN/m² em todo tabuleiro.
Figura 4.2 – SC1
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SOBRECARGA(SC2)
Considera-se a carga de multidão no valor de 5kN/m² na metade do tabuleiro.
Figura 4.3 – SC2
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SOBRECARGA(SC3)
Considera-se a carga de multidão no valor de 5kN/m² no vão das vigas.
Figura 4.4 – SC3
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SOBRECARGA(SC4)
Considera-se a carga de multidão no valor de 5kN/m² nos balanços.
Figura 4.5 – SC4
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SOBRECARGA(SC5)
Considera-se a carga de multidão no valor de 2kN/m² em todo tabuleiro na fase de
construção.
Figura 4.6 – SC5
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PESO PRÓPRIO DO GUARDA-RODAS (PPGR)
Considera-se a carga do New Jersey igual à sua área de corte multiplicado pelo peso
específico do concreto armado, resultando em uma carga permanente linear por metro de
extensão no valor de 5,8 kN/m.
Figura 4.7 – PPGR
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MOVE 1
Foi utilizado o Trem Tipo TB-450 kN com a consideração referente à ABNT NBR
7188:2013 que admite a região em que o trem tipo esteja presente não haverá presença de
sobrecarga, deste modo houve a redução do TB-450 kN para cargas de 60 kN para a
simulação de tráfego. Neste caso o Trem Tipo foi aplicado no centro da ponte de forma a
se deslocar longitudinalmente.
Figura 4.8 – MOVE 1
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MOVE 2
Foi utilizado o Trem Tipo TB-450 kN com a consideração referente à ABNT NBR
7188:2013 que admite a região em que o trem tipo esteja presente não haverá presença de
sobrecarga, deste modo houve a redução do TB-450 kN para cargas de 60 kN para a
simulação de tráfego. Neste caso o Trem Tipo foi aplicado a 1,00m do centro da ponte de
forma a se deslocar longitudinalmente.
Figura 4.9 – MOVE 2
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VENTO (VT)
Foram lançadas cargas de vento no valor de 4,25kN/m em toda a extensão longitudinal
da ponte.
Figura 4.10 – VT
H T
OT
AL 20
0h
V 1 kN/m2
h 0,85 m
H(total) 2,85 m
F(resultante) 2,85 kN/m
VENTO
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FRENAGEM (FREN)
Foram lançadas cargas de frenagem no valor de 3,21 kN/m² em toda a extensão da ponte.
Figura 4.11 – FREN
LARGURA (B) 4,2 m
CNF 1,05 adm
COMP. TOTAL 10 m
135 kN
3,214286 kN/m²
FRENAGEM
ADOTADO
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TEMPERATURA (TEMP1)
Foi lançada variação de temperatura homogênea no valor de 20°C em toda a seção da
ponte.
Figura 4.12 – TEMP1
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TEMPERATURA (TEMP2)
Foi lançado um gradiente de temperatura no valor de 5°C/m em todo o tabuleiro da ponte.
Figura 4.13 – TEMP2
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COEFICIENTE DE IMPACTO
O coeficiente de impacto a ser lançado na estrutura é no valor de 1,78.
Figura 4.14– CI
VÃO L(m) N° DE FAIXAS
10 1
CIV 1,353333 1,353333
CNF 1,05 1,05
CIA 1 1,25
COEF. ADOTADO 1,421 1,77625
TB - 450 kN
COEFICIENTE DE IMPACTO
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5. COMBINAÇÕES
A seguir, serão demonstradas todas as combinações utilizadas para o cálculo do viaduto,
com seus coeficientes de segurança:
ENVOLTÓRIA DE AÇÕES
ENV MOVE = MOVE 1; MOVE 2
ENV SC = SC1; SC2; SC3; SC4
ENV TEMP = TEMP1; TEMP2
COMBINAÇÃO CONSTRUÇÃO
COMB CONSTRUÇÃO = 1,35 x DEAD + 1,5 x SC5
COMBINAÇÕES ÚLTIMAS
PERM = 1,0 x DEAD + 1,0 x PPGR + 1,0 x REV
MOVEL = 1,0 x ENV SC + 1,0 x ENV MOVE
COMB PERM = 1,35 x PERM
COMB MOVEL = 1,5 x 1,78 x MOVEL
COMB VERT = 1,00 x COMB PERM + 1,00 x COMB MOVEL
COMB PERM+VT = 1,00 x COMB PERM + 1,5 x VT
COMB PERM+TEMP = 1,00 x COMB PERM + 1,5 x ENV TEMP
COMB PERM+VT+TEMP (A) = 1,00 x COMB PERM + 1,5 x VT + 1,5 x 0,6 x ENV TEMP
COMB PERM+VT+TEMP (B) = 1,00 x COMB PERM + 1,5 x 0,6 x VT + 1,5 x ENV TEMP
COMB VERT+VT = 1,00 x COMB VERT + 1,5 x 0,6 x VT
COMB VERT+TEMP = 1,00 x COMB VERT + 1,5 x 0,6 x ENV TEMP
COMB VERT+FREN = 1,00 x COMB VERT + 1,5 x 0,6 x ENV FREN
COMB VERT+VT+TEMP = 1,00 x COMB VERT + 1,5 x 0,6 x VT + 1,5 x 0,6 x ENV TEMP
COMB VERT+VT+FREN = 1,00 x COMB VERT + 1,5 x 0,6 x VT + 1,5 x 0,6 x ENV FREN
COMB VERT+TEMP+FREN = 1,00 x COMB VERT + 1,5 x 0,6 x ENV TEMP + 1,5 x 0,6 x
ENV FREN
COMB VERT+TEMP+FREN+VT = 1,00 x COMB VERT + 1,5 x 0,6 x ENV TEMP + 1,5 x 0,6
x ENV FREN + 1,5 x 0,6 x VT
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6. VERIFICAÇÃO DA DEFORMAÇÃO
A máxima deformação admissível é de300
L ,ou seja,1000300⁄ = 3,33cm.
3,31 < 3,33 cm OK!!!
Todas as deformações encontradas são inferiores às estabelecidas.
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A máxima deformação admissível para atuação de carga móvel é de 𝐿800⁄ ,ou
seja,1000800⁄ = 1,25cm.
1,25 = 1,25cm OK!!!
Todas as deformações encontradas são inferiores às estabelecidas.
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7. VERIFICAÇÃO DAS LONGARINAS
VERIFICAÇÃO DO PERFIL – FASE DE CONSTRUÇÃO
7.1.1. GRÁFICOS DOS ESFORÇOS
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7.1.2. RESULTADOS
Perfil I da Açominas Perfil: W 610 125 Aço: ASTM A572 GR50 fy = 345 MPa fu = 450 MPa COMPRIMENTOS DA BARRA KxLx = 4,7 m KtLt = 4,7 m KyLy = 4,7 m Lb = 4,7 m
1. Cálculo da Tração
1,00 Coeficiente de redução da área líquida 0,02 m² Área líquida da seção transversal
0,02 m² Área líquida efetiva da seção transversal
5021,32 kN Resistência de escoamento
5336,67 kN Resistência à ruptura
5021,32 kN Força normal resistente de cálculo à tração
0,00 < 1,00 OK!
2. Cálculo da Compressão
88628,96 kN
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3514,45 kN
6681,50 kN
1,00
6681,50 kN 3514,45 kN
0,91 Fator de redução associado à instabilidade local
5523,45 kN
1,20
0,55
2513,26 kN
0,00 < 1,00 OK!
3. Cálculo da Resistência à Flexão - eixo X
103500,00 kN/m² Tensão residual 0,00 m³ Módulo resistente elástico
0,00 m³ Módulo resistente plástico
1254,08 kN.m Momento fletor de plastificação da seção 3.1. FLT - Flambagem Lateral com Torção
94,76 Parâmetro de esbeltez
42,38 Parâmetro de esbeltez correspondente à plastificação
0,02
124,66 Parâmetro de esbeltez correspondente ao início do escoamento
782,78 kN.m Momento fletor correspondente ao início do escoamento 1,00 Fator de modificação para diagrama de momento fletor não-uniforme
1229,80 kN.m Momento fletor de flambagem elástica
então
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954,05 kN.m Momento fletor resistente característico para o estado limite FLT 3.2. FLM - Flambagem Local da Mesa
5,84 Parâmetro de esbeltez
9,15 Parâmetro de esbeltez correspondente à plastificação
23,89 Parâmetro de esbeltez correspondente ao início do escoamento
6553,46 kN.m Momento fletor de flambagem elástica
então
1254,08 kN.m Momento fletor resistente característico para o estado limite FLM 3.3. FLA - Flambagem Local da Alma
48,13 Parâmetro de esbeltez
90,53 Parâmetro de esbeltez correspondente à plastificação
137,24 Parâmetro de esbeltez correspondente ao início do escoamento
1118,25 kN.m Momento fletor correspondente ao início do escoamento
então
1254,08 kN.m Momento fletor resistente característico para o estado limite FLA
954,05 kN.m Momento fletor resistente característico
867,32 kN.m Momento fletor resistente de cálculo
0,33 < 1,00 OK!
4. Cálculo da Resistência à Flexão - eixo Y
103500,00 kN/m² Tensão residual 0,00 m³ Módulo resistente elástico
0,00 m³ Módulo resistente plástico
184,30 kN.m Momento fletor de plastificação da seção 4.1. FLM - Flambagem Local da Mesa
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5,84 Parâmetro de esbeltez
9,15 Parâmetro de esbeltez correspondente à plastificação
23,89 Parâmetro de esbeltez correspondente ao início do escoamento
então
184,30 kN.m Momento fletor resistente característico para o estado limite FLM
184,30 kN.m Momento fletor resistente característico
167,54 kN.m Momento fletor resistente de cálculo
0,00 < 1,00 OK!
5. Cálculo da Resistência ao cortante - eixo X
5,84 Parâmetro de esbeltez 1,20 Coeficiente de flambagem local por cisalhamento
29,01 Parâmetro de esbeltez limite para plastificação
36,13 Parâmetro de esbeltez limite para para início de escoamento 0,01 m² Área efetiva de cisalhamento
1858,20 kN Força cortante correspondente à plastificação
então
1689,27 kN Resistência ao esforço cortante em relação ao eixo X
0,00 < 1,00 OK!
6. Cálculo da Resistência ao cortante - eixo Y
48,13 Parâmetro de esbeltez 5,00 Coeficiente de flambagem local por cisalhamento
59,22 Parâmetro de esbeltez limite para plastificação
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73,76 Parâmetro de esbeltez limite para início de escoamento 0,01 m² Área efetiva de cisalhamento
1507,54 kN Força cortante correspondente à plastificação
então
1370,49 kN Resistência ao esforço cortante em relação ao eixo Y
0,08 < 1,00 OK!
7. Equações de Interação
0,33
0,33
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VERIFICAÇÃO DO PERFIL – COMBINAÇÃO ULTIMA
7.2.1. GRÁFICOS DOS ESFORÇOS
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7.2.2. VERIFICAÇÃO À FLEXÃO DO CONJUNTO PERFIL/TABULEIRO
PERFIL W610x125 + REFORÇO
d 612 mm
tw 11,9 mm
bf sup 229 mm
bf inf 229 mm
tf sup 19,6 mm
tf inf 32,1 mm
h 560,3 mm
Area (cm²) 185,0687 cm²
Zx 4279,986839 cm³
yg 264,9202787 mm
Iperfil 115602,156 cm4
Aço A572 gr50
fy 345 MPa
fu 450 MPa
Es 20500 KN/cm²
Concreto 30 MPa
B 125 cm
e 21 cm
Ec 2607,16 KN/cm²
e 7,86
btr 15,90 cm
hf 0 cm
A'c 333,84 cm²
PROPRIEDADES DA VIGA
PROPRIEDADES DA LAJE
h/tw 47,08
FLA 91,65
FLA,lim 138,94
Verificação Esbeltez
Plastificação
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7.2.3. VERIFICAÇÃO AO CISALHAMENTO
7.2.4. VERIFICAÇÃO DOS CONECTORES
Ccd 4781,25
Tad 5804,427409
LN está
Ccd 4781,25
Cad 511,5887045
Tad 5292,838705
Yp 0,712293621 cm
Yc 0,35614681 cm
Yt 23,17169131 cm
Mrd 251298,6284 kN.cm
Md 210156 KNcm
PARA LN NA VIGA
PARA LNP NA MESA SUPERIOR
na viga
Posição da LNP
kN
kN
KN
KN
KN
PARA INTERAÇÃO COMPLETA E REGIME PLÁSTICO
POSIÇÃO DA LN NA VIGA: LNP NA MESA SUPERIOR
OK
Vd 837,65 KN l(h/tw) 47,08403
a/h 5,152596823 lp 59,96
Kv 5 lr 74,67
Aw 72,828 cm²
Ve(nominal) 3030,521966 KN
Vr(escomento) 1206,03168 kN
Vpl 1507,5396 KN
Vrd 1370,490545 KN
Vrd > Vd OK!
Verificação ao Cisalhamento com Enrijecedor Verificação Esbeltez
fycs 250 MPa
fucs 400 MPa
Ccd 5828,571429 KN
Tad 5804,427409 KN
Fhd 5804,427409 KN
n 19
n total 38
vão 10 m
n conect/fileira 1
c/ 27,0 cm
bf 4 cm
Lcs 18 cm
twcs 0,457 cm
tfcs 0,75 cm
Qrd(kN)
373,8427771 1,223723249OK
(número de conectores entre o apoio e o ponto de Mmax)
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8. TABULEIRO
ARMAÇÃO POSITIVA PRINCIPAL
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ARMAÇÃO NEGATIVA PRINCIPAL
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DIMENSIONAMENTO DO TABULEIRO
ARMAÇÃO SECUNDÁRIA
necessárioAs é o maior valor entre:
-0,9cm²
-0,2 x As principal =2,46cm²
-0,5 x As min = 1,50cm²
𝐴𝑠𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑠á𝑟𝑖𝑜 = 2,46𝑐𝑚2/𝑚
𝐴𝑠, 𝑎𝑑𝑜𝑡𝑎𝑑𝑎 = Ø8 𝑐/15 = 3,35𝑐𝑚2/𝑚
fck 30 MPa
fyd 500 MPa
b 100,00 cm
h 20,00 cm
d' 2,50 cm
d 17,50 cm
fc 1,821428571 kN/cm²
CAA II
wk 0,3 mm
Seção Md (kN.m) k k' As1 (cm²) As2 (cm²) As (cm²) As' (cm²) As,min (cm²) f (mm) Espaçamento f (mm) Espaçamento As,adotado (cm²) Verificação
M22(+) 80,61 0,145 0,145 11,50 0,00 11,50 0,00 3,00 12,5 12,5 + 6,3 12,5 12,31 OK
M22(-) 71,92 0,129 0,129 10,16 0,00 10,16 0,00 3,00 12,5 10 + 12,5 10 12,27 OK
ELU - Ruptura
Flexão
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SINFRA - MT
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SINFRA - MT