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Pontes, Viadutos e Passarelas: Reduzindo Distâncias e Superando Obstáculos


Despenhadeiro, rio e mar... Mas, nenhuma travessia se compara ao Liso do Sussuarão. O raso, superfície escorregadia, sem profundidade, a folha em branco, angustia que antecede a criação literária. É como se Hermes ainda não houvesse criado a palavra e Toth, estivesse mudo. Na travessia o bardo Rosa tenta nos enganar, insinua-se fazedor de prosa, é traído pelo ritmo da sua escrita. Sobre pontes e viadutos repletos de riscos, o Bardo Rosa “Riobaldo” preenche as folhas em branco. *

 *Elisabeth Cardoso

Pontes, viadutos e a passarelas são muito mais que um meio de travessia de um lado a outro. São verdadeiras obras de arte, que usam nas suas composições variados tipos de componentes. O mais vantajoso, com melhor estética, maior durabilidade e maior rapidez na construção de pontes é o aço, onde em vários lugares do Brasil e do mundo atravessa pessoas, carros culturas e histórias.

Com o auxílio do Manual de Construção em Aço – Pontes e Viadutos em Vigas Mistas – do Centro Brasileiro da Construção em Aço (CBCA), vamos passear um pouco por este mundo de criação, cálculo e estruturas.

 Tipos de Superestruturas

  • Existe uma série de concepções estruturais para serem usados como superestruturas no projeto de uma ontem ou viaduto, dentre elas podemos citar: Vigas de alma cheia
  • Treliças Vigas em caixão
  • Pórticos
  • Vigas Mistas
  • Suspensas por cabos (estaiadas e pênseis)

Vigas de alma cheia

A construção de pontes e tabuleiro simples é possível com o advento dos perfis laminados até 1000mm, e posteriormente com a difusão dos perfis soldados até a altura desejada, , o que no passado era bem mais complicado, pois era necessário a composição com rebites. Em geral a altura ótima das vigas fica entre 1/18 a 1/25 do vão e são usados os seguintes tipos de perfis:

Perfil laminado: os perfis laminados no Brasil são encontrados com altura até 610mm e permitem a construção de pontes com vãos até 14,00 m, mas com o uso de uma chapa de reforço na mesa inferior e no sistema misto, (tabuleiro de concreto trabalhando junto com a mesa superior da viga), permitem vãos até 16,00 m. O aço empregado é em geral tipo ASTM A572 com Fy = 35,0 kN/cm2 Perfil soldado: os perfis soldados não têm limites de altura para sua fabricação, e podem ser compostos de várias maneiras para poderem ser os mais econômicos na construção da superestrutura das pontes e viadutos. Para vãos até 20,0 m usa-se em geral uma mesma espessura e largura para as chapas de mesa para estruturas não mistas, mas se o sistema for misto deve-se usar uma chapa de mesma largura e espessuras diferente para as mesas, sendo a mais fina para a mesa comprida. Para vãos acima de 20,0 m o recomendável e o mais econômico é o uso de vigas mistas com variação de espessura das mesas, ou variação de largura das esmas. Assim, um vão de 30,0 m pode ter a parte central de 12,0 m com mesas mais largas e as partes laterais de 9,0 m com larguras menores, ou mesma largura e espessuras menores.

 Treliças

A treliça pode ser descrita como um conjunto de triângulos formados por peças retas e articuladas entre si. Quando adequadamente projetada, comproporções normais, uma treliça tem as seguintes características: Os eixos de todos os elementos são retos e concorrentes nos nós ou juntas. A treliça propriamente dita é carrega somente nos nós.

  • Uma ponte completa em treliça convencional pode ter tabuleiro superior, inferior ou os dois, tendo os seguintes componentes:
  • Uma laje de tabuleiro;
  • Longarinas apoiadas nas transversinas;
  • Transversinas apoiadas nos nós das treliças;
  • Contraventamentos horizontais;
  • Contraventamentos verticais;
  • Cordas superior e inferior;
  • Diagonais e montantes.

As treliças são econômicas com altura variando de 1/8 a 1/15 do vão. São usadas para vãos acima de 50,0 m até 120 m quando isostáticas, e como contínuas até 250 m. Isto não impede a construção de vãos maiores como a da Ponte em balanço Greater New Orleans com 450 m construída em 1958.

 Tipos de Treliças

  •  Treliça Pratt isostática;
  • Treliça Howe é o inverso da Pratt, ideal para madeira.
  • Treliça Warren

 Vigas em caixão

 As vigas caixão como o próprio nome indica, são vigas formadas por duas ou mais almas e por uma mesa inferior única e uma ou mais mesa superior, formando na sua configuração um caixão. As seções transversais em caixão são altamente eficientes para estruturas em curva, devido a sua grande resistência a torção, e nas pontes com grandes vãos para evitar problemas de instabilidade aerodinâmica.
Além dos elementos longitudinais, uma viga caixão tem também um sistema de diafragmas transversais um transversinas. Uma das vantagens mais importantes da viga caixão em ponte ou viaduto é a possibilidade de se usar a mesa superior como laje do tabuleiro. Em geral a relação altura / vão fica em torno de 1/20 a 1/30.

Pórticos

 O sistema de pórticos é aquele em que as vigas do tabuleiro são contínuas com a estrutura dos pilares. Esta evolução é utilizada para diminuir os vãos da viga reta. Pode ser interpretado como uma alteração dos arcos inferiores. Normalmente os pilares são inclinados e dentro deste quadro formado pelos pilares e vigas, inserimos os gabaritos exigidos. Pelo pilar inclinado desce uma grande carga de compressão,
que terá que ser absorvida por fundações inclinadas. Isto faz com que esta solução seja recomendada para terrenos de com suporte de cargas. Na interseção entre vigas e pilar, geometricamente ocorre grande esbeltez nas chapas sobre altas tensões, o que obriga um estudo mais acurado dos enrijecedores
desta região.
A eficiência dos pilares inclinados é diretamente proporcional ao ângulo de inclinação. Quanto menos o
ângulo, maior a eficiência. Como há inversão no sentido dos valores dos momentos fletores, surgem momentos negativos junto aos pilares, fazendo com que as vigas não possam ser mistas em todo o seu comprimento.A esbeltez e a estética desta solução é muito agradável e podemos aplicá-la quando a topografia ajudar, como é o caso de vales.

Arcos

 Este tipo de superestrutura de ponte é um dos mais antigos, pois os romanos fizeram várias delas em pedra há 2100 anos. As primeiras pontes em arco usando-se ferro fundido foram construídas na Inglaterra em 1779 que são as pontes de Severn e Coalbrookedale, que estão em uso até hoje, servindo como passarela para pedestre. O grande uso veio a partir de 1900, quando em 1931 foi construída a Bayonne Bridge nos Estados Unidos com 505 m de vão livre. Posteriormente em 1962 foi construída a Lewiston-Queenston Bridge sobre o Rio Niágara nos Estados Unidos com vão livre de 300 m. Os arcos são econômicos na faixa de 60 a 500 m. Tipos de arcos - São usados os seguintes tipos de arco na superestrutura de pontes ou viadutos: Arco inferior com tabuleiro superior; Arco superior com tabuleiro inferior; Arco com tabuleiro intermediário.

O uso do tipo de arco depende das condições locais e da estática: O arco para ser eficiente e dar uma boa estática deve ter uma relação flecha / vão da ordem de 1/5 a 1/8.

 Suspensa por cabos - (Estaiadas e Pênseis)

 As travessias suspensas feitas de cipó foram usadas na América do sul pelos Astecas e pelos Incas, e foram também usadas na China, Japão, Índia e Tibet. As primeiras pontes suspensas foram feitas pelos
engenheiros militares entre os séculos 16 e 19. Em 1734 foram feitas as primeiras tentativas pelo exército saxônico usando ferro fundido em uma ponte sobre o Rio Oder. Existem indicações que os Chineses usaram este mesmo processo mais cedo. A primeira ponte suspensa usando aço na América do
Norte foi a Jacob’s Creek Bridge na Pensilvânia em 1801, com vão de 21m. As pontes suspensas com o uso de cabos de aço dominaram após esta data, e em 1826, Thomas Telford construiu a ponte do estreito de Manei com um vão de 175 m. Logo após vieram as pontes sobre o Rio Ohio em 1849 com 305 m de vão e a ponte do Brooklyn em 1883 com 480 m. As pontes estaiadas apareceram por volta de 1938 na
Alemanha como uma derivação das suspensas. Sendo uma das mais famosas a adotar este sistema a ponte Severin em Colônia na Alemanha em 1960, com um vão de 350 m. Em geral este tipo de ponte é eficiente para vãos acima de 300 m.



     

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