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Sistemas Estruturais – Pontes pênseis e estaiadas

Prof. Letícia Reis Batista Rosas

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO

CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE SINOP

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

ESTRUTURAS DE PONTES

FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS

SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA

Pontes pênseis

• Pontes pênseis ou suspensas possuem o tabuleiro contínuo,sustentado por vários CABOS METÁLICOS (pendurais)atirantados ligados a dois cabos maiores (ou barrasarticuladas) apoiados nas TORRES DE SUSTENTAÇÃO eancorados nas extremidades. Os cabos comprimem astorres de sustentação, que transferem os esforços decompressão para as fundações.


Pontes pênseis

• Pontes pênseis ou suspensas, são aquelas que possibilitam os

maiores vãos sobre rios, lagos, etc. Por isso quando sujeita a

grandes CARGAS DE VENTO, apresenta movimentos do tabuleiro

que podem tornar o tráfego desconfortável e até perigoso e,

por esta razão exige-se que o tabuleiro seja projetado com

grande RIGIDEZ à torção para minimizar esse efeito.


Pontes pênseis: componentes estruturais

• Vigas treliçadas: elementos longitudinais contraventados

transversalmente que servem como suporte e distribuem as

cargas provenientes de veículos. Servem como elementos

integrantes do sistema lateral, assegurando a ESTABILIDADE

AERODINÂMICA da estrutura;

• Cabos principais: um grupo de fios paralelos que suportam as

vigas treliçadas, transferindo as suas cargas para as torres

principais, servindo também como elementos estabilizadores da

estrutura;

• Torres principais: elementos intermediários entre a superestrutura

e a fundação. Suportam os cabos e transferem os seus

carregamentos para a fundação.


Pontes pênseis: componentes estruturais

• Pendurais: elementos intermediários entre a viga treliçada e o

cabo. Fazem a passagem entre a carga que é absorvida pelas

vigas e a carga que é absorvida pelo cabo;

• Ancoragens: blocos de concreto, que ancoram os cabos

principais. Servindo por isso como apoios finais da ponte.


Pontes pênseis: tabuleiro com vigas treliçadas

• Tipo de tabuleiro muito aplicado em pontes pênseis, por se

caracterizarem como uma solução com RIGIDEZ de flexão e

torção adequadas para as pontes suspensas por cabos. Além

disso contribui no AERODINAMISMO dos elementos, permitindo a

passagem de ventos pela estrutura, sem que este sofra

OSCILAÇÕES que causem danos estruturais graves ou mesmo o

colapso.


Pontes pênseis: cabos principais


Pontes pênseis: cabos principais


Pontes pênseis: Torres

• Geralmente, a configuração das torres assume a forma de

portais.

• Para que elas sejam econômicas, a sua dimensão em ALTURA

tem que ser reduzida, sendo definida pela MÍNIMA LARGURA

que mantenha a ESTABILIDADE DA ESTRUTURA.

• Por outro lado, a altura também é influenciada pela

DEFORMAÇÃO que o cabo irá sofrer devido ao seu peso

próprio, ou seja, a configuração que o cabo irá assumir quando

sujeito a toda a carga permanente.






Pontes pênseis: Golden Gate










Pontes pênseis: Tacoma

• Vídeo


Pontes pênseis: Tacoma

• Velocidade do vento: 65km/h;

• Ressonância, efeitos não-lineares e flutter

(vórtices);

• Vibração torcional;

• Falta de rigidez transversal e desempenho

aerodinâmico;

• Lado positivo: foi tomada a consciência para o

problema da aerodinâmica das grandes

estruturas e a obrigatoriedade em fazer ensaios

de túnel de vento com modelos de pontes

penseis em projeto.


Pontes pênseis: Ponte Osman Gazi

• Vídeo

• Turquia

• Inaugurada em 01 de Julho de 2016

• Quarto vão central mais longo do mundo, com 1.550 metros

• Extensão total de 2.682 metros.


Pontes estaiadas

• Ponte estaiada ou ponte atirantada é um tipo de ponte

suspensa por cabos (estais), constituída de um ou mais mastros,

de onde partem cabos de sustentação para os tabuleiros da

ponte;

• É considerada a SOLUÇÃO INTERMEDIÁRIA ideal entre uma

ponte fixa e uma ponte pênsil, em casos onde uma ponte fixa

iria requerer uma estrutura de suporte muito maior, enquanto

uma pênsil necessita maior elaboração de cabos;

• Este esquema estrutural, que pode ser considerado igual ao de

uma viga atirantada em vários pontos, é empregado para vãos

muito grandes.


Pontes estaiadas no Brasil

• Hortolândia - SP



• Teresina - PI



• Ponte Sergio Motta sobre o Rio Cuiabá


Pontes estaiadas no mundo

• Normândia



• Japão



• Viaduto Millau - França


Pontes estaiadas

• Ponte Anita Gribaldi – Laguna

• Inaugurada em 2015

• Vídeo


Pontes estaiadas

• Ponte Anita Gribaldi – Laguna

• Inaugurada em 2015


Pontes estaiadas

O sistema estrutural de uma ponte estaiada pode ser classificado em função dos cabos sobre três aspectosimportantes:

• Espaçamento longitudinal dos estais;

• Distribuição transversal dos estais;

• Distribuição vertical dos estais.


Pontes estaiadas


Pontes estaiadas


Pontes estaiadas


Pontes estaiadas


Pontes estaiadas


Pontes estaiadas


Pontes estaiadas


Pontes estaiadas

Plano vertical único: amplamente utilizada nas pontes estaiadas

Desvantagens:

• Suportam apenas os ESFORÇOS VERTICAIS do tabuleiro (os esforços de

TORÇÃO oriundos do carregamento acidental devem ser suportados

pelo tabuleiro, exigindo destes, SEÇÕES MAIS RÍGIDAS À TORÇÃO,

como a seção celular;

• A magnitude nas zonas de ancoragem dos cabos é relativamente

alta, acarretando no aumento do custo deste detalhe de projeto

(diâmetros maiores e mais caros).

• A passagem da torre pelo centro do tabuleiro têm inferência

significativa para grandes vãos (as DIMENSÕES DA TORRE estão

diretamente ligadas ao tamanho do vão)


Pontes estaiadas


Pontes estaiadas


Pontes estaiadas

Dois ou mais planos verticais:

Possibilita trabalhar com peças mais esbeltas já que estes são solicitados

principalmente à FLEXÃO (laje biapoiada).

Solução interessante para pontes com tabuleiros mais largos (efeito de

torção não é expressivo).

O posicionamento do mastro do lado de fora do tabuleiro também é um

aspecto interessante, principalmente para grandes vãos.

• Desvantagem:

Custo maior com a elevação de dois ou mais mastros e um maior

número de cabos


Pontes estaiadas


Pontes estaiadas


Pontes estaiadas

Planos inclinados:

Apresenta vantagens para a utilização de torres com geometria de “A”

• Desvantagem:

Para dar gabarito ao tráfego uma área do tabuleiro é perdida em

função da inclinação dos cabos na direção da via (pontes com

dimensões reduzidas e torres baixas).


Pontes estaiadas


Pontes estaiadas

• VANTAGENS: os estais carregam o máximo do peso próprio da

estrutura. Os esforços horizontais são reduzidos (verticalidade)

• DESVANTAGENS: problemas de ligação na região onde os estais

convergem na torre


Pontes estaiadas

• VANTAGENS: aumenta a rigidez do vão principal e a tensão nos cabos

é baixa.

• DESVANTAGENS: gera momento fletor na torre aumentando a

instabilidade da mesma


Pontes estaiadas

• VANTAGENS: é um sistema intermediário (modificação do sistema em

harpa) que reduz alguns problemas de ambos os arranjos anteriores.


Pontes estaiadas

Nesta geometria a torre é mais baixa que nas pontes estaiadas comuns,

de maneira que os cabos cheguem ao tabuleiro em ângulos pequenos,

consequentemente, com isso, os esforços de compressão no tabuleiro

são elevados (limitação na altura da torre)


Pontes estaiadas

Esta geometria pode utilizar qualquer uma das distribuições (harpa,

leque, radial), porém repetidas o número de vezes necessário para

satisfazer aos objetivos propostos.


Pontes estaiadas


Pontes estaiadas

Nas primeiras pontes estaiadas os espaçamentos dos pontos de fixação

dos estais no tabuleiro eram, em geral, maiores do que os usados

atualmente.

Com isso, o tabuleiro precisava ser suficientemente RÍGIDO para resistir

aos esforços de flexão.

Devido a esse fator, predominaram na época os tabuleiros em

ESTRUTURA METÁLICA, pois se conseguia assim atingir a rigidez necessária

sem a necessidade de ter um tabuleiro muito espesso e pesado, como

acontecia com os tabuleiros de CONCRETO.


Pontes estaiadas

• Tabuleiro de concreto: as primeiras pontes estaiadas com seção de

concreto se apresentaram como estruturas PESADAS, de GEOMETRIA

ROBUSTA e com custo de execução elevado. Mas, com o tempo, a

experiência e a tecnologia se desenvolveram de maneira a possibilitar

um dimensionamento visando a uma estrutura de geometria otimizada,

que seja resistente, aerodinâmica e leve ao mesmo tempo.

• Outro fator que permitiu que as seções se tornassem mais esbeltas foi o

CONCRETO PROTENDIDO, que possibilitou a adoção de ESTRUTURAS

VAZADAS (economia de material e alívio no peso da estrutura)


Pontes estaiadas

Tabuleiro metálico: muito utilizados nas primeiras pontes estaiadas. Em

geral são até 80% MAIS LEVES que os tabuleiros de concreto, entretanto se

apresentam MAIS CAROS de serem executados. Além da redução do peso

total da estrutura, os tabuleiros metálicos possibilitam uma REDUÇÃO nas

dimensões dos estais, pilares e fundações.

Normalmente são mais interessantes em estruturas de GRANDES VÃOS (em

estruturas menores o alívio de peso não é tão perceptível).

A ação do VENTO é um importante fator a ser verificado, pois como a

estrutura é mais leve, sua susceptibilidade a OSCILAÇÕES também é maior.


Pontes estaiadas

Mastro: São normalmente estruturas de grande altura solicitada

predominantemente à COMPRESSÃO.

A natureza das solicitações faz com que estes elementos sejam

construídos geralmente em CONCRETO (soluções em AÇO são

encontradas na literatura porém não são economicamente

interessantes).

Há diversas possibilidades de concepções geométricas para esta

estrutura, os tipos mais comuns são simples, duplos e pórticos.


Pontes estaiadas

• Estais: São os componentes mais importantes das pontes

estaiadas, e por este motivo suas PROPRIEDADES MECÂNICAS e

de DURABILIDADE devem ser muito bem verificadas

(confiabilidade e economia);

• Geralmente são compostos de fios ou barras de aço,

organizados de diferentes maneiras: em FEIXE DE FIOS PARALELOS

ou em CORDOALHAS similares às que são utilizadas em concreto

protendido. As cordoalhas mais comuns são compostas por sete

fios (um central e seis periféricos, que são mantidos unidos

através de um processo de torção).


Pontes estaiadas


Pontes estaiadas

• Cabos de múltiplos fios: São formados por várias

camadas de fios e fabricados através da ROTAÇÃO

dos fios em realção ao eixo central. Realiza-se um

PRÉ-ALONGAMENTO no cabo com força superior

àquela esperada em projeto (cerca de 10% a 20%)

para que, durante a vida da obra, seja garantido que

o cabo funcionará em um regime elástico ideal.


Pontes estaiadas

Cabo tipo “locked coil”: composto por

fios de seção “z” e fios de seção

circular, este tipo de cabo também é

formado pela rotação dos fios em torno

do eixo central em camadas múltiplas.

• Compacto;

• Superfície externa contínua.


Pontes estaiadas

• Cabos de barras paralelas: Barras de alta resistência

usadas em protensão, dispostas paralelamente no

interior do cabo e revestidas com tubo de aço e

injeção de nata de cimento.

• Baixa resistência à fadiga;


Pontes estaiadas – Faixas de vãos


Pontes pênseis e estaiadas

• Nas pontes pênseis são necessárias inspeções

periódicas para verificação de anomalias. As mais

comuns são causadas por CORROSÃO dos elementos

metálicos que podem comprometer a segurança

estrutural.

• Nas pontes estaiadas além dos cuidados adotados

nas pontes pênseis, deve ser feita a monitoração

constante dos estais para verificar ocorrências da

PERDA DE TENSIONAMENTO e necessidade de reparos.

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