renato_claudio_tipologia das pontes estaiadas com tabuleiro de concreto
TRANSCRIPT
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
1/89
UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ESTRUTURAL E CONSTRUO CIVIL
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
RENATO GADLHA CLUDIO
TIPOLOGIA DAS PONTES ESTAIADAS COM TABULEIRO DE CONCRETO
FORTALEZA2010
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
2/89
i
RENATO GADLHA CLUDIO
TIPOLOGIA DAS PONTES ESTAIADAS COM TABULEIRO DE CONCRETO
Monografia submetida Coordenao do Cursode Engenharia Civil da Universidade Federal doCear, como requisito parcial para obteno dograu de Engenheiro Civil.
Orientador: Prof. Dr. Joaquim Eduardo Mota
FORTALEZA2010
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
3/89
ii
C553t Claudio, Renato GadlhaTipologia das pontes estaiadas com tabuleiro de concreto / Renato
Gadlha Claudio.Fortaleza, 2010.
86 f. il.; color. enc.
Orientador: Prof. Dr. Joaquim Eduardo Motarea de concentrao: Engenharia de EstruturasMonografia (graduao) - Universidade Federal do Cear, Centro de
Tecnologia. Depto. de Engenharia Estrutural e Construo Civil, Fortaleza,2010.
1. Pontes estaiadas 2. Mtodo dos elementos finitos 3. Engenharia deEstruturas I. Mota, Joaquim Eduardo (orient.) II. Universidade Federal doCearG raduao em Engenharia Civil. III.Ttulo
CDD 620
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
4/89
iii
RENATO GADLHA CLUDIO
TIPOLOGIA DAS PONTES ESTAIADAS COM TABULEIRO DE CONCRETO
Monografia submetida Coordenao do Curso de Engenharia Civil, da Universidade Federaldo Cear, como requisito parcial para a obteno do grau de Engenheiro Civil.
Aprovada em 01/12/2010
BANCA EXAMINADORA
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
5/89
iv
Dedico este trabalho aos meus amados pais,Francisco Clio Cludio e Maria Elza SombraGadlha Cludio, pelo apoio inestimvel e
pela oportunidade que me deram para poderchegar aonde cheguei, com muito estudo ededicao.
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
6/89
v
AGRADECIMENTOS
Deus, que me deu vida e inteligncia, e que me d fora para continuar a
caminhada em busca dos meus objetivos.
Aos meus pais, Francisco Clio Cludio e Maria Elza Sombra Gadlha Cludio,
que me ensinaram a no temer desafios e a superar os obstculos com humildade.
Ao professor Joaquim Eduardo Mota pela sua pacincia e orientao na realizao
deste trabalho.
E aos demais que, de alguma forma, contriburam na elaborao desta
monografia.
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
7/89
vi
RESUMO
Pontes estaiadas consistem basicamente na suspenso do tabuleiro de uma ponteatravs de cabos ancorados ao topo de torres ou ao longo destas. Este tipo de ponte possui umelevado grau de hiperestaticidade, podendo-se comparar o tabuleiro a uma viga apoiada emapoios elsticos. Este tipo de soluo capaz de vencer vos da ordem de vrias centenas demetros com sees de tabuleiro muito esbeltas, sendo elevado o nmero de combinaes deseus elementos, visto que estes possuem vrias possibilidades de geometrias, formas edisposies. Torna-se necessrio, portanto, uma boa compreenso de cada uma destasconfiguraes possveis na fase de pr-dimensionamento do projeto, objetivando a otimizaodos recursos e uma boa distribuio dos esforos na estrutura de uma forma global. O estudode cada uma das possibilidades dos elementos constituintes de uma ponte estaiada o
objetivo fundamental deste trabalho, assim como analisar critrios para fundamentar a escolhade uma determinada soluo. Este estudo est fundamentado em pesquisas bibliogrficas,tentando-se unir critrios de escolha de alternativas e critrios de pr-dimensionamento. Porfim, so aplicados estes conceitos a uma situao hipottica, onde se procura modelar uma
ponte estaiada existente e, neste mesmo modelo, alterar um de seus elementos estruturais,para em seguida, com o auxlio de uma ferramenta computacional baseada no mtodo doselementos finitos, realizar uma anlise destes dois modelos. Sero analisados os esforos
produzidos na estrutura devido s cargas permanentes e s cargas mveis, alm dosdeslocamentos e deformaes produzidos por estas aes em pontos crticos. De posse destesresultados, ser possvel realizar uma discusso a respeito da aplicabilidade dos critriosadotados na fase de pr-dimensionamento.
Palavras-chaves: Pontes estaiadas, pr-dimensionamento, esforos.
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
8/89
vii
LISTA DE SMBOLOS E ABREVIATURAS
E Mdulo de Elasticidade
eqE Mdulo de Elasticidade equivalente
kN Quilo Newton
MPa Mega Pascal
D.M.F Diagrama de Momento Fletor
D.E.C. Diagrama de Esforo Cortante
D.E.N. Diagrama de Esforo Normal
D.M.T. Diagrama de Momento Torsor
Peso especfico
ckf Resistncia Compresso Caracterstica do Concreto
'sf Mnima resistncia ltima trao
'yf Mnima tenso de escoamento
Tenso
tkf Tenso de ruptura caracterstico do ao
Coeficiente de impacto
dS Solicitao de clculo
gS Solicitao provocada pelas aes permanentes
qS Solicitao Provocada pelas aes variveis
Coeficiente de Poisson
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
9/89
viii
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 Ponte Knee (vo central de 320 m, 1969). ............................................................ 7Figura 2.2Ponte Friedrich Ebert (vo central de 280 m, 1967). ............................................. 8
Figura 2.3Ponte Pasco-Kennewick (vo central de 300 m, 1978).......................................... 8Figura 3.1Elementos bsicos de uma ponte estaiada (WALTHER et al, 1985). .................. 10Figura 3.2Alternativas de concepo estrutural (WALTHER et al, 1985). ......................... 11Figura 3.3Configuraes longitudinais de cabos (WALTHER et al, 1985). ........................ 13Figura 3.4Deformao de um sistema em harpa com carga disposta apenas no vo central(GIMSING, 1983). ................................................................................................................... 14Figura 3.5Configuraes transversais dos cabos (WALTHER et al, 1985). ........................ 15Figura 3.6Suspenso lateral: distribuio dos esforos transversais (WALTHER et al,1985). ........................................................................................................................................ 16Figura 3.7Quatro configuraes bsicas para a seo transversal (GIMSING, 1983). ........ 19Figura 3.8Concepo de torres com um nico mastro (WALTHER et al, 1985). ............... 21Figura 3.9Configuraes usuais para torres com dois mastros (WALTHER et al, 1985). .. 21Figura 5.1Fluxograma simplificado do projeto de uma ponte estaiada (WALTHER et al,1985). ........................................................................................................................................ 32Figura 6.1Cimbramento Mvel utilizado na Ponte sobre o Rio Guadiana em Castro Marim,Portugal. .................................................................................................................................... 38Figura 6.2Ponte da Normandia construda atravs de balanos sucessivos. ........................ 39Figura 6.3Esquema do sistema de lanamentos progressivos (YTZA, 2009). ..................... 40Figura 6.4Mtodo construtivo de lanamento progressivo. ................................................. 41Figura 7.1Ponte sobre o rio Guam. ..................................................................................... 43Figura 7.2Dimenses das torres (NOGUEIRA NETO, 2003). ............................................ 45Figura 7.3Sees transversais da torre (NOGUEIRA NETO, 2003). .................................. 45Figura 7.4Disposio e nmero de estais (NOGUEIRA NETO, 2003). .............................. 47Figura 7.5Seo transversal do tabuleiro (NOGUEIRA NETO, 2003). .............................. 48Figura 7.6Disposio do veculo-tipo no tabuleiro de uma ponte (ABNT NBR-7188). ...... 51Figura 7.7Dimenses do veculo-tipo classe 45 (ABNT NBR-7188). ................................. 51Figura 7.8Torre da ponte estaiada modelada no SAP2000. ................................................. 55Figura 7.9Ponte com estais dispostos em semi-harpa (ponte original). ............................... 55Figura 7.10Ponte com estais dispostos em leque. ................................................................ 55Figura 7.11Aplicao da carga permanente de revestimento no vo central da ponte. ........ 56Figura 7.12Vista final da ponte com a aplicao de todas as cargas permanentes. .............. 56Figura 7.13Insero do veculo-tipo simplificado classe 45. ............................................... 57Figura 7.14Definio das Lanes utilizadas no tabuleiro. .................................................. 57Figura 7.15Combinao utilizada na carga mvel. .............................................................. 58Figura 8.1Diagrama de cores para os deslocamentos verticais da laje do tabuleiro. ........... 59Figura 8.2Diagramas para meia viga longitudinal................................................................ 60Figura 8.3Diagramas de momentos em torno de X para a torre. .......................................... 60Figura 8.4D.E.C. e D.M.F para a carga permanente de meia longarina da ponte com estaisem formato semi-harpa. ............................................................................................................ 62Figura 8.5D.E.C. e D.M.F para a carga permanente de meia longarina da ponte com estaisem formato leque. ..................................................................................................................... 62Figura 8.6D.E.N. e D.M.T de meia longarina da ponte com estais em formato semi-harpa
para a carga permanente. .......................................................................................................... 62Figura 8.7D.E.N. e D.M.T de meia longarina da ponte com estais em formato leque para acarga permanente. ..................................................................................................................... 62Figura 8.8Momentos longitudinais da laje do tabuleiro da ponte com estais em formato
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
10/89
ix
semi-harpa para a carga permanente. ....................................................................................... 63Figura 8.9Momentos longitudinais da laje do tabuleiro da ponte com estais em formatoleque para a carga permanente.................................................................................................. 63Figura 8.10D.E.N. e D.M.T para a carga permanente dos mastros das torres da ponte com
estais em formato semi-harpa. .................................................................................................. 64Figura 8.11D.E.N. e D.M.T para a carga permanente dos mastros das torres da ponte comestais em formato leque. ........................................................................................................... 64Figura 8.12D.E.C. e D.M.F em torno de X para o mastro das torres da ponte com estais emformato semi-harpa para a carga permanente. .......................................................................... 64Figura 8.13D.E.C. e D.M.F em torno de X para o mastro das torres da ponte com estais emformato leque para a carga permanente. ................................................................................... 64Figura 8.14D.E.C. e D.M.F em torno do eixo Y para o mastro das torres da ponte comestais em formato semi-harpa para a carga permanente. .......................................................... 65Figura 8.15D.E.C. e D.M.F em torno do eixo Y para o mastro das torres da ponte comestais em formato leque para a carga permanente. ................................................................... 65Figura 8.16Seqncia de numerao dos estais.................................................................... 65Figura 8.17D.E.C. e D.M.F para a carga mvel de meia longarina da ponte com estais emformato semi-harpa. .................................................................................................................. 67Figura 8.18D.E.C. e D.M.F para a carga mvel de meia longarina da ponte com estais emformato leque. ........................................................................................................................... 67Figura 8.19D.E.N. e D.M.T de meia longarina da ponte com estais em formato semi-harpa
para a carga mvel. ................................................................................................................... 68Figura 8.20D.E.N. e D.M.T de meia longarina da ponte com estais em formato leque paraa carga mvel. ........................................................................................................................... 68Figura 8.21Momentos longitudinais da laje do tabuleiro da ponte com estais em formatosemi-harpa para a carga mvel. ................................................................................................ 68Figura 8.22Momentos longitudinais da laje do tabuleiro da ponte com estais em formatoleque para a carga mvel. ......................................................................................................... 68Figura 8.23D.E.N. e D.M.T para a carga mvel dos mastros das torres da ponte com estaisem formato semi-harpa. ............................................................................................................ 69Figura 8.24D.E.N. e D.M.T para a carga mvel dos mastros das torres da ponte com estaisem formato leque. ..................................................................................................................... 69Figura 8.25D.E.C. e D.M.F em torno do eixo Y para o mastro das torres da ponte comestais em formato semi-harpa para a carga mvel. ................................................................... 69Figura 8.26D.E.C. e D.M.F em torno do eixo Y para o mastro das torres da ponte comestais em formato leque para a carga mvel. ............................................................................ 69Figura 8.27D.E.C. e D.M.F em torno do eixo X para o mastro das torres da ponte comestais em formato semi-harpa para a carga mvel. ................................................................... 70Figura 8.28D.E.C. e D.M.F em torno do eixo X para o mastro das torres da ponte comestais em formato leque para a carga mvel. ............................................................................ 70
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
11/89
x
LISTA DE TABELAS
Tabela 8.1Fora axial nos estais devido a carga permanente ............................................... 66Tabela 8.2Fora axial nos estais devido a carga mvel ........................................................ 71
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
12/89
xi
SUMRIO
1 INTRODUO .................................................................................................................. 11.1
Objetivos ...................................................................................................................... 2
1.2 Estrutura do Trabalho .................................................................................................. 21.3 Metodologia ................................................................................................................. 3
2 UM POUCO DA HISTRIA DAS PONTES ESTAIADAS ............................................. 52.1 Evoluo dos sistemas adotados para pontes estaiadas ............................................... 6
3 ALTERNATIVAS DE PONTES ESTAIADAS ............................................................... 103.1 Sistema de cabos ........................................................................................................ 123.2 Tabuleiro .................................................................................................................... 17
3.2.1 Tabuleiros metlicos ........................................................................................... 173.2.2 Tabuleiros de concreto........................................................................................ 183.2.3 Tabuleiros Mistos ............................................................................................... 183.2.4 Sees transversais ............................................................................................. 193.3 Torre ........................................................................................................................... 20
4 ESTAIS ............................................................................................................................. 234.1 Elementos de tensionamento ..................................................................................... 23
4.1.1 Barras .................................................................................................................. 234.1.2 Fios ..................................................................................................................... 244.1.3 Cordoalhas .......................................................................................................... 254.1.4 Cabos .................................................................................................................. 26
4.2 Sistemas de ancoragem .............................................................................................. 264.2.1 Tubo Guia ........................................................................................................... 274.2.2 Amortecedor ....................................................................................................... 274.2.3 Desviador ............................................................................................................ 28
4.3 Proteo ..................................................................................................................... 284.3.1 Galvanizao ...................................................................................................... 284.3.2 Cera ..................................................................................................................... 294.3.3 Bainha de HDPE (High Density Polyetilene)..................................................... 294.3.4 Tubo de HDPE (High Density Polyetilene) ....................................................... 294.3.5 Tubo anti-vandalismo ......................................................................................... 30
5 CONSIDERAES IMPORTANTES NO PROJETO .................................................... 315.1 Concepo preliminar ................................................................................................ 315.2 Comportamento no-linear da estrutura .................................................................... 33
5.2.1 No-linearidade dos estais .................................................................................. 355.3 Considerao da fadiga .............................................................................................. 36
6 MTODOS CONSTRUTIVOS DAS PONTES ESTAIADAS ........................................ 376.1 Cimbramento geral .................................................................................................... 376.2 Balanos sucessivos ................................................................................................... 386.3 Lanamentos progressivos ......................................................................................... 40
7 MODELO PARA ANLISE ............................................................................................ 427.1 Descrio da ponte estaiada ....................................................................................... 42
7.1.1 Caractersticas Gerais ......................................................................................... 437.1.2 Meso-estrutura .................................................................................................... 447.1.3 Estais ................................................................................................................... 467.1.4 Super-estrutura ................................................................................................... 48
7.2 Descrio do programa de anlise utilizado .............................................................. 487.3 Cargas consideradas ................................................................................................... 49
7.3.1 Aes permanentes ............................................................................................. 49
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
13/89
xii
7.3.2 Aes variveis ................................................................................................... 507.4 Caractersticas do modelo e dos materiais utilizados ................................................ 537.5 Modelagem da estrutura no SAP2000 ....................................................................... 54
7.5.1 Carga permanente ............................................................................................... 547.5.2 Carga mvel ........................................................................................................ 56
8 RESULTADOS ................................................................................................................. 598.1 Carga permanente ...................................................................................................... 618.2 Carga mvel ............................................................................................................... 67
9 CONCLUSES ................................................................................................................. 729.1 Sugestes para trabalhos futuros ................................................................................ 74
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ..................................................................................... 75
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
14/89
1
1 INTRODUO
Pontes estaiadas encontram-se cada vez mais presentes em obras brasileiras, poisalm de unirem beleza e esbeltez, conseguem vencer vos livres que chegam a centenas de
metros. O projeto de pontes deste tipo envolve ambiente com mltiplos objetivos, no qual se
devem atender a diversos critrios de projeto como segurana, funcionalidade e economia.
Torna-se necessrio, portanto uma compreenso adequada do comportamento estrutural deste
sistema.
No projeto de pontes, as decises mais importantes so feitas geralmente nas fases
iniciais, tornando-se fundamental, na fase de pr-dimensionamento, o entendimento docomportamento da estrutura. Para o mesmo problema, mais de uma soluo pode ser vivel,
no entanto, algumas sero mais eficientes no que diz respeito ao consumo de materiais,
facilidades construtivas, prazo de execuo e comportamento fsico da estrutura.
O pr-projeto de uma ponte compreende, em sntese, a determinao da geometria
e da configurao a ser adotada e do material utilizado em cada componente, todos eles
obedecendo a um conjunto de restries e critrios de projeto. No caso de uma ponte estaiada,
nos deparamos com vrias alternativas e possibilidades de projeto, sendo de extrema
importncia uma ferramenta capaz de dar suporte a esse empreendimento.
A determinao das configuraes geomtricas de uma ponte deste tipo e das
foras de protenso nos cabos funo de alguns fatores como: a relao entre os vos livres,
nmero de apoios, esttica e custos. O conhecimento da evoluo histrica da concepo
estrutural e dos materiais utilizados neste tipo de ponte, bem como seus possveis arranjos,
so subsdios bsicos para uma boa compreenso e anlise do comportamento das pontes
estaiadas.
Baseado em tudo que foi exposto at aqui, conclui-se que se torna necessrio o
desenvolvimento de modelos simplificados que contemple cada caso, modelos esses capazes
de auxiliar o projetista na fase de concepo inicial a fim de se comparar as diversas
alternativas.
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
15/89
2
1.1 Objetivos
A presente pesquisa tem como objetivo geral realizar um estudo de diferentes
sistemas estruturais usuais de pontes estaiadas com tabuleiro de concreto, assim como fazer
um estudo do pr-dimensionamento dos elementos do tabuleiro, mastro, estais e analisar
modelos e mtodos para a obteno de uma boa distribuio de esforos.
Como objetivo especfico, pretende-se realizar a anlise de uma soluo estrutural
no que diz respeito s tenses produzidas em pontos crticos na estrutura, assim como
deformaes decorrentes destes esforos. Feito isto, realizar-se- um estudo destes resultados
no que diz respeito tipologia adotada para a ponte estaiada e ao modelo de anlise adotado,assim como consideraes a respeito da influncia das simplificaes realizadas no modelo.
1.2 Estrutura do Trabalho
Este trabalho encontra-se dividido em nove captulos, sendo o primeiro
introdutrio, tratando da contextualizao do problema e dando uma idia geral do projeto degraduao, assim como uma justificativa da realizao do trabalho e dos objetivos gerais e
especficos a que se destina o mesmo.
O segundo captulo trata de um breve resumo da histria das pontes estaiadas,
relatando as principais evolues observadas com o decorrer do tempo, bem como os
principais colapsos registrados para este tipo de ponte.
No captulo trs sero apresentadas todas as definies necessrias a respeito daestrutura, sendo subdividida em sistemas de cabos, tabuleiro e torres, cada seo dessas
apresentar aspectos importantes de anlise e critrios de pr-dimensionamento.
O captulo quatro definir todos os materiais utilizados atualmente para a
montagem dos estais e o papel desempenhado por eles. Sendo este subdivido em elementos de
tensionamento, sistemas de ancoragem e os tipos de proteo.
O captulo cinco tratar brevemente de consideraes importantes no que diz
respeito concepo preliminar do projeto. Fica responsvel tambm por apresentar
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
16/89
3
consideraes indispensveis no projeto, como a considerao da fadiga e a importncia da
considerao do comportamento no-linear da estrutura e dos estais.
No captulo seis so descritos os principais mtodos construtivos das pontesestaiadas, como o cimbramento geral, o balano sucessivo e o mtodo dos lanamentos
progressivos.
No captulo sete, descreve-se a ponte escolhida para modelagem e as
simplificaes adotadas. So descritas a geometria da meso-estrutura, dos estais e da
superestrutura. Em seguida, realiza-se uma apresentao do programa computacional utilizado
para anlise, falando de suas principais aplicaes e ferramentas disponveis. Ainda neste
captulo, definem-se as cargas consideradas na anlise, assim como as caractersticas do
modelo e as propriedades dos materiais utilizados. Por fim, descreve-se sucintamente como se
realizou a modelagem da estrutura no programa.
O captulo oito tratar da apresentao e de uma breve anlise dos resultados,
apresentando os esforos e as deformaes obtidas no programa e realizando-se uma
discusso a respeito dos mesmos.
Por fim, o captulo nove encarrega-se de expor, sucintamente, as conclusesobtidas, assim como indicar sugestes para trabalhos futuros.
1.3 Metodologia
O presente trabalho baseado inicialmente em pesquisas bibliogrficas, onde se
apresentam as principais caractersticas das pontes estaiadas e as principais soluesestruturais adotadas atualmente, assim como a evoluo destas ao longo da histria.
Buscaram-se, na literatura, conceitos fundamentais que o projetista deve ter em mente para
um eficiente pr-dimensionamento dos elementos, obtendo-se na fase de projeto e execuo
economia e rapidez. Em seguida, estes conceitos foram comparados entre si visando a
obteno de subsdios que fundamentem a escolha da melhor soluo.
Em seguida, escolheu-se um programa computacional baseado no mtodo dos
elementos finitos. Programa este que foi escolhido levando-se em considerao as ferramentas
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
17/89
4
disponveis e os tipos de anlise. Escolhido o programa, foram estudadas suas ferramentas a
fim de se representar satisfatoriamente o modelo que ser adotado.
Determinado o programa e estudado o seu funcionamento, parte-se para a escolhade um sistema estrutural de ponte estaiada para anlise, sistema este j existente, fazendo-se
apenas algumas simplificaes no modelo analisado. Definida a estrutura para anlise,
aplicaram-se as cargas existentes, neste caso, consideraram-se apenas as cargas permanentes e
cargas mveis. Obtiveram-se, em seguida, como resultados, os esforos e deformaes
mximas na estrutura, resultados estes que so discutidos em etapas seguintes com vista aos
critrios de escolha do sistema estrutural adotado e aos critrios de pr-dimensionamento.
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
18/89
5
2 UM POUCO DA HISTRIA DAS PONTES ESTAIADAS
A idia de suportar um vo atravs de cabos presos a uma torre antiga. Osegpcios j utilizavam essa idia ao projetar suas embarcaes. Alm disso, indcios
arqueolgicos indicam que os ndios americanos construam passarelas pnseis de madeira.
(WITTFOHT, 1984 apud TORNERI, 2002).
Um carpinteiro alemo, Immanuel Lscher projetou uma ponte estaiada de
madeira em 1784. Em 1817, dois engenheiros britnicos, Redpath e Brown, construram a
passarela Kings Meadow, com um vo de 34 m utilizando estais de ferro. Em 1821, o
arquiteto francs Poyet sugeriu que as vigas fossem suportadas por barras de ao presas a umatorre, representando o chamado arranjo em leque. Em 1840, foi proposto por Hatley, um
arranjo para os cabos em que eles eram dispostos paralelamente, conhecido como arranjo em
harpa. Apesar de serem sistemas antigos e apresentarem desempenho satisfatrio, alguns
acidentes marcantes foram responsveis pela pouca utilizao durante um sculo
(LEONHARDT, 1974 apud TORNERI, 2002).
Em 1818, uma ponte construda em Dryburgh Abbey, na Inglaterra, sustentada
por correntes inclinadas, entrou em colapso apenas seis meses depois do trmino de sua
construo. O colapso teria sido causado pela sua instabilidade aerodinmica. Outro famoso
acidente causado pelo mesmo motivo foi o ocorrido com a ponte pnsil Tacoma Narrow em
1940, nos Estados Unidos. Outro acidente que demonstra a falta de conhecimento tcnico para
o projeto destas pontes ocorreu em 1825, em que uma ponte de 78 metros de vo construda
sobre o rio Saale, na Alemanha, entrou em colapso quando submetido carga de multido
(WALTHER et al, 1985).
Em Nova York, foi construda em 1883, por J. Roeblig, uma das mais marcantes
pontes suportadas por cabos, a ponte Brooklyn, com um vo central de 486,50 m e um
comprimento total de 1059,90 m. Sendo que os estais ocupam um papel importantssimo ao
suportarem quase toda a carga permanente. Alm disso, essa ponte foi concebida em uma
poca onde os modernos procedimentos de calculo estrutural inexistiam, sendo projetada
utilizando-se basicamente a intuio e o conhecimento de que os cabos inclinados
aumentavam significativamente a rigidez das pontes suspensas. At meados do sculo XX as
pontes estaiadas foram pouco utilizadas.
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
19/89
6
Um dos grandes responsveis pelo desenvolvimento das pontes estaiadas a partir
de 1938 foi o engenheiro alemo Dischinger. Suas investigaes demonstraram que a rigidez
e a estabilidade aerodinmica das pontes pnseis podem ser consideravelmente aumentadas
pela utilizao de estais protendidos. Graas reconstruo da Europa aps a segunda guerra
mundial, as pontes estaiadas passaram a ser muito utilizadas.
A ponte do canal de Donzere, na frana, construda em 1951 e com vo de 81,0 m,
foi a primeira ponte de concreto moderna exclusivamente estaiada.
Outra ponte estaiada muito marcante foi a ponte Dieppoldsau, construda em 1985
na sua, com um vo central de 97,0 m. Ela foi a primeira ponte com um tabuleiro delgado de
concreto em que a laje a prpria viga de rigidez longitudinal. Essa ponte possui uma torre
em prtico com dois planos de cabos em semi-harpa.
Apesar de ter havido muito desenvolvimento desse tipo de ponte nas dcadas de
70 e 80, elas passaram a ser mais utilizadas na dcada de 90 como soluo mais vivel para
grandes vos, substituindo as pontes Pnseis. Os vos a serem superados foram aumentando
com o decorrer dos anos, mas na dcada de 90 todos os recordes anteriores foram superados
(TORNERI, 2002).
2.1 Evoluo dos sistemas adotados para pontes estaiadas
Com o passar dos anos, as pontes estaiadas passaram a ficar mais esbeltas e mais
flexveis. Inicialmente as pontes possuam poucos estais e eram muito espaados, que
suportavam tabuleiros muito rgidos. Estes tabuleiros eram responsveis por resistir s
solicitaes de flexo entre os pontos de ancoragem dos cabos. Exemplo deste tipo de ponte
a ponte Knee (Figura 2.1), na Alemanha.
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
20/89
7
Figura 2.1 Ponte Knee (vo central de 320 m, 1969).
Em seguida, as pontes estaiadas passaram a apresentar um grande nmero de
estais, sendo eles pouco espaados. Neste caso, o tabuleiro possui um comportamento similar
a uma viga apoiada em apoios elsticos, conduzindo a uma baixa rigidez flexo do tabuleiro.
Neste mesmo perodo elas tambm se caracterizavam pela suspenso parcial, ou seja, os estais
eram interrompidos a uma certa distncia da torre. Como exemplo, tem a ponte Friedrich
Ebert (Figura 2.2), na Alemanha. At ento o comportamento mecnico destas obras podiam
ser comparados ao de uma trelia, onde o tabuleiro era o elemento comprimido e os estais
eram as diagonais tracionadas.
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
21/89
8
Figura 2.2Ponte Friedrich Ebert (vo central de 280 m, 1967).
Logo em seguida, as pontes estaiadas passaram a apresentar mltiplos estais com
suspenso total do tabuleiro, inclusive prximo s torres. Um exemplo deste tipo de ponte a
ponte Pasco-Kennewick (Figura 2.3), nos Estados Unidos.
Figura 2.3Ponte Pasco-Kennewick (vo central de 300 m, 1978).
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
22/89
9
Este ltimo tipo de ponte possua diversas vantagens em relao s anteriores,
como por exemplo:
Simplificao na transmisso dos esforos, reduzindo as forasconcentradas nas ancoragens e diminuio da flexo entre os pontos de suspenso;
Possibilidade da substituio dos estais quando danificados oudeteriorados sem a necessidade de interrupo da utilizao da estrutura;
Facilidades construtivas, podendo a estrutura ser construda porbalanos sucessivos;
Reduo do peso prprio devido menor esbeltez da seo;Segundo Walther et al (1985), a utilizao de tabuleiros em concreto protendido
econmica para pontes com vos em torno de 500 e 600 m e para vos superiores a 800 m a
utilizao de tabuleiros mistos, ou seja, tabuleiros compostos de ao e concreto, mais
econmica.
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
23/89
10
3 ALTERNATIVAS DE PONTES ESTAIADAS
A escolha do tipo de ponte a ser utilizado depende basicamente do vo central daobra. As pontes estaiadas so mais econmicas para vos inferiores a 1500 m, devido maior
eficcia dos estais. Em pontes com vo superior a 1500 m, os esforos normais transmitidos
ao tabuleiro pelos estais passam a ser muito elevados, alm disso, surgem muitas dificuldades
construtivas. Para estes casos indicada a utilizao de pontes pnseis (TORNERI, 2002).
As pontes estaiadas consistem basicamente de tabuleiros suspensos por cabos
inclinados, que por sua vez so ancorados a torres, criando-se, deste modo, apoios
intermedirios ao longo do vo do tabuleiro. Este sistema subdividido em tabuleiro (vigasde rigidez e a laje), sistema de cabos que suportam o tabuleiro, torres que suportam os cabos,
e os blocos de ancoragem ou pilares de ancoragem. Os cabos de ancoragem so elementos
que ligam a torre aos blocos ou pilares de ancoragem, eles so utilizados para reduzir os
momentos fletores e deslocamentos da torre e do tabuleiro quando os carregamentos do vo
central e lateral diferem. Estes cabos esto sujeitos a tenses muito altas e por isso merecem
ateno especial.
Figura 3.1Elementos bsicos de uma ponte estaiada (WALTHER et al, 1985).
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
24/89
11
A figura abaixo extrada de Walther et al (1985) ilustra trs concepes estruturais
que ajudam a esclarecer como as propriedades de cada elemento alteram o caminhamento das
cargas e modifica comportamento estrutural global da estrutura.
Figura 3.2Alternativas de concepo estrutural (WALTHER et al, 1985).
No caso da concepo (a), o tabuleiro muito rgido e h poucos estais, fazendo
com que grande parte da carga caminhe pelas vigas longitudinais, causando elevados
momentos fletores. Isso far com que a torre e os estais sejam submetidos a esforos menores,
permitindo, portanto, sees mais esbeltas destes elementos.
Na concepo (b) h uma torre muito rgida e um nmero elevado de estais,
levando a baixos momentos fletores no tabuleiro, permitindo assim sees mais esbeltas.
Na concepo (c), os cabos de ancoragem possuem um papel fundamental, pois
equilibram as cargas do vo lateral e do vo central, levando a baixos momentos fletores no
tabuleiro e apenas tenses de compresso na torre. Podendo-se adotar tabuleiros e torres com
sees mais esbeltas.
Recomenda-se a utilizao de distribuies simtricas dos cabos para garantia do
equilbrio do peso prprio entre os vos lateral e central, evitando-se flexes exageradas no
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
25/89
12
tabuleiro e na torre. Usualmente adota-se, para o vo lateral, um comprimento inferior
metade do vo central.
3.1 Sistema de cabos
A configurao do sistema de cabos um dos itens fundamentais no projeto deste
tipo de ponte, uma vez que responsvel pelo comportamento estrutural global. Portanto,
especial ateno deve ser dada ao estudo destes elementos, pois alm de elevada importncia,
possui um custo marginal se comparado ao custo global da obra, sendo da ordem de 10 a 20%
do custo global da obra para estruturas de pequenos e mdios vos, mas para pontes de
grandes vos as condies so totalmente diferentes (VARGAS, 2007). As principais
configuraes longitudinais de cabos so ilustradas na Figura 3.3 a seguir.
O sistema em harpa, no qual os estais so dispostos paralelos uns aos outros e
fixados a diferentes alturas da torre, em geral, no , do ponto de vista estrutural e econmico,
a melhor soluo, mas muitas vezes a adotada por fatores estticos.
J o sistema em leque, onde os cabos so presos ao topo da torre, possui diversas
vantagens, alm de tambm ser aceito esteticamente por diversos projetistas. Neste sistema o
peso final de cabos menor se comparado ao sistema em harpa com uma altura de torre igual.
Isto acontece porque os estais possuem uma inclinao maior, possuindo assim uma
componente vertical da fora maior, necessitando, portanto, de sees de estais menores para
suportar uma mesma carga permanente. Alm disso, essa configurao induz foras de
compresso normal menores no tabuleiro, devido inclinao maior em relao ao tabuleiro.
O sistema em leque tambm d mais flexibilidade horizontal estrutura no sentido
transversal, incrementando estabilidade frente a aes ssmicas.
Segundo Vargas (2007), a maior desvantagem do sistema em leque est no projeto
e na construo dos topos das torres, direo na qual onde todos os cabos convergem. Uma
convergncia ideal no pode ser atingida na prtica, necessitando estender as ancoragens a
uma dimenso adequada.
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
26/89
13
Figura 3.3Configuraes longitudinais de cabos (WALTHER et al, 1985).
Deste modo, o sistema em harpa menos indicado para grandes vos, uma vez
que ele induziria altas tenses de compresso no tabuleiro, levando necessidade de sees
mais enrijecidas. Vale ressaltar tambm, que neste sistema, a linha elstica caracterizada por
flechas maiores a um quarto do vo do que no meio, como se pode ver na Figura 3.4. Isto
acontece porque a seo central est presa ao topo da torre, que por sua vez est preso aos
blocos de ancoragem. J os demais estais esto presos ao vo lateral, que mais flexvel.
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
27/89
14
Figura 3.4Deformao de um sistema em harpa com carga disposta apenas no vo central (GIMSING, 1983).
Em projetos mais recentes, encontra-se tambm uma combinao dos dois, onde
os pontos de ancoragem esto suficientemente separados para poderem ser ancorados um a
um. o caso do sistema em semi-harpa ilustrado por Walther et al (1985) na Figura 3.3 (c).
importante ressaltar que a configurao longitudinal dos cabos depende tambm
de fatores topogrficos e do comprimento do vo. Para Vargas (2007), do ponto de vista de
economia dos estais, a disposio tima seria a que fizesse um ngulo de 45 graus com a
horizontal. No entanto, existe ainda uma tendncia de reduo do ngulo de inclinao dos
cabos de ancoragem visando a reduo da componente vertical da fora proveniente dos
estais. Na maioria dos casos, o vo lateral deve ser dimensionado com comprimento inferior a
metade do vo central (WALTHER et al, 1985).
Para pontes com vos muito grandes, ocorrem normalmente curvaturas elevadas
dos cabos, podendo-se, nesse caso, dispor cabos secundrios que interceptam os principais em
um ngulo de 90 graus.
As alternativas mais usuais para configurao transversal dos cabos so ilustradas
na figura a seguir.
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
28/89
15
Figura 3.5Configuraes transversais dos cabos (WALTHER et al, 1985).
Dentre os sistemas mais usuais, podemos citar:
Sistema com suspenso central: do ponto de vista esttico muitovalorizado, mas do ponto de vista esttico no a melhor soluo, pois cargas assimtricas no
tabuleiro causam toro no tabuleiro exigindo, portanto, uma seo mais rgida. Entretanto,
este sistema no deve ser descartado totalmente, pois possui a vantagem de diminuir o nmero
de estais e proporciona estrutura uma boa distribuio dos esforos nos estais graas maiorrigidez do tabuleiro. Outra desvantagem deste sistema que, para pontes com vos muito
grandes, necessita-se de bases de torres muito largas e, ao colocar a torre no centro da pista,
acabamos impondo uma seo mais larga do tabuleiro.
Sistema com suspenso lateral: o sistema mais adotado para pontesestaiadas, principalmente para pontes com tabuleiros muito largos. Neste sistema os
momentos torores podem ser totalmente equilibrados na seo transversal do tabuleiro,
permitindo sees mais esbeltas. Neste caso, os momentos fletores transversais so mximosno meio da seo e os cortantes mximos ocorrem nas ancoragens dos estais, conforme se
ilustra na Figura 3.6, devendo-se dar uma ateno especial do detalhamento das armaduras
destas regies. Em tabuleiros muito largos, os momentos fletores transversais podem ser
maiores que os longitudinais. Neste caso, torna-se necessrio a utilizao de trs planos de
cabos (WALTHER et al, 1985). Dentre as pontes com suspenso lateral, temos ainda as com
suspenso vertical, onde sua ancoragem com o tabuleiro no provoca nenhum problema com
o gabarito sobre o tabuleiro e torna a construo das torres verticais simples e econmicas. Jo sistema com suspenso lateral de cabos inclinados transversalmente, geralmente com torres
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
29/89
16
em forma de A, possui a vantagem de diminuir consideravelmente as possveis rotaes no
tabuleiro e na torre, no entanto, cria certos problemas de gabarito na direo transversal,
necessitando de alargamento da seo transversal ou o uso de ancoragens em dentes salientes
na lateral do tabuleiro. Temos tambm, como inconveniente, a construo de torres em forma
de A, que geralmente mais complicada que as torres verticais (VARGAS, 2007).
Figura 3.6Suspenso lateral: distribuio dos esforos transversais (WALTHER et al, 1985).
Tem-se observado que as estruturas estaiadas modernas, onde h um nmero
elevado de cabos com espaamentos curtos, apresentam numerosas vantagens. Dentre elas
podem-se citar:
O elevado nmero de estais leva a baixas flexes do tabuleiro, tantodurante a construo como durante a operao, necessitando de mtodos construtivos simples
e econmicos, como por exemplo, balanos sucessivos;
Os cabos individuais acabam sendo menores que os de uma com estaisespaados, simplificando as instalaes de ancoragens;
A substituio dos estais torna-se simples e rpida, sendo ela essencialapesar de serem realizadas protees, principalmente contra corroso.
O ngulo de inclinao dito timo dos estais normalmente tido como 45,
tendo como limite inferior 25 para os cabos mais longos e como limite superior 65 para os
cabos mais curtos. Com relao aos espaamentos dos estais, o espaamento mximo
depende, alm do vo intermedirio da ponte, da largura e da forma do tabuleiro e da
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
30/89
17
metodologia construtiva. Quando o tabuleiro de ao ou misto geralmente pode ser
construdo por balanos sucessivos, no existindo, portanto, vantagens apreciveis em
localiz-los prximos uns aos outros, adotando-se como regra geral, um espaamento entre 15
m e 25 m. J para um tabuleiro de concreto, concepes com estais espaados entre 5 m e 10
m vantajoso e podem ser essenciais em estruturas com grandes vos (VARGAS, 2007).
3.2 Tabuleiro
O tabuleiro possui grande importncia no que diz respeito s cargas verticais. Ele
responsvel pela distribuio das foras verticais entre os pontos de ancoragem do estais,
que podem ser considerados como apoios elsticos intermedirios. Alm disso, influencia no
comportamento global da estrutura, pois tambm responsvel pela boa distribuio dos
esforos para os apoios principais, que so os pilares (GIMSING, 1983 apud TORNERI,
2002). A classificao do tabuleiro das pontes estaiadas pode ser realizada de vrias maneiras,
uma delas diz respeito ao material, sendo mais comuns os tabuleiro metlicos, de concreto ou
mistos.
A escolha do material do tabuleiro um dos critrios dominantes quando se trata
do custo global da obra, pois ele influencia no dimensionamento dos outros elementos.
Segundo Vargas (2007), as seguintes quantidades podem ser utilizadas como indicadores:
tabuleiro de ao de 2,5 a 3,5 kN/m, tabuleiro misto de 6,5 a 8,5 kN/m e tabuleiro de concreto
de 10 a 15 kN/m.
3.2.1 Tabuleiros metlicos
Como em qualquer outro tipo de estrutura metlica, um tabuleiro deste tipo trs
consigo um maior controle dos processos executivos e da qualidade dos materiais, reduzindo
desta maneira os riscos de eventuais erros construtivos. Alm disso, por ser um material mais
leve e resistente, permite a utilizao de tabuleiros mais esbeltos e leves, proporcionando
reduo da seo transversal de todos os outros elementos da estrutura.
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
31/89
18
Uma grande desvantagem da utilizao deste material em pontes a necessidade
de mo-de-obra qualificada, graas utilizao de segmentos pr-moldados na maioria dos
casos.
3.2.2 Tabuleiros de concreto
A utilizao de tabuleiros em concreto armado ou protendido em pontes estaiadas
tem maior aceitao entre os projetistas e construtores. Pois apresenta processos construtivos
mais simples. Alm disso, o concreto pode ser executado todo in loco. Outro aspecto levado
em considerao a durabilidade deste material que, ao contrrio do ao, menos susceptvel
ao ataque de agentes externos, tornando-se a necessidade de vistorias do tabuleiro menos
freqentes.
A utilizao do tabuleiro de concreto mais barata que a utilizao do tabuleiro
de ao, no entanto, seu peso elevado aumenta as sees transversais dos estais e da torre.
Segundo Vargas (2007), possvel limitar o peso prprio de um tabuleiro de ao a um valor
que quase um quinto do peso do tabuleiro de concreto. Assim, a comparao entre estas
alternativas deve ser realizada considerando todo o sistema da ponte, e no s o tabuleiro
separadamente.
Os tabuleiros de concreto podem ser moldados in loco ou pr-moldados. No caso
de pr-moldados, pode-se construir o tabuleiro por meio de balanos sucessivos com auxlio
de cabos permanentes.
3.2.3 Tabuleiros Mistos
Segundo Walther et al (1985), as pontes com sees mistas no so uma boa
concepo estrutural, pois as vigas longitudinais em ao esto submetidas a elevadas tenses
de compresso, que so acentuadas pela fluncia e retrao da laje do tabuleiro, podendo
causar problemas de instabilidade local. Ele recomenda, portanto, a utilizao do concreto em
elementos que so predominantemente comprimidos, como lajes e vigas longitudinais, e o aoem elementos submetidos trao e flexo, como vigas transversais e contraventamentos.
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
32/89
19
3.2.4 Sees transversais
Os tipos mais usuais de seo transversal so as ilustradas na figura a seguir:
Figura 3.7Quatro configuraes bsicas para a seo transversal (GIMSING, 1983).
Para sees abertas, como o caso das sees (a) e (c), torna-se necessrio um
sistema de cabos que oferea uma maior rigidez toro. No caso de sees fechadas, como
o caso das sees (b) e (d), o prprio tabuleiro capaz de resistir toro imposta.
Para pontes com suspenso lateral mltipla, podem-se conseguir sees de
tabuleiro muito esbeltas, pois os esforos de flexo longitudinal so relativamente baixos e,
graas suspenso lateral, o tabuleiro no requer uma rigidez toro elevada. Neste tipo de
soluo, o dimensionamento da seo condicionado pelos momentos transversal e pelos
esforos cortantes atuantes nas ancoragens, sendo que estes dois crescem com o aumento da
largura do tabuleiro. Para sees muito largas, seria mais conveniente a utilizao de trs
planos de cabos, ao invs de se aumentar a rigidez do tabuleiro.
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
33/89
20
3.3 Torre
A configurao da torre tem ligao direta com o tipo de tabuleiro. Uma ponte
com uma torre esbelta, e conseqentemente tendo pouca resistncia s solicitaes de
momentos fletores longitudinais, necessita de um tabuleiro mais rgido. J para uma torre
mais rgida, podem-se adotar tabuleiros mais esbeltos, desde que sejam dispostos um nmero
suficiente de estais, de modo que este no fique submetido a grandes esforos de flexo. Este
ltimo o caso das pontes mais recentes aliado a uma configurao simtrica dos cabos para
manter o peso prprio equilibrado.
O comportamento da torre regido pela sua interao com os demais elementosda ponte. O sistema de cabos utilizado influi diretamente na rigidez longitudinal exigida para
a torre. Para sistema de cabos em harpa, normalmente utiliza-se torres com rigidez flexo
mais elevadas para poder resistir a cargas assimtricas no tabuleiro. J no sistema em leque,
os momentos fletores longitudinais so transferidos aos cabos de ancoragem, assim, a rigidez
longitudinal das torres tem pouca influncia no comportamento estrutural do conjunto
(TORNERI, 2002).
A altura da torre est diretamente ligada configurao adotada para os cabos,
pois ela quem definir a inclinao dos estais e, portanto, sua eficincia. Diversas so as
recomendaes para a proporo entre a altura da torre e o vo central. Normalmente adota-se
uma altura de torre de 20% a 25% do vo central. No estudo paramtrico de Walther et al
(1985) adotou-se uma altura de torre de 23,5% do vo central. A altura da torre tambm
definir a inclinao dos cabos. Aconselha-se que o ngulo de inclinao entre o cabo mais
longo e a horizontal no seja inferior a 25, caso contrrio, as deflexes no tabuleiro se
tornaro muito altas.
O caminhamento dos esforos deve ser o mais simples possvel, logo, a estrutura
deve ser projetada de modo que apenas solicitaes normais sejam aplicadas s torres.
Existem dois tipos principais de torres, sendo elas ilustradas na Figura 3.8 e na
Figura 3.9 a seguir:
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
34/89
21
Figura 3.8Concepo de torres com um nico mastro (WALTHER et al, 1985).
Figura 3.9Configuraes usuais para torres com dois mastros (WALTHER et al, 1985).
A Figura 3.8 ilustra torres de mastro nico, podendo ela ter um ou dois planos de
cabos. J na Figura 3.9, ilustram-se torres com dois mastros. Neste caso podem-se utilizar
planos de cabos inclinados. A fim de se eliminar problemas com a flexo transversal da torre
comum usar-se vigas de travamento (Figura 3.9-c).
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
35/89
22
A seo transversal da torre depende basicamente da solicitao normal a que ela
estar sujeita, uma vez que esta predomina sobre as demais. usual a utilizao de sees
caixo com elevadas espessuras das paredes.
Com relao s condies de apoio da torre, podemos citar trs tipos bsicos. Um
deles a torre fixa base, onde so gerados elevados momentos de flexo, porm, esta
soluo leva a um aumento da rigidez da estrutura global. Um outro tipo seria a torre fixa
superestrutura, utilizado normalmente em pontes com um nico plano de estais e um tabuleiro
com seo caixo, as torres so geralmente fixas ao caixo. E a terceira condio de apoio
seria a torre articulada na base na direo longitudinal, reduzindo os momentos de flexo na
torre, utilizado normalmente em estruturas com ms condies de solo de fundao.
Independente do nmero de vos, as pontes estaiadas comportam-se normalmente
como pontes totalmente suspensas no sentido longitudinal. Portanto, as torres devem possuir
estabilidade suficiente para resistir aos esforos de freadas de veculos, foras do vento, atrito
diferencial e aes ssmicas, garantindo ao mesmo tempo a estabilidade global.
Portanto, pontes estaiadas so sistemas que oferecem inmeras possibilidades de
concepes estruturais e aplicaes inovadoras, sendo papel do projetista combinar estas
possibilidades com intuito de otimizar o comportamento global da mesma.
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
36/89
23
4 ESTAIS
Os estais so elementos encarregados de transferir os esforos advindos dotabuleiro para as torres. Ele composto basicamente pelo sistema principal de tensionamento,
pelos sistemas de ancoragem e pelos itens necessrios sua proteo.
4.1 Elementos de tensionamento
4.1.1 Barras
So componentes produzidos com o intuito de serem pr-tracionados. O estai
pode ser composto por uma nica barra ou por um conjunto delas paralelas entre si.
As barras empregadas em obras estaiadas devem estar em conformidade com as
especificaes presentes na ASTM A722. Alm disso, elas devem atender a todos os critrios
e exigncias impostas atravs da realizao de ensaios estticos e dinmicos (PTI, 2001 apud
NOGUEIRA NETO, 2003).
Para cada lote de 20 toneladas de ao, necessria a realizao de ensaios
estticos, devendo-se obedecer aos seguintes requisitos:
Mnima resistncia ltima trao: MPafs 1035'
Mnima tenso de escoamento: '85,0' sy ff
Mdulo de elasticidade: E = (2000005%) MPa
Caso contrrio, todo o lote deve ser rejeitado.
Para a realizao do ensaio dinmico, deve-se coletar uma amostra de 5 metros
para cada 20 toneladas de ao, sendo o comprimento mnimo de 20 dimetros, mas no
inferior a 61 cm. O corpo de prova ento exposto a uma tenso superior a 45% de 'sf com
uma variao de tenso dada em funo do nmero de ciclos a que a amostra submetida.
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
37/89
24
Encerrado o ensaio de fadiga, a amostra submetida a um ensaio esttico, onde a
tenso de ruptura no deve ser inferior a 95% de 'sf .
Caso o corpo de prova seja rejeitado em um dos testes, uma nova amostra coletada, se obtiver novamente um resultado negativo, todo o lote de onde se obteve a amostra
deve ser rejeitado.
Normalmente as barras so utilizadas em passarelas, onde o a variao de tenses
baixa, pois h uma dificuldade de se garantir que a barra apresente dobras durante sua
montagem, que levaria a um comprometimento de seu comportamento.
4.1.2 Fios
o componente bsico para a confeco de cordoalhas e cabos. Os fios
empregados em obras estaiadas devem estar em conformidade com as especificaes
presentes na ASTM A421.
Segundo Nogueira Neto, 2003, a principio, os fios de relaxao baixa so maisindicados para compor os estais.
Segundo o Post-Tensioning Institute, 2001, os fios que compem os estais
tambm devem passar por ensaios estticos e dinmicos.
Para cada lote de 25 toneladas de ao, necessria a realizao de ensaios
estticos, devendo-se obedecer aos seguintes requisitos:
Mnima resistncia ltima trao: MPafs 1655'
Mnima tenso de escoamento: '90,0' sy ff (Relaxao Baixa)
Mnima tenso de escoamento: '85,0' sy ff (Relaxao Normal)
Mdulo de elasticidade: E = (2000005%) MPa
Caso contrrio, todo o lote deve ser rejeitado.
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
38/89
25
Para a realizao do ensaio dinmico de fadiga, deve-se coletar uma amostra de 5
metros para cada 10 toneladas de ao, sendo o comprimento mnimo de 30 cm. O corpo de
prova ento exposto a uma tenso superior a 45% de 'sf com uma variao de tenso dada
em funo do nmero de ciclos a que a amostra submetida.
Encerrado o ensaio de fadiga, a amostra submetida a um ensaio esttico, onde a
tenso de ruptura no deve ser inferior a 95% de 'sf .
Caso o corpo de prova seja rejeitado em um dos testes, dois novos ensaios devem
ser realizados com a mesma amostra, se obtiver novamente um resultado negativo, todo o lote
de onde se obteve a amostra deve ser rejeitado.
4.1.3 Cordoalhas
As cordoalhas caracterizam-se basicamente por serem formadas de uma
montagem de fios que circundam helicoidalmente um fio central em uma ou mais camadas. A
ASTM A416 descreve as caractersticas de fabricao das cordoalhas empregadas em obrasestaiadas.
Segundo o Post-Tensioning Institute, 2001, as cordoalhas que compem os estais
tambm devem passar por ensaios estticos e dinmicos.
Para cada lote de 10 toneladas de ao, necessria a realizao de ensaios
estticos, devendo-se obedecer aos seguintes requisitos:
Mnima resistncia ltima trao: MPafs 1860'
Mnima tenso de escoamento: '90,0' sy ff
Mdulo de elasticidade: E = (1970005%) MPa
Caso contrrio, todo o lote deve ser rejeitado.
Para a realizao do ensaio dinmico de fadiga, deve-se coletar uma amostra de 5
metros para cada 10 toneladas de ao, sendo o comprimento mnimo de 100 cm. O corpo de
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
39/89
26
prova ento exposto a uma tenso superior a 45% de 'sf com uma variao de tenso dada
em funo do nmero de ciclos a que a amostra submetida.
Encerrado o ensaio de fadiga, a amostra submetida a um ensaio esttico, onde atenso de ruptura no deve ser inferior a 95% de 'sf .
Caso o corpo de prova seja rejeitado em um dos testes, dois novos ensaios devem
ser realizados com a mesma amostra, se obtiver novamente um resultado negativo, todo o lote
de onde se obteve a amostra deve ser rejeitado.
Atualmente, tem-se utilizado com grande freqncia feixes de cordoalhas
paralelas na composio dos estais.
4.1.4 Cabos
Os cabos caracterizam-se basicamente por serem formadas de uma montagem de
cordoalhas que circundam helicoidalmente em torno de uma cordoalha central ou um outro
cabo. A ASTM A603 descreve as caractersticas de fabricao dos cabos empregadas em
obras estaiadas.
A principal vantagem das cordoalhas reside no fato de apresentar maior
resistncia trao e maior mdulo de elasticidade. Porm, os cabos so mais flexveis,
podendo realizar maiores curvaturas no topo das torres. Devidos estas caractersticas, as
cordoalhas so mais utilizadas em pontes estaiadas e os cabos mais utilizados em pontes
pnseis (NOGUEIRA NETO, 2003).
4.2 Sistemas de ancoragem
A ancoragem o dispositivo responsvel por transferir as cargas dos cabos aos
apoios onde esta ancorada, seja o tabuleiro ou a torre.
As ancoragens podem ser ativas, onde se realiza a atividade de tensionamento, ou
passiva, onde a ancoragem sofrer a atividade de tensionamento. Normalmente as ancoragens
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
40/89
27
ativas esto no tabuleiro e as passivas nas torres devido a facilidade de acesso e trabalho, mas
nada probe que a ancoragem da torre tambm seja ativa.
As cordoalhas so tensionadas individualmente e sua ancoragem tambm individual atravs de cunhas de ao (dispositivo semelhante s ancoragens convencionais).
Aps todas as cordoalhas terem sido ancoradas, um ajuste na tenso pode ser
realizada simultaneamente em todas as cordoalhas de um estai atravs de uma anel de ajuste
presente na parte externa do dispositivo de ancoragem. Com isso, pode-se alongar ou afrouxar
simultaneamente todas as cordoalhas em uma nica operao, aumentando ou aliviando a
tenso no estai.
O sistema de ancoragem deve ser submetido a um ensaio visando verificar a
resistncia corroso.
4.2.1 Tubo Guia
O tubo guia o tubo metlico existente a partir da placa de ancoragem, com afuno de proteger o trecho inicial das cordoalhas, alm de definir o ngulo de partida do
estai.
O tubo guia deve estar em conformidade com as exigncias da ASTM A53, sendo
todos os ensaios descritos pela ASTM A673.
A espessura de sua parede deve ser suficiente para resistir aos esforos
provocados pelo manuseio e transporte, alm da presso interna provocada eventualmente
pelo seu preenchimento com grout. No entanto, esta espessura no deve ser inferior a 10mm
(PTI, 2001 apudNOGUEIRA NETO, 2003).
4.2.2 Amortecedor
Este dispositivo tem a principal funo de amenizar o efeito da fadiga, reduzindoa amplitude de oscilao das tenses atuantes nas cordoalhas devido a ao das cargas
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
41/89
28
acidentais. Este sistema posicionado no interior do tubo guia, na extremidade oposta a placa
de ancoragem.
O amortecedor composto de vrios anis de elastmeros entre chapas metlicas.
4.2.3 Desviador
Tem a principal finalidade de garantir o paralelismo entre as cordoalhas no
interior do tubo guia. um cilindro plstico posicionado junto ao amortecedor. Este recebe
furos de acordo com o nmero de cordoalhas que compem o estai, fazendo com que cadaorifcio do desviador tenha uma respectiva cordoalha na placa de ancoragem. Garantindo
assim, que toda cordoalha que atravessa o desviador tenha sua ortogonalidade com a placa de
ancoragem.
4.3 Proteo
A proteo dos elementos de tensionamento de fundamental importncia, pois
imperfeies na superfcie do ao provocam o aparecimento de pontos de concentrao de
tenso, que podem levar ao aparecimento de uma tenso superior admissvel.
4.3.1 Galvanizao
Proteo realizada atravs da imerso a quente do fio, proporcionando camadas de
cobertura de zinco. Este tipo de proteo possui a vantagem de no ser danificada facilmente
com o manuseio e de possuir o preo relativamente baixo se comparado aos outros tipos de
proteo (PODOLNY; SCALZI, 1976).
A ASTM A586 E A603 classificam esta proteo em razo da espessura da
camada de revestimento, sendo classificada em A, B ou C.
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
42/89
29
Segundo Podolny e Scalzi, 1976, o processo de galvanizao altera as
propriedades mecnicas do ao, pois a tenso de ruptura pode apresentar uma reduo em
torno de 5%. No entanto, os valores de tenso ltima de resistncia citados pela Post-
Tensioning Institute, 2001 j consideram a influncia da proteo dos elementos tensionados.
4.3.2 Cera
A aplicao da cera deve ser realizada completamente entre todos os fios que
compem a mesma cordoalha. Este material, alm de proteger o fio, deve ser quimicamente
estvel e no reativo com o ao (NOGUEIRA NETO, 2003).
4.3.3 Bainha de HDPE (High Density Polyetilene)
Assegura total impermeabilidade gua. Este material no deve reagir com o
grout e nem com a cera que envolve os fios, alm de possuir suas caractersticas inalteradasquando exposto a elevadas temperaturas.
4.3.4 Tubo de HDPE (High Density Polyetilene)
Alm de possuir as caractersticas j descritas para a bainha de HDPE, deve ser
resistente a ao dos raios ultravioletas. Segundo Nogueira Neto, 2003, uma placa de HDPEcom espessura de 1,0mm proporciona a mesma proteo contra os raios ultravioletas
verificada em um muro de concreto de 1,8 m de espessura.
As especificaes da HDPE so encontradas na ASTM D3035 e ASTM F714.
Segundo a Post-Tensioning Institute, 2001, a espessura do tubo de HDPE no
deve ser inferior a 1/18 de seu dimetro externo.
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
43/89
30
Um aspecto positivo deste tipo de proteo que ele tambm proporciona um
menor coeficiente de arrasto quando comparado ao coeficiente de arrasto equivalente ao
conjunto de cordoalhas.
4.3.5 Tubo anti-vandalismo
Consiste de um revestimento de ao de 6 mm de espessura na base do estai, junto
ao tabuleiro, com o intuito de proteger mecanicamente o estai contra danos acidentais ou
intencionais.
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
44/89
31
5 CONSIDERAES IMPORTANTES NO PROJETO
A seguir, sero realizados alguns comentrios importantes a respeito do projeto de
pontes. Aspectos estes que, no caso de pontes estaiadas, tornam-se indispensveis.
5.1 Concepo preliminar
Pontes estaiadas so estruturas altamente hiperestticas, portanto, modelos
computacionais capazes de representar adequadamente o comportamento fsico da estrutura
com aceitveis tolerncias para os erros so indispensveis.
Como na maioria dos projetos de estrutura, a anlise do sistema realizada em
vrias etapas. A primeira delas responsvel pelas dimenses iniciais dos elementos
estruturais. Nesta fase, so realizadas uma srie de simplificaes nos modelos considerados,
que em geral no consideram os efeitos de segunda ordem.
Verificado a soluo estrutural preliminar, parte-se para a segunda etapa, em que
uma anlise dos estados limites ltimos e de servio so verificadas, considerando os efeitos
da no-linearidade fsica e geomtrica, o que indispensvel, visto que estas estruturas so
bastante deformveis, causando esforos e deslocamentos de segunda ordem.
Segundo Walther et al (1985), o projeto de uma ponte estaiada envolve as etapas
mostradas no fluxograma da Figura 5.1. Inicialmente procede-se um pr-dimensionamento de
todos os elementos da estrutura. Nesta fase fundamental um bom conhecimento por parte do
projetista do comportamento global da estrutura e da influencia de cada elemento neste
comportamento. Na segunda fase, define-se a seo dos estais e o seu pr-alongamento
atravs de mtodos simplificados. Calculam-se, a partir da, os esforos e deformaes devido
s cargas permanentes atravs de uma anlise esttica. Aps esta etapa, verifica-se se h
necessidade de alterao das dimenses dos elementos, principalmente dos estais, devendo-se
dimension-los de modo que se tenha flecha nula no tabuleiro para o carregamento
permanente ou at mesmo uma contra-flecha inicial. Por final, realiza-se uma anlise
dinmica e das freqncias naturais, assim como uma checagem dos esforos nas fases
construtivas.
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
45/89
32
Na fase inicial podem-se utilizar modelos planos de anlise para uma melhor
compreenso da estrutura, mas na fase final recomendvel um modelo espacial mais
complexo. Na fase final torna-se mais conveniente o uso de programas computacionais
baseados no mtodo dos elementos finitos, para que se possam considerar os efeitos da no-
linearidade fsica e geomtrica.
Figura 5.1Fluxograma simplificado do projeto de uma ponte estaiada (WALTHER et al, 1985).
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
46/89
33
5.2 Comportamento no-linear da estrutura
Como na maioria dos projetos estruturais, pode-se considerar uma simplificao
bastante conveniente na fase de projeto preliminar, que a suposio de um comportamento
linear da estrutura quando submetido s cargas de servio. No entanto, por se tratar de uma
estrutura com elementos bastante esbeltos e por estar sujeita fluncia e fissurao, para as
pontes estaiadas, essa suposio pode no prever com aceitvel aproximao o
comportamento real da estrutura no que diz respeito aos esforos transmitidos, portanto,
torna-se necessria uma anlise no-linear, principalmente quando se considera a estrutura
submetida ao carregamento ltimo, onde as respostas se tornam ainda mais no-lineares. O
objetivo principal desta considerao tentar aproximar os resultados do modelo estrutural ao
do comportamento real, levando a uma previso mais confivel (VARGAS, 2007).
Na anlise linear, a simplificao de transformar a estrutura real em um conjunto
de barras interligadas, com condies de contorno e propriedades adequadas, leva a um
modelo de grande utilidade e com relativa simplicidade. No entanto, o resultado desta anlise
uma estrutura deformada, onde as equaes de equilbrio no so satisfeitas, pois ela foi
calculada apenas na configurao indeformada. Portanto, pode-se concluir que quanto maior aflexibilidade da estrutura, maior o erro de aproximao ao se considerar uma anlise linear ao
invs de uma no-linear. Resumindo, resolveu-se o problema de forma aproximada e a
soluo obtida pode no ser mais aplicvel na anlise.
Quando se pretende considerar a no-linearidade ao estudo de estruturas reais, v-
se a necessidade da utilizao de uma ferramenta computacional eficaz, tornando possvel na
prtica a resoluo do sistema. Na considerao da no-linearidade durante a modelagem, o
engenheiro deve decidir quais fontes de no-linearidade so relevantes e devem serconsideradas, idealizando uma maneira de represent-la.
Pode-se considerar na anlise, a no-linearidade tanto do material quanto
geomtrica, ou a considerao de cada um separadamente. Em uma anlise elstica linear,
considera-se que o material no escoa e que suas propriedades no variam, alm disso, as
equaes de equilbrio so formuladas em sua geometria indeformada, podendo-se considerar
que suas deformaes so to insignificantes que podem ser desprezados seus efeitos de
segunda ordem. A desconsiderao das suposies mencionadas anteriormente podem ser
feitas separadamente. Pode-se considerar apenas a no-linearidade geomtrica, onde o
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
47/89
34
material ainda apresenta comportamento elstico linear, mas os deslocamentos finitos so
considerados na formulao das equaes de equilbrio. Tambm possvel a considerao
apenas da no-linearidade do material, onde as propriedades variam de acordo com as tenses
solicitantes. E, como uma forma mais geral, podem-se considerar ambos os efeitos de no-
linearidade (VARGAS, 2007).
Dentre as principais fontes de no linearidade podem ser citadas:
Efeitos geomtricos: como as imperfeies iniciais ou contraflechas e oefeito P-, que so os momentos adicionais causados por cargas axiais aplicados em locais
onde h deslocamento horizontal;
Efeitos do material: como fissuraes do concreto armado; Efeitos combinados: Deformao plstica mais o efeito P-,
deformaes das conexes, contribuies de sistemas secundrios na resistncia e na rigidez.
Segundo Vargas (2007), em pontes estaiadas, dificilmente possvel se considerar
todas as fontes de no-linearidade em um modelo e obter o comportamento real da estrutura
com todos os detalhes, sendo que os principais a serem considerados se originam de trs
fontes principais, so elas:
Relao fora axial alongamento: no-linear para cabos inclinadosdevido catenria gerada pelo peso prprio, pois parte dos deslocamentos ocorre devido sua
deformao e a outra parte devido mudana de flecha no cabo, assim a rigidez axial aparente
do cabo cresce quando a tenso de trao aumenta;
Relao momentofora normalcurvatura: no-linear para as torrese o tabuleiro sob ao da flexo oblqua composta;
Mudana na geometria devido aos grandes deslocamentos: em pontesestaiadas, deformaes da ordem de meio metro ou mais podem ocorrer sob aes de cargas
de servio, assim, a rigidez dos elementos na configurao deformada devem ser calculadas.
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
48/89
35
5.2.1 No-linearidade dos estais
A no-linearidade exibida pelo cabo se deve mudana da geometria do mesmo
sob ao crescente do carregamento e ao efeito de segunda ordem produzido pela tenso
atuante ao longo do cabo. Deste modo, verifica-se um aumento do comprimento do cabo
devido ao estiramento elstico e mudana de geometria decorrente da alterao da flecha.
Um procedimento bastante usual na literatura para se representar um elemento de
cabo em uma anlise linear uma sua representao como um elemento retilneo entre seus
pontos de ancoragem. Para este elemento, adota-se um mdulo de elasticidade equivalente ao
de um cabo curvo tambm chamado de Mdulo de Dischinger. Esta considerao feita parase considerar a perda de rigidez do cabo submetido ao peso prprio (PODOLNY; SCALZI,
1976; TORNERI, 2002). Uma aproximao que bastante utilizada obtida com a expresso
a seguir:
3
2
121
EL
EEeq
(5.1)
Onde:
E = Mdulo de elasticidade do material do cabo;
L = Projeo horizontal do comprimento do cabo;
= Peso por unidade de volume do ao (peso especfico);
= Tenso de trao mdia no estai;
eqE = mdulo de elasticidade equivalente.
O valor da tenso de trao mdia nos estais se altera devido o carregamento
mvel e, conseqentemente, seu mdulo de elasticidade. No entanto, por simplificao, se
adota em muitos projetos deste tipo uma tenso originada apenas pelo carregamento
permanente, pois o valor da carga mvel normalmente muito inferior quando comparado a
este.
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
49/89
36
5.3 Considerao da fadiga
A fadiga um aspecto de difcil considerao, pois no possvel prever na
prtica a freqncia e intensidade com que as cargas atuaro na estrutura. Deve-se ainda
considerar a provvel existncia de efeitos secundrios, como por exemplo, a vibrao dos
cabos devido ao do vento, de difcil considerao e que eventualmente reduzem a
resistncia fadiga. A verificao da segurana fadiga consiste em se garantir que a
variao das tenses nos estais no ultrapassem valores limites resistentes, que, em geral, so
obtidos de ensaios. As variaes de tenses nos tirantes dependem basicamente da relao
entre as sobrecargas de utilizao e as cargas permanentes. Para pontes estaiadas rodovirias
esta relao situa-se em torno de 0,25, o que faz com que a verificao da segurana fadiga
no seja, em geral, um dos condicionantes para o dimensionamento dos estais (ALMEIDA,
1989).
Segundo Torneri (2002), no existe ainda no meio tcnico um consenso a respeito
das tenses mximas e mnimas, assim como das flutuaes de tenses. Mas vrios autores
recomendam, para a combinao rara, um valor para a tenso mxima de 45% do valor de
tkf , que o valor de ruptura caracterstico do ao dos estais.
As flutuaes de tenses devem respeitar o valor admissvel de 125 MPa, que
admite um nmero de ciclo de carregamento superior a6
10.2 , valor este, obtido de ensaios de
fadiga em cordoalhas isoladas (PTI, 2001 apudTORNERI, 2002).
O valor da tenso mnima admissvel tambm no se encontra definida em norma
ou na literatura, mas Torneri (2002) utiliza em seu trabalho um valor de 15% do valor de tkf .
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
50/89
37
6 MTODOS CONSTRUTIVOS DAS PONTES ESTAIADAS
O mtodo construtivo tem grande importncia na fase de projeto, no s peloarranjo estrutural, mas tambm porque nesta fase devem-se avaliar os esforos nos elementos
quando submetidos a aes atuantes nas fases construtivas. O comportamento de cada ponte
pode ser entendido melhor ao se considerar o processo construtivo. Por exemplo, no mtodo
dos balanos sucessivos, pode-se considerar que cada estai ou par de estais, dependendo do
nmero de planos de estais, suportam o peso de uma aduela, sendo a distncia entre estais
definida pelo comprimento de um trecho do tabuleiro.
Os principais mtodos construtivos das pontes e viadutos estaiados so descritos aseguir.
6.1 Cimbramento geral
o mtodo mais antigo utilizado para pontes, geralmente utilizado quando o
terreno abaixo da ponte de boa capacidade resistente e uma zona de baixo gabarito. Alm
disso, o cruzamento no pode estar congestionado com estradas ou ferrovias, e a ponte no
pode estar atravessando um curso de gua. O cimbramento pode ser fixo ou mvel.
No cimbramento fixo, apoios temporrios so montados ao longo da construo
do tabuleiro, que, aps o trmino da construo do trecho, so retirados e reutilizados em
outros trechos da obra. Os tipos mais comuns so os de madeira, de trelias ou vigas metlicas
e cimbramento metlico. Na utilizao do cimbramento fixo deve-se atentar para alguns
cuidados, como, por exemplo, capacidade de carga da fundao e o seu provvel recalque,
cuidados com a deformao das vigas ou trelias, verificar se os recalques e as deformaes
ocorreram antes do final da concretagem e deve-se vistoriar antes, durante e depois da
concretagem.
O cimbramento considerado mvel quando possvel deslocar o cimbramento
sem desmont-lo, realizado aps a concluso de um trecho ou tramo da ponte. Neste sistema,
os vos so executados um a um, atravs de vigas que suportam escoramentos deslizantessobre rolos. Neste sistema deve-se estar atento aos processos construtivos na fase de projeto,
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
51/89
38
levando em considerao cada etapa durante os clculos e detalhando a posio da junta e o
seu tratamento. Deve-se estar atento tambm a possveis obstculos que possam impedir o
movimento longitudinal das trelias, alm dos outros cuidados exigidos no cimbramento fixo
(YTZA, 2009). A Figura 6.1 a seguir, ilustra um cimbramento mvel utilizado na construo
da Ponte internacional sobre o Rio Guadiana em Castro Marim, Portugal.
Figura 6.1Cimbramento Mvel utilizado na Ponte sobre o Rio Guadiana em Castro Marim, Portugal.
6.2 Balanos sucessivos
Sistema construtivo criado em 1930 pelo engenheiro brasileiro Emlio Baumgart.
o mtodo mais utilizado em pontes estaiadas, pois indicado para situaes onde o terreno
abaixo da ponte no pode ser utilizado como apoio, por exemplo, em locais onde a altura
entre a ponte e o terreno muito elevada, em rios com correnteza violenta ou em locais onde
se deve obedecer a gabaritos de navegao (YTZA, 2009).
O mtodo consiste na construo da obra em trechos ou aduelas, que podem ter
um comprimento variando de 3 m a 10 m, formando consolos que avanam sobre o vo a ser
vencido. Podem ser utilizadas aduelas pr-moldadas, que so suspensas por cabos, guinchos
ou transportadas atravs de trelias metlicas em balano, ou aduelas moldadas in loco, onde
as formas so presas ao trecho anterior j concretado e, aps atingida a resistncia adequada,
esse trecho protendido. Todos os trechos ou aduelas so protendidos longitudinalmente.
Entre as aduelas, pode-se utilizar cola a base de resina epxi para diminuir o efeito das
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
52/89
39
imperfeies da juntas, impermeabilizar as juntas e contribuir para uma melhor distribuio
dos esforos cisalhantes.
A Figura 6.2 ilustra a Ponte da Normandia sendo construda pelo mtodo dosbalanos sucessivos, neste caso com tabuleiro de ao, sendo as aduelas iadas ao chegarem na
posio prevista. possvel tambm sua execuo sem obedecer a simetria em relao ao
apoio, necessitando, neste caso, de estais provisrios que suspendem as aduelas durante sua
execuo.
Figura 6.2Ponte da Normandia construda atravs de balanos sucessivos.
Neste sistema, deve haver um controle minucioso das deformaes, de forma que
os trechos se encontrem no meio do vo de forma coincidente. Para isso, normalmente
projeta-se para que os balanos sejam construdos simetricamente em relao ao apoio.
um sistema vantajoso, pois alm de ser capaz de vencer vos bastante longos,
permite a reduo com custo de formas, que podem ser reutilizadas, e com mo-de-obra, pois
capaz de atingir uma maior rapidez de execuo. No entanto, este sistema sofre influncia
de problemas relacionados fluncia e retrao do concreto e relaxao do ao, que causam
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
53/89
40
deformaes elsticas e plsticas, levando a dificuldades no momento do fechamento da
estrutura.
6.3 Lanamentos progressivos
Neste mtodo, os elementos da superestrutura so fabricados prximo obra e so
deslocados no sentido longitudinal do vo, at sua posio final. Nas fases intermedirias, a
estrutura se encontra em balano, sendo avanada aos poucos at que se chegue ao prximo
apoio. Cada seo do tabuleiro concretada junto seo anterior concluda, permitindo-se a
continuidade das armaduras entre as sees. Estas sees so construdas sobre formas
metlicas fixas e so empurradas por macacos hidrulicos sobre aparelhos de apoios
deslizantes que, por sua vez, encontram-se sobre pilares, sendo estes aparelhos de apoio
provisrios ou permanentes. Para no deixar o trecho dianteiro totalmente em balano, utiliza-
se uma trelia metlica, que ligada primeira seo construda do tabuleiro e apoiada
sobre o pilar no outro extremo. Deste modo reduzem-se os momentos negativos durante a fase
construtiva.
A figura a seguir ilustra o esquema do sistema de lanamentos progressivos:
Figura 6.3Esquema do sistema de lanamentos progressivos (YTZA, 2009).
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
54/89
41
Dentre as principais vantagens deste mtodo construtivo, podemos citar:
Eliminao do cimbramento, que evita paralisaes no trafego docruzamento e dificuldades devido correnteza do rio;
Reduo das formas; Reduo da mo de obra; Execuo mais rpida da superestrutura; Industrializao da construo.
Esta soluo, assim como o mtodo dos balanos sucessivos, mais atrativa em
regies com greides elevados, rios ou vales profundos ou obras de grandes extenses.
Um exemplo marcante de ponte onde se utilizou o mtodo dos lanamentos
progressivos o Viaduto de Millau, no sul da Frana, ilustrado na Figura 6.4.
Figura 6.4Mtodo construtivo de lanamento progressivo.
-
7/28/2019 Renato_Claudio_Tipologia Das Pontes Estaiadas Com Tabuleiro de Concreto
55/89
42
7 MODELO PARA ANLISE
A modelagem de uma estrutura consiste em idealiz-la de modo a representar seuselementos de uma maneira apropriada e que permita que o comportamento real da estrutura
seja bem representado e o clculo seja razoavelmente preciso.
Neste captulo, pretende-se realizar uma modelagem de uma ponte estaiada
visando-se aplicar os critrios anteriormente descritos na escolha de uma soluo estrutural.
Ser escolhida inicialmente uma ponte estaiada que servir como base para a anlise. A partir
dela, sero realizadas modificaes em sua concepo com o objetivo de se verificar qual
alternativa mais vivel. Para esta anlise sero consideradas apenas as cargas permanentes eas cargas mveis. Como este trabalho trata de um estudo comparativo e no do
dimensionamento dos elementos, pretende-se limitar-se a uma anlise elstico-linear.
O desempen