Ponte Estaiada

RESUMO

As pontes estaiadas consistem basicamente na suspensão do tabuleiro de uma ponte através de cabos ancorados ao topo de torres ou ao longo destas. Este tipo de ponte possui um elevado grau de hiperestaticidade, podendo-se comparar o tabuleiro a uma viga apoiada em apoios elásticos. Este tipo de solução é capaz de vencer vãos da ordem de várias centenas de metros com seções de tabuleiro muito esbeltas, sendo elevado o número de combinações de seus elementos, visto que estes possuem várias possibilidades de geometrias, formas e disposições. Torna-se necessário, portanto, uma boa compreensão de cada uma destas configurações possíveis na fase de pré-dimensionamento do projeto, objetivando a otimização dos recursos e uma boa distribuição dos esforços na estrutura de uma forma global.

INTRODUÇÃO

Pontes estaiadas encontram-se cada vez mais presentes em obras brasileiras, pois além de unirem beleza e esbeltez, conseguem vencer vãos livres que chegam a centenas de metros. O projeto de pontes deste tipo envolve ambiente com múltiplos objetivos, no qual se devem atender a diversos critérios de projeto como segurança, funcionalidade e economia. Torna-se necessário, portanto uma compreensão adequada do comportamento estrutural deste sistema.

No projeto de pontes, as decisões mais importantes são feitas geralmente nas fases iniciais, tornando-se fundamental, na fase de pré-dimensionamento, o entendimento do comportamento da estrutura. Para o mesmo problema, mais de uma solução pode ser viável, no entanto, algumas serão mais eficientes no que diz respeito ao consumo de materiais, facilidades construtivas, prazo de execução e comportamento físico da estrutura.

O pré-projeto de uma ponte compreende, em síntese, a determinação da geometria e da configuração a ser adotada e do material utilizado em cada componente, todos eles obedecendo a um conjunto de restrições e critérios de projeto. No caso de uma ponte estaiada, nos deparamos com várias alternativas e possibilidades de projeto, sendo de extrema importância uma ferramenta capaz de dar suporte a esse empreendimento.

A determinação das configurações geométricas de uma ponte deste tipo e das forças de protensão nos cabos é função de alguns fatores como: a relação entre os vãos livres, número de apoios, estética e custos. O conhecimento da evolução histórica da concepção estrutural e dos materiais utilizados neste tipo de ponte, bem como seus possíveis arranjos, são subsídios básicos para uma boa compreensão e análise do comportamento das pontes estaiadas.

Evolução dos sistemas adotados para pontes estaiadas

Com o passar dos anos, as pontes estaiadas passaram a ficar mais esbeltas e mais flexíveis. Inicialmente as pontes possuíam poucos estais e eram muito espaçados, que suportavam tabuleiros muito rígidos. Estes tabuleiros eram responsáveis por resistir às solicitações de flexão entre os pontos de ancoragem dos cabos. Exemplo deste tipo de ponte é a ponte Knee (Figura 2.1), na Alemanha.

Figura 2.1 – Ponte Knee (vão central de 320 m, 1969).

Em seguida, as pontes estaiadas passaram a apresentar um grande número de estais, sendo eles pouco espaçados. Neste caso, o tabuleiro possui um comportamento similar a uma viga apoiada em apoios elásticos, conduzindo a uma baixa rigidez à flexão do tabuleiro. Neste mesmo período elas também se caracterizavam pela suspensão parcial, ou seja, os estais eram interrompidos a uma certa distância da torre. Como exemplo, tem a ponte Friedrich Ebert (Figura 2.2), na Alemanha. Até então o comportamento mecânico destas obras podiam ser comparados ao de uma treliça, onde o tabuleiro era o elemento comprimido e os estais eram as diagonais tracionadas.

Figura 2.2 – Ponte Friedrich Ebert (vão central de 280 m, 1967).

Logo em seguida, as pontes estaiadas passaram a apresentar múltiplos estais com suspensão total do tabuleiro, inclusive próximo às torres. Um exemplo deste tipo de ponte é a ponte Pasco-Kennewick (Figura 2.3), nos Estados Unidos.

Figura 2.3 – Ponte Pasco-Kennewick (vão central de 300 m, 1978).

Este último tipo de ponte possuía diversas vantagens em relação às anteriores, como por exemplo:

Simplificação na transmissão dos esforços, reduzindo as forças concentradas nas ancoragens e diminuição da flexão entre os pontos de suspensão;

Possibilidade da substituição dos estais quando danificados ou deteriorados sem a necessidade de interrupção da utilização da estrutura;

Facilidades construtivas, podendo a estrutura ser construída por balanços sucessivos;

Redução do peso próprio devido à menor esbeltez da seção;

Segundo Walther et al (1985), a utilização de tabuleiros em concreto protendido é econômica para pontes com vãos em torno de 500 e 600 m e para vãos superiores a 800 m a utilização de tabuleiros mistos, ou seja, tabuleiros compostos de aço e concreto, é mais econômica.

ALTERNATIVAS DE PONTES ESTAIADAS

A escolha do tipo de ponte a ser utilizado depende basicamente do vão central da obra. As pontes estaiadas são mais econômicas para vãos inferiores a 1500 m, devido à maior eficácia dos estais. Em pontes com vão superior a 1500 m, os esforços normais transmitidos ao tabuleiro pelos estais passam a ser muito elevados, além disso, surgem muitas dificuldades construtivas. Para estes casos é indicada a utilização de pontes pênseis (TORNERI, 2002).

As pontes estaiadas consistem basicamente de tabuleiros suspensos por cabos inclinados, que por sua vez são ancorados a torres, criando-se, deste modo, apoios intermediários ao longo do vão do tabuleiro. Este sistema é subdividido em tabuleiro (vigas de 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 são elementos que ligam a torre aos blocos ou pilares de ancoragem, eles são utilizados para reduzir os momentos fletores e deslocamentos da torre e do tabuleiro quando os carregamentos do vão central e lateral diferem. Estes cabos estão sujeitos a tensões muito altas e por isso merecem atenção especial.