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Conceitos gerais sobre pontes Objetivos de aprendizagem Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados: � Expressar os elementos constituintes das pontes. � Diferenciar os viadutos de meia encosta dos demais. � Identificar as principais funções dos elementos constituintes das pontes. Introdução De uma forma geral, pontes são obras executadas com o objetivo de transpor obstáculos com presença de água, enquanto viadutos são es- truturas que têm como finalidade a transposição de vales e outras vias que não tenham a presença de água. Outras nomenclaturas podem ser identificadas, como os pontilhões, normalmente utilizados para descrever pontes de pequenos vãos, com divergência entre os engenheiros para a definição dos valores limites desses vãos. Entretanto, tal fato não é relevante, uma vez que, como veremos adiante, essas estruturas seguem procedimentos de concepção e definição bastante parecidos. Assim, a construção de conhecimentos fundamentais sobre as divisões das pontes, atentando-se para o seu funcionamento e suas respectivas funções, é primordial para o correto entendimento das etapas posteriores de projeto e execução dessas estruturas. Neste capítulo você vai estudar os conceitos que fundamentam as estruturas de uma ponte, utilizados para a adequada concepção dessas obras de arte presentes em nosso cotidiano. Você também vai aprender a diferenciar os viadutos de meia encosta e a identificar as principais funções de cada elemento das pontes. U N I D A D E 1 Elementos constituintes das pontes Segundo Pfeil (1979) e Marchetti (2008), as pontes podem ser divididas em três partes principais, segundo a sua função: infraestrutura, mesoestrutura e superestrutura. Essa divisão é apresentada na Figura 1. Figura 1. Elementos de uma ponte: infraestrutura, mesoestrutura e superestrutura. Fonte: Adaptada de Marchetti (2008). Aterro de acesso Mesoestrutura Infraestrutura Rio Ponte Aterro de acesso Viaduto de acesso Superestrutura Viaduto de acesso A infraestrutura ou fundação é a parte da ponte constituída por elementos que se apoiam no terreno de implantação (rocha ou solo), recebendo as cargas ou os esforços da mesoestrutura e transmitindo-os para o terreno. Constituem a infraestrutura os blocos, sapatas, estacas, tubulões, etc., bem como outros elementos de ligação entre si ou entre estes e a mesoestrutura, como os blocos de cabeça de estacas e as vigas de enrijecimento de blocos, conforme Pfeil (1979). Em alguns casos, em trechos secos de pontes, quando tem-se solos ou maciços rochosos resistentes próximos à superfície do terreno, e em pontes com arranjos estruturais com pequenos vãos, pode-se considerar a execução de fundações diretas, como as sapatas ou blocos de concreto armado. Caso contrário, recorre-se às fundações profundas, como as estacas, tubulões, caixões, etc. O antigo Departamento Nacional de Estradas de Rodagem — DNER (BRASIL, 1996), atual Departamento Nacional de Infraestrutura de Trans- porte — DNIT, estabelece que, de acordo com a carga proveniente dos pilares da mesoestrutura e com base nos resultados dos ensaios realizados com o material do terreno de apoio da estrutura, a escolha do tipo de fundação terá como referência o seguinte: Conceitos gerais sobre pontes14 � o carregamento proveniente da mesoestrutura deve ser transmitido às camadas de solo ou subsolo com capacidade suficiente de suporte com segurança, evitando rupturas indevidas; � as deformações das camadas da fundação devem ser compatíveis com as aceitáveis pela superestrutura, ou seja, são admissíveis recalques diferenciais mínimos; � a execução das fundações adotadas não deve causar danos às estruturas vizinhas ou comprometer a estabilidade de encostas ou maciços. Você sabe como podem ser feitas as concretagens submersas de estruturas de pilares e fundações de pontes? Um método bastante utilizado tem o auxílio de uma tubulação conhecida como tremonha. Esse dispositivo tem o formato de pirâmide invertida, que leva o concreto até a parte inferior da forma de concretagem, sendo esta preenchida de baixo para cima, até o seu transbordamento. Outra função desse dispositivo é a concretagem em alturas maiores que 2,0 m, que pode ser efetuada sem provocar a segregação do concreto. Para evitar a mistura do solo, da lama ou da água com a argamassa do concreto, pode-se utilizar lama bentonítica para o preenchimento e a estabilização das paredes das perfurações, com posterior substituição durante a concretagem. Fonte: Adaptada de Mapa da obra (2016). A mesoestrutura é a parte da ponte constituída pelos pilares, que recebem as cargas ou os esforços da superestrutura e os transmitem à infraestrutura. 15Conceitos gerais sobre pontes No dimensionamento do carregamento transmitido, outras forças solicitantes sobre a ponte podem ser consideradas, de acordo com os critérios adotados pelo projetista, como pressões de vento e de água dos cursos de água em movimento. Ainda com relação à mesoestrutura, pode-se citar os aparelhos de apoio, que são elementos inseridos entre os pilares e a superestrutura, com a função de transmitir as reações de apoio e também permitir certos movimentos da superestrutura (Figura 2). Figura 2. Exemplo de aparelho de apoio em neoprene. Fonte: AECweb ([2018]). Segundo o DNER (BRASIL, 1996), dependendo da sua altura, a mesoes- trutura pode ser executada de quatro maneiras distintas: � com peças pré-moldadas: em passarelas e obras de pequenos vãos; � com uso de concreto convencional e formas completas: concretagem efetuada de baixo para cima, de forma contínua, com concreto lançado ou bombeado e posteriormente vibrado; � com concreto convencional e formas deslizantes: formas desmontáveis de cerca de 1,0 m de altura, empurradas continuamente para cima, acompanhando a concretagem, de forma contínua e com posterior vibração; e � com concreto convencional e formas trepantes: formas desmontáveis de cerca de 3,0 m de altura e concretagem em segmentos, com vibração e interrupção. A superestrutura é a parte da ponte que tem como objetivo vencer o obstáculo, sendo considerada a parte útil da ponte, sob o ponto de vista de sua Conceitos gerais sobre pontes16 função. Esse elemento suporta imediatamente o estrado, composto de lajes e vigas principais e secundárias. Para El Debs e Takeya (2010), a superestrutura ainda pode ser dividida em duas partes: � estrutura principal (ou sistema estrutural principal): tem a função de vencer o vão livre; e � estrutura secundária (ou tabuleiro ou estrado): recebe a ação direta do carregamento, transmitindo-o para a estrutura principal. Com relação aos processos construtivos de superestruturas, pode-se rela- cionar alguns, conforme o DNER (BRASIL, 1996): � Execução sobre escoramentos: sistema mais antigo, constituído por escoramentos fixos ou pela combinação de escoramentos móveis com formas deslizantes. Como são considerados de caráter provisório durante uma obra, induzindo a configurações econômicas e pouco seguras, seu dimensionamento deve ser criteriosamente efetuado por meio de projetos de escoramento. � Lançamento por treliças: para os casos de execução de estruturas em vigas pré-moldadas de peso elevado, o uso de treliças de lançamento é de grande aplicação, pois utiliza um sistema composto por guinchos e pares de treliças capazes de içar e posicionar esses elementos (Figura 3). Figura 3. Fases do lançamento por treliças. Fonte: Brasil (1996). Direção do lançamento Vãos executados Vãos de lançamento 17Conceitos gerais sobre pontes Segundo Pfeil (1979), podendo ser considerados por alguns engenheiros tanto como partes da mesoestrutura quanto da infraestrutura, os encontros são elementos situados nas extremidades das pontes, na transição destas com os aterros das vias. Têm a função de suporte e arrimo do solo, recebendo os esforços de empuxo do solo (aterro de acesso, Figura 1), evitando sua transmissão para os demaiselementos da ponte. Quando os aterros de acesso não apresentam perigo de erosão devido à passagem dos cursos de água, os encontros podem ser dispensados em viadutos e pontes, situações nas quais os estrados possuirão extremos em balanço, ficando os pilares sujeitos aos empuxos dos aterros de acesso. Segundo o DNER (BRASIL, 1996), os encontros, dependendo do seu porte, das fundações e do tipo de contenção proporcionado, podem ser classificados em dois tipos: � encontros leves: quando as solicitações de empuxo dos taludes são relativamente pequenas sobre os encontros, buscando-se alternativas de redução ou anulação desses esforços sobre essas estruturas; � encontros de grande porte: quando as solicitações de empuxo dos taludes são grandes e a estabilidade de aterros de acesso não pode ser garantida por dificuldades de execução, solapamentos ou erosões; são normalmente adotados em pontes longas, que transmitem grandes forças horizontais, ou em aterros altos. Assim, de forma mais detalhada e explicativa, pode-se ter como exemplo o arranjo da ponte apresentada na Figura 4. Figura 4. Exemplo de um arranjo de ponte: infraestrutura (fundação), mesoestrutura (pilares e aparelho de apoio), superestrutura e encontro. Fonte: El Debs e Takeya (2010). Encontro Pilar Fundação Aparelho de apoio Superestrutura Conceitos gerais sobre pontes18 Tipos de viadutos Viadutos, por definição, são estruturas que transpõem vales ou outras vias sem presença de água, enquanto pontes são os elementos utilizados para transpor obstáculos formados por cursos de água ou outras superfícies líquidas, como os rios, lagos ou braços de mares, por exemplo. Segundo Pfeil (1979), quando esses cursos de água estão situados em vales muito abertos, tem-se a necessi- dade, em alguns projetos, da construção de obras complementares de acesso, que podem ser constituídas por aterros ou por viadutos. Nesses casos, esses viadutos são denominados viadutos de acesso (Figura 5). Figura 5. Indicação de viadutos de acesso para uma ponte em vale aberto. Fonte: El Debs e Takeya (2010). N.A. Viaduto de acesso Viaduto de acessoPonte Em estradas construídas ao longo de taludes com elevadas inclinações transversais, é comum adotar-se a solução de construção de muros de arrimo ou de viadutos, denominados viadutos de meia encosta. Essa solução é adotada devido ao alto volume requerido para a formação dos aterros e à dificuldade de manutenção da sua estabilidade local ou global, aliando, ainda, condições de economia e segurança. De acordo com a seção transversal da estrada projetada, seja ela totalmente em aterro ou em aterro e corte, o viaduto terá estrado completo na sua largura ou estrado de largura parcial, respectivamente, conforme Pfeil (1979) (Figura 6). Figura 6. Viaduto de meia encosta com (a) estrado completo na largura e (b) muro de arrimo para estrada. Fonte: Pfeil (1979); El Debs e Takeya (2010). (a) Alternativa em viaduto (b) Alternativa em aterro Encosta Encosta Estrada Muro de arrimo Viaduto Pilar 19Conceitos gerais sobre pontes Quando são adotados arranjos estruturais com o uso de vigas para a construção de viadutos, considerando-se conceitos de estética e proporção adequada das peças e sua esbeltez, a viga contínua se torna o elemento preferido para a construção dessas estruturas, resultando em alguns tipos, elencados pelo DNER (BRASIL, 1996): � viadutos em vale profundo, em forma de V, com pilares esbeltos, pouco espaçados, ressaltando a altura da obra (Figura 7); Figura 7. Viaduto com pilares esbeltos e pouco espaçados em vales profundos. Fonte: Brasil (1996). � viadutos em vale profundo, em forma de V, com vãos grandes e pilares de espessura variável (Figura 8); Figura 8. Viaduto com pilares de espessura variável e vãos grandes em vales profundos. Fonte: Brasil (1996). � viadutos em vale não muito pronunciado, com vãos variáveis e apa- rência harmoniosa (Figura 9); Conceitos gerais sobre pontes20 Figura 9. Viaduto com vãos variáveis e aparência harmoniosa. Fonte: Brasil (1996). � viadutos em vale não muito pronunciado, com vãos pequenos e iguais, sem transmitir impressão de leveza (Figura 10). Figura 10. Viaduto com vãos pequenos e iguais, sem impressão de leveza. Fonte: Brasil (1996). Com base na sua função principal, os viadutos podem ser utilizados para fins rodoviários e ferroviários, ou ainda para pedestres, sendo denominados de passarelas. Para a passagem de águas pluviais ou de águas perenes de pequenos cursos, nor- malmente são utilizados bueiros sob a área de terraplenagem das estradas, traçados geralmente na direção transversal aos seus eixos. As seções de bueiros podem ser manilhas de concreto armado, estruturas abobadadas ou quadros rígidos de concreto armado. Esses bueiros, quando em grandes dimensões, ainda podem ser utilizados para a passagem de pedestres, gado, ferrovias, rodovias e vias urbanas, conforme expõe Pfeil (1979). 21Conceitos gerais sobre pontes Funções dos elementos constituintes de pontes A função primária e básica de uma ponte é a viária, que tem como objetivo dar continuidade à uma estrada durante a transposição de um determinado obstáculo. Essa função tem uma ligação mais próxima com o usuário da via e pode ser executada com o uso de elementos da ponte, como faixa de rola- mento (com ou sem acostamento), linha férrea (com ou sem lastro), passeios laterais, guarda-corpos, barreiras de proteção, defensas metálicas, entre outros, conforme leciona Pfeil (1979). A faixa de rolamento é o contato direto do veículo com a ponte, pro- porcionando a sua passagem. Sua largura, de modo geral, é determinada adicionando-se à largura do veículo de projeto a largura de uma faixa de segurança, que tem como base a sua velocidade e o nível de conforto que se deseja proporcionar, que, por sua vez, também se baseia na categoria da via. Em geral, para pistas pavimentadas, esses valores situam-se entre 3,00 m e 3,60 m (Figura 11). Figura 11. Exemplo de seção transversal de pista de rolamento com duas faixas e acos- tamentos laterais. Fonte: Brasil (1996). Os passeios laterais têm a função de possibilitar a passagem de pedestres e ciclistas com segurança pelas pontes, possuindo larguras mínimas recomen- dáveis de 1,50 m para passeios predominantemente de pedestres e de 3,00 m para vias compartilhadas (pedestres e ciclistas em conjunto) (Figura 12), conforme o DNER (BRASIL, 1996). Conceitos gerais sobre pontes22 Figura 12. Detalhe da seção transversal de uma via compartilhada (pedestres e ciclistas). Fonte: Adaptada de Brasil (1996). Pintura de separação CiclistasPedestres Guarda-corpo Passarela 300 Obs.: A separação entre os pedestres e ciclistas deverá ser efetuada por pintura no pavimento Barreira de proteção 150 150 40 22 8 87 As barreiras de proteção são dispositivos rígidos, em geral de concreto armado, com função de proteção lateral para os veículos, devendo ter altura, capacidade resistente e perfil interno corretamente dimensionados para im- pedirem a queda de um eventual veículo desgovernado, absorverem o choque lateral e propiciarem sua recondução à faixa de tráfego. No Brasil, o DNER adotou e padronizou o tipo New Jersey, testado em outros países, principal- mente nos Estados Unidos (Figura 13, à esquerda) (BRASIL, 1996). Os guarda-corpos serviram como sistemas de proteção lateral de antigas pontes do DNER, mostrando-se pouco eficazes. Nas pontes mais recentes, os guarda-corpos somente existem quando há passeios laterais. Com o objetivo de garantir uma proteção adequada a pedestres e ciclistas, os guarda-corpos são instalados nos extremos da seção transversal, com os passeios laterais localizados entre estes e as barreiras rígidas de concreto. Os guarda-corpos devem ser projetados para serem econômicos, proporcionarem leveza à obra e desestimularem o seu roubo (Figura 13, à direita) (BRASIL, 1996). 23Conceitos gerais sobre pontes Figura 13. Exemplos de barreira de proteção em concretoarmado (à esquerda) e de guarda-corpo metálico de pontes (centro e à direita). Fonte: Adaptada de Brasil (1996). 87 25 47 2 2 2 17 17 40 6 15 As defensas metálicas, com função de proteção lateral para as rodovias, não são partes integrantes, propriamente ditas, das pontes. Porém, a transição entre as defensas metálicas das rodovias, que são flexíveis, e as barreiras de concreto das pontes, que são rígidas, deve ser realizada sem superfícies salientes (Figura 14) (BRASIL, 1996). Figura 14. Detalhe de transição entre defensa metálica (rodovia) e barreira (ponte). Fonte: Brasil (1996). Outra função dos elementos das pontes, de caráter mais técnico, é a função estática, que tem como objetivo conduzir as cargas atuantes sobre a estrutura (superestrutura e mesoestrutura) até a fundação (infraestrutura), no contato com o solo ou a rocha. Para cumprir essa função, os principais elementos estruturais da obra devem ser devidamente dimensionados, como lajes, vigas secundárias (longitudinais ou transversais), vigamento principal, pilares, blocos de transição e fundações, como expõe Pfeil (1979). Conceitos gerais sobre pontes24 A laje tem como função receber diretamente as cargas dos veículos que transitam no tabuleiro. Em algumas situações, podem ser projetadas e execu- tadas em conjunto com as vigas “T”, como em pontes de concreto armado e protendido, contribuindo para a resistência à flexão das vigas, ainda conforme Pfeil (1979). As vigas secundárias servem de apoio para as lajes, recebendo e dire- cionando as reações destas para o vigamento principal. Com a utilização de modelos computacionais mais avançados e teorias modernas, pode-se dimensionar, atualmente, lajes de grandes vãos, reduzindo a necessidade de vigas secundárias. Na sequência, tem-se o vigamento principal, cujo objetivo é vencer os obstáculos que determinam o projeto da obra, recebendo os carregamentos das vigas secundárias e transferindo-os para os pilares, na região dos apoios de contato, conforme Pfeil (1979). Os pilares são os elementos que recebem as cargas verticais e horizontais da superestrutura, transferindo-as para os elementos de fundação (estacas, sapatas, etc.) e, posteriormente, para o terreno. De forma a buscar uma melhor distribuição das tensões e compatibilizar a geometria dos pilares com a da fundação, executam-se blocos de transição entre esses elementos. Por fim, a ligação da ponte com a estrada é feita pelos elementos de extremidade, como encontros, cortinas, muros auxiliares, entre outros (PFEIL, 1979). Diferentemente das pontes comumente encontradas, as pontes pênsil, ou pontes de suspensão, são aquelas em que o tabuleiro fica pendurado, sustentado por cabos de suspensão vertical. Nesse tipo de estrutura, são utilizadas torres verticais com a função de conexão da ponte com o solo, que suportam o peso do tabuleiro. O peso do tabuleiro, na sequência, é distribuído para as torres por meio dos cabos de suspensão. Em geral, esse tipo de solução é utilizada em regiões montanhosas. Os primeiros exemplos desse tipo de ponte foram construídos no início do século XIX, com seu ápice na construção da ponte Golden Gate, já no século XX. 25Conceitos gerais sobre pontes 1. De acordo com a vista lateral da ponte apresentada abaixo, assinale a alternativa correta. a) O ponto (1) é denominado de mesoestrutura e o ponto (2) de infraestrutura. b) O ponto (1) é denominado de encosto e o ponto (2) de mesoestrutura. c) O ponto (1) é denominado de aterro de acesso e o ponto (2) de mesoestrutura. d) O ponto (1) é denominado de infraestrutura e o ponto (2) de superestrutura. e) Os pontos (1) e (2) são denominados de infraestrutura. 2. Ainda com base na figura do exercício anterior, assinale a alternativa correta, referente às regiões indicadas abaixo. a) A região (a) deve ser isenta de variação do nível do rio e na região (b) há a atuação de empuxos na interface com a estrutura. b) A região (a) pode apresentar variações do nível do rio e a região (b) pode apresentar esforços cisalhantes sobre a estrutura. c) Ambas as regiões, (a) e (b), podem apresentar variações do nível do rio sem comprometimento da estabilidade da estrutura. d) Nas regiões (a) e (b) ocorrem esforços de empuxo iniciados na fundação. e) Apenas na região (b) pode-se ter variações do nível do rio e empuxos na interface da estrutura simultaneamente. 3. Com função estática em uma ponte, o elemento da superestrutura responsável por receber diretamente os carregamentos provenientes das lajes é denominado: a) encontro. b) laje secundária. c) laje primária. d) vigamento secundário. e) vigamento principal. 4. Pontes rodoviárias localizadas em regiões urbanas, que possuem passeios laterais, devem apresentar dispositivos que proporcionem a proteção física para o trânsito de pedestres. Assinale a alternativa que apresenta esse elemento de proteção. a) Defensas metálicas, instaladas nos extremos da seção transversal da ponte. b) Guarda-corpos, instalados nos extremos da seção transversal da ponte. c) Guarda-corpos, instalados somente entre o passeio e a faixa de rolamento. Conceitos gerais sobre pontes26 AEC Web. Aparelho de apoio de neoprene fretado para pontes. [2018]. Disponível em: <https://www.aecweb.com.br/prod/e/aparelho-de-apoio-de-neoprene-fretado- -para-pontes_32449_34134>. Acesso em: 27 jun. 2018. BRASIL. Departamento Nacional de Estradas de Rodagem (DAER). Diretoria de De- senvolvimento Tecnológico. Divisão de Capacitação Tecnológica. Manual de projeto de obras de arte especiais. Rio de Janeiro: DAER, 1996. EL DEBS, M. K.; TAKEYA, T. Introdução às pontes de concreto: texto provisório de apoio à disciplina de pontes SET 412. São Carlos, 2010. (Apostila). MAPA DA OBRA. Concretagem submersa exige soluções adequadas. 2016. Disponível em: <http://www.mapadaobra.com.br/negocios/concretagem-submersa-exige- -solucoes-adequadas/>. Acesso em: 27 jun. 2018. MARCHETTI, O. Pontes de concreto armado. São Paulo: Blucher, 2008. PFEIL, W. Pontes em concreto armado: elementos de projetos, solicitações, dimensio- namento. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 1979. Leituras recomendadas CHIMUAGA, L. P. B. Estudo do comportamento estrutural dos aparelhos de apoio da ponte Rio-Niterói. 2015. 115 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Programa de Pós- -Graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal Fluminense, Niterói, 2015. LEONHARDT, F. Construção de concreto: princípios básicos da construção de pontes de concreto. Rio de Janeiro: Interciência, 1979. v. 6. RODRIGUES, G. J. O.; VICENTE, J. A. O. Estudo comparativo entre aço e concreto protendido no dimensionamento da superestrutura de uma ponte ferroviária. São Paulo: ABCEM, 2012. d) Barreiras de proteção, instaladas somente entre o passeio e a faixa de rolamento. e) Defensas metálicas, instaladas em ambos os lados do passeio. 5. As vias para o tráfego de veículos, como as pontes e os viadutos, são dimensionadas para situações padronizadas de utilização e com condições mínimas de segurança. O elemento que pode proporcionar proteção lateral para evitar a queda de eventuais veículos desgovernados durante o tráfego sobre essas estruturas é denominado de: a) guarda-corpo. b) encontro de grande porte. c) encontro leve. d) tabuleiro. e) barreira de proteção. 27Conceitos gerais sobre pontes https://www.aecweb.com.br/prod/e/aparelho-de-apoio-de-neoprene-fretado-para-pontes_32449_34134 https://www.aecweb.com.br/prod/e/aparelho-de-apoio-de-neoprene-fretado-para-pontes_32449_34134 http://www.mapadaobra.com.br/negocios/concretagem-submersa-exige-solucoes-adequadas/ http://www.mapadaobra.com.br/negocios/concretagem-submersa-exige-solucoes-adequadas/
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