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UNIVAG – CENTRO UNIVERSITÁRIO DEP. DE ENGENHARIA CIVIL PROJETO UNIFICADO I TURMA: ENC 131AN GRUPO: 49 Tipos de Pontes existentes Discentes: Apoliana Dos Santos Vieira Abril de 2013 http://ciencia.hsw.uol.com.br/pontes12.htm Introdução As pontes são encontradas em quase todos os lugares. Uma ponte permite a passagem sobre qualquer tipo de obstáculo: um rio, um vale, uma estrada, trilhos de trem etc. Neste artigo, vamos ver os três principais tipos de pontes para podermos entender como cada um funciona. O tipo de ponte utilizado depende de várias características do obstáculo. A função principal que controla o tipo de ponte é o tamanho do obstáculo. Qual é à distância de uma ponta a outra? Esse é um dos fatores principais na hora de determinar o tipo de ponte a ser usado. Você vai entender o motivo disso quando tiver terminado de ler este artigo. Os princípios básicos Há três tipos principais de pontes: Ponte em viga Ponte em arco Ponte suspensa A maior diferença entre as três é a distância que elas podem cruzar entre um suporte e outro. Esses suportes podem ser colunas, torres ou a parede de um cânion. Uma ponte em viga moderna, por exemplo, provavelmente consegue alcançar uma distância de 60 m entre dois suportes, ao passo que um arco moderno consegue transpor de 240 a 300 m. Uma ponte suspensa, o auge da tecnologia de construção de pontes, é capaz de cruzar 2.100 m entre um suporte e outro. O que permite que uma ponte em arco se estenda por distâncias maiores do que uma ponte em viga? O que faz com que uma ponte suspensa atravesse uma distância sete vezes maior do que a de uma ponte em arco? A resposta está em como cada tipo de ponte lida com duas forças importantes, chamadas de compressão e tração: Compressão: é uma força que age para comprimir ou diminuir a coisa sobre a qual está agindo; Tração: por sua vez, é uma força que age para expandir ou aumentar a coisa sobre a qual está agindo. Um exemplo simples e que vemos sempre de compressão e tração é uma mola. Quando pressionamos ou empurramos as duas extremidades da mola uma em direção a outra, nós a comprimimos. A força de compressão diminui a mola. Quando a puxamos para cima, ou puxamos as duas extremidades em sentidos contrários, criamos uma tração na mola. E essa força de tração estica a mola. A compressão e a tração estão presentes em todas as pontes, e é trabalho do projeto da ponte lidar com essas forças sem o risco de que a ponte entorte ou rache. Entortar é o que acontece quando a força de compressão ultrapassa a habilidade de um objeto em lidar com essa compressão, e rachar é o resultado do excesso de tração sobre o objeto. A melhor maneira de lidar com essas forças é dissipá-las ou transferi-las. Dissipar força é espalhá-la sobre uma grande área, fazendo com que nenhum ponto tenha de suportar o impacto da força concentrada. Transferir força é mudá-la de uma área de fraqueza para uma área de força, uma área projetada para suportar a força. Uma ponte em arco é um bom exemplo de dissipação. Já a ponte suspensa, por outro lado, é um bom exemplo de transferência. A ponte em viga Uma ponte em viga é basicamente uma estrutura horizontal rígida colocada sobre duas colunas, uma em cada extremidade. O peso da ponte e qualquer tráfego que houver sobre ela são suportados diretamente pelos postes. O peso vai diretamente para baixo. Compressão A força de compressão se manifesta sobre a parte superior da plataforma (ou estrada). Isso faz com que a porção superior da plataforma seja encolhida. Tração O resultado da compressão sobre a porção superior da plataforma causa tração sobre a parte inferior da plataforma. Essa tração faz com que a porção inferior da plataforma se alongue. Exemplo Pegue um pedaço de madeira e o coloque sobre dois vasilhames vazios de leite: você acabou de criar uma ponte em viga simples. Agora, coloque um peso de 22,5 kg sobre ela. Perceba como a placa de madeira se entorta. A parte superior está sob a força de compressão, ao passo que a parte inferior está sob a força de tração. Se você continuar colocando cada vez mais peso, vai chegar um momento em que a placa de madeira vai quebrar. Na verdade, a parte de cima irá envergar e a parte inferior irá rachar. Dissipação Em muitas pontes,são usadas vigas de concreto ou aço para suportar a carga. O tamanho da viga, e especialmente sua altura, controla a distância que essa viga pode atingir sem precisar de uma nova coluna. Ao aumentar a altura da viga, há mais material para dissipar a tração. Para criar vigas bem altas, os projetistas de pontes adicionam redes de apoio, ou tesouras, à viga da ponte. Essa tesoura de suporte adiciona rigidez à viga existente, aumentando bastante sua capacidade de dissipar tanto a compressão como a tração. Assim que a viga começar a comprimir, a força será dissipada por meio da tesoura. Apesar da inteligente idéia que foi contar com a ajuda da tesoura, a ponte em viga ainda tem um limite de distância entre um suporte e outro. Conforme a distância vai aumentando, o tamanho da tesoura também deve aumentar, até chegar ao ponto em que o peso da ponte seja tão grande que a tesoura não pode suportá-lo. Tipos de pontes em viga Existem pontes em viga em dezenas de estilos diferentes. O design, a localização e a composição da tesoura são o que determinam o tipo. No começo da Revolução Industrial, a construção de pontes em viga nos EUA se desenvolvia rapidamente. Os projetistas surgiam com vários designs e composições de tesouras diferentes. Pontes de madeira estavam sendo substituídas pelas de ferro ou por combinações de madeira e ferro. Os diferentes padrões de tesoura também fizeram grandes avanços durante esse período. Um dos mais populares entre os primeiros projetos era a tesoura Howe, patenteado por William Howe, em 1840. Sua inovação não foi o padrão da tesoura, que era semelhante ao padrão Kingpost já existente, mas sim o uso de suportes verticais de ferro juntamente aos suportes diagonais de madeira. Muitas das atuais pontes em viga ainda têm tesouras com o padrão Howe. Força da tesoura Uma única viga atravessando qualquer distância está sujeita à compressão e à tração. A parte superior da viga recebe a maior parte da compressão, ao passo que a parte inferior recebe a maior tração. Já o meio da viga quase não recebe nenhuma compressão ou tração. Se a viga fosse projetada com mais material nas partes superior e inferior e menos no meio, ela teria uma capacidade maior de suportar as forças de compressão e tração. É por isso que as vigas em "I" são mais rígidas do que as vigas retangulares. Um sistema de treliças pode levar essa idéia ainda mais adiante. Imagine um dos lados de uma ponte treliçada (com tesoura) como se fosse uma única viga. O centro da viga é composto pelos membros diagonais da tesoura, ao passo que as partes superiores e inferiores da tesoura representam as partes superior e inferior da viga. Se olharmos para uma tesoura dessa maneira, é possível ver que as partes superior e inferior da viga contêm mais material do que seu centro (o papelão corrugado é mais firme pela mesma razão). Além do efeito já mencionado sobre o sistema de treliças, há outra razão pela qual ele é mais rígido do que uma única viga: uma tesoura tem a capacidade de dissipar uma carga por meio de suas treliças. O design de uma tesoura, que costuma ser uma variação de um triângulo, cria uma estrutura bastanterígida e que transfere a carga de um ponto único para uma área consideravelmente maior. A ponte em arco Uma ponte em arco é uma estrutura semicircular com suportes em cada uma das extremidades. O design do arco, o semicírculo, desvia naturalmente o peso da ponte para os suportes. Compressão Pontes em arco vivem sujeitas à força de compressão. Essa força é empurrada para fora pela curva do arco em direção às pilastras. Tração A tração em um arco não é importante e pode ser descartada. A curva natural do arco e sua capacidade de dissipar a força para fora reduzem em muito os efeitos de tração sobre a parte de baixo do arco. Quanto maior for o grau de curvatura (quanto maior o semicírculo do arco), no entanto, maiores serão os efeitos da tração na parte de baixo. Como acabamos de mencionar, o formato do arco por si só é tudo o que é necessário para dissipar, de maneira eficaz, o peso do centro em direção às pilastras. Assim como a ponte em viga, porém, os limites de tamanho eventualmente ultrapassarão a capacidade natural do arco. Tipos de pontes em arco Dissipação Há, por exemplo, os arcos romanos, barrocos e renascentistas, diferentes em termos arquitetônicos, mas iguais em termos estruturais. Os arcos são fascinantes pelo fato de serem uma forma realmente natural de ponte. É a forma da estrutura que lhe dá sua força. Uma ponte em arco não precisa de suportes ou cabos adicionais. Na verdade, um arco feito de pedras não precisa nem mesmo de argamassa. Os antigos romanos construíam pontes em arco (e aquedutos também) que duram e se mantêm estruturalmente seguras até hoje. Essas pontes e aquedutos são os verdadeiros testemunhos da eficácia natural de um arco como estrutura para pontes. A ponte suspensa Uma ponte suspensa é aquela em que cabos (cordas ou correntes) são pendurados sobre o rio (ou qualquer outro obstáculo) e a plataforma fica suspensa nesses cabos. As pontes suspensas modernas têm duas torres altas nas quais os cabos são pendurados. Assim, são as torres que sustentam a maior parte do peso da plataforma. Compressão A força de compressão é exercida para baixo sobre a plataforma da ponte suspensa, mas como é uma plataforma suspensa, os cabos transferem a compressão para as torres, que dissipam essa força diretamente sobre o solo em que estão fixadas. Tração Os cabos de sustentação, indo de um ancoradouro ao outro, são os sortudos que têm de agüentar as forças de tração. Os cabos são literalmente esticados para suportar o peso da ponte e de seu tráfego. Os ancoradouros também estão sob tração, mas já que eles, assim como as torres, estão presos com firmeza no solo, a tração que eles sentem acaba sendo dissipada. Quase todas as pontes suspensas têm, além dos cabos, um sistema de tesoura de sustentação sob a plataforma (uma tesoura de plataforma). Isso ajuda a enrijecer a plataforma e a reduzir a tendência da via de oscilar e se movimentar. Uma ponte suspensa tradicional da cidade de Nova Iorque Tipos de pontes suspensas Existem dois tipos diferentes de pontes suspensas: a ponte suspensa reconhecida por seu formato de 'M' alongado, e a não tão comum ponte estaiada, que tem um formato mais semelhante a um 'A'. A ponte estaiada não precisa de duas torres e quatro ancoradouros como a ponte suspensa. Em vez disso, os cabos vão da plataforma a uma única torre, em que são presos. Forças em uma ponte estaiada Uma ponte estaiada perto de Savannah, no estado americano da Geórgia A torre em uma ponte estiada, assim como a de uma ponte suspensa, é responsável por absorver e lidar com as forças de compressão. Em ambos os tipos, os cabos ficam sob tração. Outras forças Até agora, abordamos as duas maiores forças no projeto de pontes. Mas há várias outras forças que também devem ser levadas em consideração na hora de projetar uma ponte. Essas forças costumam ser específicas para um determinado local ou projeto. Torção A torção, que é uma força de rotação, é uma das que foram eliminadas com eficácia em todas as pontes com exceção das suspensas maiores. O formato natural do arco e a tesoura adicional da ponte em viga eliminaram os efeitos destrutivos da torção sobre elas. Mas as pontes suspensas, por outro lado, como estão suspensas por cabos, são mais suscetíveis à torção, especialmente na presença de ventos fortes. Todas as pontes suspensas têm tesouras para enrijecer as plataformas, que, como nas pontes em viga, eliminam de maneira eficaz os efeitos da torção. Mas ainda há o problema das pontes suspensas muito extensas, pois a tesoura da plataforma por si só não é o bastante. Testes de túnel de vento costumam ser feitos em diversos modelos para determinar a resistência das pontes aos movimentos de torção. Estruturas de tesoura aerodinâmicas, cabos de suspensão diagonais e uma proporção exagerada entre a profundidade da tesoura de enrijecimento e a extensão da plataforma são alguns dos métodos empregados para diminuir os efeitos da torção.
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