pontes estaiadas APS

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Na ponte da Normândia, situada na França, na foz do rio Sena entre Honfleur e Le Havre, há um grande avanço tecnológico para as construções de pontes estaiadas. Finalizada obra em 1995 com seu vão livre central de 856m, superou na época o maior vão já construído.
Introdução
Quando se fala em pontes, logo vem à cabeça algo que de certa forma ligue um ponto a outro através de uma estrutura sendo, de aço, concreto, entre tantos outros materiais. Seja ela pra desafogar o transito, sobre um rio, ou até mesmo oceano. Alguns pontos não são tão levamos em conta, pontos estes que vão além da simples função inicial dela, a função de vincular duas extremidades, e sim sua beleza que pode ser projetada, dando outro aspecto. A ponte da Normandia segue estes parâmetros, desafiando a física e a arte, podemos apreciar esta monumentalidade, que não apenas adere sua função crucial onde está implantada. Com seu vão central livre de 856m de extensão sobre o rio, podemos contemplar tal beleza, com seus estais agregado à grandes estacadas, temos a sensação de leveza e que o próprio tabuleiro esteja flutuando sobre as águas.
Pontes de Vigas Estaiadas
Pontes de vigas estaiadas apresentam um sistema de vigas principais ao nível do tabuleiro, apoiadas nos encontros e nos pilares, e de um sistema de cabos retos que partem dos acessos, passam sobre as torres, podendo ser uma ou duas e dirigem-se ao vão principal.
Cabos inclinados desse tipo foram usados em várias pontes antigas, em vãos que não ultrapassam os 121,90m. Não distante, as modernas pontes de vigas estaiadas tiveram um grande desenvolvimento.
Esse tipo de ponte é considerado econômico para vãos na faixa de 100 a 350m.
As pontes de vigas estaiadas podem ser comparadas com as pontes pênseis convencionais como estruturas pênseis, porém é melhor constar imediatamente que essa semelhança não é muito profunda. Os principais problemas em relação a projeto são diferentes para as duas estruturas. A baixa rigidez da ponte pênsil enrijecida traz o comportamento não-linear e à instabilidade aerodinâmica. Nenhum desses problemas é sério em pontes de vigas estaiadas. Mais importantes são a escolha da disposição e o projeto dos detalhes dos estais.
A imagem mostra quatro disposições para a viga estaiada.
Leque – uma série em que todos os cabos se encontram para um ponto no topo da torre.
Harpa – os cabos são dispostos em linhas paralelas.
Leque Modificado – tem as intersecções dos cabos parcialmente separadas nas torres e é intermediário entre o leque e a harpa.
Harpa com Ancoragem Externa – o tabuleiro pode ser apoiado em um pilar em cada ancoragem do cabo (estais) no lado do acesso.
Características Importantes
1.O uso de cabos de alta resistência à tração representa economia de material, redução de peso e menor custo.
2. Comparada com os de pontes pênseis enrijecidas, os cabos são retos ao invés de curvos, o que proporciona maior rigidez a estrutura. Lembrando que a não-linearidade da ponte pênsil enrijecida torna o cabo mais propicio a mudanças de curvatura e da variação do momento fletor da reação que absorve a tração exercida pelo cabo. E esse fenômeno não pode ocorrer em disposições com cabos retos.
3. Os cabos são fixados (ancorados) no tabuleiro, no qual produzem forças de compressão. Em projetos que visam a economia, a superfície do tabuleiro deve trabalhar juntamente na absorção dessas forças. Em estruturas de concreto, essa força que se encontra no eixo aplica tensões ao tabuleiro.
4. Todos os cabos individualmente são mais curtos que o comprimento total da superestrutura em si. Eles normalmente são construídos de fios metálicos, fornecidos com extremidades próprias, esticados e não-torcidos. O problema da montagem dos cabos é bem diferente do das pontes pênseis convencionais.
5. Há grande liberdade de escolha na seleção da disposição da estrutura.
6. Comparadas com as pontes pênseis enrijecidas, as pontes de vigas estaiadas tendem a ser menos eficientes no suporte da carga continua e permanente, só que mais eficientes sobre a carga móvel. Como resultante, é provável que não sejam econômicas para vãos mais longos. São consideradas econômicas na faixa de 100 a 350m, em alguns projetos chegam a aumentar esse limite.
7. Os cabos podem ser implantados em um único plano, na linha central e longitudinal do tabuleiro, essa disposição tem a vantagem de apresentar a resistência à torção inerente a um sistema de vigas e reduzindo ao máximo o número de pernas das estacadas que distribuem os cabos. Também simplifica a aparência da estrutura e evita a poluição visual dos cabos, de maneira intercalada, quando a ponte é vista diagonalmente.
8. Na maioria das vezes é conveniente a utilização de equipamentos que reforcem e modificam as forças dos cabos, esses equipamentos são inseridos nas ancoragens dos cabos as torres, ou também podem ser implantados nos topo delas. É necessária essa utilização pelos ajustes que podem vir a acontecer com os cabos, devido à deformação lenta que ocorre, ou também a erros técnicos, como: erros no comprimento dos cabos ou a variações no seu cálculo de elasticidade. Podem também ser usados para modificar a distribuição de tensões, devida à carga que sempre é encontrada naquele eixo, podendo trazer as tensões do vão principal pra cima.
9. A presença dos cabos facilita a construção das pontes de vigas estaiadas. Estais provisórios desse tipo são comuns na construção, em balanço, de vigas das pontes.
10. A instabilidade aerodinâmica, por meio de ventos, não tem sido considerada como problema em estruturas construídas até o presente.
11. A freqüência natural de vibração é diferente quando é observado de estruturas convencionais, como em pontes pênseis que possuem maior facilitada e estão expostas a essa vibração, pelo seu modo de concepção. No caso de disposição em harpa na ponte estaiada, os cabos tendem a equilibrar uma carga exercida em um das extremidades da torre com a carga no lado oposto, produzindo uma redução menor no momento devido à carga contínua no tabuleiro e uma possível redução na rigidez do tabuleiro. Com isso, a ponte pode chegar a vibrar de um modo pelo qual pontos nas duas extremidades de um cabo tenham movimentos verticais em sentidos opostos. A contribuição dos cabos para a rigidez do tabuleiro pode ser pequena e levar a freqüências naturais de vibração indesejáveis, para estes casos a disposição de estais em leque ou harpa com ancoragem externa são mais recomendadas, evitando e amenizando esse aspecto.
Objetivos Gerais
A construção de pontes estaiadas no Brasil vem aumentando progressivamente nos últimos anos. Uma das verificações de projeto mais importantes para grandes pontes estaiadas consiste na análise de sua estabilidade estrutural em relação às forças aerodinâmicas produzidas pelo vento, mas que ainda hoje não são tão problemáticas.
As características estruturais das pontes estaiadas com torres e tabuleiros em aço ou concreto armado, bem como os fatores dinâmicos das ações aerodinâmicas que estão submetidas, influenciam na necessidade, ainda na fase de projeto, de análises diferenciadas de estabilidade da estrutura aerodinâmica em altas velocidades e estabilidade aerodinâmica em baixas velocidades, representando ações do vento em suas respectivas escalas.
O destrinchamento da velocidade crítica que promove a instabilização da estrutura é procedimento indispensável no projeto de pontes estaiadas. Deve-se demonstrar que esta velocidade crítica encontra-se além da velocidade encontrada no local para a qual a ponte é projetada.Portanto, esse estudo experimental é realizado em túneis de vento, possuindo limites de velocidade.
Ponte da Normândia
A ponte da Normandia, projetada na foz do rio Sena entre Honfleur e Le Havre, representou um grande avanço tecnológico para a construção de pontes estaiadas. Finalizada em 1995 com 856 m de vão central, superou o recorde até então, de vão de uma ponte estaiada, o da ponte Skarnsundet (Noruega), em 326 m.
Antes de sua construção, a ponte sobre o rio Sena maispróxima à costa era a de Tancarville (1959), 20 km em direção ao interior. Embora este acesso tenha sido suficiente por muito tempo, por volta de 1980, a Câmara do Comércio e da Indústria da cidade de Le Havre publicou uma campanha para a construção de mais uma ponte, desta vez perto de Honfleur. Mostrando que a ponte iria aliviar o tráfego da ponte Tancarville e facilitar o acesso ao porto de Le Havre, a câmara obteve sucesso e em 1986 o governo francês autorizou a construção desta nova ponte para cidade.
A partir de então, a administração francesa de projetos rodoviários, sobre o comando do engenheiro Michel Virlogeux, começaram a desenvolver o projeto. Após muitas pesquisas e estudos, chegaram à conclusão de que a alternativa mais viável seria a realização de uma ponte estaiada com 2.141 m de comprimento total e com um vão central de 856 m apoiado em duas estacas em formato de Y invertido, cada Y com 215 m de altura.
Desde o início do projeto, eles sabiam que o tráfego do mar existente no rio Sena exigiria uma ponte com um vão de pelo menos 800 m. Como, até o momento, não havia nenhuma experiência em ponte estaiada com este vão, grande parte dos engenheiros achavam que a ponte da Normandia deveria ser uma ponte pênsil, pelo tamanho do vão que ela deveria vencer. Prevaleceu, mesmo assim, a opinião de Virlogeux que defendia a ponte estaiada pela economia que traria na instalação dos cabos e por não precisar de grandes estruturas cheias nas ancoragens.
Mesmo não tendo optado por uma ponte pênsil, Virlogeux aproveitou algumas das características deste tipo de estrutura. Os tabuleiros utilizados na ponte da Normandia foram os mesmos inseridos em duas pontes britânicas que por sinal auxiliaram no desenvolvimento do piso desta ponte. O resultado final foi um tabuleiro ainda mais inovador, que conseguiu unir um design leve com uma certa rigidez em sua estrutura. Estamos tratando de uma estrutura com duplo material, na qual os 624 m centrais são de aço e os  116 m de cada extremidade do vão central mais as vias de acesso são de concreto protendido.
Durante a construção, foi necessário impedir a vibração excessiva da ponte, não apenas para evitar que fosse levada a grandes esforços, mas também para permitir que as operações de montagem e de soldagem das peças pudessem ser feitas com segurança para os operários. Como a utilização de cabos que se estabilizavam ancorados no rio, que por sua vez dificultava a navegação. Com isso, decidiu-se utilizar de um sistema instalado nas extremidades em balanço do tabuleiro em construção, de modo que fosse inserindo as peças até que o tabuleiro fosse totalmente concluído.
Os cabos de uma ponte estaiada podem apresentar vibrações indesejáveis e não esperadas produzidas pelo vento, pela água da chuva que corre pelos estais e também por pessoas caminhando pela ponte. Para diminuir estas vibrações, os estais da ponte da Normandia foram colocados em um tubo cilíndrico de polietileno de alta densidade, onde na superfície foram feitas entradas como de um parafuro, em forma de espiral a fim de impedir que a água da chuva pudesse formar uma tormenta ao escorrer pelos cabos. Apesar desta providência, mesmo na ausência de chuvas e com ventos fracos, os estais mais longos da ponte apresentaram vibrações excessivas, o que exigiu que mais cabos fossem instalados de uma maneira alternativa, fazendo com que diminuíssem as vibrações na estrutura. Estes cabos foram colocados por alpinistas aptos a realizar este trabalho. Além disso, entre os seis estais mais longos, de cada um dos lados dos pilares, e o tabuleiro foram colocados amortecedores com 44 cm de comprimento para diminuir as vibrações também.
Depois de pronta, a ponte da Normandia foi colocada a três testes reais. No primeiro, observou-se o deslocamento vertical do tabuleiro, estando ainda com seus 320 m centrais e suas quatro faixas ocupadas por 80 caminhões totalmente carregados. No segundo teste, a parte central do tabuleiro foi amarrada com um cabo a um barco ancorado sob a ponte. Este cabo foi tracionado até romper e, que também por sua vez, provocar uma vibração vertical do piso, analisada pelos engenheiros. Já no último teste, o tabuleiro foi deslocado horizontalmente por um barco e, posteriormente, solto para que, desta vez, a vibração transversal pudesse ser analisada.
Após ter sido aprovada por todos estes testes, a ponte da Normandia foi oficialmente aberta ao tráfego e tornar-se funcional no dia 20 de janeiro de 1995.
Estágios da Construção do Piso
Conclusão
Pode-se concluir que através desta pesquisa de sistema construtivo, em específico a pontes estaiadas, não se pode levar em conta apenas a estrutura convencional de pontes, como uma treliçada ou até mesmo a ponte pênsil que esteticamente é tão parecida à estrutura estaiada para realizar o cálculo. É preciso analisar e estudar vários aspectos, além de toda a fundação necessária, quantidade de cabos a serem utilizados, quantidade de material estrutural, também há questões e aspectos naturais, como os ventos, que de certa forma não podemos chegar a uma resultante comum, pela suas variações que podem ocorrer. É interessante analisar as técnicas que engenheiros alcançam pra manter aquela estrutura rígida, no caso desta ponte o desafio de na época ultrapassar o maior vão livre, através de estais. Pesquisando essas artimanhas podemos expandir nossas soluções diante a um problema estrutural, podendo vincular a projetos também arquitetônicos.