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Aula 04 Sistemas Estruturais Pensil Estaiada

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Pontes e Grandes Estruturas
Prof. Rodrigo Marques Beneveli
Aula 04 – Sistemas Estruturais: 
Pontes Pênseis e Estaiadas
Pontes pênseis ou suspensas possuem o tabuleiro contínuo,
sustentando por vários CABOS METÁLICOS (pendurais)
atirantados ligados a dois cabos maiores (ou barras articuladas)
apoiados nas TORRES DE SUSTENTAÇÃO e ancorados nas
extremidades. Os cabos comprimem as torres de sustentação, que
transferem os esforços de compressão para as fundações.
PONTES PÊNSEIS
Pontes pênseis ou suspensas são aquelas que possibilitam os maiores
vãos sobre rios, lagos, etc. Por isso quando sujeitas a grandes
CARGAS DE VENTO, apresentam movimentos do tabuleiro que
podem tornar o tráfego desconfortável e até perigoso e, por esta
razão exige-se que o tabuleiro seja projetado com grande RIGIDEZ
à torção a fim de minimizar esse efeito.
PONTES PÊNSEIS
 Vigas treliçadas: elementos longitudinais contraventados
transversalmente que servem como suporte e distribuem as cargas
provenientes de veículos. Servem como elementos integrantes do
sistema lateral, assegurando a ESTABILIDADE AERODINÂMICA
da estrutura.
PONTES PÊNSEIS – COMPONENTES ESTRUTURAIS
Ponte Akashi-Kaikyo
Comprimento total: 3.911 m
Altura: 283 m
Inauguração: 5 de abril de 1998
Início da construção: maio de 1988
Largura: 36 m
 Cabos principais: um grupo de fios paralelos que suportam as
vigas treliçadas, transferindo as suas cargas para as torres
principais, servindo também como elementos estabilizadores da
estrutura.
PONTES PÊNSEIS – COMPONENTES ESTRUTURAIS
 Torres principais: elementos intermediários entre a superestrutura
e a fundação. Suportam os cabos e transferem os seus
carregamentos para a fundação.
PONTES PÊNSEIS – COMPONENTES ESTRUTURAIS
 Pendurais: elementos intermediários entre a viga treliçada e o
cabo. Fazem a passagem entre a carga que é absorvida pelas vigas
e a carga que é absorvida pelo cabo.
PONTES PÊNSEIS – COMPONENTES ESTRUTURAIS
 Ancoragens: blocos de concreto, que ancoram os cabos principais.
Servem, assim, com apoios finais da ponte.
PONTES PÊNSEIS – COMPONENTES ESTRUTURAIS
Tipo de apoio de tabuleiro muito aplicado em pontes pênseis, por se
caracterizarem como uma solução com RIGIDEZ de flexão e torção
adequadas para as pontes suspensas por cabos. Além disso
contribui no AERODINAMISMO dos elementos, permitindo a
passagem de ventos pela estrutura, sem que este sofra
OSCILAÇÕES que causem danos estruturais graves ou mesmo o
colapso.
VIGAS TRELIÇADAS
CABOS PRINCIPAIS
CABOS PRINCIPAIS
CABOS PRINCIPAIS
CABOS PRINCIPAIS
Geralmente, a configuração das torres assume a forma de portais.
Para que elas sejam econômicas, a sua dimensão em ALTURA tem
que ser reduzida, sendo definida pela MÍNIMA LARGURA que
mantenha a ESTABILIDADE DA ESTRUTURA. Por outro lado, a
altura também é influenciada pela DEFORMAÇÃO que o cabo irá
sofrer devido ao seu peso próprio, ou seja, a configuração que o
cabo irá assumir quando sujeito a toda a carga permanente.
TORRES
TORRES
TACOMA NARROW
 Localização: Washington, EUA;
Vídeo!!!
TACOMA NARROW
 Localização: Washington, EUA;
 Velocidade do vento: 65km/h;
 Afrouxamento da ligação do cabo;
 Vibração torcional;
 Os pilares atingiram deflexões de 3,60 m no topo, cerca de 12
vezes os parâmetros de dimensionamento;
 Falta de rigidez transversal e desempenho aerodinâmico;
Lado positivo: nenhum dano pessoal, foi tomada a consciência para o
problema da aerodinâmica das grandes estruturas e a
obrigatoriedade em fazer ensaios de túnel de vento com modelos
reduzidos de pontes pênsil no projeto.
PONTES ESTAIADAS
Ponte estaiada ou ponte atirantada é um tipo de ponte suspensa por
cabos (estais), constituída de um ou mais mastros, de onde partem
cabos de sustentação para os tabuleiros da ponte;
É considerada a SOLUÇÃO INTERMEDIÁRIA ideal entre uma ponte
fixa e uma ponte pênsil, em casos onde uma ponte fixa iria requerer
uma estrutura de suporte muito maior, enquanto uma pênsil
necessita maior elaboração de cabos;
Este esquema estrutural, que pode ser considerado igual ao de uma
viga atirantada em vários pontos, é empregado para vãos muito
grandes.
PONTES ESTAIADAS
PONTES ESTAIADAS
PONTES ESTAIADAS – SISTEMAS ESTRUTURAIS
O sistema estrutural de uma ponte estaiada pode ser classificado em
função dos cabos sobre três aspectos importantes (Cardoso,2013):
 Espaçamento longitudinal dos estais;
 Distribuição transversal dos estais;
 Distribuição vertical dos estais.
PONTES ESTAIADAS – SISTEMAS ESTRUTURAIS
 Espaçamento longitudinal dos estais – Ponte Estaiada Tipo 1
VÃOS SIMÉTRICOS E POUCOS CABOS AO LONGO DO VÃO, 
CONFERINDO-LHES UM ESPAÇAMENTO GRANDE ENTRE OS 
CABOS
PONTES ESTAIADAS – SISTEMAS ESTRUTURAIS
 Espaçamento longitudinal dos estais – Ponte Estaiada Tipo 1
O ESPAÇAMENTO ENTRE OS CABOS REQUER MAIOR RIGIDEZ À 
FLEXÃO DO TABULEIRO E AUMENTA O ESFORÇO EM CADA 
CABO. ESSE SISTEMA PODE SER UTILIZADO PARA VÃOS 
PEQUENOS OU PARA SISTEMAS COM MÚLTIPLOS TABULEIROS 
ESTAIADOS
PONTES ESTAIADAS – SISTEMAS ESTRUTURAIS
 Espaçamento longitudinal dos estais – Ponte Estaiada Tipo 2
MAIOR NÚMERO DE ESTAIS DISTRIBUÍDOS AO LONGO DO VÃO 
O QUE PERMITE A CONSTRUÇÃO DE UM TABULEIRO MAIS 
ESBELTO JÁ QUE AS PROXIMIDADES DOS PONTOS DE 
SUSPENSÃO DA CARGA DIMINUEM OS ESFORÇOS DE FLEXÃO 
NO TABULEIRO
PONTES ESTAIADAS – SISTEMAS ESTRUTURAIS
 Espaçamento longitudinal dos estais – Ponte Estaiada Tipo 2
MAIORIA DAS PONTES ESTAIADAS MAIS RECENTES SE 
ENCAIXAM NESSA CATEGORIA
PONTES ESTAIADAS – SISTEMAS ESTRUTURAIS
 Espaçamento longitudinal dos estais – Ponte Estaiada Tipo 3
PONTES COM DISTRIBUIÇÃO ASSIMÉTRICA DOS CABOS. EM 
MUITAS DELAS AS CARGAS NÃO SÃO TOTALMENTE 
EQUILIBRADAS PELO MASTRO SENDO NECESSÁRIA A 
UTILIZAÇÃO POR DISPOSITIVOS DE ANCORAGENS EXTERNOS.
PONTES ESTAIADAS – SISTEMAS ESTRUTURAIS
 Espaçamento longitudinal dos estais – Ponte Estaiada Tipo 3
ESTE TIPO DE SOLUÇÃO É MUITO ÚTIL QUANDO NÃO HÁ 
POSSIBILIDADE DA EXECUÇÃO DE PILARES NO CENTRO DO 
VÃO, SEJA POR INTERFERÊNCIA EM ALGUMA ESTRUTURA JÁ 
EXISTENTE OU DEVIDO A UM FATOR TOPOGRÁFICO
PONTES ESTAIADAS – SISTEMAS ESTRUTURAIS
 Distribuição Transversal dos Cabos – Plano Vertical Único
PONTES ESTAIADAS – SISTEMAS ESTRUTURAIS
Plano vertical único: amplamente utilizada nas pontes estaiadas.
Desvantagens:
 Suportam apenas os ESFORÇOS VERTICAIS do tabuleiro (os
esforços de TORÇÃO oriundos do carregamento acidental devem
ser suportados pelo tabuleiro, exigindo destes, SEÇÕES MAIS
RÍGIDAS À TORÇÃO, como a seção celular;
 A magnitude nas zonas de ancoragem dos cabos é relativamente
alta, acarretando no aumento do custo deste detalhe de projeto
(diâmetros maiores e mais caros).
 A passagem da torre pelo centro do tabuleiro têm inferência
significativa para grandes vãos (as DIMENSÕES DA TORRE estão
diretamente ligadas ao tamanho do vão).
PONTES ESTAIADAS – SISTEMAS ESTRUTURAIS
PONTES ESTAIADAS – SISTEMAS ESTRUTURAIS
PONT DE BROTONNE
PONTES ESTAIADAS – SISTEMAS ESTRUTURAIS
 Distribuição Transversal dos Cabos – Dois ou Mais Planos Verticais
PONTES ESTAIADAS – SISTEMAS ESTRUTURAIS
Dois ou Mais Planos Verticais: possibilita trabalhar com peças mais
esbeltas já que estes são solicitados principalmente à FLEXÃO
(laje bi-apoiada). Solução interessante para pontes com tabuleiros
mais largos (efeito de torção não é expressivo). O posicionamento
do mastro do lado de fora do tabuleiro também é um aspecto
interessante, principalmente para grandes vãos.
Desvantagens:
 Custo maior com aelevação de dois ou mais mastros e um maior
número de cabos.
PONTES ESTAIADAS – SISTEMAS ESTRUTURAIS
PONTES ESTAIADAS – SISTEMAS ESTRUTURAIS
PONTES ESTAIADAS – SISTEMAS ESTRUTURAIS
 Distribuição Transversal dos Cabos – Planos Inclinados
PONTES ESTAIADAS – SISTEMAS ESTRUTURAIS
Planos Inclinados: apresenta vantagens para a utilização de torres
com geometria de “A”.
Desvantagens:
 Para dar gabarito ao tráfego uma área do tabuleiro é perdida em
função da inclinação dos cabos na direção da via (pontes com
dimensões reduzidas e torres baixas).
PONTES ESTAIADAS – SISTEMAS ESTRUTURAIS
PONTES ESTAIADAS – SISTEMAS ESTRUTURAIS
PONTES ESTAIADAS – SISTEMAS ESTRUTURAIS
 Distribuição Vertical dos Estais – Radial
VANTAGENS: os estais carregam o máximo do peso próprio da
estrutura. Os esforços horizontais são reduzidos (verticalidade).
DESVANTAGENS: problemas de ligação na região onde os estais
convergem na torre.
PONTES ESTAIADAS – SISTEMAS ESTRUTURAIS
 Distribuição Vertical dos Estais – Radial
PONTES ESTAIADAS – SISTEMAS ESTRUTURAIS
 Distribuição Vertical dos Estais – Harpa
VANTAGENS: aumenta a rigidez do vão principal e a tensão nos
cabos é baixa.
DESVANTAGENS: gera momento fletor na torre aumentando a
instabilidade da mesma.
PONTES ESTAIADAS – SISTEMAS ESTRUTURAIS
 Distribuição Vertical dos Estais – Harpa
PONTES ESTAIADAS – SISTEMAS ESTRUTURAIS
 Distribuição Vertical dos Estais – Harpa
CARREGAMENTOS SIMÉTRICOS
PONTES ESTAIADAS – SISTEMAS ESTRUTURAIS
 Distribuição Vertical dos Estais – Harpa
CARREGAMENTOS ASSIMÉTRICOS
PONTES ESTAIADAS – SISTEMAS ESTRUTURAIS
 Distribuição Vertical dos Estais – Leque
VANTAGENS: é um sistema intermediário (modificação do sistema em
harpa) que reduz alguns problemas de ambos os arranjos anteriores.
PONTES ESTAIADAS – SISTEMAS ESTRUTURAIS
 Distribuição Vertical dos Estais – Leque
PONTES ESTAIADAS – SISTEMAS ESTRUTURAIS
 Distribuição Vertical dos Estais – Extradorso
Nesta geometria a torre é mais baixa que nas pontes estaiadas
comuns, de maneira que os cabos cheguem ao tabuleiro em ângulos
pequenos, consequentemente com isso, os esforços de compressão
no tabuleiro são elevados (limitação na altura da torre).
PONTES ESTAIADAS – SISTEMAS ESTRUTURAIS
 Distribuição Vertical dos Estais – Extradorso
PONTES ESTAIADAS – SISTEMAS ESTRUTURAIS
 Múltiplos Vãos
Esta geometria pode utilizar qualquer uma das distribuições (harpa,
leque, radial), porém repetidas o número de vezes necessário para
satisfazer aos objetivos propostos.
PONTES ESTAIADAS – SISTEMAS ESTRUTURAIS
 Múltiplos Vãos
PONTES ESTAIADAS – TABULEIRO
Nas primeiras pontes estaiadas os espaçamentos dos pontos de
fixação dos estais no tabuleiro eram, em geral, maiores do que os
usados atualmente. Com isso, o tabuleiro precisava ser
suficientemente RÍGIDO para resistir aos esforços de flexão. Devido
a esse fator, predominaram na época os tabuleiros em
ESTRUTURA METÁLICA, pois se conseguia assim atingir a rigidez
necessária sem a necessidade de ter um tabuleiro muito espesso e
pesado, como acontecia com os tabuleiros de CONCRETO.
PONTES ESTAIADAS – TABULEIRO
Tabuleiro de concreto: as primeiras pontes estaiadas com seção de
concreto se apresentaram como estruturas PESADAS, de
GEOMETRIA ROBUSTA e com custo de execução elevado. Mas,
com o tempo, a experiência e a tecnologia se desenvolveram de
maneira a possibilitar um dimensionamento visando a uma estrutura
de geometria otimizada, que seja resistente, aerodinâmica e leve ao
mesmo tempo.
Outro fator que permitiu que as seções se tornassem mais esbeltas foi
o CONCRETO PROTENDIDO, que possibilitou a adoção de
ESTRUTURAS VAZADAS (economia de material e alívio no peso
da estrutura).
PONTES ESTAIADAS – TABULEIRO
Tabuleiro metálico: muito utilizados nas primeiras pontes estaiadas.
Em geral são até 80% MAIS LEVES que os tabuleiros de concreto,
entretanto se apresentam MAIS CAROS para serem executados.
Além da redução do peso total da estrutura, os tabuleiros metálicos
possibilitam uma REDUÇÃO nas dimensões dos estais, pilares e
fundações. Normalmente são mais interessantes em estruturas de
GRANDES VÃOS (em estruturas menores o alívio de peso não é
tão perceptível). Além da consideração da FADIGA do material a
ação do VENTO é um importante fator a ser verificado, pois como a
estrutura é mais leve, sua susceptibilidade a OSCILAÇÕES
também é maior.
PONTES ESTAIADAS – TABULEIRO
Tabuleiro misto:
 Redução no peso da seção devido a utilização de perfis metálicos;
 Facilidade no transporte e instalação dos perfis metálicos;
 Durabilidade da laje de concreto;
 Rapidez na execução.
PONTES ESTAIADAS – MASTRO
Mastro: é a torre existente sobre o tabuleiro, destinada a receber os
carregamentos atuantes na superestrutura, que são transferidos
através dos ESTAIS. São, normalmente, estruturas de grande altura
solicitada predominantemente à COMPRESSÃO. A natureza das
solicitações faz com que estes elementos sejam construídos
geralmente em CONCRETO (soluções em AÇO são encontradas
na literatura porém não são economicamente interessantes). Há
diversas possibilidades de concepções geométricas para esta
estrutura, os tipos mais comuns são simples, duplos e pórticos.
PONTES ESTAIADAS – MASTRO
Mastro Simples: utilizado para suportar um ÚNICO PLANO
transversal de estais. Este tipo de mastro tem sua ESTABILIDADE
obtida através da ancoragem dos estais ao longo de sua altura.
Caso haja algum deslocamento transversal do mastro devido a
ação do VENTO, os estais exercem uma força contrária ao
deslocamento evitando, assim, uma maior deslocabilidade.
PONTES ESTAIADAS – MASTRO
Mastro Duplo (Mastros Gêmeos): são caracterizados pela presença
de dois planos transversais de estais. Suas características são
semelhantes ao mastro simples, apenas mudando a quantidade
(estabilidade).
PONTES ESTAIADAS – MASTRO
Mastro em Pórtico: é caracterizado por uma estrutura composta de
duas torres que possuem CONTRAVENTAMENTO entre si. Este
tipo de estrutura é comumente utilizada quando se deseja vencer
GRANDES VÃOS (mastros de grande altura).
PONTES ESTAIADAS – ESTAIS
São os componentes mais importantes das pontes estaiadas, e por
este motivo, suas PROPRIEDADES MECÂNICAS e de
DURABILIDADE devem ser muito bem verificadas (confiabilidade e
economia);
Geralmente são compostos de fios ou barras de aço, organizados de
diferentes maneiras: em FEIXES DE FIOS PARALELOS ou em
CORDOALHAS similares às que são utilizadas em concreto
protendido. As cordoalhas mais comuns são compostas por sete
fios (um central e seis periféricos, que são mantidos unidos através
de um processo de torção).
PONTES ESTAIADAS – ESTAIS
Cordoalhas múltiplas de sete fios: são as mais usuais para pontes
estaiadas devido, principalmente, a sua facilidade no MANUSEIO e
aplicação. Para conferir maior DURABILIDADE em relação às
cordoalhas usuais de concreto protendido, as cordoalhas aplicadas
em estais recebem tratamento de galvanização e são revestidas
com cera de petróleo e por um tubo preto de polietileno de alta
densidade, para garantir resistência aos raios ultravioleta.
O número de cordoalhas por cabo normalmente adotado está na faixa
de 19 a 161 cordoalhas.
PONTES ESTAIADAS – ESTAIS
Estais especiais que exijam GRANDE QUANTIDADE de cordoalhas
podem ser formados por FEIXES DE CABOS:
 Cabos de múltiplos fios;
 Cabo tipo “lockedcoil”;
 Cabos de fios ou barras paralelas.
PONTES ESTAIADAS – ESTAIS
Cabos de múltiplos fios: São formados por várias camadas de fios e
fabricados através da ROTAÇÃO dos fios emrelação ao eixo
central. Realiza-se um PRÉ-ALONGAMENTO no cabo com força
superior àquela esperada em projeto (cerca de 10% a 20%) para
que, durante a vida da obra, seja garantido que o cabo funcionará
em um regime elástico ideal.
PONTES ESTAIADAS – ESTAIS
Cabo tipo “locked coil”: composto por fios de seção “z” e fios de
seção circular, este tipo de cabo também é formado pela rotação
dos fios em torno do eixo central em camadas múltiplas.
 Compacto;
 Superfície externa contínua.
PONTES ESTAIADAS – ESTAIS
Cabo de fios paralelos:
PONTES ESTAIADAS – ANCORAGEM
A ancoragem é responsável por transferir as cargas dos cabos aos
apoios, seja o tabuleiro ou a torre. Podem ser ATIVAS (reguláveis),
quando se realiza a atividade de tensionamento, ou PASSIVAS
(fixas), quando a ancoragem sofre a atividade de tensionamento.
Normalmente, as ancoragens ativas são executadas no tabuleiro e
as passivas nas torres.
 ANCORAGEM REGULÁVEL: as cordoalhas são tensionadas
individualmente e sua ancoragem também é individual. Após a
ancoragem, ajustes na tensão pode ser feito de forma simultânea.
 ANCORAGEM FIXA: chumbamento das cordoalhas ao mastro, que
sofre o esforço da carga exigida pelo tabuleiro.
PONTES ESTAIADAS – ANCORAGEM
PONTES ESTAIADAS – FAIXAS DE VÃOS
PONTES PÊNSEIS E ESTAIADAS – MANUTENÇÃO
Nas pontes pênseis são necessárias inspeções periódicas para
verificação de anomalias. As mais comuns são causadas por
CORROSÃO dos elementos metálicos que podem comprometer a
segurança estrutural.
Nas pontes estaiadas, além dos cuidados adotados nas pontes
pênseis, deve ser feita a monitoração constante dos estais para
verificar ocorrências da PERDA DE TENSIONAMENTO e
necessidade de reparos.
AS DEZ MAIORES PONTES DO MUNDO 
EM EXTENSÃO
10º LUGAR - PONTE JINTANG (CHINA)
 Liga a ilha de Jintang a
Zhenhai
 Comprimento Total: 26.540 m
 Ponte Estaiada com maior
vão livre de 620 m
 Inauguração: Dezembro/2009
9º LUGAR - PONTE ATCHAFALAYA BASIN (EUA)
 Liga Baton Rouge e Lafayette
 Comprimento Total: 29.290 m
 Inauguração: 1973
 Construção: 2 anos
8º LUGAR - PONTE DE DONGHAI (CHINA)
 Liga Xangai às ilhas
Yangshan
 Comprimento Total: 32.500 m
 Ponte Estaiada com maior
vão livre de 420 m
 Inauguração: Dezembro/2005
 Construção: 3,5 anos
7º LUGAR - PONTE DE RUNYANG (CHINA)
 Localizada em Nanjing, cruza
o rio Yangtzé
 Comprimento Total: 35.660 m
 Ponte Pênsil com maior vão
livre de 1.490 m
 Inauguração: Abril/2005
 Construção: 4,5 anos
6º LUGAR - PONTE DA BAÍA DE HANGZHOU (CHINA)
 Comprimento Total: 35.673 m
 Ponte Estaiada
 Inauguração: Maio/2008
 Construção: 5 anos
5º LUGAR - PONTE DO PÂNTANO MANCHAC (EUA)
 Comprimento Total: 36.693 m
 Inauguração: 1979
4º LUGAR - PONTE DO LAGO PONTCHARTRAIN (EUA)
 Comprimento Total: 38.422 m
 Inauguração: Agosto/1956
 Construção: Janeiro/1955
4º LUGAR - PONTE DO LAGO PONTCHARTRAIN (EUA)
 Comprimento Total: 38.422 m
 Inauguração: Agosto/1956
 Construção: Janeiro/1955
3º LUGAR - PONTE QINGDAO HAIWAN (CHINA)
 Comprimento Total: 42.500 m
 Inauguração: Junho/2011
 Construção: 2007
2º LUGAR - PONTE DE TIANJIN (CHINA)
 Comprimento Total: 113.700 m
 Inauguração: Junho/2011
 Construção: 2006
1º LUGAR - PONTE DE DANYANG-KUNSHAN (CHINA)
 Comprimento Total: 164.800 m
 Inauguração: Junho/2011
 Construção: 2006

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