ESTRUTURAS DE PONTES Sistemas Estruturais Pontes pênseis e estaiadas

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Sistemas Estruturais – Pontes pênseis e estaiadas
Prof. Letícia Reis Batista Rosas
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO
CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE SINOP
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
ESTRUTURAS DE PONTES
FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes pênseis
• Pontes pênseis ou suspensas possuem o tabuleiro contínuo,
sustentado 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.
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes pênseis
• Pontes pênseis ou suspensas, são aquelas que possibilitam os
maiores vãos sobre rios, lagos, etc. Por isso quando sujeita a
grandes CARGAS DE VENTO, apresenta 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 para minimizar esse efeito.
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes pênseis: componentes estruturais
• 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;
• 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;
• Torres principais: elementos intermediários entre a superestrutura 
e a fundação. Suportam os cabos e transferem os seus 
carregamentos para a fundação.
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
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;
• Ancoragens: blocos de concreto, que ancoram os cabos 
principais. Servindo por isso como apoios finais da ponte.
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes pênseis: tabuleiro com vigas treliçadas
• Tipo 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.
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes pênseis: cabos principais
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes pênseis: cabos principais
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes pênseis: Torres
• 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.
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes pênseis: Torres
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes pênseis: Torres
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes pênseis: Golden Gate
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes pênseis: Mackinac
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes pênseis: Tacoma
• Vídeo
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes pênseis: Tacoma
• Velocidade do vento: 65km/h;
• Ressonância, efeitos não-lineares e flutter
(vórtices);
• Vibração torcional;
• Falta de rigidez transversal e desempenho
aerodinâmico;
• Lado positivo: foi tomada a consciência para o
problema da aerodinâmica das grandes
estruturas e a obrigatoriedade em fazer ensaios
de túnel de vento com modelos de pontes
penseis em projeto.
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes pênseis: Ponte Osman Gazi
• Vídeo
• Turquia
• Inaugurada em 01 de Julho de 2016
• Quarto vão central mais longo do mundo, com 1.550 metros
• Extensão total de 2.682 metros.
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
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.
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes estaiadas no Brasil
• Hortolândia - SP
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Pontes estaiadas no Brasil
• Teresina - PI
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Pontes estaiadas no Brasil
• Ponte Sergio Motta sobre o Rio Cuiabá
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes estaiadas no mundo
• Normândia
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Pontes estaiadas no mundo
• Japão
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Pontes estaiadas no mundo
• Viaduto Millau - França
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes estaiadas
• Ponte Anita Gribaldi – Laguna
• Inaugurada em 2015
• Vídeo
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes estaiadas
• Ponte Anita Gribaldi – Laguna
• Inaugurada em 2015
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes estaiadas
O sistema estrutural de uma ponte estaiada pode ser 
classificado em função dos cabos sobre três 
aspectosimportantes:
• Espaçamento longitudinal dos estais;
• Distribuição transversal dos estais;
• Distribuição vertical dos estais.
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes estaiadas
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes estaiadas
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes estaiadas
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes estaiadas
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes estaiadas
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes estaiadas
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes estaiadas
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes estaiadas
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)
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes estaiadas
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes estaiadas
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes estaiadas
Dois ou mais planos verticais: 
Possibilita trabalhar com peças mais esbeltas já que estes são solicitados 
principalmente à FLEXÃO (laje biapoiada). 
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.
• Desvantagem:
Custo maior com a elevação de dois ou mais mastrose um maior 
número de cabos
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes estaiadas
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes estaiadas
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes estaiadas
Planos inclinados: 
Apresenta vantagens para a utilização de torres com geometria de “A”
• Desvantagem:
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).
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes estaiadas
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes estaiadas
• 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
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes estaiadas
• 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
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes estaiadas
• VANTAGENS: é um sistema intermediário (modificação do sistema em 
harpa) que reduz alguns problemas de ambos os arranjos anteriores.
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes estaiadas
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)
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes estaiadas
Esta geometria pode utilizar qualquer uma das distribuições (harpa, 
leque, radial), porém repetidas o número de vezes necessário para 
satisfazer aos objetivos propostos.
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes estaiadas
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes estaiadas
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.
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes estaiadas
• 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)
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes estaiadas
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 de 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). 
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.
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes estaiadas
Mastro: 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.
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
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 FEIXE 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).
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes estaiadas
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes estaiadas
• Cabos de múltiplos fios: São formados por várias
camadas de fios e fabricados através da ROTAÇÃO
dos fios em realção 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.
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes estaiadas
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.
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes estaiadas
• Cabos de barras paralelas: Barras de alta resistência 
usadas em protensão, dispostas paralelamente no 
interior do cabo e revestidas com tubo de aço e 
injeção de nata de cimento.
• Baixa resistência à fadiga;
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes estaiadas – Faixas de vãos
SISTEMA ESTRUTURAL DA SUPERESTRUTURA
Pontes pênseis e estaiadas
• 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.