ESTRUTURAS DE PONTES

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1 UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE SINOP FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL ESTRUTURAS DE PONTES AULA 1 Introdução ao estudo de pontes Prof. Letícia Reis Batista Rosas

2 O QUE DIFERE AS PONTES DAS OUTRAS ESTRUTURAS NO CAMPO DA ENGENHARIA ESTRUTURAL? 1. CARREGAMENTO Edifícios Residenciais: cargas permanentes (80 %) cargas acidentais (20 %) Pontes: cargas permanentes cargas acidentais 2. GRAU DE HIPERESTATICIDADE Edifícios Residenciais: grande hiperestaticidade Pontes: pequena hiperestaticidade

3 1. CONCEITOS GERAIS ESTRUTURAS DE PONTES Refs.: 1. Pontes de Concreto Armado,Vol. 1, autor: Walter Pfeil 2. Pontes, autor: Glauco Bernardo 3. Pontes em Concreto Armado e Protendido, autor: Jayme Mason 4. Pontes Metálicas e Mistas em Viga Reta - Projeto e Cálculo, autor: Jayme Mason 5. Pontes Superestruturas, Vols. 1 e 2, autor: Colin O'Connor

4 1.1 DEFINIÇÕES Pontes: obra destinada a transposição de obstáculos à continuidade de uma via. Os obstáculos usualmente encontrados são rios, braços de mar, vales profundos, outras vias etc Viadutos: o obstáculo transposto não é constituído em sua maior extensão por massa de água Pontilhão: ponte de pequeno vão. Galerias: em algumas situações podem ser enquadradas na categoria de pontes

5 1.2 EVOLUÇÃO HISTÓRICA Origem da Construção de Pontes Antigas Civilizações Exemplos da Natureza Árvore tombada nas margens de um riacho As erosões eólicas mostraram aos primitivos o arco como forma adequada para vencer depressões Os cipós que se entrelaçam de uma árvore a outra (intuição das estruturas pênseis) ROMANOS Primeiros construtores Necessidade: expandir o império e ligar o mesmo à capital Técnica: abóbadas de alvenaria de pedra

6 1.2 EVOLUÇÃO HISTÓRICA Origem da Construção de Pontes Antigas Civilizações Exemplos da Natureza Árvore tombada nas margens de um riacho As erosões eólicas mostraram aos primitivos o arco como forma adequada para vencer depressões Os cipós que se entrelaçam de uma árvore a outra (intuição das estruturas pênseis) ROMANOS Primeiros construtores Necessidade: expandir o império e ligar o mesmo à capital Técnica: abóbadas de alvenaria de pedra

7 1.2 EVOLUÇÃO HISTÓRICA Origem da Construção de Pontes Antigas Civilizações Exemplos da Natureza Árvore tombada nas margens de um riacho As erosões eólicas mostraram aos primitivos o arco como forma adequada para vencer depressões Os cipós que se entrelaçam de uma árvore a outra (intuição das estruturas pênseis) ROMANOS Primeiros construtores Necessidade: expandir o império e ligar o mesmo à capital Técnica: arcos de alvenaria de pedra

8 IDADE MÉDIA Pontes como obstáculos (senhores feudais) Pontes em zig-zag Pontes em zig-zag Pontes com guaritas

9 SÉCULO XII Irmandade Religiosa: construção e preservação Características das Pontes: pequena largura e arcos abatidos (aperfeiçoamento) RESNASCIMENTO Melhoria nas fundações FRANÇA 1716: Departamento de Pontes e Estradas 1747: Funda-se a École de Ponts

10 SÉCULO XIX Grande avanço técnico Pontes metálicas Inicia-se a utilização das pontes de concreto armado PONTE BRITANNIA Construída em 1846/50 Vãos: metros Vigas tubulares compostas de placas e cantoneiras de ferro maleável

11 SÉCULO XX Pontes de concreto armado Mecânica dos solos: fundações Técnicas de obtenção de materiais de qualidade Concreto Protendido

12 OBRA-DE-ARTE ESPECIAL Obra-de-arte: é como se denomina qualquer obra de uma estrada, tais como pontes, viadutos, galerias, etc. Antigamente, por serem construídas empiricamente por artistas dotados de muito bom senso e intuição de estática, essas obras eram consideradas trabalhos de arte.

13 Ponte como elemento chave no transporte Controla a capacidade do sistema: Largura insuficiente constrição ao fluxo do tráfego Resistência deficiente não suporta caminhões pesados (limitação) Se a ponte falhar, o sistema falha: Se a ponte falhar, o tráfego tem que ser desviado Acréscimo do volume de tráfego em outras vias Aumento do tempo de viagem, até o reparo da ponte Custo relativo mais alto do sistema: Pontes são caras Custo por metro superior ao da via Investimento que deve ser estudado

14 Habilidade de projetar pontes Não basta conhecer o local em que a ponte será construída e as cargas atuantes A habilidade de projetar pontes consiste em: Conhecimento de engenharia e métodos de análise Conhecimento das normas e regulamentações Bom senso Experiência Ética pessoal e profissional Imaginação e criatividade

15 PONTE RIO-NITERÓI

16 1.3 REQUISITOS FUNDAMENTAIS FUNCIONALIDADE: satisfazer o fim para o qual foi destinada, permitindo o tráfego atual e futuro; permitir o escoamento das águas sob a ponte se processe com o mínimo de perturbações. Portanto, a ponte deve apresentar determinadas larguras e comprimentos SEGURANÇA: para segurança da ponte deve-se considerar: AS TENSÕES E AS DEFORMAÇÕES. 1. As tensões não devem ultrapassar a tensão admissível para o material que as constitui; 2. As deformações devem ser limitadas ESTÉTICA: a ponte deve atender ao aspecto de boa aparência e deve satisfazer arquitetonicamente sem criar grandes contrastes com o ambiente em que ela é implantada ECONOMIA: requisito de maior importância. Atendendo aos requisitos anteriores, deve o engenheiro encontrar a solução mais vantajosa do ponto de vista da realização do projeto

17 1.4 CONHECIMENTOS AFINS RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS TEORIA DAS ESTRUTURAS MECÂNICA DOS SOLOS HIDRÁULICA (estudo dos efeitos que a obra pode introduzir no regime líquido) MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO AERODINÂMICA (estudo adequado do efeito do vento sobre a obra) ARQUITETURA

18 1.5 ELEMENTOS CONSTITUINTES DAS PONTES INFRAESTRUTURA MESOESTRUTURA SUPERESTRUTURA

19 INFRAESTRUTURA É a parte da ponte por meio da qual são transmitidos ao terreno de implantação da obra (rocha ou solo) os esforços recebidos da mesoestrutura Elementos da INFRAESTRUTURA: Blocos Sapatas Estacas Tubulões

20 MESOESTRUTURA É a parte da ponte que recebe os esforços da superestrutura e os transmite à infraestrutura, em conjunto com os esforços recebidos diretamente de outras forças solicitantes da ponte, tais como pressões do vento e da água em movimento Elementos da MESOESTRUTURA: Pilares Encontros Pilares-encontros Muros de acompanhamento

21 1. PILARES: suportes intermediários que apenas recebem os esforços da superestrutura 2. ENCONTROS: suportes de extremidades que ficam em contato com os aterros, sendo sua função resistir além dos esforços da superestrutura também aqueles provenientes dos empuxos e subpressões 3. PILARES-ENCONTROS: suportes reforçados que devem garantir a estrutura ou resistir a empuxos de arcos ou abóbadas adjacentes 4. MUROS DE ACOMPANHAMENTO: são complementos dos encontros e destinam-se a conter os taludes dos aterros nas entradas das pontes (MUROS DE ALA; MUROS DE RETORNO)

22 4. MUROS DE ACOMPANHAMENTO Muros de ala Muros de retorno

23 OBSERVAÇÕES: Os pilares são chamados de CAVALETES quando são constituídos por treliça metálica ou de madeira

24 Nas Pontes Pênseis, para colocação dos cabos, é preciso suportes de altura maior: são as TORRES ou PILONES Pilares colocados dentro da corrente líquida: TALHANTES Torres ou Pilones Talhantes

25 SUPERESTRUTURA É a parte da ponte composta geralmente de lajes e vigas principais e secundárias; é o elemento de suporte imediato do estrado, sob o ponto de vista da sua finalidade Elementos da SUPERESTRUTURA: Tabuleiro Tímpano Pendurais Estrutura principal Apoios Enrijamento

26 SUPERESTRUTURA SUPERESTRUTURA Tabuleiro Tímpano Pendurais Estrutura Principal Apoios Enrijamentos Estrado Vigamento Cheio Vazado Secundário Fixos Móveis Contraventamento Travejamento

27 1. TABULEIRO: conjunto dos elementos que vão receber diretamente as cargas móveis ESTRADO: contém a superfície de rolamento, o leito da estrada e o suporte da estrada VIGAMENTO SECUNDÁRIO: constituído por longarinas e transversinas Tipos de tabuleiros

28 2. TÍMPANO: elemento de ligação entre o arco inferior e o tabuleiro; tem a finalidade de transmitir ao arco todas as cargas aplicadas na ponte

29 3. PENDURAIS: elementos que aparecem nas pontes em arco quando o tabuleiro é inferior ou intermediário; é através deles que os arcos recebem as cargas aplicadas no tabuleiro

30 4. ESTRUTURA PRINCIPAL: é a parte destinada a vencer a distância entre dois suportes sucessivos Obs. O tipo e o material da estrutura principal geralmente definem uma ponte 5. APOIOS: permitem a localização das reações; podem ser fixos ou móveis FIXOS: permitem apenas rotação da estrutura MÓVEIS: permitem rotação e translação da estrutura 6. ENRIJAMENTOS: são os elementos que fornecem rigidez à ponte CONTRAVENTAMENTO: resistem aos esforços oriundos de ação perpendicular ao eixo longitudinal (vento) TRAVEJAMENTO: resistem aos esforços oriundos de ação que atua longitudinalmente (frenação ou aceleração)

31 1.6 TRAMO: ALTURA DE CONSTRUÇÃO E VÃOS 1.6TRAMO AlturadeConstrução Vão vão aparente vão vãode vão vão teórico escoamento crítico econômico TRAMO: Parte da superestrutura situada entre dois suportes sucessivos. Elementos característicos: ALTURA DE CONSTRUÇÃO e VÃO

32 ALTURA DE CONSTRUÇÃO: Para uma determinada seção é a distância vertical entre o ponto mais baixo da estrutura e o topo da superfície de rolamento

33 VÃO: Distância medida horizontalmente entre os centros de duas seções da estrutura 1. VÃO TEÓRICO: distância entre os centros de apoios sucessivos (l ) 2. VÃO APARENTE: distância entre as faces de dois suportes consecutivos (l) 3. VÃO DE ESCOAMENTO: distância medida na seção de escoamento das águas (l ) 4. VÃO CRÍTICO: comprimento máximo que se pode alcançar com determinado material 5. VÃO ECONÔMICO: é aquele que permite tornar mínimo custo da ponte

34 1.7 CLASSIFICAÇÃO DAS PONTES a. TAMANHO DO VÃO Bueiros Pontilhões Pontes ou Viadutos b. DURAÇÃO Provisórias Definitivas Desmontáveis c. NATUREZA DO TRÁFEGO Ferroviárias Rodoviárias Pedestres Aquedutos Ponte Canal Pontes Mistas

35 d. ANDAMENTO PLANIMÉTRICO Pontes retas Pontes em curva Pontes esconsas e. ANDAMENTO ALTIMÉTRICO Pontes horizontais Pontes em rampa

36 f. SISTEMA ESTRUTURAL Pontes de eixo retilíneo Pontes em pórtico Pontes em arco Pontes pênseis Pontes estaiadas Comportamento misto Ponte estaiada

37 g. MATERIAL DA SUPERESTRUTURA Pontes de madeira Pontes de alvenaria Pontes metálicas Pontes de concreto h. POSIÇÃO DO TABULEIRO Tabuleiro superior Tabuleiro embutido i. MOBILIDADE DOS TRAMOS Pontes fixas Pontes móveis giratórias corrediças levadiças basculantes oscilantes flutuantes

38 Pontes Giratórias Pontes Corrediças

39 Pontes Levadiças Pontes Basculantes

40 Pontes Oscilantes