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ESCOLA DE CIÊNCIAS EXATAS

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

ESTUDO DO COMPORTAMENTO ESTRUTURAL

DAS PONTES ESTAIADAS: ANÁLISE COMPARATIVA

FERNANDO ARAUJO ALVES

MANAUS

2019

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FERNANDO ARAUJO ALVES

ESTUDO DO COMPORTAMENTO ESTRUTURAL

DAS PONTES ESTAIADAS: ANÁLISE COMPARATIVA

Monografia de trabalho de conclusão de curso apresentado a coordenação do curso de Engenharia Civil da Uninorte como requisito para obtenção do título de Engenheiro Civil.

Orientador: Professor Arthur Brito

MANAUS

2019

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FERNANDO ARAUJO ALVES

ESTUDO DO COMPORTAMENTO ESTRUTURAL

DAS PONTES ESTAIADA: ANÁLISE COMPARATIVA

Monografia de trabalho de conclusão de curso apresentado a coordenação do curso de Engenharia Civil da Uninorte como requisito para obtenção do título de Engenheiro Civil.

BANCA EXAMINADORA

_____________________________ Prof. Arthur Brito (orientador)

Msc cálculo estrutural

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Primeiramente a Deus que me protege,

aos meus adoráveis pais que me deu a

vida, e a minha amável família que me

acompanha nessa grande caminhada.

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AGRADECIMENTOS

A Deus, pela saúde e disposição para chegar ao fim de mais uma etapa;

Aos meus pais, pelo estímulo constante, presença amiga, compreensão, carinho e

apoio;

A minha família e irmãos, por tornarem minha vida cada dia mais alegre;

Ao Professor Arthur Brito, pela enorme dedicação na orientação deste trabalho,

amizade, respeito, confiança e contagiante amor à profissão;

Á Professora Fabiola Tavares, pela enorme dedicação na disciplina de trabalho de

conclusão de curso e contagiante amor à profissão;

Á Coordenadora Alzira Miranda, pela enorme dedicação da coordenação do curso de

engenharia civil e contagiante amor à profissão.

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RESUMO

O estudo proposto desta trabalho, tem como objetivo geral analisar o

comportamento estrutural de pontes estaiadas e fazer uma análise comparativa de

dois modelos usuais, verificar qual a mais eficiente estrutura capaz de suportar as

cargas atuantes nos estais, nos tabuleiros e nas torres das pontes, que tem como

objetivo especifico Identificar nas bases de dados especializadas como publicações

em livros, normas e regulamentos sobre o assunto referente, fundamentar

teoricamente a pesquisa, apresentando e discutindo os principais conceitos e

fundamentos que influenciaram no comportamento estrutural das pontes estaiadas,

relatar o melhor modelo e o mais econômico tipo de construção de pontes estaiadas,

elaborando estudo de técnicas construtiva de estruturas de pontes estaiadas. Na

análise comparativa estrutural do comportamento das pontes estaiadas, foi verificado

que o modelo de ponte em semi-harpa, tem um desempenho mais favorável em

relação a integração dos cabos estaiados, do tabuleiro e da torre; apesar do melhor

desempenho desse modelo de ponte, os engenheiros optam pela construção de

pontes em harpa pela sua beleza estética.

Palavras-chaves: Comportamento Estrutural. Pontes Estaiadas. Pontes Suspensa.

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LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1.1 - Embarcação egípcia construída com estais sustentando vigas................12

Figura 1.2 - Ponte estaiada de madeira.......................................................................12

Figura 1.3 - Ponte e estação Santo Amaro.................................................................13

Figura 1.4 - Ponte construtor João Alves Filho............................................................14

Figura 1.5 - Ponte Octavio Frias de Oliveira................................................................14

Figura 1.6 - Ponte do Rio Negro em Manaus.............................................................14

Figura 2.1 - Cimbramentos geral de ponte..................................................................15

Figura 2.2 - Ponte em balanço sucessivo....................................................................16

Figura 2.3 - Método de lançamento progressivo.........................................................17

Figura 3.1 - Elementos de uma ponte estaiada...........................................................17

Figura 3.2 - Configurações de pontes estaiada...........................................................18

Figura 3.3 - Configuração longitudinal dos estais........................................................19

Figura 3.4 - Ponte sistema de estais em harpa............................................................19

Figura 3.5 -: Ponte sistema de estais em leque...........................................................20

Figura 3.6 - Ponte sistema de estais em semi-harpa...................................................21

Figura 3.7 - Sistema de suspensão assimétrico..........................................................21

Figura 3.8 - Sistema de suspensão central.................................................................23

Figura 3.9 - Tabuleiro com suspensão lateral..............................................................24

Figura 3.10 - Configurações para as torres, em pórticos, em A e em diamante...........26

Figura 3.11 - Ponte Pasco Kennewic..........................................................................27

Figura 3.12 - Ponte mestre João Isidoro França..........................................................28

Figura 3.13 - Duas condições de vinculação para a torre sistema de cabos central ...29

Figura 3.14 - Duas condições de vinculação para torres com dois mastros................29

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8

Figura 4.1 - Ponte estaiada modelo 1 em Semi-Harpa................................................31

Figura 4.2 - Ponte estaiadas modelo 2 em Harpa........................................................31

Figura 4.3 - Ponte estaiada modelo 1 em Semi-Harpa................................................32

Figura 4.4 - Espaçamento de 5 m dos estais na torre da ponte em semi- harpa. ........33

Figura 4.5 - Ponte estaiada modelo 2 em Harpa..........................................................33

Figura 4.6 - Alternância de carga de multidão.............................................................35

Figura 4.7 - Deformada para o modelo 1 semi-harpa, submetido ao carregamento 14 da Figura 4.6.4............................................................................................................36

Figura 4.8 - Deslocamentos para o modelo 2 em harpa, submetido ao carregamento 14 da Figura 4.65........................................................................................................36

Figura 4.9 - Deformada para o modelo 2 em harpa, submetido ao carregamento 5 da Figura 4.6....................................................................................................................37

Figura 4.10 - Deformadas dos Modelo 1 e modelo 2 modificado, para atuação de sobrecarga de multidão vão central............................................................................38

Figura 4.11 - Deformadas dos modelos 1 e modelo 2 modificado, para atuação de sobrecarga de multidão vão lateral.............................................................................39

Figura 4.12 - Momentos fletores para os modelos 1 e 2 modificado............................39

Figura 4.13 - Deformada de momentos fletores transversais para as torres dos Modelos 1 e modelo 2 modificado...............................................................................40

Figura 4.14 - Perspectiva, dos momentos fletores longitudinais na torre direita dos modelos 1 e modelo 2 modificado...............................................................................40

Figura 4.15 - Esforço normal no tabuleiro, devido à carga permanente e variável para os modelos 1 e modelo 2 modificado.........................................................................41

Figura 5.1 - Vista da ponte Rio Negro sobre imagem real............................................41

Figura 5.2 - Projeto – vista longitudinal da ponte Rio Negro........................................43

Figura 5.3 - Torre em forma de "A", vista transversal................................................. 43

Figura 5.4 - Seção transversal do tabuleiro da ponte Rio Negro..................................44

Figura 5.5 - Vista longitudinal - sistema de cabos em semi-harpa...............................44

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SUMÁRIO

INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 11

1.HISTÓRICO ........................................................................................................... 11

1.1 Primeiras Concepções de Pontes Estaiadas no Mundo ...................................... 11

1.2 Surgimento das Pontes Estaidas no Brasil .......................................................... 13

2. ALTERNATIVAS CONSTRUTIVAIS ESTRUTURAIS .......................................... 15

2.1 Métodos Construtivos .......................................................................................... 15

2.1.1 Cimbramento Geral .......................................................................................... 15

2.1.2 Balanço Sucessivos ......................................................................................... 15

2.1.3 Lançamento Progressivo .................................................................................. 15

3. ANALISE COMPORTAMENTAL DOS ELEMENTOS ESTRUTURAIS ............... 17

3.1 Configuração Longitudinal dos Cabos ................................................................. 19

3.1.1 Sistema dos Cabos em Harpa .......................................................................... 19

3.1.2 Sistema dos Cabos em Leque.......................................................................... 20

3.1.3 Sistema dos Cabos em Semi-Harpa ................................................................ 20

3.1.4 Sistema dos Cabos Assimétricos ..................................................................... 21

3.2 Configuração Transversal dos Cabos ................................................................. 22

3.2.1 Planos de Cabos com Suspensão Central ....................................................... 22

3.2.2 Planos de Cabos com Suspensão Lateral ........................................................ 22

3.3 Analise Comportamental do Tabuleiro…………………………………….. … ....24

3.3.1 Tabuleiro em Aço…………………………………………………………… …… ..24

3.3.2 Tabuleiro em Concreto…………………………………………………………… 25

3.3.3 Tabuleiro Misto…………………………………………………………………… 25

3.4 Análise Comportamental das Torres ................................................................... 25

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10

3.4.1 Torres com Dois Mastros…………………………………………………………. 26.

3.4.2 Torres com Mastros Único………………………………………………………. 27.

3.4.3 Tipos de Vinculação das Torres……………………………………...... 28

4. ANALISE COMPARATIVA DOS MODELOS................................................. 29

4.1 Configuração do Modelo 1 em hemi-harpa............................................ 30

4.2 Configuração do Modelo 2 em harpa..................................................... ......32

4.2.1 Resumo das Principais Propriedades Geométricas................................. ....32

4.3 Resultado do Estudo do Comportamento Estrutural........................... .................35

4.3.1 Tensões Máxima e Mínima nos estais........................................ ..........35

4.3.2 Flutuação da Tensão dos Estais......................................................................38

4.3.3 Deslocamento do Tabuleiro e da Torre......................................................38

4.3.4 Momento Fletor no Tabuleiro e na Torre..........................................................39

4.3.5 Esforço normal no Tabuleiro............................................................................ 41

5. PONTE ESTAIADAS JORNALISTA PHELIPE DAOU (PONTE RIO NEGRO)....41

5.1 Histórico da Ponte Rio Negro.................................................................... 42

5.2 Dados Gerais do Projeto da Ponte Rio Negro................................... ...... 42

5.3 Estrutura da Ponte Rio Negro.................................................................. .42

5.3.1 Tipo de Torre da Ponte Rio Negro......................................................... 43

5.3.2 Tipo de Tabuleiro Ponte Rio Negro......................................................... 44

5.3.3 Tipo de configuração dos estais Ponte Rio Negro..............................................44

6. CONCLUSÃO ........................................................................... …………………...45

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 46

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11

INTRODUÇÃO

A construção de pontes é considerada obras de arte especial pelas normas

brasileiras. as pontes estaiadas e as pontes pênsil, são consideradas as mais belas

construções de pontes do mundo.

O princípio básico do funcionamento estrutural da ponte estaiada tem com

premissa básica a sustentação do tabuleiro por estais presos ao torres. Este tipo de

construção de pontes, vem crescendo no Brasil a pouco mais de quinze anos, devido

a quantidade de pesquisa e estudo ser muito restrita. Apesar que, nos países

desenvolvidos essa concepção já é realidade. Entretanto foi alcançado grandes

desenvolvimento nessa área, que são de importância relevante, a qual figuram em

vários aspectos no tocante a concepção estrutural dos projetos, no avanço dos

métodos de cálculo estrutural através do uso de Softs e no alcance de limites de

transposição.

Com o aprimoramento de técnicas de construção e de estudos baseados em

métodos analíticos finitos, os estais, os tabuleiros e as torres, são capazes de

proporcionar pontes com até mil metros de extensão. Sendo assim, as pontes

estaiadas estão com as seções transversais dos tabuleiros mais esbeltas a cada

projeto. Em consequência as cargas suportadas pelas superestruturas são menores,

quando distribuídas aos apoios e não deixam de alcançar os objetos da construção,

que são: economia, segurança e principalmente estético.

Com isso é necessário que os técnicos saibam como funciona o

comportamento das estruturas de pontes estaiadas, para que os projetos sejam

dimensionados com economia, segurança e boa estética.

1. HISTÓRICO

1.1 Primeiras Concepções de Pontes Estaiadas no Mundo

O conceito principal de pontes estaiadas ou pontes pênsis, é uma viga

suspensa por cabos que ficam presos a mastros. Desde o início da história do homem

no mundo, se construía pontes de tronco de árvore para atravessar obstáculos, em

busca de alimentos. Os índios americanos já conheciam a técnica de construir pontes

sustentadas por cabos. E os egípcios usavam projetos de embarcações, onde figuram

a ideia de velas sustentadas por cabos preso aos mastros.

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12

.

Uma ponte inteiramente estaiada de madeira foi projetada no século de XVIII,

por um idealizador na Alemanha conhecido como C. T. Lescher, ele usou estais,

tabuleiro e torres inteiramente de madeira. No passar dos anos, foram construídas

várias pontes com estrutura de aço, concreto e mistas.

Figura 1.2: Ponte Estaiadas de madeira. Fonte: Trotsky, 1977.

As pontes estaiadas tinha tudo para ser a grande revolução na concepção de

ponte no século XIX, mais houve muito acidente na Europa e nos estados Unidos. Um

dos grandes estudiosos de pontes foi o engenheiro alemão Franz Dischinger que

desenvolveu os cálculos de módulo de força nos estais e o francês Fritz Leonhardt

que estudou à fundo o comportamento aerodinâmico das pontes pênsil e estaiadas.

Na Europa depois da guerra mundial, houve a necessidade de reconstrução das

pontes que mantinham ainda em pé sua fundação. Os avanços na tecnologia do aço

e do concreto propôs aos engenheiros projetos de pontes mais esbeltas, seguras e

Figura 1:1 Embarcação egípcia construída com estais sustentando vigas. Fonte: Troitsky, 1977.

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13

econômica. As mais longas pontes estaiadas do mundo é a ponte da ilha Russky, na

Rússia, com 1.104 m, considerando o vão central.

1.2 Surgimento das Pontes Estaiadas no Brasil

A pontes estaiadas no Brasil viraram pontos turísticos e cartão postal das

cidades. As construções das primeiras pontes estaiadas iniciaram por volta do ano de

2000, quer dizer, a pouco mais de 15 anos. As tecnologias de projeto foram

aumentando, e os engenheiros foram se aprimorando cada vez mais, buscando

conhecimento em outros países e sendo assessorados por engenheiros consultores

estrangeiros. A primeira ponte estaiada construída foi a Ponte-Estação Amaro em São

Paulo no ano de 2000.

A Ponte João Alves Filho em Aracaju, que liga a barra dos coqueiros a capital,

começou a ser construída em 2004 e terminada em 2006. Umas das pontes com a

tecnologia mais avançada do mundo em função do projeto do seu tabuleiro curvo, é a

Ponte Octavio Frias de Oliveira, localizada em São Paulo, construída em 2008. Existe

uma ponte estaiadas construída no Rio Negro no estado do Amazonas, ela conecta

Manaus a três municípios da região metropolitana, inaugurada em outubro de 2011,

com 11 km de extensão total. É a maior ponte estaiadas em águas fluviais o Brasil.

Figura 1.3: Ponte e Estação Santo Amaro. São Paulo. Fonte: https://www.pinterest.es/pin/25192079146442.

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14

Figura 1.4: Ponte Construtor João Alves Filho. Aracaju.

Fonte: https://megaengenharia.blogspot.com/2012/10/ponte-aracaju-barra-dos-coqueiros.html.

Figura 1.5: Ponte Octavio Frias de Oliveira. São Paulo.

Fonte: https://www.ademilar.com.br/blog/onde-morar/conheca-brooklin-sao-paulo/.

Figura 1.6: Ponte do Rio Negro. Manaus.

Fonte: https://www.tripadvisor.com.br/LocationPhotoDirectLink-g303235-d6534459-i173668131-Ponte_Do_Rio_Negro-Manaus_Amazon_River_State_of_Amazonas.html.

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2. ALTERNATIVAS CONSTRUTIVAS ESTRUTURAIS

2.1 Métodos Construtivos

2.1.1 Cimbramentos Geral

Os cimbramentos são compostos por material de aço e madeira, que escoram

a madeira das formas que concreta as peças que faz parte do tabuleiro da ponte. Elas

são usadas em construções de pontes e viadutos onde o gabarito não seja muito

elevado e aonde não for preciso interferir no fluxo das rodovias e avenidas. Esse

método é considerado de custo elevado, pois dependendo do tipo de cimbramentos,

ele é usado uma única vez no caso de madeira e quando são alugados no caso os de

aço, no período chuvoso, e as obras são paralisadas, este tipo de cimbramentos ainda

geram despesas. Nas travessias de rio e mar está alternativa torna-se inviável pela

dificuldade na execução. Existe os cimbramentos fixo e o móvel. Fixo é desmontável

e móvel é deslocáveis.

Figura 2.1: Cimbramentos geral de ponte.

Fonte: http://infraestruturaurbana17.pini.com.br/solucoes-tecnicas/21/pontes-por-balanco-sucessivo-tecnica-e-indicada-para-vencer-273265-1.aspx .

2.1.2 Balanços Sucessivos

Existe dois métodos de construção através dos balanços sucessivos, o método

de peças pré-fabricadas e o método moldado em loco. No método pré-fabricado, as

peças são içadas através de cabos e colocadas no local onde é protendida junto as

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16

aduelas suspensas anteriormente. As aduelas pré-fabricadas aceleram a

concretagem, pois elas não precisam aguardar o tempo de cura do concreto. Nas

aduelas moldadas em loco, é utilizada formas deslizantes que após a concretagem

das peças, as formas são deslizadas através de treliças e concretada as aduelas

posteriores. O canteiro de obra é montado no próprio tabuleiro que está em

construção.

Figura 2.2: Ponte em balanço sucessivo. Fonte: http://infraestruturaurbana17.pini.com.br/solucoes-tecnicas/21/pontes-por-balanco-sucessivo-

tecnica-e-indicada-para-vencer-273265-1.aspx.

2.1.3 Lançamento Progressivo

Nos lançamentos progressivos as peças de aduelas do tabuleiro, são

fabricadas na extremidade das pontes e depois de protendidas e ancoradas nas torres

através do estais elas são empurradas sobre apoios provisório, quando elas chegam

a outra extremidade do apoio fixo, os apoios provisórios são retirados. Este método

construtivo é ideal para as construções em grandes altitudes. O lançamento

progressivo foi utilizado na construção da ponte de Milau na França.

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17

Figura 2.3: Método de lançamento progressivo.

Fonte: http://eng-civilsergiopeixotto.blogspot.com/2011/07/processo-construtivo-de-pontes-por.html.

3. ANALISE COMPORTAMENTAL DOS ELEMENTOS ESTRUTURAIS

Claudio (2010, p.10), disse que as pontes estaiadas consistem basicamente de

tabuleiros suspensos por cabos inclinados, que por sua vez são ancorados a torres,

criando-se, deste modo, apoios intermediários ao longo do vão do tabuleiro. Este

sistema é subdividido em tabuleiro (vigas de rigidez e a laje), sistema de cabos que

suportam o tabuleiro, torres que suportam os cabos, e os blocos de ancoragem ou

pilares de ancoragem. Os cabos de ancoragem são elementos que ligam a torre aos

blocos ou pilares de ancoragem, eles são utilizados para reduzir os momentos fletores

deslocamentos da torre e do tabuleiro quando os carregamentos do vão central e

lateral diferem. Estes cabos estão sujeitos a tensões muito altas e por isso merecem

atenção especial.

Figura 3.1: Elementos de uma ponte estaiada. Fonte: Claudio, 2010.

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18

A figura abaixo extraída de (WALTHER et al, 1985, apud CLAUDIO, 2010, p.11)

ajudam a esclarecer como as propriedades de cada elemento alteram o

caminhamento das cargas e modifica comportamento global da estrutura. (CLAUDIO,

2010, p. 11).

No caso da concepção (a), o tabuleiro é muito rígido e há poucos estais fazendo

com que grande parte da carga caminhe pelas vigas longitudinais, causando elevados

momentos fletores. Isso fará com que a torre e os estais sejam submetidos a esforços

menores, permitindo, portanto, seções mais esbeltas destes elementos.

Na concepção (b) há uma torre muito rígida e um número elevado de estais,

levando a baixos momentos fletores no tabuleiro, permitindo assim seções mais

esbeltas.

Na concepção (c), os cabos de ancoragem possuem um papel fundamental,

pois equilibram as cargas do vão lateral e do vão central, levando a baixos momentos

fletores no tabuleiro e apenas tensões de compressão na torre. Podendo-se adotar

tabuleiros e torres com seções mais esbeltas. (WALTHER et al, 1985, apud CLAUDIO,

2010, p.11).

Figura 3.2: Configurações de pontes estaiada. Fonte: Claudio, 2010.

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19

3.1 Configuração Longitudinal dos Cabos

Figura 3.3: Configuração longitudinal dos estais. Fonte: Claudio, 2010.

3.1.1 Sistema dos Cabos em Harpa

O sistema em harpa, os cabos são dispostos equidistante, tanto no tabuleiro

como no topo dos mastros, esse sistema é bastante utilizado pelo projetista pela

questão estética, mais em relação a questão estrutural, deixa de ser o mais indicado

e economicamente não é o mais barato. Os cabos paralelos exercem grande esforço

de compressão no tabuleiro devido ao ângulo de disposição dos estais serem muito

pequeno em relação a horizontal. Tem também a questão do peso dos cabos, que

como a inclinação é pequena eles atuam como cargas nos tabuleiros.

Figura 3.4: Ponte sistema de estais em harpa.

Fonte: http://www.barueri.sp.gov.br/sistemas/informativos/informativo.asp?id=11912.

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20

3.1.2 Sistema dos Cabos em Leque

O sistema de cabos em leque é mais economicamente e é mais adequado

estruturalmente em relação ao sistema em harpa, mais não são muito aceitos pelos

projetistas, devido à fato da concentração dos cabos no topo da torre causando um

efeito visual desagradável e um esforço de tensão enorme. Como os cabos possuem

inclinação longitudinal grande em relação a horizontal do tabuleiro, a força normal de

compressão é menor, deixando a estrutura mais flexível, essa estrutura se comporta

melhor na ocorrência de uma ação sísmica. As deflexões dos pilões e do tabuleiro são

reduzidas devido aos estais laterais serem ancorados nos primeiros pilares ou nos

encontros.

Figura 2.5: Ponte sistema de estais em leque. Fonte: Mozarim, 2011.

3.1.3 Sistema dos Cabos em Semi-Harpa

O sistema longitudinal em semi-harpa é uma conciliação dos sistemas em

harpa e do sistema em leque utilizando-se das vantagens de cada um. É o sistema

mais usado na atualidade pelos projetistas, pois além de ser aceito esteticamente,

eles são viáveis economicamente. Seu comportamento estrutural e satisfatório, eles

exercem pouca tensão de compressão no tabuleiro devido a inclinação dos cabos

próximo a base das torres. Com isso o tabuleiro se torna menos rígido que o sistema

em harpa.

‘

21

Figura 3.6: Ponte sistema de estais em semi-harpa.

Fonte: https://protendesistemas.criadorlw.com.br/case-viaduto-mario-covas.

. 3.1.4 Sistema de Cabos Assimétricos

A topografia e os gabarito longitudinal fazem com quer o cruzamento de um

obstáculo possua um único vão, sem ter a possibilidade de se equilibrar com um tramo

lateral. Neste caso, seria útil adotar uma suspensão “rédeas”, com a concentração de

cabos de ancoragem. O tirante posterior inclinado depende da topografia do terreno,

da geologia e da geotecnia da ancoragem. Um ângulo de 45 graus é ótimo, para a

economia de estais, que reduz o contrapeso ou a necessidade de ancoragens em

rocha; reduzindo a inclinação dos estais tende a reduzir a componente vertical da

força de ancoragem.

Figura 3.7 – Sistema de suspensão assimétrico. Fonte: Mario de Miranda, 2014.

Existe também o sistema com ancoragem externa e o sistema auto ancorado;

no sistema com ancoragem externa as forças horizontais e verticais são transferidas

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22

para o bloco de ancoragem e no sistema auto ancorado a força horizontal é transferida

para o tabuleiro e a vertical para o pilar de ancoragem.

3.2 Configuração Transversal dos Cabos

3.2.1 Planos de Estais com Suspensão Central

Suspensão central tem uma grande vantagem estética, os cabos não ficam

superposto, agora em relação a questão estrutural deixa muito a desejar porque o

tabuleiro está sujeito a grande momento torciona se for comparado a configuração de

planos lateral de cabos. Se projetar a ponte com os estais muito proximo um do outro,

e um tabuleiro de elevada rigidez sua capacidade de flexão horizontal não vai ser

muito explorada. Em relação a deformabilidade do sistema de suspensão, pilares

rígidos é um fator determinante sobre a ação das cargas atuantes.

A estrutura com um plano único deixa a ponte muito elegante por isso esse

sistema de concepção é muito adotado pelos projetistas.

Os pilões colocados no centro da pista, alargar muito o tabuleiro, sendo uma

grande desvantagem das estruturas de vão extensos, que adota pilões largos e alto

na base, o que justifica a abertura da parte inferior do pilão para reduzir a largura do

vão.

A suspensão central deve ser bastante estudada, quando for detalhada para

assegurar a integridade física da estrutura.

A estabilidade dinâmica e aerodinâmica é adquirida adotando tabuleiro rígidos

à torção que contribui também para a redução de outros momentos, conhecidos de

segunda ordem.

Os tabuleiros rígidos a torção tem grande capacidade de dividir as cargas

atuantes, diminuindo também as cargas de fadiga nos cabos de suspensão.

A suspensão central de ser substituída pela a suspensão lateral quando se

projeta pontes muito largas ou com vão muito grande.

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23

Figura 3.8: Sistema de suspensão central.

Fonte: https://www.oitomeia.com.br/noticias/2017/08/19/saiba-mais-sobre-ponte-estaiada-principal-

simbolo-visual-de-teresina/.

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3.2.2 Plano de Estais com Suspensão Lateral

A grande maioria das pontes estaiadas são projetadas com planos laterais

tendo as opções dos cabos estaiadas verticais ou inclinados, na escolha do mastro

em forma de A.

Uma conexão rígida dos pilões e dos tabuleiros é garantida por estais bem

retilíneo e tracionados.

O sistema de suspensão verticalmente é o mais adequado na definição do

gabarito do tabuleiro, pois sua largura depende da distância entre as colunas do pilão.

Uma viga superior de travamento é necessária para equilibrar a flexão transversal da

torre. mastros com suspensão vertical é muito simples e ecomicamente mais viável.

Na opção da escolha de uma torre em forma de A, a suspensão utilizada e a

inclinada, com isso cria-se problema de gabarito na dimensão transversal.

Os tabuleiros com sistema de suspensão lateral têm seu momento de flexão

transversal máxima no centro do vão, e momento de tração máxima na extremidade

do vão.

No sistema de suspensão lateral para tabuleiro de concreto, existe problema

no detalhamento de construção, o ancoramento dos cabos na extremidade transversal

do vão pode entrar em conflito com a protensão transversal.

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24

Figura 3.9: Tabuleiro com suspensão lateral.

Fonte: https://www.oitomeia.com.br/noticias/2017/08/19/saiba-mais-sobre-ponte-estaiada-principal-simbolo-visual-de-teresina/.

.

3.3 Análise Comportamental dos Tabuleiros

O tabuleiro tem uma função primordial nas pontes, pois é ele que recebe as

forças causada pelo peso da cargas vertical; comparando um tabuleiro de uma ponte

comum com uma ponte estaiadas, na ponte comum o tabuleiro apoiados nos apoios

fixo sofre grande flexão longitudinal, já o tabuleiro apoiados nos apoios elásticos que

são os estais com pouco espaçamento, as cargas são divididas, com isso a flexão

longitudinal do tramo é menor e a necessidade de rigidez do tabuleiro é menor

economizando material de construção. Os tabuleiros desempenham outras funções

como recebe a tensão de compressão dos cabos. Os tabuleiros são divididos em

metálicos, de concreto e misto (concreto e metal).

3.3.1 Tabuleiro em Aço

É composto de materiais leves e resistente, é bastante utilizado devido ao fato

que mantem os tabuleiros esbeltos. Os cabos representam só 10% a 20% do custo

total da obra, para uma estrutura de pequeno e médio vão. Sendo assim, a economia

no custo dos estais é geralmente baixa, porque a resistência à fadiga é predominante.

para pontes de grandes vãos as condições são totalmente diferentes. A redução do

seu peso próprio essencial e só os tabuleiros muito leves podem ser considerados.

‘

25

3.3.2 Tabuleiro em Concreto

Os tabuleiros de concreto são os mais indicados para a construção das pontes

estaiadas de pequeno e médio vão, devido ao fato que os concretos é um material

mais barato que o aço, já para os grandes vão, que necessita de estrutura rígidas e

leves, é recomendado a estrutura de aço ou mista. A grande versatilidade da

construção do tramo de concreto é a moldagem em loco ou a pré-fabrica através de

balanço sucessivo. O processo de construção de tabuleiro de concreto armada é

muito utilizado pelos projetistas, por apresentar processo construtivo mais simples.

Ele não é corrosivo como o aço e por isso não necessita de inspeção rotineira, e como

o tabuleiro sofre elevada tensão de compressão pelos estais, ele é uma alternativa

em relação ao tabuleiro de aço, o qual não é resistente a tensão de compressão.

3.3.3 Tabuleiro Misto

O tabuleiro misto de concreto e aço tem uma grande vantagem em relação ao

de concreto devido ao fato de serem mais leves e tem a facilidade de içamento.

Segundo Walther et al (1985), apud Claudio (2010, p. 18), as pontes construídas com

seções mistas em geral não possuem uma boa concepção estrutural. Isto porque as

vigas longitudinais em aço estão submetidas a elevadas tensões de compressão

(dependendo das condições de vinculação horizontal), acentuadas pela retração e

fluência, que podem tornar-se críticas ocasionando, por exemplo, problemas de

instabilidade local. Recomenda-se a utilização do concreto em todos os elementos

altamente comprimidos, como por exemplo a laje e as vigas longitudinais, e do aço nos

elementos onde predominam os esforços de tração ou flexão, como as vigas

transversais e contraventamentos.

3.4 Análise Comportamental das Torres

O dimensionamento da torre é tão importante como o dimensionamento do

tabuleiro e dos estais, pois, a torre interage com esses elementos e vai dizer qual a

dimensão da estrutura deles. Se o tabuleiro for dimensionado muito esbelto, com

baixa rigidez aos momentos de flexão longitudinal, será necessário torres rígidas a

flexão longitudinal e um número suficiente de estais, para que não fique sujeito a

grandes esforços de flexão. As condições de vinculação das torres ao tabuleiro, é um

‘

26

fato muito importante no comportamento da estrutura e a questão da ancoragem, se

é externa ou auto ancorado. Existe a torre de mastro único, que sustenta um plano de

cabos, é conveniente que seja engastada na base junto ao tabuleiro para resolver o

problema da torção transversal. Existe também a torre com dois mastros que podem

se a torre em pórticos e as em forma de A ou diamante.

3.4.1 Torres com dois Mastros

A torre com dois mastros são conhecidas por torre em pórtico com dois mastro

na vertical com o travamento da parte superior por uma viga na horizontal que garante

grande rigidez a flexão horizontal e transversal da estrutura. Esse tipo de torre são

usadas em grande escala em função da sua baixa comprexidade de construção. Elas

são construidas algumas vezes engastadas no tabuleiro desviculada do pilar de

sustentação como também são construidas desvinculadas do tabuleiro e engastada

no pilar. Existe também outros dois tipos de torres utilizados nas obras de pontes

estaiadas dependendo do porte da construção que são as torres e forma de “A” e as

torres em forma de “diamante”, de grande complexidade de construção, pois elas

sofrem flexão transversal na instalação dos cabos estaiadas no momento da

construção através de balanço sucessivos. As torres em forma de A e em diamante

são boas opções no caso da escolha de tabuleiro com seção transversal muito largo

Figura 3.10: Configurações para as torres, em pórticos, em A e em diamante. Fonte: Walther, 1985.

‘

27

que necessitam de um bom gabarito de circulação de pontes de grandes dimensões.

Elas geralmente são construidas com tabuleiro de seção celular garantindo assim uma

grande rigidez a estrutura de um modo geral. As torres geralmente são construidas

com seção transversal ocas ou maciças e podem serem dimensionadas de material

em aço ou em concreto protendido. As de concreto protendido é uma boa opção, pois

dispensam manutenção períodica. já as de aço, são de menor peso, tornando uma

boa opção nas obras de dificil acesso pois eles são mais leves do que as de concreto

facilitando assim seu içamento até sua posição de instalação.

Figura 3.11: Ponte Pasco Kennewick. Fonte: Godden Structural Engineering Slide Index.

3.4.2 Torres com Mastros Único

As torres com mastro único é uma boa opção para ser aplicado em ponte de

pequeno e médio vão. De acordo com a escolha do tipo de sistema de cabos longitudinal

utilizados, essa opção pode ser aplicada em pontes de grandes vãos. No caso da

utilização de seções transversais de grande dimensão é ideal a utilização de torres em Y

invertido, para evitar o aumento a largura do tabuleiro em função da passagem do mastro

pela seção, aumentando a estabilidade transversal. Devido a fatores econômico, sociais,

estéticos e técnicos, esta solução e limitada. Uma boa alternativa é a utilização de dois

‘

28

planos de cabos em um mastro único, que ganha estabilidade transversal pelos cabos

de ancoragem, mantendo assim uma baixa rigidez transversal da torre.

Figura 3.12: Ponte mestre João Isidoro França. Fonte: https://megaengenharia.blogspot.com/2012/08/ponte-estaiada-de-teresina.html.

3.4.3 Tipos de Vinculação das Torres

As torres dependem muito do sistema de cabos adotados, dos tipos de seção

dos tabuleiros e da vinculação. existem basicamente dois tipos de vinculação

adotados para as torres, tanto para o sistema de cabo central com o sistema de cabos

laterais. Um tipo de vinculação, é a torre engastada no tabuleiro por uma viga central

com apoios nas extremidades para absorver os esforços de flexão transversal das

torres e os esforços de torção causadas pelas cargas desequilibradas do tabuleiro. A

transferência das cargas verticais para o pilar é feita através de uma conexão livre a

rotação posicionada sobre o tabuleiro, que contribui para a diminuição dos esforços

dos momentos na base da torre, e consequentemente, dimensionamento de torres

mais esbelta. O outro tipo de vinculação e a torre engastada ao pilar por uma viga

central que absorve a momento de flexão transversal, onde o tabuleiro e livre para se

‘

29

movimentar longitudinalmente devido ao posicionamento das cargas assimétricas,

diminuindo consequente os momentos de flexão na base das torres.

4. ANALISE COMPARATIVAS DOS MODELOS

O comportamento estrutural de pontes Estaiadas é resultado das diversas

interações dos componentes escolhidos no dimensionamento da obra de arte, como

as configurações dos estais, a concepção das seções da torre e do tabuleiro, quanto

ao momento de inercia, e a conexão entre a torre e o tabuleiro.

Figura 3.13: Duas condições de vinculação possíveis para a torre sistema de cabos central. Fonte: Gimsing, 1983.

Figura 3.14: Duas condições de vinculação possíveis para torres com dois mastros. Fonte: Gimsing, 1983

‘

30

O objeto deste trabalho é comparar as alternativas de ponte estaiadas, em harpa e

em semi-harpa na questão do desempenho estrutural, conforme pesquisa feita pelos

autores do material bibliográfico usado nesse estudo de pontes estaiadas. A análise é

feita em dois modelos de pontes com configuração de estais em harpa e semi-harpa,

com comprimento de vão lateral de 50% do vão central, fazendo com que as cargas

permanentes sejam equilibradas, evitando assim, uma flexão indesejada na torre e no

tabuleiro; apesar de que o ideal para esses dois modelos de pontes, seria o vão lateral

menor que 50% do vão central, cuja finalidade é equilibrar as cargas variáveis no vão

central e lateral. Outra possibilidade seria o deslocamento do apoio extremo lateral

para próximo do pilar do vão central, diminuindo com isso, a fadiga nos estais

extremos. Os modelos de pontes estaiadas em leque com vão lateral de 20% do vão

central, e cabo de estais ancorados externamente são que possuem mais estabilidade

estrutural, mais não são muito dimensionadas pela questão estética. Esses dois

modelos possuem, mesmo vão, e mesmo tipo de torre, com suspensão total do

tabuleiro. Foi utilizada nas pontes em harpa e em semi-harpa, configuração

longitudinal em plano lateral, torres em pórtico com uma viga de concreto de

travamento na configuração transversal. Foi usado o programa de análise de

modelagem de elementos finitos chamado ADINA. A comparação é feita nos

parâmetros citados acima, de modo que o projetista tem ideia qual o modelo de

desempenho estrutural mais seguro, mais econômico, e esteticamente mais bonito, já

que as pontes estaiadas são consideradas obras de arte e geralmente vira o cartão

postal das cidades.

4.1 Configuração dos Modelos 1 em Semi-Harpa

Segundo alguns autores, como MENN (1990), o espaçamento dos estais

seria a dimensão de uma aduela prontendida de 6 a 8 metros. Nesse caso para o

modelo em harpa, foi adotado a distancia de 10 metros para cada estais ancorados

no trabuleiro e 10 metros ancorados na torre, para o modelo em harpa, e a distancia

de 10 metros para cada estais ancorados no trabuleiro e 5 metros ancorados na torre,

para o modelo em semi- harpa. No caso da torre foi adotado uma altura de 25% do

tamanho do vão central. Apesar de que LEONHARDT (1974) recomenda altura de

17% a 20% do vão principal e WALTHER (1985), recomenda uma média de 23,5% do

‘

31

vão central para altura da torre. O tabuleiro utilizado de duas vigas longitudinais unidas

pela laje, que é uma alternativa ideal para torres em pórtico. O desempenho dos dois

modelos estruturais foram comparados entre si e analisados na questão elástica

linear. foram analisados os seguinte comportamento estrutural: momento fletor no

tabuleiro e na torre, momento torsor no tabuleiro, esforço normal no tabuleiro,

deslocamento da torre e do tabuleiro, esforços normais nos estais.

Figura 4:1 Ponte estaiada modelo 1 em Semi-Harpa. Fonte https://pt.wikipedia.org/wiki/Ponte_Jornalista_Phelippe_Daou.

Figura 4:2: Ponte Estaiadas modelo 2 em Harpa. Fonte: Fonte: http://www.barueri.sp.gov.br/sistemas/informativos/informativo.asp?id=11912.

‘

32

4.2 Configuração do Modelo 2 Harpa

4.2.1 Resumo das Principais Propriedades Geométricas

Configuração dos Cabos: Harpa

Sistema de cabos auto ancorado, dois planos de estais

Suspensão total

Torre em pórtico com viga de travamento na transversal

Tabuleiro: duas vigas longitudinais unidas pela laje

Vão Lateral = 50%. Vão Central

A base do projeto da ponte de concreto estaiada é similar a alguns projetos já

existente no mundo e no Brasil. Com vão central de tamanho qualquer e vão lateral

de 50% do vão central para os dois modelos.

Figura 4.3: Ponte estaiada modelo 1 em Semi-Harpa. Fonte: própria.

‘

33

Figura 4.4: Espaçamento de 5 m dos estais na torre da ponte em semi- harpa. Fonte: própria.

O Modelo 2 em harpa é praticamente igual ao modelo 1, só muda na

configuração do cabos estaiados na questão do espaçamento dos cabos na torre, é

diferente do espaçamento dos cabos no tabuleiro.

Foi utilizado no mastro e no vão, concreto protendido, cuja resistência elástica

igual a 250000 MPa e os cabos de sustentação do vão é o CP 190 RB, de 12,5 mm

de espessura e resitência elástica de 185000 MPa. Foi observado que para a

Figura 4.5: Ponte estaiada modelo 2 em Harpa. Fonte: própria.

‘

34

alternativa submetidas a carga permanente que liberando o movimento horizontal das

extremidades dos vãos, é reduzido a flexão horizontal, a torsão transversal, a flexão

nos pilares ligados aos apoios; a grande desvantagem é o desempenho dinâmico da

estrutura.

Os aparelhos de apoio Neoprene são colocados na direção transversal de

vinculação da torre e do tabuleiro, pois na direção vertical os tabuleiros são

desvinculados a torre. O comprimento da largura do vão central na transversal, tem

aproximadamente 20 m de largura. A torre possui a seção transversal variável de 20m

em 20 m. Foram dispostas duas vigas de travamento de mesma dimensão na torre.

O resumo das propriedades geométricas foram omitidas para não alongar este estudo.

As treliças simbolizam os estais. O número de cordoalha que comporá os estais foram

estimados em função da tensão normal causadas pela carga permanente dos pesos

próprio da seção transversal, peso próprio das transversinas e mísulas, peso do asfalto

8 cm, aplicado no leito carroçável, dos guarda-rodas, carga de pessoas de 5 kN por m2,

trem tipo de 45 ton.

O valor máximo admitido para o cabo estaiado e 0,45fptk., em função da

segurança estrutural é importante verificar sua confiabilidade por meio de ensaios,

devido à importância que os estais possuem em relação à segurança estrutural. Os

cabos adotados na ancoragem, que recebem a maior carga das peças, limitando o

momento do tabuleiro e da torre, a princípio terão as mesmas dimensões dos cabos

intermediários, ou pelo menos a mesma dimensão dos cabos simétrico. A quantidade

de área de aço é omitida neste trabalho e função do alongamento da monografia.

É feito um pré-alongamento dos estais antes do içamentos das aduelas pré-moldada

para evitar flechas em função do deslocamento do tabuleiro pelas cargas permanentes, ou até

criar uma contra-fecha, para compensar o deslocamento depois de colocado o revestimento e

os guardas rodas. A largura das aduelas que influenciam no equilíbrio do carregamento

permanente dos estais é 10 metros, portanto é feito o pré-alongamento inicial que simula o

efeito da protensão que anula os alongamentos inicias dos cabos.

‘

35

Em relação as cargas dos guardas- rodas, foi utilizado um peso aproximadamente de

20 kN/m em cada. A carga do trem-tipo foi desconsiderada frente a atuação do peso do

carregamento permanente e da multidão de 5 kN/ m2, pois a força total do mesmo é muito

pequena se comparada as outras. Na análise do desempenho comportamental da

estrutura, sobre cargas da multidão, são dispostas nas condições mais crítica de

esforço de solicitação. As alternâncias de carregamento são as representadas na

figura abaixo:

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6

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9

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12

13

14

15

Figura 4.6: -Alternância de carga de multidão. Fonte: Paola Torneri, 2002.

4.3 Resultado do Estudo do Comportamento Estrutural

Os resultados foram obtidos a partir dos processamentos da comparação dos

modelos 1 em semi-harpa comparado ao modelo 2 em harpa na questão do estudo da

influência dos estais no desempenho global da estrutura.

4.3.1 Tensões Máxima e Mínima nos estais

O modelo em harpa possuem os estais pouco inclinados em relação ao

tabuleiro, logo os estais próximos a torre causam uma elevada tensão de compressão

do tabuleiro próximo a base da torre e eles também sofrem uma elevada tensão de

tração, logo esse estais no modelo em harpa foram retirados, sendo analisado o

modelo em harpa modificado.

Na análise comparativa dos modelos 1 e modelo 2 inicial, com os estais curtos

e rígidos próximo a base da torre, os dos primeiro estais próximo aos apoios no vão

lateral, e seus simétricos no meio do vão central, tiveram uma tensão pouco abaixo

do modelo 1, sendo que os demais estais apresentaram semelhança na tensão, com

‘

36

Figura 4.8: Deslocamentos para o modelo 2 em harpa, submetido ao carregamento 14 da Figura 4.6. deslocamentos 0,12 (m) dos topos das torres e 0,30 (m) das extremidades do tabuleiro.Fonte: Paola Torneri, 2002.

Figura 4.7: Deformada para o modelo 1 semi-harpa, submetido ao carregamento 14 da Figura 4.6. deslocamentos 0,30 (m) dos topos das torres e 0,80 (m) extremidades do tabuleiro.Fonte: Paola Torneri, 2002.

exceção dos estais proximo a torre que apresentaram uma elevada tensão. Com a

modificação do modelo 2 em harpa retirando os dois estais proximo a torre, a tensão

desses cabos foi distribuída para outros estais, principalmente para os dois primeiros

cabos próximos ao apoio.

O deslocamento do tabuleiro no modelo 2 em harpa e maior para configuração

de distribuição de cargas para o vão central, causando tensão máxima nos estais

extremos; já o deslocamento do tabuleiro do modelo 1 é maior para configuração de

cargas assimétricas. Isto acontece porque o estais próximos a torre são bastante

rígidos e curtos e poucos inclinados em relação ao tabuleiro, restringindo o

deslocamento horizontal do mesmo.

‘

37

Figura 4.9: Deformada para o modelo 2 em harpa, submetido ao carregamento 5 da Figura 4.6. deslocamentos 0,30 (m) dos topos das torres e 0,01 (m) das extremidades do tabuleiro.Fonte: Paola Torneri, 2002.

As tensões nos estais próximo a torre no modelo 2 em harpa são alteradas devido

a fato que eles são fixados a altura menores na torre, com isso os deslocamentos

horizontais do tabuleiro são menores, em consequência os cabos ficam rígidos. O

tabuleiro praticamente se apoia nos cabos de um lado do mastro e alivia seus cabos

oposto acrescentando uma grande tensão aos cabos.

A configuração dos estais do modelo 2 em harpa com suspensão total é inviável

em função da alta tensão nos estais próximos à torre causando uma rigidez a movimento

horizontal do tabuleiro, portanto é adotado um sistema com suspensão parcial, estais na

posição vertical e relação ao tabuleiro, interrompidos antes da vizinha da torre. Em função

desse problema de alta tensão dos cabos na região próximo a torre, a suspensão total e

adequada para configuração do sistema em semi-harpa, sendo que a configuração em

harpa é adotada pela questão estética. Foi observado que a tensão nos estais é função

do deslocamento relativo das torres e tabuleiros, aonde modificando a rigidez e a

vinculação da torre e do tabuleiro, modifica significamente a tensão nos estais.

A questão da tensão mínima dos estais, tem o mesmo raciocínio das máximas

tensão, onde aumentando a tensão dos cabos de um lado da torre diminui seu simétrico

do outro lado. Sendo assim os cabos que sofrem maior tensão máxima no carregamento,

tenderá a sofrer menor tensão mínima no descagamento. No caso do modelo 1 em semi-

harpa a tensão mínima é menor nos dois cabos próximos aos apoios, e modelo 2 em

harpa não modificado, a tensão mínima menor está localizada nos dois cabos próximos a

torre; já no modelo 2 modificado a tensão mínima menor é distribuído para o cabo de

ancoragem.

‘

38

Figura 4.10: Deformadas dos Modelos 1 e modelo 2 modificado, para atuação de sobrecarga de multidão apenas, nas posições que causam máxima flecha no vão central. Fonte: Paola Torneri, 2002.

4.3.2 Flutuação da Tensão dos Estais

A flutuação das tensões dos estais ultrapassaram o limite máximo em alguns

cabos, em função da tensão máxima e mínima atingido em alguma posição de cargas,

sendo assim é necessário retirar mais cabos próximos a torre para que não ultrapasse o

limite admissível. O modelo 2 em harpa modificado é mais favorável que o modelo 1 em

semi-harpa, na questão do comportamento dos estais.

4.3.3 Deslocamento do Tabuleiro e da Torre

Na análise do deslocamento do tabuleiro no vão central para o carregamento

da multidão, os dois modelos apresentaram valores idênticos, no caso para o vão

lateral, o modelo 1 em semi-harpa, apresentou maior deslocamento do tabuleiro.

Para o modelo 1 em semi-harpa o deslocamento máximo do vão lateral foi

obtido da posição de sobrecarga nº 15, da figura nº 4.6, já no modelo 2 modificado o

deslocamento foi obtido na posição 6 da figura nº 4.6; os cabos próximos a torre foi

que determinou o menor deslocamento do vão lateral para o modelo 2 em harpa,

devido rigidez ao deslocamento horizontal do tabuleiro, causado pelo carregamento

assimétrico. No modelo 2 em harpa o máximo deslocamento do vão lateral acontece

na aposição simétrica da carga colocado nos vãos laterais, sendo que esse valor é

inferior comparado ao máximo deslocamento do modelo 1 em semi-harpa, que foi

causado pelo carregamento assimétrico da figura nº 4.6.

‘

39

Figura 4.11: Deformadas dos modelos 1 e modelo 2 modificado, para atuação de sobrecarga de multidão. (Vermelho modelo 1- verde modelo 2). Fonte: Paola Torneri, 2002.

Figura 4.12: Momentos fletores para os modelos 1 e 2 modificado. (Vermelho modelo 1- verde modelo 2). Fonte: Paula Torneri, 2002.

4.3.4 Momento Fletor no Tabuleiro e na Torre

A envoltória de momentos fletores localizado no vão central no modelo 2 em

harpa é menor do que as envoltória do momento fletor do modelo 1 em semi-harpa;

já as envoltórias do momento fletor concentrada na base da torre para o modelo 2 em

harpa e bem maior que as envoltoria do momento fletor do modelo 1 em semi-harpa,

devido ao fato que os cabos curtos e rígidos próximos a base da torre impedem a

flexão do tabuleiro no vão central e aumentam a concetração de tensão na base da

torre.

‘

40

Figura 4.13: Deformada de momentos fletores transversais para as torres dos Modelos 1 e modelo 2 modificado (kN.m). Vermelho modelo 1 – verde modelo 2 modificado. Fonte: Paola Torneri, 2002.

Figura 4.14: Perspectiva, dos momentos fletores longitudinais na torre direita dos modelos 1 e modelo 2 modificado. Fonte: Paola Torneri, 2002.

No modelo 2 modificado a torre sofre maior momento de flexão transversal,

devido a maior distância de ligação dos cabos do tabuleiro a torre. A torre sofre flexão

na direção longitudinal, devido ao desequilibrio da forças horizontal causada pelas

cargas do vão central e lateral. Grande parte da flexão longitudinal da torre é

transmitida a fundação e aos cabos de ancoragem. No modelo 1 em semi-harpa os

cabos estão concetrados próximos a cabos de ancoragem, logo a força horizontal

desequilibrada são transmitida a esse diminuindo a flexão da torre, e reduzindo o

momento fletor; a conclusão é que a flexão longitudinal da torre é superior no modelo

2 em harpa para a carga da multidão concentrada no vão central.

‘

41

Figura 4.15: Esforço normal no tabuleiro, devido à carga permanente e variável para os modelos 1 e modelo 2 modificado. Vermelho modelo 1 – verde modelo 2. Fonte: Paola Torneri, 2002.

4.3.5 Esforço normal no Tabuleiro

Os esforços normais de compressão no tabuleiro é maior para configuração do

sistema em harpa em relação ao sistema em semi-harpa, devido ao ângulo de

inclinção dos estais serem menor em relação ao tabuleiro, resultando em uma maior

taxa de compressão no tabuleiro. E além dos cabos do modelo 2 em harpa serem

menos eficientes em relação aos cabos do modelo 1 em semi-harpa, em função da

sua inclinação em relação ao tabuleiro, eles são cerca de 15% mais pesados que os

cabos do modelo 1 em semi-harpa. A diferença de momento torsor na tranversal do

tabuleiro nos dois modelos não são significante.

5. PONTE ESTAIADAS JORNALISTA PHELIPE DAOU (PONTE RIO NEGRO)

Figura 5.1: Vista da ponte sobre imagem real. Fonte: Camargo Correia, 2010.

‘

42

5.1 Histórico da Ponte Rio Negro

A ponte jornalista Phelippe Daou, mais connhecida como a ponte do Rio

Negro, liga a cidade de Manaus a região metropolitana, os municípios de Iranduba,

Manacapuru e Novo Airão e, indiretamente, todos os Municípios dos rios Solimões,

Javari, Içá, Jutaí, Japurá, Juruá e Purus, com 400 metros de extensão de tabuleiro

suspenso por estai. Ela é considerada a maior ponte construida sobre rio no Brasil. A

ponte tem aproximadamente 11 km de extensão. Ele tem 200 metros de cada lado

do mastro principal.

5.2 Dados Gerais do Projeto da Ponte Rio Negro

Comprimento total da ponte – 3.595 m;

Número de vãos – 73 vãos;

Extensão do trecho estaiado – 2 vãos de 200 m;

Extensão do trecho corrente – 3.195 m;

Largura no trecho estaiado – 22,60 m;

Largura nos trechos correntes – 20,70 m;

Altura dos vãos centrais – 55 m acima da cota +30 m;

Altura do mastro – 103,3 m acima do tabuleiro;

Total de vigas pré-moldadas – 213 un;

Número total de estacas escavadas – 246 un.

Número total de estais – 104 un.

Volume de concreto – 160.395 m³

Quantidade de aço – 20. 025 ton

‘

43

5.3 Estrutura da Ponte Ponte Rio Negro

5.3.1 Tipo de Torre da Ponte Rio Negro

Figura 5.2: Projeto – vista longitudinal. Fone: Camargo Correia, 2010.

Figura 5.3: torre em forma de "A", vista transversal. Fonte: Camargo Correia, 2010.

‘

44

5.3.2 Tipo de Tabuleiro da Ponte Rio Negro

5.3.3 Tipo de configuração dos estais

Figura 5.4: Seção transversal do tabuleiro. Fonte: Camargo Correia, 2010.

Figura 5.5: Vista longitudinal - sistema de cabos em semi-harpa. Fonte: Camargo Correia, 2010.

‘

45

6. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Neste artigo foi possível perceber como é grande a importância do estudo deste

tema, pois trata do modelo de ponte que são construídas em grande escala nos dias

atuais. Como exposto neste documento de pesquisa, a adoção de construção deste

tipo de obras de arte em nosso país é bastante recente, por tanto, existe poucos

estudos e desenvolvimento de pesquisa, fazendo com quer exista poucos

especialistas nesta área em condições de gerenciar tais obras de artes.

Do estudo dos métodos construtivos, conclui-se que o cimbramentos geral

apresenta várias dificuldades para estabelecer uma distribuição de esforços, os outros

métodos (lançamentos progressivos e balanços sucessivos) não apresentam essa

dificuldade exacerbada pelas diferenças de rigidez.

A pesquisa de várias formas de execução estruturais apresentado neste

estudo, verificou que as pontes estaiadas, são estruturas de grande complexidade e

hiperestaticidade. Portanto, na fase de construção inicial é fundamental que o técnico

conheça a influência das diversas configurações de estais, tabuleiros e torres no

desempenho estrutural, de acordo com algumas soluções apresentadas.

A máxima eficiência das propriedades estruturais, é adquirida conhecendo a

influência no comportamento global. É um processo que dificilmente se aproximará da

eficiência máxima do sistema. Ficou claro também que é possível projetar uma ponte

estaiada estruturalmente segura, economicamente viável e visualmente agradável. E

na comparação realizada entre o modelo de pontes, é mostrado que o sistema de

cabos estaiado em semi-harpa apresenta um bom desempenho na questão do

comportamento estrutural, mais mesmo assim o sistema de cabo estaiado é bastante

utilizado em função de sua beleza estética.

‘

46

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

CORREIA, Camargo. Ponte estaiada sobre o Rio Negro. 2014. 119 f. Secretaria de Desenvolvimento Sustentável da Região Metropolitana de Manaus, Manaus 2014. CLAUDIO, Renato Gadêlha. Tipologia das pontes estaiadas com tabuleiro de concreto. 2010. 86 f. Monografia (Graduação). Curso de Engenharia Civil - Universidade Federal do Ceará-UFCE, Fortaleza, 2010. MAZARIM, Diego Montagnini. Histórico das pontes estaiadas e sua aplicação no Brasil. 2011. 124 f. Dissertação (Mestrado) - Engenharia de estruturas. Escola Politécnica Universidade de São Paulo , São Paulo, 2011. TORNERI, Paola. Comportamento estrutural de pontes estaiadas: comparação de alternativas. 2002. 272 f. Dissertação (Mestrado) - Engenharia de estruturas. Escola Politécnica Universidade de São Paulo, São Paulo, 2002. VARGAS, Luiz Arturo Butron. Comportamento estrutural de pontes estaiadas: efeitos de segunda ordem. 2007. 126 f. Dissertação (Mestrado) - Engenharia de estruturas. Escola Politécnica Universidade de São Paulo, São Paulo,2007. YTZA, Maria Fernanda Quintana. Métodos construtivos de pontes estaiadas: estudo da distribuição de forças nos estais. 2009. 151 f. Dissertação (Mestrado) – Engenharia de Estruturas. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo, 2009.