Projeto da Feira de Ciências em Pontes
Depois de ler este artigo, você aprenderá sobre: - 1. Definição de uma Ponte 2. História do Desenvolvimento de Pontes 3. Classificação 4. Seleção 5. Conclusão.
Definição de uma ponte:
Uma ponte é uma estrutura que mantém as comunicações, tais como o tráfego rodoviário e ferroviário e outras cargas móveis sobre um obstáculo, ou seja, um canal, uma estrada, uma ferrovia ou um vale. A estrutura é denominada “ponte” quando transporta tráfego rodoviário e ferroviário ou uma linha de tubulação sobre um canal ou vale e uma “ponte sobreposta” quando transporta o tráfego ou linha de tubulação por um sistema de comunicação como estradas ou ferrovias.
Um “Viaduto” é também uma ponte construída sobre uma localidade movimentada para transportar o tráfego de veículos sobre a área, mantendo as atividades da área abaixo do Viaduto ininterruptas.
História do Desenvolvimento de Pontes:
A história do desenvolvimento de pontes está intimamente associada à história da civilização humana. A arte da construção de pontes atraiu, portanto, a atenção dos engenheiros e construtores desde o início da civilização.
Pode-se presumir que a idéia de construir uma ponte sobre um obstáculo como um canal ou curso de água ocorreu na mente humana, observando fenômenos naturais, como um tronco de árvore caído acidentalmente por uma tempestade em um pequeno curso de água ou um pedaço de água. pedra na forma de um arco sobre uma pequena abertura causada pela erosão do solo abaixo ou um monte de trepadeiras de uma árvore para outra usada pelos macacos.
Também pode ser bem imaginado que naqueles tempos antigos, um homem de inteligência e iniciativa era talvez encorajado pelos fenômenos naturais acima mencionados e construía pontes sobre um pequeno curso de água colocando um pedaço de tronco ou amarrando um monte de trepadeiras compridas. com as árvores situadas em ambos os lados do curso de água.
As duas ilustrações acima indicam, sem qualquer dúvida, que a primeira foi a predecessora de pontes tipo viga e a última foi a portadora de pontes suspensas.
Embora os métodos adotados naqueles dias para atravessar o pequeno curso de água fossem de natureza primitiva, não se pode negar que esses foram o começo da ciência da construção de pontes que chegou ao presente estado de desenvolvimento através de busca contínua e esforço constante por Construindo pontes mais longas e mais fortes usando novas técnicas e melhores materiais de construção de pontes.
A ponte mais antiga registrada foi a ponte sobre o Nilo construída por Menes, o rei do Egito por volta de 2650 aC Cinco séculos depois, outra ponte foi construída pela rainha Semiramio da Babilônia, do outro lado do rio Eufrates. Uma série de pontes de arco foram construídas pelos mesopotâmicos, os egípcios e os chineses.
A ponte de Chaochow sobre o rio Hsiaoho foi construída pelos chineses por volta de 600 dC, cerca de 300 km ao sul de Pequim (hoje Pequim). Foi uma única extensão de 37, 4 metros de comprimento ponte em arco de pedra. Os romanos eram conhecidos por serem os melhores construtores de pontes entre 200 aC e 260 dC e algumas das pontes de alvenaria construídas por eles ainda existem.
A ponte em arco conhecida como Pont-Du-Gard foi construída na França em 14 dC e devido à boa preservação e manutenção, esta ponte ainda está em boas condições. Na Roma antiga, os imperadores romanos adotaram o título “Pontifex Maximus” que significa “Construtor de Pontes”, o que indica que os romanos atribuíam grande importância à construção da ponte.
Na verdade, foram os romanos quem primeiro começaram a construir pontes de maneira sistemática. Eles sabiam o uso da pozolana e faziam bom uso disso na fabricação de pontes de alvenaria. Os romanos construíram grandes arcos e viadutos, mas a parte mais fraca das suas pontes foi a sua fundação, uma vez que não tinham conhecimento de escassez de rios, resultando em colapso e danos na maioria das pontes construídas por eles ao longo do tempo.
As pontes construídas durante a Idade Média que precisam de menção especial foram a Ponte do Tamisa, em Londres, e a Ponte Vecchio, sobre o rio Arno, em Florença. A antiga ponte foi construída em 1209 e esteve em uso por mais de seis séculos, enquanto a última foi construída em 1177.
As características especiais dessas pontes eram que, além das pontes, essas pontes eram usadas para fornecer torres decorativas e defensivas, capelas, estátuas, lojas e residências. As pontes de importância construídas no século XVI foram a Ponte Santa Trinita sobre o Arno de Florença (1569) e a Ponte Rialto sobre o Grande Canal de Veneza (1591).
A era da moderna atividade de ligação começou no século XVIII quando o uso do ferro foi feito por alguns dos famosos engenheiros de pontes da época. Inicialmente, o ferro fundido foi usado para a construção de uma série de pontes em arco, mas o ferro forjado substituiu gradualmente o ferro fundido que, com o tempo, também foi substituído por aço quando o processo Bessemer de fabricação de aço foi introduzido.
Durante este tempo, o desenho e a construção das pontes foram tentados basear-se em teorias científicas. O primeiro tratado em engenharia de pontes foi publicado em 1714 por Rubert Gaiitier, um engenheiro francês. O Corpo de Ingenieurs Du Ponts Et Chaussees foi fundado em 1716 para o avanço da construção de pontes.
A École De Ponts Et Chaussees, a primeira escola de engenharia do mundo, foi estabelecida em Paris com Jean Perronet, o pai do moderno edifício de pontes, como o primeiro diretor
Durante o século XVIII-XIX, a primeira ponte de ferro de 30, 5 metros de extensão foi construída em 1779 sobre o Severn em Coalbrookdale, Inglaterra, por Abraham Derby e John Wilkinson. A primeira ponte de aço foi a ponte Eads construída em St. Louis, Missouri, em 1874. Esta ponte era uma ponte de arco de aço de três vãos de 153 m, 158 me 153 m.
Com a introdução do aço como material de construção da ponte no lugar do ferro, a forma anterior de treliças, como Bollman, Fink, Howe, Pratt, Warren, Whipple etc. foram substituídas por formas mais eficientes como Baltimore, K-truss, Parser etc.
Com a melhoria da qualidade do aço, houve um rápido desenvolvimento na construção de grandes pontes de aço, particularmente a suspensão, bem como os grandes cantilevers de aço.
Os engenheiros britânicos, Telford, Stephenson etc. construíram muitas pontes interessantes, mas não tinham conhecimento adequado para proteger as pontes contra oscilações e vibrações causadas por ventos fortes e movimento de cargas dinâmicas pesadas. O resultado dessa falta de conhecimento foi o colapso de muitas pontes suspensas.
A primeira ponte cantilever moderna do mundo foi construída em 1867, do outro lado do rio Main, em Hassfurt, na Alemanha, com um vão principal de 129 m. A maior ponte cantilever do mundo é a Ponte de Quebec, construída em 1917 sobre o rio St. Lawrence, no Canadá.
O vão principal desta ponte foi de 549 m. A primeira ponte cantilever construída na Índia é a Ponte Howrah sobre o rio Hooghly em Calcutá (1943). Esta ponte é a quarta maior ponte cantilever do mundo, com um vão principal de 457 metros. (Foto 1)
No século XIX, devido à fabricação de equipamentos pesados de carga e compressores de alta capacidade, o afundamento pneumático de caixões em águas profundas tornou-se possível. Como resultado, a construção de grandes extensões em águas profundas poderia ser aproveitada. A ponte sobre Schuylkill Falls, com um vão principal de 124 metros, foi construída em 1816 na Filadélfia.
A ponte de Friburgo foi construída na Suíça em 1834 com um alcance de 265 metros. A ponte de Cincinnati sobre o rio Ohio foi construída em 1867 e a ponte do Brooklyn em Nova York foi construída em 1883. A antiga ponte tinha um vão principal de 322 metros e a última ponte tinha um vão principal de 486 metros.
A produção de ligas de aço e fabricação de cimento e equipamentos de construção pesada, juntamente com o conhecimento avançado da teoria das estruturas e melhor compreensão do efeito de forças dinâmicas, tais como vento etc nas estruturas morreram resultou na construção de algumas pontes de arco famosas, pontes suspensas e pontes suspensas (Tabela 1.3).
Pontes de concreto armado ganharam popularidade no século XX por causa de sua versatilidade em construção e economia em custo e manutenção.
Além de suas vantagens acima mencionadas, as pontes de concreto armado podem ser moldadas em qualquer formato e forma convenientes para atender aos requisitos arquitetônicos, bem como utilizar materiais localmente disponíveis, como aparas de pedra, cascalhos, areia etc. e podem ser fundidos no local, eliminando o transporte de componentes de ponte pesada da oficina de fabricação, conforme necessário para pontes de aço.
É por estas razões que o concreto armado praticamente substituiu o uso de aço como principal material de construção na construção de pontes de pequeno e médio alcance, especialmente pontes rodoviárias, exceto no caso de pontes de longo alcance onde o aço com sua melhor qualidade é a única ponte materiais de construção. O concreto armado está encontrando seu lugar mesmo nessas pontes em componentes de ponte, como torres, decks, etc.
Uma das mais longas pontes de concreto armado é a ponte Sando, construída na Suécia em 1943 com um vão de 264 metros. Apenas cerca de uma década atrás, a nova ponte do porto de Sydney, que é uma ponte de arco RCC com 305 metros de extensão, foi construída. Fabricação de concreto de alta resistência e pré-tensionar o mesmo pelo uso de fios de aço de alta resistência melhorou ainda mais a construção de pontes de concreto.
Essas pontes, conhecidas como pontes de concreto pré-esforçadas, têm mais algumas vantagens sobre as pontes de concreto armado, são mais baratas para pontes de extensão média, podem ser pré-moldadas na cama ou nas abordagens e levantadas por guindastes ou lançadas lançando treliças e colocado em sua posição final, eliminando assim o uso de estadiamento caro.
Essas pontes são idealmente adequadas em rios profundos, onde a encenação em águas profundas é difícil e o lançamento das vigas em seus respectivos locais pelo uso de treliças de lançamento é a única resposta. Para vãos comparativamente maiores, o uso de treliças de lançamento foi agora evitado usando uma nova técnica, a saber, “Construção em balanço”.
Uma das primeiras pontes de concreto pré-estressadas é a ponte de Marne, construída na França. A primeira ponte de concreto pré-estressada construída na Índia (Estado de Tamil Nadu) é a Ponte Palar. As pontes de concreto pré-tensionadas de longo alcance na Índia foram construídas pelo método cantilever de construção.
Algumas destas pontes são a Ponte Barak em Silchar, Assam com um vão central de 122 m, a Ponte Bassein Creek perto de Bombaim com dois vãos centrais de 115 m cada, a Ponte Ganga em Patna com um número de vãos centrais de 121 m cada. A ponte de concreto pré-tensionada de maior extensão construída na Índia por método de construção cantilever é a Ponte Lubha em Assam, com um vão central de 130 m.
Recentes adições ao desenvolvimento de pontes modernas são as pontes estaiadas. O conceito e a aplicação prática do princípio das pontes de cabo não eram novidade e um engenheiro veneziano chamado Verantius construiu uma ponte do tipo com várias correntes diagonais já em 1600 dC
A versão do modem das pontes estaiadas foi usada pela primeira vez em 1950 na Alemanha. Até então, várias pontes estaiadas foram construídas em muitas partes do mundo. Algumas importantes pontes estaiadas em vários países estão ilustradas na Tabela 1.4.
Uma das mais longas pontes estaiadas está em construção no rio Hooghly, em Calcutá. Esta ponte tem um vão principal de 457 metros com dois vãos laterais de 183 metros, o que faz com que o comprimento da ponte seja igual a 823 metros. Cabos tipo fan são usados nas torres para suportar o deck.
As torres são compostas de seções de caixa de aço. O sistema de convés deve consistir de três vigas de aço com longarinas e vigas cruzadas para suportar a plataforma de concreto armado sobre elas, com conectores de cisalhamento devidamente projetados para ação combinada sob cargas vivas.
O construtor de pontes tem sempre o desejo de construir novos tipos de pontes, novas em conceito ou novas em técnica de construção ou novas em forma e forma ou novas no uso de materiais de construção. O engenheiro de pontes também tem o desejo de construir pontes maiores e mais longas do mesmo tipo, excedendo os comprimentos de vão anteriores.
Para ele, esse é um desafio que ele deve encontrar para mostrar que a ciência da construção de pontes está se desenvolvendo continuamente.
Os construtores de pontes construíram vários tipos de pontes, dependendo dos arredores, requisitos de navegação e outros requisitos técnicos, disponibilidade de materiais, condições de fundação, etc. As pontes de maior extensão do mundo, de vários tipos, estão ilustradas na Tabela 1.5.
Classificação de Pontes:
i) Pontes de laje maciços simplesmente suportadas:
Pontes de placas sólidas simplesmente suportadas são geralmente consideradas econômicas por até 9, 0 metros. Estes são construídos com lajes de betão armado de espessura uniforme, exigindo, assim, simples cofragem e trabalho falso, bem como simples colocação de barras de reforço.
(ii) Pontes de laje e viga simplesmente suportadas:
Pontes de laje e viga (viga em T RC) de vão simples suportadas são usadas para extensão onde pontes de laje maciças são consideradas não rentáveis. Geralmente 9.0 a 20.0 metros podem ser adotados para este tipo de pontes.
(iii) Placas contínuas de extensão contínua e pontes de laje e viga:
Onde a fundação pode ser suportada em boa rocha ou onde o solo da fundação é tal que o assentamento diferencial de suportes pode ser eliminado, a superestrutura de extensão contínua é uma solução ideal. Nesses casos, devido à continuidade, os momentos de projeto de amplitude e suporte são reduzidos em comparação a uma superestrutura simplesmente suportada.
A faixa de faixa para pontes contínuas de placas sólidas está entre 10, 0 a 20, 0 metros e para pontes de placas e vigas está entre 20, 0 a 40, 0 metros. Estrutura contínua de caixa oca de até 100 metros de extensão pode ser possível.
iv) Pontes Cantilever Equilibradas:
A superestrutura balanceada do tipo cantiléver pode cobrir vãos comparativamente mais longos do que as superstruturas simplesmente suportadas. Mas ao contrário de vãos contínuos, ligeiros assentamentos diferenciais sob as fundações de cais ou abutments não são prejudiciais para a segurança das estruturas. Deste tipo, caixa-viga, laje e viga ou laje maciça vem em ordem de preferência até agora a capacidade de ponte mais longos vãos está em causa.
Vãos de cerca de 40, 0 a 100, 0 metros não são incomuns com pontes de viga de caixa, enquanto pontes de laje e viga de 20, 0 a 40, 0 metros são normalmente atendidas. Superestruturas sólidas de lajes de até 20, 0 metros podem ser usadas com vantagem sem qualquer dificuldade.
(v) Pontes de Célula de Caixas:
Pontes de célula de caixa de laje maciça são usadas em passagens subterrâneas ou metrôs. Estes também podem ser usados em canais onde a escumação é insignificante ou em canais onde a velocidade é não abrasiva e não assoreada.
Esses tipos de pontes são usados com vantagem, onde o solo da fundação perto do leito tem um baixo poder de sustentação, já que o fundo ou a base cobrem quase toda a largura da ponte e, portanto, reduz a carga real por unidade no solo.
As células-caixa são quadradas ou quase quadradas, de modo que a espessura da laje da plataforma, da laje de base e das verticais é a mesma. A faixa de alcance normalmente adotada para esse tipo de estrutura é de 3, 0 a 9, 0 metros.
(vi) Portal-Frame Bridges:
Semelhante às pontes de vão contínuo, este tipo de superestrutura necessita de materiais de fundação inflexíveis como uma boa rocha sobre a qual o assentamento diferencial de outra forma pode causar efeitos prejudiciais na segurança das estruturas.
É por isso que, em solos comuns, esse tipo de pontes não é adequado. A superestrutura de estrutura de portal do tipo placa e viga pode ser considerada útil para vãos entre 20, 0 a 40, 0 metros. A extensão da superestrutura da armação da laje maciça não deve exceder 25, 0 metros. Esse tipo de estrutura é ideal para pontes e passagens subterrâneas ou metrôs.
vii) Pontes compostas:
Em pontes de lajes e vigas de betão armado, a laje da plataforma não só transfere a carga sobreposta para as vigas de suporte através de flexão transversal, mas também atua como flange da viga em T para resistir a momentos de flexão longitudinais. Concreto sendo bom em compressão, a laje do convés leva quase toda a força de compressão devido à flexão longitudinal das vigas.
Em pontes com laje de convés simplesmente apoiadas em vigas pré-fabricadas, seja aço ou concreto, tal vantagem não pode ser aproveitada, a menos que a laje do convés fundido seja monolítica com as vigas pré-fabricadas por alguns meios mecânicos.
Isso é obtido pelo uso de “conectores de cisalhamento”, que tornam as duas unidades monolíticas.
Seleção do tipo de ponte:
Para qualquer ponte, a seleção do tipo de estrutura a ser adotada requer exames cuidadosos de todos os fatores que regem economia, segurança, durabilidade, tempo de montagem, disponibilidade de materiais e equipamentos, custo de manutenção, etc.
Como regra geral, a economia exige que o número de vãos seja o menor possível para pontes em que condições difíceis são previstas na construção das fundações, além de incorrer em custos adicionais.
Além disso, o fornecimento de menor número de piers no rio melhora o fluxo de água. Mas também deve ser lembrado ao se decidir que os comprimentos de extensão que abrangem mais tempo significam maior custo por unidade de comprimento da superestrutura.
É, portanto, importante comparar o custo da superestrutura e da subestrutura, incluindo a fundação, de modo que seja adotada uma que seja econômica e, ao mesmo tempo, satisfaça outros requisitos.
A seleção do tipo de ponte a ser adotada em um determinado local depende da seguinte consideração:
i) Características do canal, ou seja, materiais do leito, profundidade da água durante a estação seca ou estação das cheias, variação das marés, profundidade da erosão, etc.
(ii) Dados hidráulicos, velocidade, descarga do projeto, etc.
iii) Condição do solo e capacidade de carga
iv) Frequência e duração da inundação
v) volume de tráfego
(vi) Requisitos de navegação
vii) Disponibilidade de fundos
(viii) Disponibilidade de mão de obra e materiais e seu custo unitário
(ix) Período de tempo de construção
x) Instalações de transporte e montagem disponíveis
(xi) Considerações estratégicas
(xii) Considerações estéticas
(xiii) Custo de manutenção.
Escolha entre Ponte Temporária e Ponte Permanente:
A construção de uma ponte permanente exige mais fundos e, portanto, sempre que houver escassez de fundos, a ponte temporária é uma solução de curto prazo. Ponte temporária também pode ser construída em uma estrada menos importante, onde o volume de tráfego dificilmente justifica a construção de uma ponte permanente a um custo maior.
A ponte temporária pode ser substituída por uma ponte permanente quando a posição do fundo melhora ou quando o aumento do volume de tráfego exige a construção de uma ponte permanente.
Escolha entre ponte submersível e ponte de alto nível:
As “pontes submersíveis”, como o nome indica, permanecem submersas durante as cheias elevadas e, como tal, o tráfego tem que ser mantido suspenso por algumas horas ou dias e por poucas ocasiões em um ano.
Portanto, quando fundos suficientes não estão disponíveis, pontes submersíveis podem ser construídas sobre um fluxo onde a interrupção do movimento do tráfego é a menor possível ou onde o volume de tráfego é tal que tal interrupção do tráfego por poucas ocasiões não afeta significativamente o interesse público.
É, portanto, evidente que a construção de pontes submersíveis em rodovias nacionais ou rodovias estaduais não é desejável. Estas pontes podem ser construídas em estradas de aldeia ou estradas distritais menos importantes. Onde pontes temporárias ou pontes submersíveis não podem ser construídas para o interesse público considerando o volume de tráfego, a construção de pontes de alto nível é a única opção.
Escolha Entre, laje, viga, arco, cabo-ficado ou pontes da suspensão:
Pontes de laje são construídas para pequenas extensões; pontes de viga, arco e treliça são construídas para vãos médios a moderadamente grandes e as últimas duas pontes mencionadas viz. ponte estaiada: -, e pontes suspensas são construídas para grandes vãos. Portanto, as pontes de laje são selecionadas onde a limpeza do leito é insignificante e o custo da fundação é muito menor do que nas fundações de jangada rasa (Fig. 4.1).
A escolha de pontes de vigas e treliças pode ser justificada onde fundações profundas são necessárias a partir de estratos e estratos de solo, mas a distância de navegação ou bordo livre é comparativamente menor do que em Mokamah Bridge (Fig. 4.12a) ou Howrah Bridge (Fig. 17.8).
Neste último caso, o bordo livre acima do nível mais alto da maré é de 8, 84 metros. Em um estreito desfiladeiro onde uma boa rocha está disponível em ambos os bancos, uma ponte em arco é a escolha óbvia (Fig. 4.12b). Pontes de arco são inadequadas em locais onde as fundações de pilares são suscetíveis a grandes movimentos tanto para baixo como para os lados.
Pontes suspensas e suspensas por cabo são favorecidas onde se requer espaço livre ou bordo livre acima do HFL ou HTL para a passagem de grandes embarcações. Uma placa livre de 34, 78 metros foi proposta para a ponte estaiada atualmente em construção em Calcutá (segunda Ponte Hooghly - Fig. 17.17).
Tabuleiros de 36, 6 metros, 46, 2 metros e 69, 5 metros foram fornecidos para Severn Bridge (Fig. 17.25), Mackinac Bridge (Fig. 17.24) e Verrazano Narrows Bridge (Fig. 17.26), respectivamente.
Os canais sendo profundos, a construção da superestrutura por encenação ou falso-trabalho não é possível, nem a montagem da superestrutura pode ser feita pelo procedimento normal de montagem. Em tais facilidades, os cabos são aproveitados para a montagem da superestrutura do convés tanto para as pontes suspensas como para as suspensas.
Escolha de Span para Pontes:
O seguinte pode ser tomado como um guia aproximado para a seleção de comprimentos de extensão para pontes para dar um design econômico.
a) Para pontes de arco de alvenaria: S = 2H
b) Para pontes de placas RCC: S = 1, 5 H
Onde S = Clear span em metros.
H = Altura total do pilar ou píer desde a base da fundação até o topo.
Para pontes em arco, é medido desde a fundação até os intrados da pedra angular.
c) Para pontes de médio a grande porte com fundação profunda: Custo do sistema de suporte da superestrutura de um vão = custo de um píer com sua fundação.
Isso pode ser estabelecido teoricamente com as seguintes suposições:
(i) A ponte tem vãos iguais, isto é, L = nS onde L é o comprimento da ponte, n e S são o número de vãos e o comprimento da extensão da ponte.
(ii) O custo da laje do convés, o curso de desgaste, o corrimão, etc. varia conforme o alcance. Se 'a' é o custo por metro de ponte, então custo por palmo = aS.
(iii) O custo do sistema de suporte, isto é, a viga principal, a viga cruzada, etc. varia conforme o quadrado da extensão, ou seja, o custo por amplitude = bS2, onde b é uma constante.
(iv) O custo de um píer com sua fundação é constante e igual a P (Say).
(v) O custo do pilar, parede da asa, etc. é constante e é igual a A (Say) para cada lado.
(vi) Custo de cada abordagem - B (Say).
Portanto, custo da ponte = n (aS + bS 2 ) + (n - 1) P + 2A + 2B
Para o custo mínimo da ponte, dC / dS deve ser igual a zero, ou seja, Lp / S 2 = 0 ou, b S 2 = P. ou seja, custo do sistema de suporte de um span = Custo de um píer com sua fundação. É desnecessário dizer que o critério econômico acima não vale para as pontes pequenas e longas.
Para pontes de pequeno vão, o custo da superestrutura torna-se muito menor, enquanto o mesmo para a subestrutura, incluindo os pilares e as paredes das asas é muito mais dependente da pequenez.
Por outro lado, para pontes de longo alcance, o custo das superestruturas chega a poucas vezes o custo da subestrutura. Sua escolha é, portanto, depende de alguns outros fatores, como dito antes, em vez de economia.
Conclusão:
A evolução das pontes desde os tempos antigos até a era atual é um processo contínuo e é resultado do desejo humano de usar métodos e materiais cada vez mais aprimorados para construir pontes mais baratas, mais finas e mais fortes, de maior longevidade e qualidade duradoura.
A busca por melhorias ainda não terminou e nunca terminará. Os projetistas de pontes e os construtores de pontes continuarão sua busca e experimentações para construir pontes mais baratas, mais fortes e esteticamente melhores para todos os tempos.
