As Estruturas Metálicas

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3. Pontes suspensas por cabos

Também conhecidas como pontes estaiadas, são um tipo de ponte suspensa por cabos constituída de um ou mais mastros, de onde partem cabos de sustentação para os tabuleiros da ponte.

A ponte estaiada costuma ser a solução intermediária ideal entre uma ponte fixa e uma ponte pênsil em casos onde uma ponte fixa iria requerer uma estrutura de suporte muito maior, enquanto uma pênsil necessitaria maior elaboração de cabos.

3.1. Tipos de pontes estaiadas/atirantadas

Existem dois tipos básicos de pontes estaiadas. No tipo "harpa", os cabos correm paralelos, ou quase, a partir do mastro, de modo que a altura de fixação do cabo ao mastro é proporcional à distância entre o mastro e o ponto de fixação deste cabo ao tabuleiro, conforme Figura 2. No tipo "leque", os cabos conectam-se ou passam pelo topo do mastro, conforme Figura 3.

[pic 4] [pic 5]

Figura 2: ponte estaiada tipo leque. Figura 3: ponte estaiada tipo harpa.

4. Dados de projeto

A carga atuante nos cabos depende das cargas distribuídas na ponte e da configuração da união dos cabos nos pilares e na viga principal. Serão realizadas suposições necessárias para a estimativa das forças nos cabos.

4.1. Carregamentos

Serão considerados os seguintes carregamentos para dimensionamento da ponte:

4.1.1. Carregamento distribuído devido ao peso próprio da ponte

A estimativa do peso da ponte será feita utilizado valores práticos do peso de pontes suspensas. Á exemplo, a pista da Ponte Millau na França, que atravessa o vale do rio Tarn, tem um peso de 36 mil toneladas, com 32 metros de largura e 4,2 m de espessura, numa extensão total de 2460 metros. Assim, a carga distribuída devido ao peso da ponte será:

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A configuração do carregamento pode ser vista na Figura 4.

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Figura 4: carregamento devido ao peso próprio da ponte.

4.1.2. Carregamento devido aos veículos

Para a estimativa do carregamento devido aos veículos, deve ser considerado um caso crítico, para o qual as cargas na ponte sejam as maiores possíveis. Será também utilizado o exemplo do teste da ponte Millau, no qual 28 caminhões com carga total superior a 900 toneladas foram posicionados em paralelo nas quatro pistas no vão principal da ponte. Assim, foram considerados caminhões ocupando todo o vão da ponte, cada um pesando aproximadamente 33 toneladas no total e com 18 metros de comprimento, posicionados a 2 metros entre si, conforme Figura 5.

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Figura 5: disposição dos veículos considerando carregamento máximo.

Dessa forma, pode ser calculado o carregamento distribuído devido aos veículos:

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A Figura 6 mostra o carregamento total na ponte.

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Figura 6: carregamento total na ponte.

4.2. Tipos de união e apoio

O tipo de união empregado na fixação dos elementos estruturais determina a forma de transferência dos esforços, pois as condições de suporte concederão à estrutura a restrição necessária para sua estabilidade sob carregamento. Serão considerados apoios fixos nas junções da ponte com os pilares e o apoio da ponte nas extremidades será feito por meio de um apoio fixo e um móvel. Os membros tracionados do tirante são cabos de aço ligados aos pilares numa configuração de apoio fixo também. Esses detalhes são ilustrados na Figura 7.

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Figura 7: dimensões e tipos de uniões da ponte estaiada.

5. Resultados

A análise da estrutura no software FTOOL possibilitou encontrar as forças atuantes nos membros da ponte e a deflexão total. A Figura 7 apresenta os resultados encontrados para os esforços axiais, cortantes e de flexão, considerando o carregamento total. A Figura 8 mostra a deflexão na ponte aumentada em 100 vezes, para efeito de visualização. A deflexão máxima da ponte, considerando o caso mais crítico, foi de 44 cm.

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(a)

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(b)

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(c)

Figura 7: (a) esforços axiais; (b) esforços cortantes; (c) esforços devido à flexão, em kN.

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Figura 8: deformação ampliada da ponte.

6. Seleção de material

A partir dos resultados da análise pelo FTOOL, os cabos podem ser dimensionados. A Figura 9 apresenta as especificações técnicas dos cabos a serem utilizados.

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Figura