Uma ponte metálica, por definição, é aquela cuja estrutura é feita de metal, principalmente aço, embora desde o final do século até o final do século, primeiro se utilizou ferro fundido e depois ferro acolchoado. transparentes, embora normalmente sejam consideradas estruturas metálicas todas aquelas que incluem vigas visíveis, treliças ou suspensões ou cabos estaiados de aço ou, no passado, de ferro.
História
O primeiro uso documentado de ferro para construir pontes remonta ao início da era cristã na China e na região do Himalaia, onde desde então foram construídas passarelas de madeira suspensas por correntes de ferro.[3].
Mas a generalização das pontes metálicas só se tornou possível graças ao enorme desenvolvimento da indústria siderúrgica durante o início da Revolução Industrial, que implicou a disponibilidade em grandes quantidades primeiro de ferro fundido, depois de ferro forjado e finalmente de aço, o que permitiu a construção de estruturas cada vez maiores, inicialmente ligadas à expansão da ferrovia. O rápido desenvolvimento das pontes metálicas no século deveu-se tanto às suas características mecânicas vantajosas como ao crescente conhecimento do seu comportamento. resistente.[5].
Pontes de ferro fundido têm origem na Ponte de Ferro, construída em 1779 por Abraham Darby III sobre o rio Severn "Rio Severn (Reino Unido)"), em Coalbrookdale, que ainda está preservada. Passariam 17 anos até que a segunda estrutura de ferro fundido fosse construída, a desaparecida ponte Wearmouth "Wearmouth Bridge (1796)") sobre o rio Wear, que tinha um surpreendente arco de 72 m de vão projetado em 1796 por Thomas Paine (conhecido principalmente por ser um dos fundadores dos Estados Unidos). Estas primeiras estruturas herdaram as tipologias de pontes de pedra e de madeira.[4].
Entre as realizações mais notáveis da época estão estruturas de engenheiros notáveis como Thomas Telford (com numerosos arcos de ferro fundido em seu crédito) e John Rennie (que projetou a antiga ponte Southwark sobre o rio Tâmisa, com três arcos medindo 64+73+64 metros; a maior ponte de ferro fundido já construída).[6] Inicialmente eram feitos unindo peças (muitas vezes grandes) com parafusos, embora posteriormente segmentos menores ligados com pinos, como no caso da Ponte Alexandre III em Paris, um arco de 107 m de vão sobre o Rio Sena concluído em 1900. Outros exemplos notáveis de arcos de ferro fundido construídos na França são a Pont des Arts em Paris,[4] projetada em 1803 por Louis-Alexandre de Cessart e Jacques Dillon; a ponte Austerlitz original desenhada por Becquey de Beaupré também sobre o rio Sena; e a ponte Carrossel construída em Paris em 1834 por Antoine-Rémy Polonceau, que marcou o apogeu das pontes de ferro fundido.
Construção de Pontes Metálicas
Introdução
Em geral
Uma ponte metálica, por definição, é aquela cuja estrutura é feita de metal, principalmente aço, embora desde o final do século até o final do século, primeiro se utilizou ferro fundido e depois ferro acolchoado. transparentes, embora normalmente sejam consideradas estruturas metálicas todas aquelas que incluem vigas visíveis, treliças ou suspensões ou cabos estaiados de aço ou, no passado, de ferro.
História
O primeiro uso documentado de ferro para construir pontes remonta ao início da era cristã na China e na região do Himalaia, onde desde então foram construídas passarelas de madeira suspensas por correntes de ferro.[3].
Mas a generalização das pontes metálicas só se tornou possível graças ao enorme desenvolvimento da indústria siderúrgica durante o início da Revolução Industrial, que implicou a disponibilidade em grandes quantidades primeiro de ferro fundido, depois de ferro forjado e finalmente de aço, o que permitiu a construção de estruturas cada vez maiores, inicialmente ligadas à expansão da ferrovia. O rápido desenvolvimento das pontes metálicas no século deveu-se tanto às suas características mecânicas vantajosas como ao crescente conhecimento do seu comportamento. resistente.[5].
Pontes de ferro fundido têm origem na Ponte de Ferro, construída em 1779 por Abraham Darby III sobre o rio Severn "Rio Severn (Reino Unido)"), em Coalbrookdale, que ainda está preservada. Passariam 17 anos até que a segunda estrutura de ferro fundido fosse construída, a desaparecida ponte Wearmouth "Wearmouth Bridge (1796)") sobre o rio Wear, que tinha um surpreendente arco de 72 m de vão projetado em 1796 por Thomas Paine (conhecido principalmente por ser um dos fundadores dos Estados Unidos). Estas primeiras estruturas herdaram as tipologias de pontes de pedra e de madeira.[4].
Entre as realizações mais notáveis da época estão estruturas de engenheiros notáveis como Thomas Telford (com numerosos arcos de ferro fundido em seu crédito) e John Rennie (que projetou a antiga ponte Southwark sobre o rio Tâmisa, com três arcos medindo 64+73+64 metros; a maior ponte de ferro fundido já construída).[6] Inicialmente eram feitos unindo peças (muitas vezes grandes) com parafusos, embora posteriormente segmentos menores ligados com pinos, como no caso da Ponte Alexandre III em Paris, um arco de 107 m de vão sobre o Rio Sena concluído em 1900. Outros exemplos notáveis de arcos de ferro fundido construídos na França são a Pont des Arts em Paris,[4] projetada em 1803 por Louis-Alexandre de Cessart e Jacques Dillon; a ponte Austerlitz original desenhada por Becquey de Beaupré também sobre o rio Sena; e a ponte Carrossel construída em Paris em 1834 por Antoine-Rémy Polonceau, que marcou o apogeu das pontes de ferro fundido.
pontes de ferro forjado, material com maior resistência à tração e à flexão sem fissuras, substituíram as pontes de ferro fundido, superando os problemas causados pela fragilidade desse material. O colapso de diversas estruturas no Reino Unido, como no caso do desastre da Ponte Tay em 1879, fez com que se evitasse o uso de ferro fundido em pontes ferroviárias, que seria substituído por ferro forjado. As primeiras grandes estruturas construídas com este material foram a ponte ferroviária de Conwy (1849; vão de 125 m) e a ponte Britannia (1850; vãos de 70+2x142+70 m), duas vigas em caixa projetadas por Robert Stephenson que cruzam o Estreito de Menai. Sua nova configuração é considerada um dos projetos mais inovadores de todos os tempos, tornando-se as primeiras grandes pontes em viga e caixão da história, e as primeiras estruturas a usar sistematicamente ferro forjado.
A transição do ferro fundido para o ferro forjado representou uma mudança radical na forma como as pontes metálicas eram até então concebidas. As peças fundidas eram produzidas por moldagem, de modo que suas seções eram geralmente sólidas, mais adequadas para trabalhar em compressão (como os silhares de uma ponte de pedra) do que em flexão. Contudo, o ferro forjado, para adquirir as suas propriedades mecânicas, necessitava de ser laminado ou extrudido e repetidamente martelado, para o que o mais simples era fabricá-lo dando-lhe a forma de placas relativamente finas, que pudessem ser dobradas longitudinalmente para produzir barras com perfis simples, adequados para suportar esforços de tração, compressão e flexão com igual eficácia. Desta forma, a disponibilidade de chapas de ferro levou ao aparecimento da tipologia caixão, enquanto a utilização de perfis em forma de barras compridas esteve na origem dos arcos treliçados e das vigas triangulares, esta última tipologia que se tornou omnipresente durante a segunda metade do século e as primeiras décadas do século devido à sua simplicidade de cálculo, facilidade de construção e custo reduzido em comparação com outras soluções.
O ferro forjado permitiu o desenvolvimento de grandes estruturas triangulares, com exemplos notáveis como a Ponte Royal Albert (1859; dois arcos de 135 m de vão) de Isambard Kingdom Brunel sobre o estuário do rio Tamar,[8] e as inúmeras obras projetadas pelo francês Gustave Eiffel, projetista do Viaduto Garabit (1886; arco treliçado de 165 m de vão) e da Ponte Dom Luís I (1886; uma arco treliçado com 174 m) no Porto juntamente com o seu sócio Théophile Seyrig. Outra obra única de ferro forjado, embora projetada para cargas mais leves que as da ferrovia, foi a ponte suspensa de Clifton (1864; vão central de 214 m de vão) em Bristol, uma ponte suspensa por corrente projetada com base em uma proposta de Brunel.[9].
Porém, a ideia das vigas triangulares teve origem nos Estados Unidos. Com base nos projetos de pontes de madeira, material abundante e acessível e amplamente utilizado na América do Norte, foram patenteados diferentes sistemas de treliças de ferro forjado adequados para a passagem de ferrovias (Town, 1820; Howe, 1840; Pratt, 1844; ou Whipple, 1847)[10] que competiam entre si para obter a maior leveza e resistência possíveis. Estes primeiros desenhos, que ainda combinavam barras de aço e madeira, foram rapidamente assimilados na Europa, onde a escassez de madeira e a disponibilidade de ferro fizeram com que desde o início as treliças se tornassem completamente metálicas. A Europa seria precisamente a origem da viga Warren, o culminar do processo que tendia a simplificar a geometria dos diferentes tipos de vigas triangulares.[11].
Pontes de aço representaram um importante novo salto tecnológico, provocado pelo desenvolvimento dos conversores metalúrgicos (Bessemer e Thomas) e, principalmente, do forno Martin-Siemens, que permitiu a disponibilidade de aços de qualidade cada vez melhor e em grandes quantidades a partir das duas últimas décadas do século. Embora já tivesse sido usada isoladamente (como na Ponte das Correntes de Viena, projetada em 1828 por Ignaz von Mitis), quase meio século teve que esperar até que em 1874 a ponte St. Louis, no Missouri, sobre o rio Mississippi, fosse construída usando aço de forma generalizada. Projetada pelo engenheiro americano James Buchanan Eads, é composta por três arcos treliçados (152+157+152 m de vão), e é considerada a primeira grande ponte metálica, na qual também foram introduzidos numerosos procedimentos construtivos inovadores, como a execução dos arcos por sucessivos balanços sem a necessidade de cimbres (apoiando-os provisoriamente em pilares e pilares).[12] Curiosamente, mais de uma década depois, Eiffel ainda está lá. Ele construiu o viaduto Garabit em 1886 com ferro acolchoado, preferindo um material que conhecia e dominava, em vez de arriscar confiar no aço. No entanto, a introdução do aço como substituto do ferro forjado já era imparável, e as duas maiores pontes do final do século foram construídas com este material: a Brooklyn Bridge (1883; 1825 m e vão principal de 486 m) sobre o East River, em Nova Iorque, um modelo icónico de ponte pênsil desenhada por John Augustus Roebling; e a Forth Bridge, na Escócia, (1890; 210+521+521+210 m de vão) atribuída a John Fowler entre outros, uma enorme ponte de mísulas com uma figura invulgar que significou duplicar (chegando a 500 m) o vão máximo deste tipo de estruturas (até então, pertencente à Ponte Sukkur sobre um braço do rio Indo no Paquistão, com 250 m de vão). luz).[13].
O surgimento de técnicas de fabricação de aço de alto desempenho fez com que as pontes treliçadas metálicas se multiplicassem paralelamente ao desenvolvimento da rede ferroviária. A época de ouro deste tipo de estruturas durou até à Primeira Guerra Mundial, apesar do aparecimento em França, em 1898, de um formidável material concorrente, o betão armado (posteriormente protendido), que algumas décadas mais tarde conseguiria substituir quase completamente o aço nas pontes de pequenos vãos, graças à sua versatilidade e menores exigências de manutenção. Contudo, nas pontes de grandes vãos, as estruturas metálicas mantiveram ao longo do século a primazia que mantiveram nas primeiras décadas do século. Tendo o aço como protagonista, foram construídos grandes arcos treliçados (como a Hell Gate Bridge (1916; 298 m de vão) em Nova York, ou a Sydney Harbour Bridge (1932; 503 m de vão)), e especialmente uma série de espetaculares pontes suspensas de vãos cada vez maiores que seguiram o caminho iniciado pela Brooklyn Bridge, entre as quais podemos citar a Golden Gate Bridge em São Francisco (Califórnia) "San Francisco (Califórnia)") (1937; vão 1280m); a ponte Verrazano-Narrows em Nova York (1964; vão de 1.298 m); a ponte Humber entre o País de Gales e a Inglaterra (1981; vão de 1.410 m); ou aquela com maior vão até o momento, a Grande Ponte Akashi Kaikyō inaugurada no Japão em 1998, que atinge 1991 m de vão.[14].
Merecem destaque especial as pontes estaiadas, cujo primeiro exemplo moderno é a Ponte Strömsund), construída na Suécia em 1955 com vão máximo de 183 m. Esta tipologia, que pode ser considerada a meio caminho entre estruturas metálicas e mistas devido ao uso considerável de concreto, desenvolveu-se extraordinariamente na segunda metade do século, com realizações como a Ponte da Normandia (1995; vão máximo de 856 m), a Ponte Grande Tatara (1999; vão máximo de 890 m), a ponte Río-Antirio (2004; vão máximo de 560 m e comprimento total de 2.883 m) ou a espetacular Millau ponte. As pontes estaiadas têm demonstrado grande versatilidade, encontrando aplicações em vãos entre 100 e 1000 m de comprimento, tornando-as competitivas com outros tipos de estruturas graças à esbeltez dos seus tabuleiros. cuja rigidez contribui para aumentar a sua eficiência estrutural.[15].
Materiais
Contenido
A lo largo del desarrollo de los puentes metálicos, se han empleado fundamentalmente tres tipos de materiales siderúrgicos en tres períodos sucesivos. Así mismo, de forma excepcional se han utilizado otros metales, como el aluminio:.
Fundição de ferro
Ferro fundido é uma liga de ferro e carbono (em percentuais superiores a 2%), que normalmente contém outras impurezas, como fósforo, silício e enxofre (que tendem a tornar o metal mais quebradiço), além de inclusões de escória "Glut (metalurgia)") (que o tornam quebradiço). Este material começou a ser produzido em grandes quantidades graças ao desenvolvimento, no início do século, por Abraham Darby I, de altos-fornos alimentados com hulha transformada em coque. Devido ao seu elevado teor de carbono, o ferro fundido é fundido a temperaturas não muito elevadas (cerca de 750 °C), circunstância que torna relativamente fácil a sua liquefação em fornos baixos para ser vazado em moldes, com os quais podem ser fabricadas grandes peças sólidas com a geometria desejada. Isto resultou na construção da primeira ponte de ferro fundido no final do século, a famosa Coalbrookdale Iron Bridge, em que algumas das suas peças fundidas medem mais de 15 metros.
Apesar de serem muito mais resistentes à compressão que os silhares de pedra ou os pilares de madeira (o que tornava o ferro fundido um material adequado para a construção de arcos semelhantes aos de pedra, onde praticamente não se gera tração), as peças fundidas podiam apresentar defeitos internos (como bolhas ou grandes inclusões de escória), capazes de reduzir significativamente a sua capacidade de carga. Além disso, eram difíceis de unir (utilizavam-se olhais moldados ao mesmo tempo que as peças e pinos para os ligar), e o seu comportamento frágil tornava problemática a sua utilização nas grandes vigas exigidas pelas pontes ferroviárias, pelo que tendiam a ser reforçados com pedaços de ferro forjado, um material muito mais dúctil que acabaria por substituir completamente o ferro fundido em meados do século.
ferro forjado
O ferro forjado difere do ferro fundido fundamentalmente na sua composição química e propriedades mecânicas, visto que é um material com baixíssimo teor de carbono, muito mais dúctil e capaz de resistir à flexão e deformação antes de quebrar. Para que o ferro gusa adquira essas propriedades, ele deve ser refinado em forno reverberatório para eliminar seu teor de carbono e a maior parte dos elementos fragilizantes como fósforo, enxofre e silício, e submeter o material resultante a um posterior processo mecânico de laminação e martelamento, com o qual foi possível reduzir a proporção de inclusões de escória e ao mesmo tempo dar-lhes um arranjo fibrilar, que foi utilizado para aumentar a flexibilidade dos perfis em forma de barra. O processo industrial para obtenção do ferro forjado era denominado pudim. Totalmente desenvolvido em meados do século, consistia no tratamento do ferro-gusa em um forno reverberatório, agitando vigorosamente manualmente o ferro fundido para garantir que o oxigênio do ar queimasse a maior parte do carbono e das impurezas dissolvidas no metal. Quando o teor de carbono foi reduzido o suficiente (para atingir 0,01%),[16] o ponto de fusão do material aumentou localmente e lentes sólidas de ferro foram formadas no banho de metal fundido e escória, que foram removidas do forno para serem submetidas primeiro ao cinging para remover a maior parte da escória e depois a um processo de laminação e forjamento.
Este material tornou-se o mais utilizado em pontes metálicas durante a segunda metade do século, começando com a Ponte Britannia em 1849 e culminando com as grandes conquistas de Gustave Eiffel (como o Viaduto Garabit de 1886), quando deu lugar definitivamente ao aço a partir do início do século. O processo de laminação e a padronização de produtos e perfis laminados levaram ao surgimento de tipologias trianguladas, que continuariam a ser amplamente utilizadas até meados do século.[17].
O método utilizado para unir as peças de ferro forjado era o travamento, sistema que proporcionava juntas rígidas de alta resistência.
Aços
Os aços atualmente utilizados para construções são ligas de ferro-carbono com baixa proporção de carbono (entre 0,2% e 2%), com outros metais adicionados para melhorar certas características mecânicas.[18] Têm a sua origem no desenvolvimento dos conversores (especialmente Bessemer e Martin-Siemens) durante a segunda metade do século, e no constante aperfeiçoamento das técnicas de refinação durante a primeira metade do século, que permitiram a comercialização de aços com características mecânicas cada vez melhores.
Por razões estéticas ou de segurança, por vezes podem ser encontrados outros tipos de aço, como o aço Corten ou o aço inoxidável.
Em geral, os aços utilizados na construção de pontes apresentam as seguintes características:[19].
Por razões de segurança, o aço nas estruturas é calculado para trabalhar bem abaixo do seu limite elástico. Os fenômenos de fadiga limitam as tensões admissíveis a aproximadamente metade deste limite, ou seja, 120 MPa "Pascal (unidade)") para aço macio comum e 180 MPa para aço de alta resistência. É este limite de fadiga que serve de referência no cálculo de estruturas.
Outras características também podem estar envolvidas: temperatura, resistência à corrosão por estresse mecânico") ou resistência em ambiente salino.
O sistema mais comum para união de peças de aço atualmente é a soldagem eletrogênica.
Alumínio
Foram projetadas algumas pontes móveis de alumínio, nas quais a leveza do material permite reduzir o custo do maquinário que deve operar a abertura da ponte. Um exemplo bem conhecido é a Hendon Dock Bridge em Sunderland (Inglaterra). Com vão de 27 metros, foi construído em 1948 e funcionou por 28 anos. É uma solução que não se generalizou, devido aos problemas de manutenção deste tipo de estruturas.[20].
Sistemas de união de peças metálicas
Los procesos de ensamblaje de piezas de acero son la unión mediante pernos, el remachado, el atornillado y la soldadura. Hoy en día todos los puentes metálicos son soldados, y los remaches dejaron de utilizarse hace mucho tiempo. En cuanto a los tornillos, todavía se utilizan para puentes provisionales, que traídos en partes separadas, se pueden montar mediante atornillado muy rápidamente.
União por parafusos
Dois tipos de juntas com barras lisas passaram a ser utilizadas nas fundições: juntas articuladas através da inserção de um pino perpendicular aos eixos das peças em um par de alças (uma por peça); ou juntas de topo de duas peças, costurando vários pares de alças com alfinetes paralelos ao eixo. Este sistema continuou a ser usado na América até o início do século, mas o colapso da primeira ponte de Quebec em 1907 certamente fez com que ele deixasse de ser usado.[13] Hoje ainda é usado em alguns tipos de juntas articuladas.
junta aparafusada
Os parafusos atuam rebitando uma de suas extremidades a quente para travar um par de elementos planos entre suas duas cabeças. Além disso, quando aplicados a quente, quando esfriam, a compressão resultante fortalece a ligação. Foi o sistema mais utilizado até a década de 1920, quando foram totalmente substituídos pelos sistemas de soldagem elétrica. Por exemplo, na Ponte Forth, todas as juntas são aparafusadas.[21].
As juntas rebitadas eram o tipo de conexão mais comum antes da soldagem se espalhar. As pontes retas de treliça do século e do início do século foram rebitadas. A foto ao lado mostra um detalhe da montagem clássica dessas treliças utilizando ripas. Os montantes verticais e horizontais são constituídos por perfis angulares e placas planas rebitadas entre si. Os montantes inclinados são feitos de barras em forma de U. Na junção de cada conjunto são acrescentadas placas, chamadas de cantoneiras e tampas de juntas, para dar rigidez aos nós da estrutura.
Os parafusos roscados são ajustados a frio. Inicialmente eram utilizados principalmente para fazer montagens temporárias ou para substituir rebites em certos casos especiais em que apresentavam mau funcionamento. Possuem uma cabeça roscada "Rosca (mecânica)") na qual se encaixa uma porca que é aparafusada por meio de torquímetros que permitem ajustar o torque de aperto aplicado. Parafusos protendidos de alta resistência unem as peças graças à compressão introduzida e ao atrito induzido, enquanto em parafusos e pernos a resistência à tração e ao cisalhamento da espiga é confiada.[22].
junta soldada
A soldagem garante a montagem nas juntas ou planos de contato dos elementos a serem montados, gerando cordões de aço que proporcionam continuidade mecânica aos elementos interligados. Para tanto, são utilizadas hastes de aço revestidas chamadas eletrodos, que derretem sob a altíssima temperatura de um arco elétrico.
A foto à direita mostra a típica montagem moderna entre peças metálicas. Estas são duas vigas de alma completa soldadas. A viga transversal, chamada de “peça de ponte” ou “espaçador”, é soldada à peça longitudinal, chamada de longarina (cuja alma pode ser vista plana na parte inferior da foto). Observe também a presença de um reforço vertical, que garante a indeformabilidade do conjunto. Este reforço é terminado na sua base por um reforço.
Um aspecto fundamental na soldabilidade do aço é a sua composição química, de modo que a presença de impurezas como o fósforo acima de certos limites mínimos torna extremamente difícil a união eficaz entre as peças. Esta circunstância significa que muitas estruturas metálicas antigas (antes da década de 1950) não podem ser reparadas por soldadura, devendo ser utilizadas juntas aparafusadas.
A tecnologia de juntas soldadas, que já era estudada desde a década de 1920, teve suas primeiras realizações na década de 1930, mas não seria completamente dominada até a Segunda Guerra Mundial na Alemanha, onde atingiu sua maturidade no pós-guerra, quando foi sistematicamente utilizada na reconstrução da infraestrutura do país.[22].
Planilhas e perfis
Dependendo de suas dimensões, as chapas de aço recebem os seguintes nomes comerciais:[23].
vigas metálicas
Las vigas metálicas tienen generalmente el perfil de una (también conocida como doble T, aunque también se fabrican con perfiles en U, en L o incluso en perfiles rectangulares cerrados.
Se distingue entre vigas de alma llena y vigas de celosía.
Feixes de teia completos
Vigas de alma completas são essencialmente compostas por uma ou mais partes verticais que formam a web&action=edit&redlink=1 "Teia (viga) (ainda não desenhada)") e partes horizontais chamadas flanges, dispostas em ambos os lados da alma. Podem ser conformados a quente por laminação (com perfis de dimensões padronizadas), ou produzidos a frio por montagem de placas planas soldadas (ou no passado, por perfis angulares rebitados). As asas constituem o que chamamos de cordas da viga (a corda superior e a corda inferior).
Treliças
As vigas treliçadas, também chamadas de vigas triangulares, são constituídas por cordas ligadas por barras (verticais ou inclinadas, em vez de uma alma completa), com as quais formam um todo triangular. Estas barras estão dispostas de forma diferente dependendo do sistema de triangulação adotado.
Os sistemas comumente usados são:
Tipos de pontes metálicas
Pontes de vigas retas
As vigas de menor vão costumam ter seção em "T", mudam para o tipo "duplo T" (alargando o banzo inferior) à medida que o vão aumenta, e para vãos muito maiores ou a alma é aligeirada (o que dá origem a vigas treliçadas) ou a eficiência resistente da seção é aumentada ao máximo (dando origem a vigas de alma cheia ou vigas de caixão). Independentemente da sua tipologia, estruturalmente podem ser contínuos ou ponta a ponta. variáveis, ou ser vigas contínuas com vários apoios intermédios ou simplesmente apoiadas.
Após a Segunda Guerra Mundial, o desenvolvimento da soldagem e o uso generalizado de chapas laminadas levaram à substituição das vigas triangulares por vigas caixões. Além disso, foram introduzidas lajes ortotrópicas, capazes de suportar cargas concentradas em qualquer ponto do tabuleiro, conforme exigido pelo tráfego automóvel.[14] Dependendo da estrutura da viga, é feita uma distinção entre:.
Pontes de portal
A ponte portal é uma forma estrutural intermediária entre a viga e o arco. Na prática, um arco com orientação simplificada pode ser considerado um arranjo poligonal. Eles podem ser de duas montagens, duas articulações ou três articulações. Um excelente exemplo de ponte pórtico metálico é a Ponte Sfalassa, na Itália. Inaugurado em 1973, tem vão de 360 metros.[26].
Pontes lenticulares
Estruturalmente a meio caminho entre uma viga e um arco, as pontes lenticulares são uma solução rara, que consiste em adotar um arranjo triangular cuja corda superior é um arco segmentar e sua corda inferior é simétrica à corda superior em relação a um plano horizontal. Exemplos famosos desta tipologia são a Ponte Royal Albert de Brunel ou a Ponte Nova sobre o Elba").[27].
Arcos
As primeiras pontes de ferro eram arcos, como a famosa Coalbrookdale Iron Bridge, semelhantes às pontes de pedra. No entanto, não demorou muito para que todas as tipologias utilizadas até hoje fossem desenvolvidas, utilizando treliças ou vigas de alma inteira.[28] Do ponto de vista funcional ou simplesmente estético, os arcos podem ser classificados em função da posição do tabuleiro em relação ao arco (inferior, intermédio, coincidente com a pedra angular ou mesmo acima da pedra angular), mas do ponto de vista estrutural existem dois tipos fundamentais de arcos: aqueles em que o impulso lateral do arco é compensado pelos encontros ou pilares da ponte; e aquelas em que esse impulso é compensado pelo tabuleiro, que trabalha em tensão como a corda inferior de uma viga treliçada. Na verdade, esta segunda configuração, conhecida em inglês como “bowstring”, comporta-se como uma viga reta simplesmente apoiada, e não transmite impulsos horizontais nos encontros.
Dois exemplos notáveis desse tipo de estrutura são a ponte Bayonne em Kill Van Kull (1931; vão de 510 m) e a ponte New River Gorge (1976; vão de 518 m), ambas nos Estados Unidos.
Os arcos metálicos de grandes vãos construídos a partir de elementos triangulados até à primeira metade do século deram lugar a arcos metálicos de menor dimensão e secção fechada (com vãos geralmente entre 100 e 250 m) nos quais se desenvolveram tipologias muito variadas, em que a configuração dos arranques (simples ou abertos em "V" invertido), o número de arcos (um arco único entre dois painéis ou um tabuleiro entre dois arcos), a disposição dos arcos (verticais, ou inclinados para se aproximarem a pedra angular), ou a forma de unir tábuas e arcos (cabos verticais ou cruzados, cabides, treliças...). A cidade de Saragoça em Espanha reúne um conjunto de pontes em arco metálico sobre o rio Ebro de diferentes tipologias e épocas que ilustram esta circunstância.
arcos invertidos
Uma ponte metálica em arco invertido inclui uma corda curva cuja pedra angular está localizada abaixo de suas pernas, como se um arco convencional tivesse sido "invertido" em que a pedra angular está localizada acima das pernas. Estruturalmente, a corda curva trabalha em tração (ao contrário do que acontece num arco convencional, onde funciona em compressão), pelo que tem pontos em comum com pontes suspensas por um lado, e com vigas treliçadas por outro, podendo ser considerada uma solução limite entre ambos os tipos. (engenheiro).) Guadalquivir.[29].
Pontes estaiadas
A ideia de utilizar cabos para reforçar vigas treliçadas (como a treliça Whipple) ou a treliça Howe)[30] ou pontes suspensas (como no caso da Ponte de Brooklyn, onde se podem ver tirantes esticados a partir das torres que complementam os cabides de suspensão), já tinha sido utilizada no século XIX, mas só adquiriu desenvolvimento próprio em meados do século XIX.
Estruturalmente, uma ponte estaiada combina uma série de cabos inclinados esticados de uma ou mais torres até um tabuleiro,[15] em que a inclinação dos esteios converte parte do peso do tabuleiro num efeito de compressão. Este efeito de compressão as diferencia funcionalmente das pontes suspensas, nas quais o tabuleiro é suspenso verticalmente no cabo principal. A utilização de concreto nas torres e principalmente nos tabuleiros, por vezes faz com que sejam consideradas estruturas mistas.
Tal como no caso dos arcos, trata-se de uma tipologia extraordinariamente versátil do ponto de vista estético, tendo de facto sido desenvolvidas inúmeras configurações que brincam com o número de cabos (traços individuais ou em feixes), com a sua disposição (em cada lado do tabuleiro ou apenas no seu centro), com a forma de os distribuir (numa harpa quando são paralelos; num leque quando convergem para um ponto da torre; ou numa estrela quando convergem para um ponto do tabuleiro), e especialmente com a configuração das torres (em “H”, em “delta”, monolíticas, verticais, inclinadas...).
A secção transversal do tabuleiro é condicionada pela posição dos tirantes,[31] de modo que em pontes com tirantes no eixo é normalmente prevista uma caixa de duas células com consolas laterais, enquanto com os tirantes dispostos lateralmente é normalmente utilizada uma única caixa reforçada internamente.
Entre as inúmeras criações deste tipo de estruturas, podem ser citados dois exemplos arquetípicos construídos em Espanha: a Ponte Ingeniero Carlos Fernández Casado (1983; vão máximo de 440 m) sobre a albufeira de Barrios de Luna, desenhada por Carlos Fernández Casado; e a Puente del Alamillo (1992; vão de 250 m); desenhado por Santiago Calatrava.
Pontes suspensas
Uma ponte pênsil caracteriza-se pelo fato de o tabuleiro apenas transmitir cargas verticais (através de uma série de suspensores) aos elementos de suporte, que historicamente começaram como cordas, depois correntes, posteriormente barras articuladas e, finalmente, cabos de aço. A principal virtude das pontes suspensas é ao mesmo tempo o seu principal problema: a sua leveza.[32] O tabuleiro está associado à viga de rigidez, cuja estrutura é geralmente uma treliça metálica, embora também sejam projetadas pontes suspensas cujo tabuleiro é uma viga caixão metálica.
Além do tabuleiro, um elemento de grande importância são as torres que sustentam os cabos, que nas primeiras pequenas pontes eram de madeira. No entanto, o aumento dos vãos e das cargas que eles acarretam fez com que estes tivessem que ser substituídos primeiro por estruturas de alvenaria ou cantaria (como os pilares de inspiração egípcia da Ponte Suspensa de Clifton, em Bristol, ou os arcos pontiagudos de blocos de granito da Ponte de Brooklyn) e depois por armações metálicas, embora em alguns casos estas últimas fossem revestidas com pedra ou tijolo para lhes dar um aspecto mais arquitectónico. No entanto, esta tendência foi abandonada ao longo do século (a ponte George Washington em Nova Iorque é um bom exemplo disto), e todas as grandes pontes suspensas subsequentes deixaram a estrutura das suas torres de aço ou por vezes de betão expostas.
Tendo em conta a sua configuração geral, praticamente todas as grandes pontes suspensas modernas têm a mesma configuração: dois cabos de sustentação que atravessam o vão central e os dois vãos acompanhantes, que passam pelo coroamento das torres e geralmente terminam em duas massas de ancoragem laterais. No entanto, a partir de meados do século e no início do século foram construídas algumas pontes suspensas com vários vãos (como a ponte Robinet sobre o rio Ródano em 1847)[32] e em 1990 foi inaugurada a ponte Konohana), uma ponte pênsil excepcional com um vão principal de 300 m dotada de um único cabo de suporte.[32]
Pontes móveis
As pontes móveis são casos especiais de algumas das tipologias anteriores. Em geral, tendem a ser vigas de considerável rigidez para permitir suportar as forças geradas pelos movimentos de rotação, inclinação ou deslocamento vertical a que estão submetidas. É por esta razão que geralmente são pontes de aço, embora algumas tenham sido construídas com alumínio, como a já mencionada Hendon Dock Bridge") em Sunderland.[20].
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[6] ↑ a b c d Fernández Troyano, 2004, p. 203 T-I.
[7] ↑ Fernández Troyano, 2004, p. 204 T-I.
[8] ↑ Serna García-Conde, 2006, p. 63.
[9] ↑ Beaumont, Martin (2015). Sir John Hawkshaw 1811–1891. The Lancashire & Yorkshire Railway Society www.lyrs.org.uk. pp. 108-111. ISBN 978-0-9559467-7-6.
pontes de ferro forjado, material com maior resistência à tração e à flexão sem fissuras, substituíram as pontes de ferro fundido, superando os problemas causados pela fragilidade desse material. O colapso de diversas estruturas no Reino Unido, como no caso do desastre da Ponte Tay em 1879, fez com que se evitasse o uso de ferro fundido em pontes ferroviárias, que seria substituído por ferro forjado. As primeiras grandes estruturas construídas com este material foram a ponte ferroviária de Conwy (1849; vão de 125 m) e a ponte Britannia (1850; vãos de 70+2x142+70 m), duas vigas em caixa projetadas por Robert Stephenson que cruzam o Estreito de Menai. Sua nova configuração é considerada um dos projetos mais inovadores de todos os tempos, tornando-se as primeiras grandes pontes em viga e caixão da história, e as primeiras estruturas a usar sistematicamente ferro forjado.
A transição do ferro fundido para o ferro forjado representou uma mudança radical na forma como as pontes metálicas eram até então concebidas. As peças fundidas eram produzidas por moldagem, de modo que suas seções eram geralmente sólidas, mais adequadas para trabalhar em compressão (como os silhares de uma ponte de pedra) do que em flexão. Contudo, o ferro forjado, para adquirir as suas propriedades mecânicas, necessitava de ser laminado ou extrudido e repetidamente martelado, para o que o mais simples era fabricá-lo dando-lhe a forma de placas relativamente finas, que pudessem ser dobradas longitudinalmente para produzir barras com perfis simples, adequados para suportar esforços de tração, compressão e flexão com igual eficácia. Desta forma, a disponibilidade de chapas de ferro levou ao aparecimento da tipologia caixão, enquanto a utilização de perfis em forma de barras compridas esteve na origem dos arcos treliçados e das vigas triangulares, esta última tipologia que se tornou omnipresente durante a segunda metade do século e as primeiras décadas do século devido à sua simplicidade de cálculo, facilidade de construção e custo reduzido em comparação com outras soluções.
O ferro forjado permitiu o desenvolvimento de grandes estruturas triangulares, com exemplos notáveis como a Ponte Royal Albert (1859; dois arcos de 135 m de vão) de Isambard Kingdom Brunel sobre o estuário do rio Tamar,[8] e as inúmeras obras projetadas pelo francês Gustave Eiffel, projetista do Viaduto Garabit (1886; arco treliçado de 165 m de vão) e da Ponte Dom Luís I (1886; uma arco treliçado com 174 m) no Porto juntamente com o seu sócio Théophile Seyrig. Outra obra única de ferro forjado, embora projetada para cargas mais leves que as da ferrovia, foi a ponte suspensa de Clifton (1864; vão central de 214 m de vão) em Bristol, uma ponte suspensa por corrente projetada com base em uma proposta de Brunel.[9].
Porém, a ideia das vigas triangulares teve origem nos Estados Unidos. Com base nos projetos de pontes de madeira, material abundante e acessível e amplamente utilizado na América do Norte, foram patenteados diferentes sistemas de treliças de ferro forjado adequados para a passagem de ferrovias (Town, 1820; Howe, 1840; Pratt, 1844; ou Whipple, 1847)[10] que competiam entre si para obter a maior leveza e resistência possíveis. Estes primeiros desenhos, que ainda combinavam barras de aço e madeira, foram rapidamente assimilados na Europa, onde a escassez de madeira e a disponibilidade de ferro fizeram com que desde o início as treliças se tornassem completamente metálicas. A Europa seria precisamente a origem da viga Warren, o culminar do processo que tendia a simplificar a geometria dos diferentes tipos de vigas triangulares.[11].
Pontes de aço representaram um importante novo salto tecnológico, provocado pelo desenvolvimento dos conversores metalúrgicos (Bessemer e Thomas) e, principalmente, do forno Martin-Siemens, que permitiu a disponibilidade de aços de qualidade cada vez melhor e em grandes quantidades a partir das duas últimas décadas do século. Embora já tivesse sido usada isoladamente (como na Ponte das Correntes de Viena, projetada em 1828 por Ignaz von Mitis), quase meio século teve que esperar até que em 1874 a ponte St. Louis, no Missouri, sobre o rio Mississippi, fosse construída usando aço de forma generalizada. Projetada pelo engenheiro americano James Buchanan Eads, é composta por três arcos treliçados (152+157+152 m de vão), e é considerada a primeira grande ponte metálica, na qual também foram introduzidos numerosos procedimentos construtivos inovadores, como a execução dos arcos por sucessivos balanços sem a necessidade de cimbres (apoiando-os provisoriamente em pilares e pilares).[12] Curiosamente, mais de uma década depois, Eiffel ainda está lá. Ele construiu o viaduto Garabit em 1886 com ferro acolchoado, preferindo um material que conhecia e dominava, em vez de arriscar confiar no aço. No entanto, a introdução do aço como substituto do ferro forjado já era imparável, e as duas maiores pontes do final do século foram construídas com este material: a Brooklyn Bridge (1883; 1825 m e vão principal de 486 m) sobre o East River, em Nova Iorque, um modelo icónico de ponte pênsil desenhada por John Augustus Roebling; e a Forth Bridge, na Escócia, (1890; 210+521+521+210 m de vão) atribuída a John Fowler entre outros, uma enorme ponte de mísulas com uma figura invulgar que significou duplicar (chegando a 500 m) o vão máximo deste tipo de estruturas (até então, pertencente à Ponte Sukkur sobre um braço do rio Indo no Paquistão, com 250 m de vão). luz).[13].
O surgimento de técnicas de fabricação de aço de alto desempenho fez com que as pontes treliçadas metálicas se multiplicassem paralelamente ao desenvolvimento da rede ferroviária. A época de ouro deste tipo de estruturas durou até à Primeira Guerra Mundial, apesar do aparecimento em França, em 1898, de um formidável material concorrente, o betão armado (posteriormente protendido), que algumas décadas mais tarde conseguiria substituir quase completamente o aço nas pontes de pequenos vãos, graças à sua versatilidade e menores exigências de manutenção. Contudo, nas pontes de grandes vãos, as estruturas metálicas mantiveram ao longo do século a primazia que mantiveram nas primeiras décadas do século. Tendo o aço como protagonista, foram construídos grandes arcos treliçados (como a Hell Gate Bridge (1916; 298 m de vão) em Nova York, ou a Sydney Harbour Bridge (1932; 503 m de vão)), e especialmente uma série de espetaculares pontes suspensas de vãos cada vez maiores que seguiram o caminho iniciado pela Brooklyn Bridge, entre as quais podemos citar a Golden Gate Bridge em São Francisco (Califórnia) "San Francisco (Califórnia)") (1937; vão 1280m); a ponte Verrazano-Narrows em Nova York (1964; vão de 1.298 m); a ponte Humber entre o País de Gales e a Inglaterra (1981; vão de 1.410 m); ou aquela com maior vão até o momento, a Grande Ponte Akashi Kaikyō inaugurada no Japão em 1998, que atinge 1991 m de vão.[14].
Merecem destaque especial as pontes estaiadas, cujo primeiro exemplo moderno é a Ponte Strömsund), construída na Suécia em 1955 com vão máximo de 183 m. Esta tipologia, que pode ser considerada a meio caminho entre estruturas metálicas e mistas devido ao uso considerável de concreto, desenvolveu-se extraordinariamente na segunda metade do século, com realizações como a Ponte da Normandia (1995; vão máximo de 856 m), a Ponte Grande Tatara (1999; vão máximo de 890 m), a ponte Río-Antirio (2004; vão máximo de 560 m e comprimento total de 2.883 m) ou a espetacular Millau ponte. As pontes estaiadas têm demonstrado grande versatilidade, encontrando aplicações em vãos entre 100 e 1000 m de comprimento, tornando-as competitivas com outros tipos de estruturas graças à esbeltez dos seus tabuleiros. cuja rigidez contribui para aumentar a sua eficiência estrutural.[15].
Materiais
Contenido
A lo largo del desarrollo de los puentes metálicos, se han empleado fundamentalmente tres tipos de materiales siderúrgicos en tres períodos sucesivos. Así mismo, de forma excepcional se han utilizado otros metales, como el aluminio:.
Fundição de ferro
Ferro fundido é uma liga de ferro e carbono (em percentuais superiores a 2%), que normalmente contém outras impurezas, como fósforo, silício e enxofre (que tendem a tornar o metal mais quebradiço), além de inclusões de escória "Glut (metalurgia)") (que o tornam quebradiço). Este material começou a ser produzido em grandes quantidades graças ao desenvolvimento, no início do século, por Abraham Darby I, de altos-fornos alimentados com hulha transformada em coque. Devido ao seu elevado teor de carbono, o ferro fundido é fundido a temperaturas não muito elevadas (cerca de 750 °C), circunstância que torna relativamente fácil a sua liquefação em fornos baixos para ser vazado em moldes, com os quais podem ser fabricadas grandes peças sólidas com a geometria desejada. Isto resultou na construção da primeira ponte de ferro fundido no final do século, a famosa Coalbrookdale Iron Bridge, em que algumas das suas peças fundidas medem mais de 15 metros.
Apesar de serem muito mais resistentes à compressão que os silhares de pedra ou os pilares de madeira (o que tornava o ferro fundido um material adequado para a construção de arcos semelhantes aos de pedra, onde praticamente não se gera tração), as peças fundidas podiam apresentar defeitos internos (como bolhas ou grandes inclusões de escória), capazes de reduzir significativamente a sua capacidade de carga. Além disso, eram difíceis de unir (utilizavam-se olhais moldados ao mesmo tempo que as peças e pinos para os ligar), e o seu comportamento frágil tornava problemática a sua utilização nas grandes vigas exigidas pelas pontes ferroviárias, pelo que tendiam a ser reforçados com pedaços de ferro forjado, um material muito mais dúctil que acabaria por substituir completamente o ferro fundido em meados do século.
ferro forjado
O ferro forjado difere do ferro fundido fundamentalmente na sua composição química e propriedades mecânicas, visto que é um material com baixíssimo teor de carbono, muito mais dúctil e capaz de resistir à flexão e deformação antes de quebrar. Para que o ferro gusa adquira essas propriedades, ele deve ser refinado em forno reverberatório para eliminar seu teor de carbono e a maior parte dos elementos fragilizantes como fósforo, enxofre e silício, e submeter o material resultante a um posterior processo mecânico de laminação e martelamento, com o qual foi possível reduzir a proporção de inclusões de escória e ao mesmo tempo dar-lhes um arranjo fibrilar, que foi utilizado para aumentar a flexibilidade dos perfis em forma de barra. O processo industrial para obtenção do ferro forjado era denominado pudim. Totalmente desenvolvido em meados do século, consistia no tratamento do ferro-gusa em um forno reverberatório, agitando vigorosamente manualmente o ferro fundido para garantir que o oxigênio do ar queimasse a maior parte do carbono e das impurezas dissolvidas no metal. Quando o teor de carbono foi reduzido o suficiente (para atingir 0,01%),[16] o ponto de fusão do material aumentou localmente e lentes sólidas de ferro foram formadas no banho de metal fundido e escória, que foram removidas do forno para serem submetidas primeiro ao cinging para remover a maior parte da escória e depois a um processo de laminação e forjamento.
Este material tornou-se o mais utilizado em pontes metálicas durante a segunda metade do século, começando com a Ponte Britannia em 1849 e culminando com as grandes conquistas de Gustave Eiffel (como o Viaduto Garabit de 1886), quando deu lugar definitivamente ao aço a partir do início do século. O processo de laminação e a padronização de produtos e perfis laminados levaram ao surgimento de tipologias trianguladas, que continuariam a ser amplamente utilizadas até meados do século.[17].
O método utilizado para unir as peças de ferro forjado era o travamento, sistema que proporcionava juntas rígidas de alta resistência.
Aços
Os aços atualmente utilizados para construções são ligas de ferro-carbono com baixa proporção de carbono (entre 0,2% e 2%), com outros metais adicionados para melhorar certas características mecânicas.[18] Têm a sua origem no desenvolvimento dos conversores (especialmente Bessemer e Martin-Siemens) durante a segunda metade do século, e no constante aperfeiçoamento das técnicas de refinação durante a primeira metade do século, que permitiram a comercialização de aços com características mecânicas cada vez melhores.
Por razões estéticas ou de segurança, por vezes podem ser encontrados outros tipos de aço, como o aço Corten ou o aço inoxidável.
Em geral, os aços utilizados na construção de pontes apresentam as seguintes características:[19].
Por razões de segurança, o aço nas estruturas é calculado para trabalhar bem abaixo do seu limite elástico. Os fenômenos de fadiga limitam as tensões admissíveis a aproximadamente metade deste limite, ou seja, 120 MPa "Pascal (unidade)") para aço macio comum e 180 MPa para aço de alta resistência. É este limite de fadiga que serve de referência no cálculo de estruturas.
Outras características também podem estar envolvidas: temperatura, resistência à corrosão por estresse mecânico") ou resistência em ambiente salino.
O sistema mais comum para união de peças de aço atualmente é a soldagem eletrogênica.
Alumínio
Foram projetadas algumas pontes móveis de alumínio, nas quais a leveza do material permite reduzir o custo do maquinário que deve operar a abertura da ponte. Um exemplo bem conhecido é a Hendon Dock Bridge em Sunderland (Inglaterra). Com vão de 27 metros, foi construído em 1948 e funcionou por 28 anos. É uma solução que não se generalizou, devido aos problemas de manutenção deste tipo de estruturas.[20].
Sistemas de união de peças metálicas
Los procesos de ensamblaje de piezas de acero son la unión mediante pernos, el remachado, el atornillado y la soldadura. Hoy en día todos los puentes metálicos son soldados, y los remaches dejaron de utilizarse hace mucho tiempo. En cuanto a los tornillos, todavía se utilizan para puentes provisionales, que traídos en partes separadas, se pueden montar mediante atornillado muy rápidamente.
União por parafusos
Dois tipos de juntas com barras lisas passaram a ser utilizadas nas fundições: juntas articuladas através da inserção de um pino perpendicular aos eixos das peças em um par de alças (uma por peça); ou juntas de topo de duas peças, costurando vários pares de alças com alfinetes paralelos ao eixo. Este sistema continuou a ser usado na América até o início do século, mas o colapso da primeira ponte de Quebec em 1907 certamente fez com que ele deixasse de ser usado.[13] Hoje ainda é usado em alguns tipos de juntas articuladas.
junta aparafusada
Os parafusos atuam rebitando uma de suas extremidades a quente para travar um par de elementos planos entre suas duas cabeças. Além disso, quando aplicados a quente, quando esfriam, a compressão resultante fortalece a ligação. Foi o sistema mais utilizado até a década de 1920, quando foram totalmente substituídos pelos sistemas de soldagem elétrica. Por exemplo, na Ponte Forth, todas as juntas são aparafusadas.[21].
As juntas rebitadas eram o tipo de conexão mais comum antes da soldagem se espalhar. As pontes retas de treliça do século e do início do século foram rebitadas. A foto ao lado mostra um detalhe da montagem clássica dessas treliças utilizando ripas. Os montantes verticais e horizontais são constituídos por perfis angulares e placas planas rebitadas entre si. Os montantes inclinados são feitos de barras em forma de U. Na junção de cada conjunto são acrescentadas placas, chamadas de cantoneiras e tampas de juntas, para dar rigidez aos nós da estrutura.
Os parafusos roscados são ajustados a frio. Inicialmente eram utilizados principalmente para fazer montagens temporárias ou para substituir rebites em certos casos especiais em que apresentavam mau funcionamento. Possuem uma cabeça roscada "Rosca (mecânica)") na qual se encaixa uma porca que é aparafusada por meio de torquímetros que permitem ajustar o torque de aperto aplicado. Parafusos protendidos de alta resistência unem as peças graças à compressão introduzida e ao atrito induzido, enquanto em parafusos e pernos a resistência à tração e ao cisalhamento da espiga é confiada.[22].
junta soldada
A soldagem garante a montagem nas juntas ou planos de contato dos elementos a serem montados, gerando cordões de aço que proporcionam continuidade mecânica aos elementos interligados. Para tanto, são utilizadas hastes de aço revestidas chamadas eletrodos, que derretem sob a altíssima temperatura de um arco elétrico.
A foto à direita mostra a típica montagem moderna entre peças metálicas. Estas são duas vigas de alma completa soldadas. A viga transversal, chamada de “peça de ponte” ou “espaçador”, é soldada à peça longitudinal, chamada de longarina (cuja alma pode ser vista plana na parte inferior da foto). Observe também a presença de um reforço vertical, que garante a indeformabilidade do conjunto. Este reforço é terminado na sua base por um reforço.
Um aspecto fundamental na soldabilidade do aço é a sua composição química, de modo que a presença de impurezas como o fósforo acima de certos limites mínimos torna extremamente difícil a união eficaz entre as peças. Esta circunstância significa que muitas estruturas metálicas antigas (antes da década de 1950) não podem ser reparadas por soldadura, devendo ser utilizadas juntas aparafusadas.
A tecnologia de juntas soldadas, que já era estudada desde a década de 1920, teve suas primeiras realizações na década de 1930, mas não seria completamente dominada até a Segunda Guerra Mundial na Alemanha, onde atingiu sua maturidade no pós-guerra, quando foi sistematicamente utilizada na reconstrução da infraestrutura do país.[22].
Planilhas e perfis
Dependendo de suas dimensões, as chapas de aço recebem os seguintes nomes comerciais:[23].
vigas metálicas
Las vigas metálicas tienen generalmente el perfil de una (también conocida como doble T, aunque también se fabrican con perfiles en U, en L o incluso en perfiles rectangulares cerrados.
Se distingue entre vigas de alma llena y vigas de celosía.
Feixes de teia completos
Vigas de alma completas são essencialmente compostas por uma ou mais partes verticais que formam a web&action=edit&redlink=1 "Teia (viga) (ainda não desenhada)") e partes horizontais chamadas flanges, dispostas em ambos os lados da alma. Podem ser conformados a quente por laminação (com perfis de dimensões padronizadas), ou produzidos a frio por montagem de placas planas soldadas (ou no passado, por perfis angulares rebitados). As asas constituem o que chamamos de cordas da viga (a corda superior e a corda inferior).
Treliças
As vigas treliçadas, também chamadas de vigas triangulares, são constituídas por cordas ligadas por barras (verticais ou inclinadas, em vez de uma alma completa), com as quais formam um todo triangular. Estas barras estão dispostas de forma diferente dependendo do sistema de triangulação adotado.
Os sistemas comumente usados são:
Tipos de pontes metálicas
Pontes de vigas retas
As vigas de menor vão costumam ter seção em "T", mudam para o tipo "duplo T" (alargando o banzo inferior) à medida que o vão aumenta, e para vãos muito maiores ou a alma é aligeirada (o que dá origem a vigas treliçadas) ou a eficiência resistente da seção é aumentada ao máximo (dando origem a vigas de alma cheia ou vigas de caixão). Independentemente da sua tipologia, estruturalmente podem ser contínuos ou ponta a ponta. variáveis, ou ser vigas contínuas com vários apoios intermédios ou simplesmente apoiadas.
Após a Segunda Guerra Mundial, o desenvolvimento da soldagem e o uso generalizado de chapas laminadas levaram à substituição das vigas triangulares por vigas caixões. Além disso, foram introduzidas lajes ortotrópicas, capazes de suportar cargas concentradas em qualquer ponto do tabuleiro, conforme exigido pelo tráfego automóvel.[14] Dependendo da estrutura da viga, é feita uma distinção entre:.
Pontes de portal
A ponte portal é uma forma estrutural intermediária entre a viga e o arco. Na prática, um arco com orientação simplificada pode ser considerado um arranjo poligonal. Eles podem ser de duas montagens, duas articulações ou três articulações. Um excelente exemplo de ponte pórtico metálico é a Ponte Sfalassa, na Itália. Inaugurado em 1973, tem vão de 360 metros.[26].
Pontes lenticulares
Estruturalmente a meio caminho entre uma viga e um arco, as pontes lenticulares são uma solução rara, que consiste em adotar um arranjo triangular cuja corda superior é um arco segmentar e sua corda inferior é simétrica à corda superior em relação a um plano horizontal. Exemplos famosos desta tipologia são a Ponte Royal Albert de Brunel ou a Ponte Nova sobre o Elba").[27].
Arcos
As primeiras pontes de ferro eram arcos, como a famosa Coalbrookdale Iron Bridge, semelhantes às pontes de pedra. No entanto, não demorou muito para que todas as tipologias utilizadas até hoje fossem desenvolvidas, utilizando treliças ou vigas de alma inteira.[28] Do ponto de vista funcional ou simplesmente estético, os arcos podem ser classificados em função da posição do tabuleiro em relação ao arco (inferior, intermédio, coincidente com a pedra angular ou mesmo acima da pedra angular), mas do ponto de vista estrutural existem dois tipos fundamentais de arcos: aqueles em que o impulso lateral do arco é compensado pelos encontros ou pilares da ponte; e aquelas em que esse impulso é compensado pelo tabuleiro, que trabalha em tensão como a corda inferior de uma viga treliçada. Na verdade, esta segunda configuração, conhecida em inglês como “bowstring”, comporta-se como uma viga reta simplesmente apoiada, e não transmite impulsos horizontais nos encontros.
Dois exemplos notáveis desse tipo de estrutura são a ponte Bayonne em Kill Van Kull (1931; vão de 510 m) e a ponte New River Gorge (1976; vão de 518 m), ambas nos Estados Unidos.
Os arcos metálicos de grandes vãos construídos a partir de elementos triangulados até à primeira metade do século deram lugar a arcos metálicos de menor dimensão e secção fechada (com vãos geralmente entre 100 e 250 m) nos quais se desenvolveram tipologias muito variadas, em que a configuração dos arranques (simples ou abertos em "V" invertido), o número de arcos (um arco único entre dois painéis ou um tabuleiro entre dois arcos), a disposição dos arcos (verticais, ou inclinados para se aproximarem a pedra angular), ou a forma de unir tábuas e arcos (cabos verticais ou cruzados, cabides, treliças...). A cidade de Saragoça em Espanha reúne um conjunto de pontes em arco metálico sobre o rio Ebro de diferentes tipologias e épocas que ilustram esta circunstância.
arcos invertidos
Uma ponte metálica em arco invertido inclui uma corda curva cuja pedra angular está localizada abaixo de suas pernas, como se um arco convencional tivesse sido "invertido" em que a pedra angular está localizada acima das pernas. Estruturalmente, a corda curva trabalha em tração (ao contrário do que acontece num arco convencional, onde funciona em compressão), pelo que tem pontos em comum com pontes suspensas por um lado, e com vigas treliçadas por outro, podendo ser considerada uma solução limite entre ambos os tipos. (engenheiro).) Guadalquivir.[29].
Pontes estaiadas
A ideia de utilizar cabos para reforçar vigas treliçadas (como a treliça Whipple) ou a treliça Howe)[30] ou pontes suspensas (como no caso da Ponte de Brooklyn, onde se podem ver tirantes esticados a partir das torres que complementam os cabides de suspensão), já tinha sido utilizada no século XIX, mas só adquiriu desenvolvimento próprio em meados do século XIX.
Estruturalmente, uma ponte estaiada combina uma série de cabos inclinados esticados de uma ou mais torres até um tabuleiro,[15] em que a inclinação dos esteios converte parte do peso do tabuleiro num efeito de compressão. Este efeito de compressão as diferencia funcionalmente das pontes suspensas, nas quais o tabuleiro é suspenso verticalmente no cabo principal. A utilização de concreto nas torres e principalmente nos tabuleiros, por vezes faz com que sejam consideradas estruturas mistas.
Tal como no caso dos arcos, trata-se de uma tipologia extraordinariamente versátil do ponto de vista estético, tendo de facto sido desenvolvidas inúmeras configurações que brincam com o número de cabos (traços individuais ou em feixes), com a sua disposição (em cada lado do tabuleiro ou apenas no seu centro), com a forma de os distribuir (numa harpa quando são paralelos; num leque quando convergem para um ponto da torre; ou numa estrela quando convergem para um ponto do tabuleiro), e especialmente com a configuração das torres (em “H”, em “delta”, monolíticas, verticais, inclinadas...).
A secção transversal do tabuleiro é condicionada pela posição dos tirantes,[31] de modo que em pontes com tirantes no eixo é normalmente prevista uma caixa de duas células com consolas laterais, enquanto com os tirantes dispostos lateralmente é normalmente utilizada uma única caixa reforçada internamente.
Entre as inúmeras criações deste tipo de estruturas, podem ser citados dois exemplos arquetípicos construídos em Espanha: a Ponte Ingeniero Carlos Fernández Casado (1983; vão máximo de 440 m) sobre a albufeira de Barrios de Luna, desenhada por Carlos Fernández Casado; e a Puente del Alamillo (1992; vão de 250 m); desenhado por Santiago Calatrava.
Pontes suspensas
Uma ponte pênsil caracteriza-se pelo fato de o tabuleiro apenas transmitir cargas verticais (através de uma série de suspensores) aos elementos de suporte, que historicamente começaram como cordas, depois correntes, posteriormente barras articuladas e, finalmente, cabos de aço. A principal virtude das pontes suspensas é ao mesmo tempo o seu principal problema: a sua leveza.[32] O tabuleiro está associado à viga de rigidez, cuja estrutura é geralmente uma treliça metálica, embora também sejam projetadas pontes suspensas cujo tabuleiro é uma viga caixão metálica.
Além do tabuleiro, um elemento de grande importância são as torres que sustentam os cabos, que nas primeiras pequenas pontes eram de madeira. No entanto, o aumento dos vãos e das cargas que eles acarretam fez com que estes tivessem que ser substituídos primeiro por estruturas de alvenaria ou cantaria (como os pilares de inspiração egípcia da Ponte Suspensa de Clifton, em Bristol, ou os arcos pontiagudos de blocos de granito da Ponte de Brooklyn) e depois por armações metálicas, embora em alguns casos estas últimas fossem revestidas com pedra ou tijolo para lhes dar um aspecto mais arquitectónico. No entanto, esta tendência foi abandonada ao longo do século (a ponte George Washington em Nova Iorque é um bom exemplo disto), e todas as grandes pontes suspensas subsequentes deixaram a estrutura das suas torres de aço ou por vezes de betão expostas.
Tendo em conta a sua configuração geral, praticamente todas as grandes pontes suspensas modernas têm a mesma configuração: dois cabos de sustentação que atravessam o vão central e os dois vãos acompanhantes, que passam pelo coroamento das torres e geralmente terminam em duas massas de ancoragem laterais. No entanto, a partir de meados do século e no início do século foram construídas algumas pontes suspensas com vários vãos (como a ponte Robinet sobre o rio Ródano em 1847)[32] e em 1990 foi inaugurada a ponte Konohana), uma ponte pênsil excepcional com um vão principal de 300 m dotada de um único cabo de suporte.[32]
Pontes móveis
As pontes móveis são casos especiais de algumas das tipologias anteriores. Em geral, tendem a ser vigas de considerável rigidez para permitir suportar as forças geradas pelos movimentos de rotação, inclinação ou deslocamento vertical a que estão submetidas. É por esta razão que geralmente são pontes de aço, embora algumas tenham sido construídas com alumínio, como a já mencionada Hendon Dock Bridge") em Sunderland.[20].
Encontre mais "Construção de Pontes Metálicas" nos seguintes países:
[6] ↑ a b c d Fernández Troyano, 2004, p. 203 T-I.
[7] ↑ Fernández Troyano, 2004, p. 204 T-I.
[8] ↑ Serna García-Conde, 2006, p. 63.
[9] ↑ Beaumont, Martin (2015). Sir John Hawkshaw 1811–1891. The Lancashire & Yorkshire Railway Society www.lyrs.org.uk. pp. 108-111. ISBN 978-0-9559467-7-6.