Partes de uma ponte

No seu aspecto técnico, a engenharia de uma ponte tradicional diferencia, além das fundações, duas partes essenciais: a superestrutura e a infraestrutura, e nelas podem ser decompostos os seguintes componentes básicos:

Quanto à estrutura arquitetónica, numa ponte é possível distinguir:

Análise e projeto

Ao contrário dos edifícios, cujo projeto é dirigido por arquitetos, as pontes são geralmente projetadas por engenheiros. Isso se deve à importância dos requisitos de engenharia, ou seja, ultrapassar o obstáculo e ter a durabilidade necessária para resistir, com manutenção mínima, em um ambiente externo agressivo.[9]​ As pontes são analisadas primeiro; São calculadas as distribuições do momento fletor e da força cortante devido às cargas aplicadas. Para isso, o método dos elementos finitos é o mais popular. A análise pode ser unidimensional, bidimensional ou tridimensional. Para a maioria das pontes, um modelo bidimensional de placas (geralmente com vigas de reforço) ou um modelo de elementos finitos de baixo para cima é suficiente.[10] Uma vez concluída a análise, a ponte é projetada para resistir aos momentos fletores e às forças de cisalhamento aplicados, e são selecionados tamanhos de seção com capacidade suficiente para suportar as tensões. Muitas pontes são construídas com concreto protendido, que apresenta boas propriedades de durabilidade, seja por protensão das vigas antes da instalação ou pós-tensionamento in situ.

Na maioria dos países, as pontes, como outras estruturas, são projetadas de acordo com os princípios do Load and Resistance Factor Design (LRFD). Em termos simples, isto significa que a carga é fatorada por um fator maior que a unidade, enquanto a resistência ou capacidade da estrutura é multiplicada por um fator menor que a unidade. O efeito da carga fatorada (tensão, momento fletor) deve ser menor que a resistência fatorada a esse efeito. Ambos os fatores levam em conta a incerteza e são maiores quando esta é maior.

Eficiência

A eficiência estrutural de uma ponte pode ser considerada como a relação (quociente) entre a carga que a ponte pode suportar e o peso da própria ponte, dado um determinado conjunto de materiais. Num desafio comum, alguns alunos são divididos em grupos e recebem um certo número de varas de madeira, uma distância de construção e cola, e depois são solicitados a construir uma ponte que será testada até à destruição, adicionando carga progressivamente ao seu centro. A ponte que resiste à maior carga é a mais eficiente. Uma medição mais formal deste exercício é pesar a ponte concluída em vez de medir uma quantidade fixa de materiais fornecidos e determinar o múltiplo deste peso que a ponte pode suportar, um teste que enfatiza a economia de materiais e a eficiência das montagens coladas.

A eficiência económica de uma ponte depende da sua localização, do tráfego potencial que pode suportar e da quantidade de poupanças envolvidas na construção da ponte (em vez de, por exemplo, um ferry ou um percurso mais longo) em comparação com o seu custo. Seu custo de vida útil é composto por materiais, mão de obra, máquinas, engenharia, custo do dinheiro, seguros, manutenção, reforma e, por fim, demolição e descarte de seus associados, reciclagem e reposição, menos o valor da sucata e reaproveitamento de seus componentes. As pontes que empregam apenas compressão são relativamente ineficientes estruturalmente, mas podem ser altamente eficientes economicamente quando os materiais necessários estão disponíveis perto da sua localização e o custo da mão-de-obra é baixo. Para pontes de tamanho médio, as pontes contraventadas ou em viga são geralmente as mais económicas, embora em alguns casos a aparência da ponte possa ser mais importante do que a sua relação custo-eficácia. Pontes maiores geralmente devem ser construídas suspensas.

Estética

A maioria das pontes tem uma aparência utilitária, mas em alguns casos, a aparência da ponte pode ser de grande importância.[12] Este é frequentemente o caso de uma grande ponte que serve de entrada para uma cidade ou que atravessa a entrada principal de um porto. Às vezes são conhecidas como pontes de referência. Os projetistas de pontes em parques e ao longo de vias verdes também tendem a dar mais importância à estética. Alguns exemplos são as pontes de pedra da Taconic State Parkway, em Nova York.

Para criar uma bela imagem, algumas pontes são construídas muito mais altas do que o necessário. Este tipo, frequentemente encontrado em jardins de estilo oriental, é chamado de Ponte da Lua, que evoca uma lua cheia crescente. Outras pontes de jardim podem atravessar apenas um leito seco de seixos lavados pelo riacho, com a única intenção de transmitir a impressão de um riacho. Muitas vezes, em palácios, uma ponte é construída sobre um curso de água artificial como símbolo de passagem para um lugar ou estado de espírito importante. Um conjunto de cinco pontes atravessa um canal sinuoso em um importante pátio da Cidade Proibida em Pequim, China. A ponte central foi reservada exclusivamente para uso do Imperador e da Imperatriz, com seus acompanhantes.

Existen cinco tipos principales de puentes: puentes viga, en ménsula, en arco, colgantes y atirantados. El resto son derivados de estos.

Para seu uso

Uma ponte é projetada para ferrovias, tráfego de automóveis ou pedestres, gasodutos ou água, ou para tráfego marítimo. Em alguns casos pode haver restrições ao seu uso. Por exemplo, pode ser uma ponte numa autoestrada e ser proibida para peões e bicicletas, ou uma ponte pedonal, possivelmente também para bicicletas.

A parte inferior das pontes ao redor do mundo é local frequente de graffiti.

Um aqueduto é uma ponte que transporta água. Semelhante a um viaduto, conecta pontos de altura semelhante.

Taxonomia estrutural e evolutiva

As pontes podem ser classificadas pela forma como as quatro forças de tração, compressão, flexão e tensão de cisalhamento são distribuídas por toda a sua estrutura. A maioria das pontes emprega todas as forças principais até certo ponto, mas apenas algumas predominam. A separação de forças pode ser bastante clara. Em uma ponte pênsil, os elementos tensionados têm formas e disposições diferentes. Noutros casos as forças podem estar distribuídas por um grande número de elementos, como num contraventado, ou não muito perceptíveis a olho nu, como numa caixa de vigas. As pontes também podem ser classificadas por sua linhagem.

Pontes decorativas e cerimoniais

Para criar uma bela imagem, algumas pontes são construídas muito mais altas do que o necessário. Este tipo, frequentemente encontrado em jardins de estilo do Leste Asiático, é chamado de “ponte da lua”, evocando a lua cheia nascente.

Outras pontes de jardim podem atravessar apenas um riacho seco de seixos lavados, tentando apenas transmitir a sensação de um riacho real.

Normalmente, nos palácios, uma ponte é construída sobre um riacho artificial de água, simbolicamente como uma passagem para um lugar ou estado de espírito importante. Um conjunto de cinco pontes atravessa um riacho sinuoso em um importante jardim da Cidade Proibida, em Pequim, China. A ponte central foi reservada exclusivamente para uso do imperador, da imperatriz e dos seus servos.

Pontes móveis

Abaixo estão algumas das construções de pontes móveis:.

Falhas de ponte

Numa estatística realizada em 1976, sobre as causas de falhas ou quebras de 143 pontes em todo o mundo, descobriu-se:

Isto mostra que os aspectos hidráulicos são fundamentais nas pontes; Um bom conhecimento destes aspectos tornará a ponte mais segura e barata.[13]​.

Monitoramento da condição da ponte

Existem vários métodos para monitorar a condição de grandes estruturas, como pontes. Hoje, muitas pontes de grande vão são monitoradas rotineiramente com uma série de sensores. Muitos tipos de sensores são usados, como transdutores de deformação, acelerômetros,[14] inclinômetros) e GPS. Os acelerômetros têm a vantagem de serem inerciais, ou seja, não necessitam de ponto de referência para medir. Isto é muitas vezes um problema para medir distâncias ou desvios, especialmente se a ponte estiver sobre a água.

Uma opção para monitoramento da integridade estrutural é o “monitoramento sem contato”, que utiliza o efeito Doppler (desvio Doppler). Um feixe de laser de um vibrômetro laser Doppler é direcionado ao ponto de interesse, e a amplitude e a frequência da vibração são extraídas do deslocamento Doppler da frequência do feixe de laser devido ao movimento da superfície.[15]​ A vantagem deste método é que o tempo de configuração do equipamento é mais rápido e, ao contrário de um acelerômetro, permite que medições sejam feitas em múltiplas estruturas no menor tempo possível. Além disso, este método pode medir pontos específicos em uma ponte que podem ser de difícil acesso. No entanto, os vibrômetros são relativamente caros e têm a desvantagem de ser necessário um ponto de referência para medir.

Para auxiliar na inspeção da ponte, instantâneos do estado externo da ponte podem ser registrados usando lidar,[16]​ que pode fornecer medições da geometria da ponte (para facilitar a construção de um modelo de computador), mas a precisão é muitas vezes insuficiente para medir as deflexões da ponte sob carga.

Embora as pontes modernas maiores sejam rotineiramente monitoradas eletronicamente, as pontes menores são normalmente inspecionadas visualmente por inspetores treinados. Há grande interesse de pesquisa no desafio colocado pelas pontes menores, uma vez que muitas vezes estão localizadas em locais remotos e não possuem energia elétrica no local. Possíveis soluções são instalar sensores em um veículo de inspeção especializado e usar suas medições enquanto ele passa sobre a ponte para inferir informações sobre o estado da ponte.[17]​[18]​[19]​ Esses veículos podem ser equipados com acelerômetros, girômetros, vibrômetros laser Doppler[20]​[21]​ e alguns até têm a capacidade de aplicar uma força ressonante à superfície da estrada para excitar dinamicamente a ponte em sua frequência ressonante.

Algunos puentes pueden tener instalaciones especiales, como la torre del puente Nový Most en Bratislava, que contiene un restaurante. En otros puentes suspendidos, pueden instalarse antenas de transmisión. Un puente sobre el Arno en Florencia (Italia) tiene tiendas comerciales a ambos lados.

Un puente puede contener líneas eléctricas, como el puente Storstrøm. Además los puentes también soportan tuberías, líneas de distribución de energía o de agua mediante una carretera o una línea férrea.

Materiais

Vários materiais são utilizados na construção de pontes. Antigamente, utilizava-se principalmente a madeira e mais tarde a pedra. Mais recentemente, foram construídas pontes metálicas, material que lhes confere uma resistência muito maior. Os principais materiais utilizados para a construção de pontes são:

Partes de uma ponte

No seu aspecto técnico, a engenharia de uma ponte tradicional diferencia, além das fundações, duas partes essenciais: a superestrutura e a infraestrutura, e nelas podem ser decompostos os seguintes componentes básicos:

Quanto à estrutura arquitetónica, numa ponte é possível distinguir:

Análise e projeto

Ao contrário dos edifícios, cujo projeto é dirigido por arquitetos, as pontes são geralmente projetadas por engenheiros. Isso se deve à importância dos requisitos de engenharia, ou seja, ultrapassar o obstáculo e ter a durabilidade necessária para resistir, com manutenção mínima, em um ambiente externo agressivo.[9]​ As pontes são analisadas primeiro; São calculadas as distribuições do momento fletor e da força cortante devido às cargas aplicadas. Para isso, o método dos elementos finitos é o mais popular. A análise pode ser unidimensional, bidimensional ou tridimensional. Para a maioria das pontes, um modelo bidimensional de placas (geralmente com vigas de reforço) ou um modelo de elementos finitos de baixo para cima é suficiente.[10] Uma vez concluída a análise, a ponte é projetada para resistir aos momentos fletores e às forças de cisalhamento aplicados, e são selecionados tamanhos de seção com capacidade suficiente para suportar as tensões. Muitas pontes são construídas com concreto protendido, que apresenta boas propriedades de durabilidade, seja por protensão das vigas antes da instalação ou pós-tensionamento in situ.

Na maioria dos países, as pontes, como outras estruturas, são projetadas de acordo com os princípios do Load and Resistance Factor Design (LRFD). Em termos simples, isto significa que a carga é fatorada por um fator maior que a unidade, enquanto a resistência ou capacidade da estrutura é multiplicada por um fator menor que a unidade. O efeito da carga fatorada (tensão, momento fletor) deve ser menor que a resistência fatorada a esse efeito. Ambos os fatores levam em conta a incerteza e são maiores quando esta é maior.

Eficiência

A eficiência estrutural de uma ponte pode ser considerada como a relação (quociente) entre a carga que a ponte pode suportar e o peso da própria ponte, dado um determinado conjunto de materiais. Num desafio comum, alguns alunos são divididos em grupos e recebem um certo número de varas de madeira, uma distância de construção e cola, e depois são solicitados a construir uma ponte que será testada até à destruição, adicionando carga progressivamente ao seu centro. A ponte que resiste à maior carga é a mais eficiente. Uma medição mais formal deste exercício é pesar a ponte concluída em vez de medir uma quantidade fixa de materiais fornecidos e determinar o múltiplo deste peso que a ponte pode suportar, um teste que enfatiza a economia de materiais e a eficiência das montagens coladas.

A eficiência económica de uma ponte depende da sua localização, do tráfego potencial que pode suportar e da quantidade de poupanças envolvidas na construção da ponte (em vez de, por exemplo, um ferry ou um percurso mais longo) em comparação com o seu custo. Seu custo de vida útil é composto por materiais, mão de obra, máquinas, engenharia, custo do dinheiro, seguros, manutenção, reforma e, por fim, demolição e descarte de seus associados, reciclagem e reposição, menos o valor da sucata e reaproveitamento de seus componentes. As pontes que empregam apenas compressão são relativamente ineficientes estruturalmente, mas podem ser altamente eficientes economicamente quando os materiais necessários estão disponíveis perto da sua localização e o custo da mão-de-obra é baixo. Para pontes de tamanho médio, as pontes contraventadas ou em viga são geralmente as mais económicas, embora em alguns casos a aparência da ponte possa ser mais importante do que a sua relação custo-eficácia. Pontes maiores geralmente devem ser construídas suspensas.

Estética

A maioria das pontes tem uma aparência utilitária, mas em alguns casos, a aparência da ponte pode ser de grande importância.[12] Este é frequentemente o caso de uma grande ponte que serve de entrada para uma cidade ou que atravessa a entrada principal de um porto. Às vezes são conhecidas como pontes de referência. Os projetistas de pontes em parques e ao longo de vias verdes também tendem a dar mais importância à estética. Alguns exemplos são as pontes de pedra da Taconic State Parkway, em Nova York.

Para criar uma bela imagem, algumas pontes são construídas muito mais altas do que o necessário. Este tipo, frequentemente encontrado em jardins de estilo oriental, é chamado de Ponte da Lua, que evoca uma lua cheia crescente. Outras pontes de jardim podem atravessar apenas um leito seco de seixos lavados pelo riacho, com a única intenção de transmitir a impressão de um riacho. Muitas vezes, em palácios, uma ponte é construída sobre um curso de água artificial como símbolo de passagem para um lugar ou estado de espírito importante. Um conjunto de cinco pontes atravessa um canal sinuoso em um importante pátio da Cidade Proibida em Pequim, China. A ponte central foi reservada exclusivamente para uso do Imperador e da Imperatriz, com seus acompanhantes.

Existen cinco tipos principales de puentes: puentes viga, en ménsula, en arco, colgantes y atirantados. El resto son derivados de estos.

Para seu uso

Uma ponte é projetada para ferrovias, tráfego de automóveis ou pedestres, gasodutos ou água, ou para tráfego marítimo. Em alguns casos pode haver restrições ao seu uso. Por exemplo, pode ser uma ponte numa autoestrada e ser proibida para peões e bicicletas, ou uma ponte pedonal, possivelmente também para bicicletas.

A parte inferior das pontes ao redor do mundo é local frequente de graffiti.

Um aqueduto é uma ponte que transporta água. Semelhante a um viaduto, conecta pontos de altura semelhante.

Taxonomia estrutural e evolutiva

As pontes podem ser classificadas pela forma como as quatro forças de tração, compressão, flexão e tensão de cisalhamento são distribuídas por toda a sua estrutura. A maioria das pontes emprega todas as forças principais até certo ponto, mas apenas algumas predominam. A separação de forças pode ser bastante clara. Em uma ponte pênsil, os elementos tensionados têm formas e disposições diferentes. Noutros casos as forças podem estar distribuídas por um grande número de elementos, como num contraventado, ou não muito perceptíveis a olho nu, como numa caixa de vigas. As pontes também podem ser classificadas por sua linhagem.

Pontes decorativas e cerimoniais

Para criar uma bela imagem, algumas pontes são construídas muito mais altas do que o necessário. Este tipo, frequentemente encontrado em jardins de estilo do Leste Asiático, é chamado de “ponte da lua”, evocando a lua cheia nascente.

Outras pontes de jardim podem atravessar apenas um riacho seco de seixos lavados, tentando apenas transmitir a sensação de um riacho real.

Normalmente, nos palácios, uma ponte é construída sobre um riacho artificial de água, simbolicamente como uma passagem para um lugar ou estado de espírito importante. Um conjunto de cinco pontes atravessa um riacho sinuoso em um importante jardim da Cidade Proibida, em Pequim, China. A ponte central foi reservada exclusivamente para uso do imperador, da imperatriz e dos seus servos.

Pontes móveis

Abaixo estão algumas das construções de pontes móveis:.

Falhas de ponte

Numa estatística realizada em 1976, sobre as causas de falhas ou quebras de 143 pontes em todo o mundo, descobriu-se:

Isto mostra que os aspectos hidráulicos são fundamentais nas pontes; Um bom conhecimento destes aspectos tornará a ponte mais segura e barata.[13]​.

Monitoramento da condição da ponte

Existem vários métodos para monitorar a condição de grandes estruturas, como pontes. Hoje, muitas pontes de grande vão são monitoradas rotineiramente com uma série de sensores. Muitos tipos de sensores são usados, como transdutores de deformação, acelerômetros,[14] inclinômetros) e GPS. Os acelerômetros têm a vantagem de serem inerciais, ou seja, não necessitam de ponto de referência para medir. Isto é muitas vezes um problema para medir distâncias ou desvios, especialmente se a ponte estiver sobre a água.

Uma opção para monitoramento da integridade estrutural é o “monitoramento sem contato”, que utiliza o efeito Doppler (desvio Doppler). Um feixe de laser de um vibrômetro laser Doppler é direcionado ao ponto de interesse, e a amplitude e a frequência da vibração são extraídas do deslocamento Doppler da frequência do feixe de laser devido ao movimento da superfície.[15]​ A vantagem deste método é que o tempo de configuração do equipamento é mais rápido e, ao contrário de um acelerômetro, permite que medições sejam feitas em múltiplas estruturas no menor tempo possível. Além disso, este método pode medir pontos específicos em uma ponte que podem ser de difícil acesso. No entanto, os vibrômetros são relativamente caros e têm a desvantagem de ser necessário um ponto de referência para medir.

Para auxiliar na inspeção da ponte, instantâneos do estado externo da ponte podem ser registrados usando lidar,[16]​ que pode fornecer medições da geometria da ponte (para facilitar a construção de um modelo de computador), mas a precisão é muitas vezes insuficiente para medir as deflexões da ponte sob carga.

Embora as pontes modernas maiores sejam rotineiramente monitoradas eletronicamente, as pontes menores são normalmente inspecionadas visualmente por inspetores treinados. Há grande interesse de pesquisa no desafio colocado pelas pontes menores, uma vez que muitas vezes estão localizadas em locais remotos e não possuem energia elétrica no local. Possíveis soluções são instalar sensores em um veículo de inspeção especializado e usar suas medições enquanto ele passa sobre a ponte para inferir informações sobre o estado da ponte.[17]​[18]​[19]​ Esses veículos podem ser equipados com acelerômetros, girômetros, vibrômetros laser Doppler[20]​[21]​ e alguns até têm a capacidade de aplicar uma força ressonante à superfície da estrada para excitar dinamicamente a ponte em sua frequência ressonante.

Algunos puentes pueden tener instalaciones especiales, como la torre del puente Nový Most en Bratislava, que contiene un restaurante. En otros puentes suspendidos, pueden instalarse antenas de transmisión. Un puente sobre el Arno en Florencia (Italia) tiene tiendas comerciales a ambos lados.

Un puente puede contener líneas eléctricas, como el puente Storstrøm. Además los puentes también soportan tuberías, líneas de distribución de energía o de agua mediante una carretera o una línea férrea.

Materiais

Vários materiais são utilizados na construção de pontes. Antigamente, utilizava-se principalmente a madeira e mais tarde a pedra. Mais recentemente, foram construídas pontes metálicas, material que lhes confere uma resistência muito maior. Os principais materiais utilizados para a construção de pontes são: