Projeto
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.