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Capítulo 1 Introdução à Engenharia de Pontes 1.1 Definições 1.1.1 Ponte É uma obra destinada a carregar tráfego sobre obstáculos à continuidade de uma via; estes obstáculos podem ser rios, córregos, braços de mar, outras vias de tráfego, vales, ravinas, entre outros. 1.1.2 Viaduto Ponte sobre vales, outras vias, ou obstáculos geralmente não constituídos por água. Fig. 1-1. Viaduto Rodoviário 1.1.3 Pontilhão Ponte de pequeno vão. A fixação dos vãos limites para os pontilhões é bastante subjetiva. Não há, entretanto, qualquer importância na distinção entre pontes e pontilhões, pois ambos estão sujeitos aos mesmos procedimentos de projeto e execução. PONTES — CAPÍTULO 1 12 1.1.4 Passagem superior e passagem inferior Obras destinadas a permitir o cruzamento de duas vias em níveis diferentes, sem interferên- cia de tráfego de uma sobre a outra. Geralmente constituídas por viadutos, podendo também empregar-se obras enterradas. A denominação da passagem é geralmente referida em rela- ção à via de maior importância, uma vez que esta tem menor flexibilidade na modificação de seu greíde. Um viaduto rodoviário sobre uma ferrovia denomina-se passagem superior, já uma obra en- terrada sob uma ferrovia denomina-se passagem inferior. Da mesma forma, no cruzamento de duas rodovias, a denominação de passagem é referida à rodovia mais importante. Assim, um viaduto de uma estrada secundária sobre uma auto-estrada é denominado passagem superior Fig. 1-2. Passagem superior na BR-101/SC. 1.1.5 Obra-de-arte especial Obra-de-arte é como se denomina qualquer obra de uma estrada, tais como pontes, viadu- tos, bueiros, galerias, muros de arrimo, etc. Antigamente, por serem construídas empirica- mente por artistas dotados de muito bom senso e intuição de estática, essas obras eram con- sideradas trabalhos de arte. Obras-de-arte correntes são aquelas empregadas ao longo de toda a estrada, tais como pontilhões, bueiros e arrimos, construídas através de projetos padronizados. Obras-de-arte especiais são aquelas construídas com projetos específicos, elaborados para cada obra em particular, tais como pontes, viadutos, passarelas, etchras destinadas 1.2 A ponte como elemento chave em um sistema de transporte 1.214 A ponte controla a capacidade do sistema Se, por qualquer razão, uma ponte ficar fora de operação, o sistema de transporte será res- tringido em suas funções. O tráfego deverá ser desviado para rotas não projetadas para a- comodar o acréscimo no volume. Tempos de viagem e despesas de combustível serão au- mentados. A normalidade só retorna após o reparo ou a substituição da ponte. Prof. Wilson Gorges 4/3/2005 PONTES - CAPÍTULO 1 14 1.5 A qualidade de uma ponte À qualidade de uma ponte é medida pela sua capacidade de satisfazer os seguintes objeti- vos: Funcionalidade (ponte e obstáculo); Economia; Eficiência estrutural; Estética. Uma ponte faz parte de um sistema de transporte. Seu tabuleiro deve satisfazer os padrões estabelecidos para a via da qual faz parte. Basicamente, esses padrões dizem respeito à se- gurança, velocidade, conforto e capacidade do tráfego, governando características da ponte tais como a seção transversal do tabuleiro, alinhamento horizontal e vertical, e sistemas de drenagem, iluminação e de proteção ao tráfego. De uma forma geral, o obstáculo atravessa- do pela ponte também deverá continuar cumprindo sua função, que pode ser artificial ou na- tural. Uma interseção rodoviária terá requisitos funcionais claramente definidos. Um córrego ou um rio atuam como parte de um sistema natural de drenagem e podem ser utilizados para navegação. Estas funções deverão ser preservadas. O custo de uma ponte é dado pelo seu custo inicial, diluído ao longo da vida útil da obra, ao qual é somado ainda o custo da manutenção. É o mais óbvio inconveniente de uma ponte e deve sempre ser estimado em detalhe e com cuidado. Evidentemente, o custo não é o único fator significativo na escolha de um projeto. Um projeto de custo mínimo não é necessaria- mente o melhor projeto; a escolha de um ótimo verdadeiro deve levar em conta, obrigatoria- mente, fatores como a funcionalidade e a estética. Comparado com estes fatores, o custo inicial é um inconveniente temporário. A preocupação primária de um projeto é com a eficiência estrutural da ponte. Não só deve a ponte permanecer de pé, mas também evitar características de performance que desviem de sua função ou somem ao custo de manutenção. Um projeto estrutural eficiente ajuda a redu- zir O custo inicial e de manutenção de uma ponte, e também contribui com sua funcionalida- de, através do aumento de sua vida útil e evitando interrupções no tráfego devido a manuten- ção. A aparência de uma ponte é sua mais óbvia influência sobre o meio ambiente. Uma grande ponte urbana domina seus arredores, e sua aparência torna-se um monumento ao bom gosto ou ao mau gosto. Apesar de ser muito difícil medir ou definir valores estéticos, existem crité- rios que alcançam aprovação geral e unânime. Uma aparência refinada e agradável tem um valor real e representa um benefício duradouro. 1.6 A ponte como elemento chave em um sistema de transporte 1.6.1 Executivo Conjunto de elementos que definem a obra a ser executada. 1.6.2 Construtivo Conjunto de elementos complementares que possibilitam a execução da obra. 1.7 Elementos de Projeto 1.7.1 Elementos de campo Prof. Wilson Gorges 4/3/2005 PONTES - CAPÍTULO 1 15 Planta de situação, com o traçado do trecho da rodovia onde a obra será implantada e os obstáculos a serem transpostos, como cursos d'água, outras vias de tráfego, etc. (Fig. 3); Seção longitudinal, ao longo do eixo da ponte, mostrando o perfil da rodovia, o perfil do terreno e os gabaritos ou seções de vazões a serem atendidos (Fig. 3); Gabarito da seção transversal do tabuleiro, com indicações da largura das faixas de tráfego, acostamentos, passeios para pedestres, etc.; [6 buct) Características do solo de fundação (sondagens), com indicação dos valores característicos das camadas do solo; Níveis máximos e mínimos das águas; Condições de agressividade do meio ambiente: Condições de acesso ao local da obra, para o transporte de equipamentos e materi- ais.Conjunto de elementos que definem a obra a ser executada. Fig. 1-3. Exemplo de planta e seção longitudinal, 1.7.2 Elementos básicos de projeto São as normas, manuais, detalhes, especificações e princípios que devem ser seguidos na elaboração de um projeto de Obra-de-arte Especial (OAE). Prof. Wilson Gorges 4/3/2005 PONTES — CAPÍTULO 1 tr 1.10 Normas brasileiras pertinentes * NBR7187: Projeto de pontes de concreto armado e de concreto protendido; e NBR6118: Projeto de estruturas de concreto; * NBR 9062: Projeto e execução de estruturas de concreto pré-moldado; * NBR 7188: Carga móvel em ponte rodoviária e passarela de pedestre; * NBR7189: Cargas móveis para projeto estrutural de obras ferroviárias; * NBR6122: Projeto e execução de fundações; * NBR6123: Forças devidas ao vento em edificações; e NBR 8681: Ações e segurança nas estruturas; e NBR 7480: Barras e fios de aço destinados a armaduras para concreto armado; * NBR 7482: Fios de aço para concreto protendido; * NBR 7483: Cordoalhas de aço para concreto protendido. 1.11 Normas e Códigos internacionais Nos casos de inexistência de normas brasileiras relacionas ao assunto, ou quando estas fo- rem omissas, geralmente, mediante autorização do órgão competente, é permitida a utiliza- ção de normas estrangeiras. Entre as principais normas e códigos internacionais, para obras de concreto armado ou protendido, podem ser citadas: * CEBIFIP — Comité Euro-international du Béton/Fédération Internationale de la Precontrainte. CEB-FIP Model Code 1990: e ACI — American Concrete Institute. Building Code Requirements for Structural Con- crete and Commentary (ACI 318RM-99); e ACI — American Concrete Institute. Analysis and Design of Reinforced Concrete Bridge Structures (ACI 343R-95); e DIN- Deutsches Institut fir Normung. Concrete and Reinforced Concrete; Design and Construction (DIN 1045); e DIN- Deutsches Institut fúr Normung. Concrete Bridges; Dimensioning and Construc- tion (DIN 1075); e AASHTO — American Association of State Highway and Transportation Officials. Stan- dard Specification for the Design of Highway Bridges. Referência Bibliográfica Este material tem finalidade exclusivamente didática e visa servir de apoio às aulas da disci- plina de Pontes do Curso de Engenharia Civil da PUCPR. Este material não pode ser utiliza- do comercialmente. A seguinte bibliografia é recomendada. Prof. Wilson Gorges 4/3/2005 LEON Capítulo 2 Elementos Constituintes das Pontes De um modo geral, podemos distinguir nas pontes as seguintes partes fundamentais: Superestrutura: Mesoestrutura; Infraestrutura; Encontros. SUPERESTRUTURA ouro Figura 2, Ponte sem encontros. 21 CAPÍTULO 2. ELEMENTOS CONSTITUINTES DAS PONTES. PUCPR — PONTES - Prof. Wilson Gorges No caso das pontes rodoviárias, a superfície de rolamento e o leito da estrada confun- dem-se em um único elemento — a pavimentação — que entra em contato direto com as rodas dos veículos. Nas pontes ferroviárias, o leito é constituído pelo lastro e pelos dormentes, enquanto que a superfície de rolamento é providenciada pelos trilhos. Em ambos os casos, o suporte da estrada é constituído pelas lajes, geralmente ortotrópicas, em concreto armado, concreto protendido ou metálicas. A pavimentação em pontes rodoviárias pode ser feita em concreto simples ou em CBUQ (concreto betuminoso usinado a quente). O pavimento rígido, em concreto com fek > 20 MPa, exige execução cuidadosa, com tratamento adequado da superfície de concreto da laje, e confecção de juntas de contração e de construção. O pavimento fle- xível, em concreto asfáltico, geralmente não necessita de juntas, a menos das juntas de dilatação da própria estrutura, evidentemente. O vigamento secundário pode ser composto pelas transversinas e, ocasionalmente, por longarinas secundárias (Fig. 4). As transversinas, que podem ser ligadas ou desli- gadas das lajes, são dispostas perpendicularmente ao eixo longitudinal da ponte e têm como função primária auxiliar na distribuição transversal das cargas entre os elemen- tos da estrutura principal. As longarinas secundárias são locadas no sentido longitudi- val da ponte e se apoiam nas transversinas, tendo como fimção dividir os painéis de la- jes. Figura 4. Tabuleiro de ponte rodoviária: 1) laje de concreto; 2) estrutura principal; 3) trans- versina; 4) viga longitudinal secundária. Estrutura principal A estrutura principal é a parte da ponte destinada a vencer a distância entre dois apoios sucessivos (vão), recebendo a totalidade das cargas aplicadas na superestrutura. Pode se constituir das seguintes formas: Viga única, em caixão unicelular ou multi-celular (Fig. 5); Vigamento simples, em duas vigas (Figs. 3a e 4); Vigamento múltiplo, em grelhas de três ou mais vigas (Fig. 6); Pórticos (Fig. 7); Arcos (Figs. 8e 11); Suspensas — pênseis ou estaiadas (Figs. 9 € 10). ese ce a O material empregado e a solução estrutural adotada para a estrutura principal peral- mente definem o tipo da ponte. ==. (a) 6d) Figura 5. Exemplos de estrutura principal em viga única: a) caixão unicelular; b) caixão mul- ti-celular. 2-3 CAPÍTULO 2. ELEMENTOS CONSTITUINTES DAS PONTES. PUCPR — PONTES — Prof. Wilson Gorges injiang — Gabie18.196236m OD, sd Tome E Ra ==ELTILA jm ER es Ci ça 336.5m 1385m Lsam | sem | 490m Lossom | sam | Figura 10. Exemplo de ponte estaiada. 2-4 CAPÍTULO 2. ELEMENTOS CONSTITUINTES DAS PONTES. PUCPR — PONTES — Prof. Wilson Gorges Tímpanos São os elementos de ligação entre o arco e o tabuleiro superior, e tem por finalidade transmitir ao arco todas as cargas aplicadas no tabuleiro. Figura 12, Timpano cheio, No caso das pontes em abóbada de alvenaria ou concreto simples, o tiímpano se apre- senta cheio (Fig. 12). Nas pontes de concreto armado, os timpanos se apresentam va- zados, longitudinalmente, transversalmente, ou em ambos os sentidos, constituindo os montantes (Fig. 13). 600600 ão montantes Schuders Sehices 1 T Ê E - “Won Horizon R$ Figura 13. Montantes em arco triarticulado com tabuleiro superior. Cortinas e abas laterais As cortinas, munidas ou não de abas (ou alas) laterais, são elementos estruturais transversais colocados nas extremidades das pontes sem encontros (Fig. 14). Sua fina- lidade, além do enrijamento transversal que proporciona (funcionando como transver- sina), é a de retenção parcial dos aterros de acesso. Geralmente, são projetadas com a largura total da ponte. Normalmente, as cortinas são reforçadas inferiormente por meio de uma viga horizontal destinada a resistir aos empuxos dos aterros de acesso. Às cortinas devem ser dotadas de abas laterais (Fig, 14), cuja função é melhorar a contenção lateral dos aterros. O ângulo de inclinação das abas laterais com o eixo lon- gitudinal da ponte pode variar de 0, no caso das abas longitudinais ou de retorno, até 90', no caso das abas transversais. ala lateral Figura 14. Cortina e alas laterais. 2-6 CAPÍTULO 2. ELEMENTOS CONSTITUINTES DAS PONTES. PUCPR — PONTES — Prof. Wilson Gorges Juntas de dilatação Nos tabuleiros de pontes com grande extensão, há necessidade de prever interrupções estruturais que permitam os movimentos provocados pelas variações de temperatura e, no caso do concreto, pela retração e fluência deste material. Por serem dispositivos caros, de substituição dificil e onerosa, é que exigem tratamen- to especial, as juntas devem ser evitadas ou, pelo menos, restringidas ao número mí- nimo necessário. Em estruturas constituídas de vigas principais pré-moldadas, a utili- zação das lajes elásticas de continuidade permitem redução acentuada de juntas de dilatação em obras longas. Quando necessárias, as juntas de dilatação serão detalhadas em função da movimenta- são prevista após a sua colocação, considerando-se os efeitos residuais da retração e da deformação lenta, a partir daquela data, e os efeitos de temperatura e movimenta- são de apoios previstos ao longo da vida útil da obra. Dispositivos de proteção Os dispositivos de proteção, para veículos e pedestres, são os seguintes: e Barreiras de concreto; * Guarda-rodas; e Defensas metálicas; e Guarda-corpos. As barreiras de concreto são dispositivos rígidos, de concreto armado, para a prote- ção lateral dos veículos. Devem ter altura, capacidade resistente e perfil adequados pa- ra impedir a queda do veículo desgovernado, absorver o choque lateral e propiciar sua recondução à faixa de tráfego. No Brasil, geralmente é adotado o padrão americano “New Jersey”. Os guarda-rodas têm a função de proteger os passeios para pedestres, bloqueando fi- sicamente a saída dos veículos da pista de rolamento. As defensas metálicas são dispositivos flexíveis de proteção lateral empregados nas rodovias e que, algumas vezes, fazem parte também das obras-de-arte especiais. Os guarda-corpos são elementos para proteção dos pedestres e ciclistas. São coloca- dos nas extremidades laterais da ponte e têm altura variável de 0,75 m a 1,00 m, Po- dem ser metálicos ou de concreto. Os primeiros apresentam maior leveza, mas exigem manutenção periódica. Os guarda-corpos de concreto são mais pesados e anti estéticos, mas dispensam manutenção. Elementos de captação e drenagem Os elementos de drenagem têm a função de escoar a água da chuva que cai sobre o ta- buleiro. Nas pontes rurais, a inclinação transversal da pista conduz a água para os bordos, onde escoa pelos drenos, caindo diretamente sobre o solo. Nas pontes urbanas, costuma-se empregar tubulações de drenagem, que conduzem a água do tabuleiro para o sistema de águas pluviais da rua. Placas de transição A transição entre ponte e rodovia é um ponto crítico para a manutenção de um tráfego fluente e confortável. Diversos fatores concorrem para que esta transição não seja con- 2-7 CAPÍTULO 2. ELEMENTOS CONSTITUINTES DAS PONTES, PUCPR — PONTES — Prof, Wilson Gorges Os pórticos (Fig. 17a) são formados por pilares duplos ligados transversalmente por vigas horizontais de enrijamento, em um ou mais andares. Os pilares podem receber as reações das vigas principais de forma direta ou indireta, neste caso, as reações são transmitidas através de uma viga superior que, além do enrijamento transversal do Pórtico, tem a função de suportar as vigas principais da superestrutura. Figura 17, Apoios de pontes: a) pórtico; b) paliçada. Às paliçadas (Fig. 17b) valem as mesmas considerações anteriores referentes aos pór- ticos, porém havendo um número múltiplo de pilares, aumentando de forma conside- rável a largura de apoio para a superestrutura. Os pilares únicos ou apoios em T são ótimas soluções para obras urbanas, onde se necessita um mínimo de perturbação das vias inferiores existentes. (a) Figura 18. Apoios de pontes: a) apoio em T; b) pilar único. As torres são os suportes de maior altura existentes nas pontes pênseis ou estaiadas para a colocação dos cabos e pendurais de suspensão. (3) db) Figura 19, Torres de grandes pontes: (a) suspensas e (b) estaiadas. 29 CAPÍTULO 2. ELEMENTOS CONSTITUINTES DAS PONTES PUCPR - PONTES - Prof. Wilson Gorges 2.3. 24. A infraestrutura A infraestrutura, ou fundação, é constituída pelos elementos estruturais através dos quais são transmitidos ao terreno no qual a obra está implantada, de uma forma segura e compatível com as características do solo, os esforços recebidos da mesoestrutura é provenientes dos diversos carregamentos atuantes sobre a obra. Em um sentido mais amplo, entende-se por fundação não só o elemento estrutural que recebe os esforços da mesoestrutura, como também o próprio solo ou rocha solicitada pelas cargas e que constituem seu suporte final. Desse modo, quando se fala em fun- dação em estacas, está implícita a interação solo-estrutura. Às seguintes soluções são comuns para as pontes: « Fundações diretas: - sapatas (geralmente armadas) — rígidas ou flexíveis; - blocos — mesmas formas que as sapatas, porém com maior volume e geralmente em concreto simples, sem necessidade de armaduras. e Fundações indiretas: - estacas de madeira; - estacas pré-moldadas de concreto armado ou protendido; - estacas de concreto moldado no local; - estacas metálicas — perfis laminados simples ou compostos, trilhos simples ou compostos. * Fundações profundas: - tubulões — a céu aberto ou sob ar comprimido; - caixões. Além disso, fazem parte da infraestrutura as peças de ligação de seus diversos elemen- tos, tais como: * Blocos de coroamento de estacas; e Vigas de ligação. Encontros Encontros são elementos estruturais que possibilitam uma excelente transição entre a via de tráfego e a obra-de-arte especial. São, simultaneamente, os apoios extremos da obra e elementos de contenção e estabilização dos aterros de acesso. Dependendo de seu porte, fundações e do tipo de contenção que proporcionam, os en- contros podem ser classificados em dois tipos: - Encontros leves; * Encontros de grande porte. 210 Levy Capítulo 3 Parâmetros Geométricos das Pontes Deve existir uma estreita integração entre os projetos de obras-de-arte especiais e o projeto geométrico da rodovia. Anteriormente, as pontes é que condicionavam o traçado da rodovia. Isso devia-se ao fato não somente do alto custo relativo das obras-de-arte especiais, mas também em decorrência das tecnologias mais limitadas de construção, bem como de menores exi- gências em termos de fluxo e velocidade de tráfego. Os obstáculos, quer sejam rios ou outras vias de tráfego, eram transpostos preferencialmente em ângulos retos, em níveis baixos e com o menor comprimento possível. Cabia então à rodovia, através de curvas e rampas, adaptar-se à geometria das pontes. Com a evolução das técnicas construtivas, com as exigências cada vez mais rigorosas do tráfego, e com a conscientização da necessidade de serem projetadas e executadas obras-de-arte de bom aspecto estético e integradas ao meio ambiente, o projeto geo- métrico da rodovia, em planta e perfil, passou a comandar a geometria das obras-de- arte especiais. Assim, atualmente, as pontes frequentemente se situam em segmentos de curvaturas horizontal e vertical, de níveis elevados, ou são ainda forçadas a vencer obstáculos com grande esconsidade. Entretanto, deve-se lembrar que o projeto geométrico da rodovia não tem liberdade to- tal, estando atrelado ao bom senso e à racionalidade, e muitas vezes torna-se indispen- sável a participação do projetista de estruturas durante a sua elaboração. Assim, devem ser evitadas pontes desnecessariamente longas, travessias de obstáculos em pontos desfavoráveis, grandes ângulos de esconsidade, e implantação solos de fundações particularmente dificeis. Características geométricas das vias de tráfego As características geométricas das vias de tráfego são estabelecidas pelas autoridades competentes. Para o caso de pontes rodoviárias, essas características são funções da classe da rodo- via, do número de pistas e da topografia geral da região — plana, ondulada ou monta- nhosa. A Tabela 1, complementada pelas Figuras la é 1b, apresenta os parâmetros fi- sicos e geométricos das rodovias, estabelecidos pelo DNER em seus manuais de projeto. 3-1 PUCPR - PONTES -— Prof. Wilson Gorges Ep Sto ago 3 ap sosojea ua às Operen WaNtaZp O th0S OpSUaIy apa TE Q91 and sou onto opirenh exiimaços ap umepessaau opisure(os mp sem er BM ap EN omico opeiapisuo onto oc arb sasemmr pnemg A ZA EX EZRA A ERAS E es [ es | ms Li CH es LH e apfese] fmbonas opxapo] SESI | OEOIEM | OHOEO |) 059/20 | ofbic | orotoeo | ostras | artiara | acizoso | asia | oriuaço | ortiac | nervoso | aero | aeisat | astiaso | tergnç | acta | Smeitcmmoca Mr irao r t era b Sul nua Num óLvvT nua SUL Rue LUI Er num Eos OUT | RABÍESa(] ano SPARTA FRA) Mp aOTDA t + jMim | E [mim [mi | om | aa ||| armam] | aim | am SEMI ANO que MANDO VA ERAM EPIC & % | sis | o | sis | om | mos | atm | tvi | seis | orisom | D/ON | ont | arzom | seroo OUR vaga Gu apemg ap apra ap orapça o au [A [a Ea E [3 tg [3 [4] 09% e - = = do) meSessedanto, ap epupapqata ep exmpscer 8 £ $ 5 g ç 5 5 $ $ $ $ s £ g 5 $ $ $ (o) sosaommsoay op aprpugea | É 4 t z t Tt [ 7 r z t t t (4 E á fá t Carmelo Luto visigop opopupag Ê [dia e emIsa » SOLHEI | smassi mise SPIVSEL | sétima so Ei se so £ól es se SAE Bul=ê ã É s [ se [a sm mu e a [4 st [124 mu al [ud “e su su Wi Ê Ea E SEL s ser sm [a se [174 si Euca sir se a cr [2a Ea cm W9=3 ã no ()pumagramo mp oumpoma] | 8 8 E 3 ê 5 z 8 2 a E [y a a o o o ot (odonfnasppreingão sumypgure ã 8 3 + am | or | ve “a ç f 9 s E 4 E f $ , £ ore ravitag Gommsêma) | x ” E Y x u & tu : ” [dg [ul ” [4 o g og! o uieomena epproçes e E E - = - — — - = = a AU CA ERA ERC ES = = = = - - - = = = E = [Oo | oro] o | rio | mero | om EE ou sema fd - - - e = = - - - Ei = | MEO | coro | oczrade | wiroct | aoruost | mimos coça paplacrg mos ap commag - =] - = = = - - - E = = | brorost | ovoromt | arara | ocororo | aomvomt | ostpyçry OUR papá Cndonoqur ap semp ê + (cuia money cpemêmm | É LEA KM KARA KA KCAKRAKAKAR AE me | or « (somas omsamiay cp vm) 2 [a mis Ea [34 [ La [3 0% og 2 Ea WE [53 WE nr [3 seE se (opcao sp vom ap eme, NOR | NONO | YNViS | UNOM | "NONO | Vivia | INOK | “TONO | Yaivia | INOR | “GO | Vivia | UNO | MONO | varia | ING | ano | ava OvISaa 007205 dor e nor dora 00 ong 
