Segmentos Fabricados em Oficina para Desempenho do Ciclo de Vida de Pontes

Projeto de Fadiga para Cargas de Tráfego

Uma ponte é uma estrutura carregada dinamicamente. Cada veículo que a atravessa aplica uma carga pontual móvel que percorre os elementos e conexões da estrutura. Ao longo de uma vida útil de projeto de 50 a 100 anos, uma ponte rodoviária pode experimentar 50 a 200 milhões de ciclos de carga de caminhões — um regime de carregamento por fadiga que nenhuma estrutura de edifício enfrenta.

O projeto contra fadiga de pontes de aço é regido pela amplitude de tensão em detalhes críticos de fadiga e pelo número de ciclos. Os detalhes críticos não são os próprios membros principais — uma barra ou diagonal bem projetada é dimensionada para a resistência, e sua vida útil à fadiga geralmente é adequada. Os detalhes críticos são os conexões: as soldas que fixam as chapas de reforço aos cordões, as soldas que conectam os reforços transversais às almas, os grupos de parafusos em emendas de campo e as soldas nos reforços de apoio. Estas são as localizações onde as concentrações de tensão amplificam a faixa de tensão nominal e onde os trincamentos por fadiga se iniciam.

Nossa abordagem de projeto de fadiga para pontes de estrutura de aço segue:

• Classificação detalhada: Cada detalhe soldado e parafusado é classificado de acordo com as tabelas de categorias de fadiga no código aplicável (AASHTO LRFD Tabela 6.6.1.5.3-1, Eurocódigo 3 Tabela 8.1-N, ou GB 50017). A categoria determina a faixa de tensão permitida para um dado número de ciclos.
• Cálculo da faixa de tensão: Para cada detalhe crítico à fadiga, a faixa de tensão é calculada a partir da análise estrutural sob a carga de caminhão de fadiga (um caminhão de projeto com espaçamento de eixos e peso especificados, aplicado em múltiplas posições para maximizar a faixa de tensão no detalhe).
• Dano acumulado pela regra de Miner: O dano por fadiga de caminhões de pesos variados é acumulado usando a regra de Miner, que soma a razão de dano (ciclos reais / ciclos permitidos) em todas as categorias de peso de caminhão. O dano cumulativo deve ser inferior a 1,0 durante a vida útil de projeto.
• Melhoria de detalhes: Quando a capacidade de fadiga de um detalhe é insuficiente, o detalhe é reengenheirado: as soldas são reorientadas para reduzir a concentração de tensões, o polimento das pontas de solda reduz o fator de concentração de tensões, ou emendas aparafusadas substituem emendas soldadas em locais de alta faixa de tensão.

Rolamentos de Isolamento Sísmico

Em zonas sísmicas, a superestrutura da ponte (a treliça de aço ou viga) deve ser isolada da subestrutura (os pilares e os apoios) para evitar a transferência de forças sísmicas danosas. O isolamento é alcançado por rolamentos de isolamento sísmico — dispositivos colocados entre a superestrutura e a subestrutura que desacoplam o movimento horizontal do solo do movimento horizontal do tabuleiro da ponte.

Projetamos três tipos de rolamentos de isolamento sísmico, selecionados com base no risco sísmico da ponte, vão e requisitos funcionais:

• Rolamentos elastoméricos: Camadas de borracha intercaladas com placas de aço. A borracha fornece flexibilidade horizontal (permitindo que a ponte se mova em relação aos pilares), enquanto as placas de aço fornecem rigidez vertical (suportando os carregamentos permanentes e variáveis da ponte). Adequado para zonas sísmicas de baixa a moderada.
• Rolamentos de chumbo e borracha (LRB): Um núcleo de chumbo é inserido em um rolamento elastomérico. O núcleo de chumbo cede sob deslocamento sísmico, dissipando energia por amortecimento histerético. Adequado para zonas sísmicas de moderado a alto. O LRB reduz a força sísmica transferida para a subestrutura em 40-60% em comparação com uma ponte não isolada.
• Rolamentos de pêndulo por atrito (FPB): Um rolamento deslizante com superfície curva e côncava. O tabuleiro da ponte desliza sobre a superfície curva durante um terremoto, com a curvatura fornecendo uma força restauradora que retorna a ponte à sua posição centralizada. O atrito entre as superfícies deslizantes proporciona dissipação de energia. Adequado para zonas sísmicas altas e pontes de vão longo onde é necessária grande capacidade de deslocamento.

O projeto do rolamento não é apenas uma especificação de dispositivo — ele está integrado à análise estrutural. A rigidez e as propriedades de amortecimento dos rolamentos são modeladas na análise sísmica da ponte, e as forças sísmicas reduzidas na superestrutura e subestrutura são usadas para otimizar o tamanho dos membros. Uma ponte com rolamentos de isolamento sísmico possui elementos de superestrutura mais leves e elementos de subestrutura menores do que uma ponte não isolada do mesmo vão — o sistema de isolamento se paga por meio de economias estruturais.

A Ponte Coberta de 748 m: Um híbrido entre construção e ponte

Nosso projeto de ponte coberta de 748 m representa um tipo estrutural que desafia a categorização convencional. É uma ponte — ela transporta pedestres através de um rio ou vale — mas também é um edifício, com telhado, paredes e espaço interno fechado. A estrutura deve resistir não apenas às cargas da ponte (tráfego, vento no tabuleiro), mas também às cargas do edifício (vento nas paredes e no telhado, neve no telhado, massa sísmica do envelope).

O desafio de engenharia de uma ponte coberta é a interação entre a estrutura da ponte e a envoltória do edifício. Os treliças da ponte suportam a carga do tabuleiro e resistem às forças horizontais provenientes da envoltória. A envoltória — telhado, paredes, frontões finais — acrescenta uma área de vento para a qual as treliças da ponte não foram projetadas em uma configuração de tabuleiro aberto. O cordão superior da treliça, que em uma ponte convencional é um elemento de compressão que suporta a carga do tabuleiro, torna-se um elemento de compressão-flexão combinado, suportando tanto a carga do tabuleiro quanto a carga de vento da parede acima.

O comprimento de 748 m da ponte significa que a dilatação térmica é uma consideração importante no projeto. Uma ponte de aço de 748 m, ao sofrer uma variação de temperatura de 60°C, se expande aproximadamente 540 mm na extremidade livre — acomodada por juntas de dilatação em cada interrupção de vão. No entanto, o envelope coberto modera a faixa de temperatura: o interior fechado experimenta menos variação de temperatura do que uma ponte exposta, reduzindo a demanda de movimento térmico. Este é um dos benefícios estruturais da tipologia de ponte coberta — o envelope que adiciona carga de vento também reduz o estresse térmico.

Para a ponte coberta, utilizamos um sistema de treliça modular: a ponte é dividida em módulos estruturais de 40-60 m, cada módulo fabricado na oficina, transportado e parafusado no local. As divisões modulares coincidem com as localizações das juntas de dilatação, de modo que cada módulo é termicamente independente. As emendas parafusadas em campo são projetadas como conexões articuladas (transferindo cisalhamento, mas não momento), permitindo que cada módulo se articule independentemente sob movimentação térmica e recalque diferencial.