Contribuição da América Latina nas estruturas de grandes vãos

Karl Humpf e E. H. Reiner Saul*

Os grandes rios da América Latina facilitaram a descoberta de novas fronteiras e continuaram a ser utilizados para transporte de cargas pesadas — mas transformaram-se em obstáculos formidáveis que somente podiam ser transponíveis por balsas, em determinados trechos e sujeitos às cheias sazonais. Nos 40 anos passados, estas travessias foram substituídas por pontes. No entanto, por causa da largura dos rios, condições precárias de solo e tráfego de navios que rumam ao mar fizeram surgir novos desenvolvimentos no projeto estrutural de pontes com grandes vãos. Tais práticas, adotadas pela primeira vez no continente, se difundiram pelo mundo, apresentando características como fundações de grande diâmetro em águas profundas, lançamento da estrutura pós-tencionadas por etapas, seções compostas duplas em aço, e pontes estaiadas para ferrovias.

Fundações em águas profundas

Leitos profundos com camadas espessas de solos aluvionares tornaram a fundação por estaca quase obrigatória em muitos rios da America Latina. A tabela 1 mostra alguma das pontes que adotaram essas fundações em caráter pioneiro.

Entre centenas de pontes recentes, dois exemplos merecem ser citados ao adotar uma tecnologia similar:

Ponte Gálata através do chamado Golden Horn, em Istanbul, Turquia (1985-1993) – a ponte de 477 m consiste de uma estrutura com deck duplo, de 42 m de largura, executada em concreto pós-tencionado, tendo no centro uma seção basculante com vão livre de 80 m de altura. A ponte se apoia sobre estacas de aço de 85 m, 2 m de diâmetro, t=20 mm, parcialmente cravadas e perfuradas. Uma aceleração sísmica de até PGA=0.35 g e impacto de um navio de 8000 DWT, v=2,5 m/s, foram considerados como cargas acidentais no projeto.

Ponte sobre o rio Orinoco, em Ciudad Guayana, Venezuela (2001-2006)—uma ponte rodoferroviária medindo 3,1 km cruza o rio Orinoco junto a Ciudad Guayana. A estrutura principal é uma combinação de duas pontes estaiadas com vão de 300 m cada. Estacas de concreto armado de até 83 m e diâmetro de 2 m e 2,5 m suportam a estrutura. (Fig. 3)

Pontes de concreto lançadas
por etapas

A ponte de 480 m sobre o rio Caroni, em Ciudad Guayana, Venezuela, concluída em 1961, foi a primeira ponte de concreto pós-tencionado moldada atrás do encontro e depois lançada à sua posição final (Fig. 4). Dispensando o uso de escoramento, foi um grande salto em termos de execução que permanecia pouco flexível. A próxima etapa de desenvolvimento natural seria concretar a superestrutura em seções e lançá-la continuamente por etapas. Este método foi adotado pela primeira vez em 1968 na construção de uma ponte rodoviária sobre o rio Inn, em Kufstein, Áustria, e a seguir replicado centenas de vezes mundo afora.

Destacamos a seguir um único projeto de uma ponte de extensão excepcional —1.280 m, a maior executada pelo método por etapas, na ferrovia de alta velocidade Wurzburg-Hannover sobre o rio Main, perto de Veitschochheim, Alemanha, que está inclusive no Guiness Book of Records. O vão principal de 182 m é suportado por um arco esbelto.(Fig. 5)

O arco foi construído pelo processo de balanço livre com auxílio de estais provisórios e torres. A seguir, a superestrutura foi lançada de um encontro ao ouro, num trajeto de mais de 1 km, passando pelo arco. Para suportar o carregamento assimétrico, o arco foi estabilizado por um contrapeso aplicado na extremidade oposta.

Pontes compostas duplas de vão longo

Pontes com vãos entre 100 e 200 m em anos recentes foram executadas com frequência em seção composta dupla de aço. Isso foi p
ossível ao se substituir o critério de “limitação do esforço tênsil do concreto” por “limitação da largura da fissura”, e ao utilizar-se concreto ao invés de aço na corda de fundo onde prevalece a compressão.

A flange de fundo em concreto tem uma maior rigidez e é mais competitiva em custo. Outras vantagens incluem uma gama maior de aplicações em pontes de aço com deck ortotrópico, estruturas em arco e estaiada, e estruturas pós-tencionadas (com exceções); o aço e o concreto são usados onde são mais eficientes; e o alto nível de rigidez permite suportar as limitações de deflexão produzidas por ferrovias de alta velocidade.

Ponte de Angosturita, sobre rio Caroni,
em Ciudad Guyana, Venezuela

Esta ponte, construída entre 1986 e 1992, comporta uma rodovia de seis faixas e no centro uma ferrovia singela. O carregamento da linha ferroviária foi de Coopler 72. A viga com vão principal de 213,75 m foi na época a maior ponte de viga composta. Ela tinha profundidade de construção entre 14 e 5 m, correspondendo a uma esbeltez de 1:15 e 1:43 (Fig. 6). A seção transversal consiste de uma caixa de aço de célula dupla, com flange de fundo de aço nos vãos principal e lateral, e flange de concreto junto aos pilares principais (Fig. 7).

Esta ponte foi executada por lançamento em etapas. Para compensar a profundidade variável da viga, uma treliça auxiliar sob a seção foi utilizada, e para estabilizar a seção em balanço antes de concluída a flange de fundo com concreto, empregou-se um sistema auxiliar de suspensão num só lado.

Pontes estaiadas para ferrovias

Duas pontes, uma sobre o rio Paraná de Lãs Palmas e a outra sobre o Paraná Guazu, erguidas entre 1971 e 1978 na Argentina, com vão principal de 330 m, foram as primeiras estruturas estaiadas para tráfego rodoferroviário (Fig. 9). A ferrovia foi posicionada de forma excêntrica com relação ao deck da ponte, visando a simplificar a separação da ponte rodoviária nos acessos. Essa carga excêntrica resultou-se em um projeto assimétrico que não é perceptível na aparência (Fig. 10).

Depois dessa obra pioneira, outras foram executadas, como a ponte de Oresund, entre Dinamarca e Suécia; a ponte do Paraná entre Posadas e Encarnacion, ligando Argentina e Paraguai; e a do Orinoco, perto de Ciudad Guayana, Venezuela.

O projeto das pontes Zarate-Brazo Largo, em Buenos Aires, Argentina, incorporam diversas inovações, como torres de concreto, cabos fabricados em oficina com fios paralelos, amortecedores hidráulicos para transferir cargas de rompimento para ambas as torres, construção simétrica em balanço da torre para os dois lados, e vãos principal e laterais.

Torres de concreto

As primeiras pontes estaiadas, como, por exemplo, sobre o Reno, na Alemanha, tinham torres metálicas. Entretanto, elas são mais baratas de construir em concreto, mesmo que tenha elevadas cargas de fundação (Fig. 11). As torres de concreto tornaram-se obrigatórias nas pontes estaiadas e suspensas, como as pontes Kap Shui Mun e Tsing Ma em Hong Kong.

Cabos de fios paralelos

Até a alguns anos atrás os cabos com fios enrolados eram adotados na Alemanha em pontes estaiadas, com característica substancial de escorregamento e apresentando resistência baixa à fadiga. A partir da ponte Zarate-Brazo Largo, os cabos de fios paralelos fabricados em oficina passaram a ser adotados, tendo as vantagens de escorregamento zero e alta resistência à fadiga. Hoje, o padrão mundial passou a ser cabos montados no local em conjuntos de cordoalhas paralelas, 0,6” de diâmetro, ST 1570/1770. (Fig. 12)

Amortecedores hidráulicos

Uma dificuldade no projeto de pontes ferroviárias – em particular quando há grande altura sobre águas profundas ou condições pobres de solo – consiste em ligar com cargas de rompimento na faixa de 10 MN. Na ponte Zarate-Brazo Largo, essas cargas são transferidas a ambas as torres via quatro amortecedores hidráulicos. Esta solução inovadora difundiu-se em outras pontes, como as da linha HSR na Alemanha.

Montagem simétrica em balanço

Nas primeiras pontes estaiadas sobre o rio Reno, em Dusseldorf, Alemanha, de altura modesta, havia pilares auxiliares nos vãos laterais que permitiam iniciar a montagem por estes e ter balanço livre apenas no outro lado. Nas pontes de grande altura, com risco de impacto de navio em cada vão, a montagem em balanço em ambos os lados era a solução.

Este processo foi adotado pela primeira vez na ponte Zarate Brazo Largo (Fig.14) e difundiu-se largamente, como na ponte sobre o rio Columbia, em 1980, e a sobre o canal navegável de Houston, em 1997, ambas nos Estados Unidos.

Protegendo os pilares contra os navios

Com os acidentes que derrubaram as pontes Sunshine Skyway, na Florida, Estados Unidos, e a Askerofjord, na Suécia, em 1980, com 33 e 8 vítimas fatais, respectivamente, ficou evidente o risco dos impactos dos navios. Esse risco cresce quando a ponte tem fundações em solo pobre, com eventos sísmicos e grandes variações do nível d’água.

Na ponte Zarate-Brazo Largo, uma concorrência foi feita para proteção contra navios de 15000 DWT. Treze empresas apresentaram propostas entre 15 e 50 milhões de euros e nenhuma foi escolhida. Uma solução mais econômica de plataformas flutuantes ancoradas por correntes no solo foi empregada — sendo replicada em outras pontes.

Depois de 30 anos, a ponte Rosário-Victoria, no rio Paraná, na Argentina, tinha que lidar com navios de 50 mil DWT trafegando rio abaixo. A navegação no rio havia sido privatizada entre esta localidade e a ponte Zarate Brazo Largo — a calha foi aprofundada para acomodar este porte de navio.

As estruturas de proteção (Fig.15) consistem de plataformas de concreto sobre um conjunto de estacas compostas de aço, de 2 m de diâmetro, e aço STE690 e C45, as quais se deformam para absorver eventual impacto de navio (Fig. 16).

Conclusões

Este trabalho mostra que o projeto e a construção de pontes de vão longo nos últimos 35 anos começou na América Latina e repercutiu mundo afora. A despeito dos exemplos serem restritos a Venezuela e Argentina, a contribuição dos outros países da América Latina é evidente. Leonhardt, Andra und Partner esteve ativamente envolvida nesses projetos e agradece aos seus clientes e colaboradores destas obras, que aceitaram o desafio de novas abordagens.

*Karl Humpf e E. H. Reiner Saul são engenheiros e autores deste artigo. Eles atuam na empresa Leonhardt, Andra und Partner, de Stuttgart, Alemanha. O trabalho foi apresentado no IV Congresso Brasileiro de Pontes e Estruturas realizado em São Paulo, de 4 e 5 de abril deste ano, promovido pela ABECE-Associação Brasileira de Engenharia e Consultoria Estrutural (Abece) e pela Associação Brasileira de Pontes e Estruturas (ABPE).

Tabela 1 – Exemplos históricos de estacas profundas de grande diâmetro

Ponte

Lago Maracaibo (Venezuela)

Rio-Niterói (Brasil)

Rio Uruguai, entre Fray Bentos (Argentina) e Puerto Unzué (Uruguai)

Zarate-Brazo Largo

(Rio Paraná)

Construção

1959-1962

1969-1974

1972-1976

1971-1978

Comprimento

até 50 m

até 70 m

até 50 m

até 73 m

Diâmetro

1,35 m

1,80 m

1,50 m

2,00 m

Material

Cocreto protendido

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