Edição Especial Pontes de Aço

AÇO PONTES DE

Obras nO brasil alternativas estruturais aspectOs de prOjetO técnicas de mOntagem evOluçãO histórica

Uma publicação especial do Centro Brasileiro da Construção em Aço - Setembro/2015

Guia Brasil da Construção em Aço

FABRICANTES SERVIÇOS

Ÿ Defensas de aço

Ÿ Painéis e divisórias

Ÿ Portas e janelas em aço

Ÿ Telhas de aço

Ÿ Engradamento de aço

Ÿ Parafusos e elementos de fixação

Ÿ Proteção térmica

Ÿ Tintas

Ÿ Estruturas em aço

Ÿ Perfis de aço

Ÿ Steel deck

Ÿ Tubos de aço

Ÿ Distribuição e Centros de Serviço em Aço

Ÿ Projetos e detalhamentos de construções em aço

Ÿ Galvanização

Ÿ Software para projetos em aço

Ÿ Montagem de estruturas de aço

EsbEltEz e economia

Capazes de diminuir distâncias e ultrapassar obstáculos, pontes e viadutos são imprescindíveis para a organização do tráfego de veículos e pessoas. A necessidade de garantir segurança e durabilidade a essas obras de arte, aliada ao custo competitivo de construção e manutenção, vem impulsionando o uso do aço como solução estrutural para esse tipo de projeto. Uma série de obras concluídas, de diferentes portes, podem ser encontradas pelo país, como apresentamos nessa publicação.

No decorrer das páginas seguintes, o leitor poderá conhecer casos em que o aço foi decisivo para o sucesso do projeto principalmente com relação à leveza estrutural, à velocidade de execução, à estética arrojada e à durabilidade. Também poderá conferir requisitos para a elaboração de projetos de pontes, bem como conhecer os principais métodos de montagem disponíveis. Vale lembrar que a construção de pontes e viadutos, sobretudo em áreas urbanas, demandam agilidade e organização para gerar o mínimo de transtornos no local da obra.

Aliás, no quesito interferência urbana, o aço é um material imbatível por ser uma solução industrializada e que permite o uso de elementos mais esbeltos, aponta o engenheiro Filemon Botto de Barros, referência nacional no projeto de pontes e viadutos, em entrevista exclusiva.

Outros destaques são o panorama histórico das pontes de aço, desde a construção das estruturas de ferro fundido na Europa no final do século 18, e as múltiplas alternativas de concepção estrutural já consagradas, como vigas retas, treliças, arcos e pontes suspensas (pênseis e estaiadas).

Concebida com o propósito de auxiliar a difusão do conhecimento sobre pontes e viadutos de aço no Brasil, Pontes de Aço tem todo o seu conteúdo técnico produzido pelo engenheiro Fernando Ottoboni Pinho, especialista em projetos de obras de arte e coordenador da Comissão de Estudo que, no momento, elabora uma norma brasileira para projeto de pontes e viadutos rodoviários de aço e mistas aço e concreto.

Tenha uma ótima leitura!

Informações complementares, artigos técnicos e manuais sobre o projeto e a construção de pontes de aço podem ser obtidos no site do CBCA www.cbca-acobrasil.org.br

03. conhecendo as Pontes de aço

Evolução ao longo do tempo e alternativas estruturais

13. entrevista

Eng. Filemon Botto de Barros

15. compreendendo as pontes de aço

Aspectos de projeto e métodos de montagem

20. Utilizando pontes e viadutos de aço

Exemplos de aplicação em diferentes situações

CONHECENDO aS PonteS de aÇo

Pontes e viadutos de aço são solução para transpor obstáculos com durabilidade, esbeltez e economia

Não é de hoje que a civilização precisa de poNtes e viadutos para transpor rios, vales e outros obstáculos. Elementos-chave para garantir fluidez e eficiência ao transporte terrestre, as pontes representam trechos de grande complexidade técnica e de alto custo na construção de rodovias e ferrovias. Por isso mesmo, merecem todo o cuidado no momento da definição do partido estrutural, na elaboração de um projeto econômico, e na execução em conformidade com as melhores práticas e com as normas técnicas.

Viaduto metroviário no Rio de Janeiro foi construído com estrutura de aço em arco

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Pontes de aço – evolução ao longo do temPo

as pontes e viadutos em aço, embora muitas vezes sejam tratadas como uma alternativa construtiva nova, possuem um histórico de mais de cem anos de uso, e são bastante difundidas, principalmente nos estados Unidos, na europa e na Ásia. Uma ampla lista de vantagens econômicas e técnicas explica a preferência pelo aço nesses locais. alguns exemplos são a elevada resistência para vencer grandes vãos, o peso próprio reduzido e o menor custo com fundações, a rapidez de construção e montagem, que implica também em menores transtornos em obras urbanas, além da estética esbelta e contemporânea.

a primeira ponte toda executada em ferro fundido foi a Ponte sobre o rio Severn construída em 1779, na inglaterra, para vencer um vão de 31 m.

em 1857 foi construída a ponte sobre o rio Paraíba do Sul, no rio de Janeiro (foto). considerada a ponte mais antiga no Brasil em ferro fundido, tem cinco vãos de 30 m em treliça arqueada com largura de 6 m. a introdução das treliças de ferro forjado permitiu ampliar os vãos. no Brasil as primeiras pontes desse tipo foram construídas na segunda metade do século 19 . Um exemplo é a Ponte de Santana sobre o rio Piabanha em areal (rJ) com um vão de 46 m, construída em 1862. 2

as grandes pontes surgiram com o uso dos aços ligados, o que permitiu maior controle de qualidade, e das treliças em balanço. a mais importante desse período é a Firth of Forth em edimburgo (reino Unido), construída em 1890. em uso até os dias de hoje, essa ponte vence um vão livre de 521 m. 3

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as pontes suspensas ou pênseis, sustentadas por cabos na catenária, representam um capítulo à parte. entre as mais emblemáticas estão a ponte sobre o estreito de menai, feita por t telford entre 1820-1826 com 174 m de vão central, no reino Unido, e a ponte do Brooklyn, em nova York, eUa, cujo vão principal mede 480 m, dos anos 1870. no Brasil, alguns exemplares são a ponte pênsil de São Vicente (SP) erguida em 1914 com 180 m de vão livre, e a Ponte Hercílio luz, cartão postal de Florianópolis (Sc), construída em 1926 com 340 m de vão (foto).

a partir de 1930, tiveram início as pontes mistas, nas quais o tabuleiro é de concreto e a viga é de aço. Sobretudo a partir da Segunda Guerra, as pontes em vigas caixão, estaiadas e mistas adquiriram protagonismo. Um exemplo desse período é a Ponte Severin, em colônia, alemanha, cuja construção ocorreu em 1960.

o passar dos anos trouxe o aperfeiçoamento da tecnologia, que culminou na produção de aços de alta resistência, estais e ancoragens mais avançados, bem como no desenvolvimento de softwares que facilitaram a análise das estruturas. isso levou arquitetos e projetistas a explorarem com mais segurança a estética leve e contemporânea de pontes, viadutos e passarelas de aço, sobretudo suspensas. em algumas cidades, como em São Paulo, obras-de-arte com formas mais elegantes tornaram-se verdadeiros cartões-postais urbanos.

Milton Michida

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Múltiplas PoSSiBilidadeS

Nos dias atuais, há uma série de soluções estruturais para serem utilizadas como superestruturas no projeto de uma ponte ou viaduto, capazes de gerar estruturas das mais simples às mais arrojadas. Dentre elas, destacam-se as vigas de alma cheia, as vigas em caixão, e as pontes suspensas por cabos. A definição da superestrutura de uma ponte ou viaduto depende da análise de vários fatores, entre os quais destacam-se topografia e natureza do solo, extensão e vão livre a serem vencidos, gabaritos a serem obedecidos, logística, tempo de execução previsto e recursos disponíveis. Confira a seguir, algumas alternativas viáveis para a construção de pontes e viadutos de aço, suas principais características e indicações:

Vigas DE alMa CHEia

Disponibilizados no Brasil em alturas de até 610 mm, os perfis laminados permitem a construção de pontes com vãos de até 16 m. As vigas de uma só alma podem ser simplesmente apoiadas ou contínuas, associadas à laje ou não.

Os perfis soldados não têm limitação de altura de fabricação e podem ser compostos de várias maneiras para tornarem mais competitiva a construção de pontes e viadutos. Em

geral são econômicos para vãos na faixa de 20 a 60 m, usando-se o sistema misto.

Para vãos de até 20 m em estruturas não mistas usa-se muitas vezes uma mesma espessura e largura para as chapas de mesa. Nos casos do sistema misto deve-se empregar uma chapa de mesma largura e de espessuras diferentes para as mesas, sendo a mais fina reservada para a mesa comprimida. Para vãos superiores a 20 m, a sugestão é o uso de vigas mistas com variação de espessura das mesas e/ou variação de largura.

A principal vantagem de uma viga de alma cheia é a simplicidade de sua geometria, o que propicia custos baixos de fabricação. Mas esse tipo de solução requer um detalhamento cuidadoso. Em construções soldadas, o projeto deve prever a adoção de processos automáticos ou semiautomáticos de solda. A simplicidade da seção transversal também contribui para a redução de custos de manutenção.

Ao se projetar a alma de uma viga, há a possibilidade de optar por uma alma espessa com poucos enrijecedores transversais intermediários ou por uma alma esbelta com um número maior de enrijecedores. A escolha vai depender principalmente dos custos de material e de mão de obra. Uma viga com alma esbelta pode ser mais eficiente quando enrijecida por uma série de enrijecedores transversais associados a enrijecedores longitudinais.

Pontes executadas com vigas de alma cheia são simples e eficientes

Seções transversais típicas de vigas de alma cheia.

Para vãos pequenos e médios, as pontes com vigas múltiplas de alma cheia mistas são sempre a primeira opção.

pórtiCOs

Indicado para os casos em que a topografia é favorável, como em vales, o sistema de pórticos é aquele em que as vigas do tabuleiro são continuas à estrutura dos pilares. Com grande apelo estético, esta solução é utilizada para diminuir os vãos da viga reta.

Normalmente os pilares são inclinados e dentro deste quadro formado por pilares e vigas, são inseridos os gabaritos exigidos. Pelo pilar inclinado desce uma grande carga de compressão, que deverá ser absorvida por fundações inclinadas. Isso faz com que a solução seja especialmente recomendada para terrenos com bom suporte de cargas. Na interseção entre viga e pilar, as chapas tendem a ser esbeltas mesmo sob altas tensões, o que demanda um estudo mais acurado dos enrijecedores desta região.

Outra particularidade dos pórticos é que, como há inversão no sentido dos valores dos momentos fletores, surgem momentos negativos junto aos pilares, fazendo com que as vigas não possam ser mistas em todo o seu comprimento.

As pontes em pórticos com perfis de alma cheia redistribuem os esforços e deformações, conseguindo vencer vãos com vigas de baixa altura, formando um conjunto esbelto e elegante.

Pontes construídas em pórticos tiram proveito da topografia existente

a cervo pessoal/FO p

trEliças

Uma treliça é um conjunto de triângulos formados por peças retas. Quando adequadamente projetada, com proporções normais, uma treliça tem os eixos de todos os seus elementos retos e concorrentes nos nós ou juntas. O sistema de treliças tem duas principais vantagens: permitir alturas maiores com menor peso e redução de flecha, e possibilitar que os elementos só sejam solicitados por cargas axiais (tração ou compressão). Também conta a favor desse sistema a leveza relativa de uma ponte ou viaduto em treliça, que se reverte em facilidade na construção, já que permite o uso de equipamento de içamento de pequena capacidade. O ponto de atenção da estrutura treliçada é o maior custo de fabricação, pintura e manutenção, e às vezes, a estética comprometida pelo cruzamento visual dos elementos. Utilizadas para vencer vãos de 50 m até 120 m (isostáticas) e de até 250 m (contínuas), as treliças são mais econômicas com altura variando de 1/8 a 1/15 do vão. Isso não inviabiliza, contudo, a construção de vãos maiores.

Há vários tipos de treliças planas usuais em projetos de pontes e viadutos. Enquanto a Howe é mais indicada para estruturas de madeira, a treliça Pratt isostática costuma ser mais vantajosa em estruturas metálicas. Isso porque os montantes (elementos mais curtos) estão em compressão, enquanto que

as diagonais (elementos mais longos) estão sujeitas à tração, embora esta vantagem seja parcialmente anulada pelo fato do banzo central comprimido ser mais fortemente carregado que o central tracionado. A treliça Warren pode ser modificada pela adição de montantes colocados em todos os painéis, ou somente a partir do tabuleiro para as diagonais opostas. A Warren Composta é empregada quando se tem diagonais muito grandes e é preciso diminuir o comprimento de flambagem da diagonal. A treliça Whoppe é utilizada por motivos estéticos. Por economia, a altura da treliça é usualmente fixada como uma fração do vão. À medida que o vão aumenta, a altura da treliça cresce e com ela o comprimento do painel. Para se obter apoio adequado ao tabuleiro, pode ser necessário subdividir o painel.

Treliças de aço oferecem solução competitiva e durável para a construção de passarelas sobre rodovias e vias urbanas. Na foto, ponte rodoferroviária sobre o Rio Paraná

Principais tipos de treliças

Estruturas de pontes em longarinas treliçadas tendem a ser utilizadas em vãos de maiores proporções que os tipos já citados. Estas estruturas reticuladas geralmente pesam menos que as equivalentes em alma cheia para cobrir vãos livres maiores.

Usiminas Mecânica

arCOs

Este tipo de superestrutura está entre as mais antigas utilizadas em pontes. Mas seu grande uso se deu a partir de 1900. Econômicos na faixa de 60 a 500 m, os arcos podem ser aproveitados na superestrutura de pontes ou viadutos em três tipologias: arco inferior com tabuleiro superior, arco superior com tabuleiro inferior, ou arco com tabuleiro intermediário.

A escolha do tipo de arco varia em função das condições locais e da estética desejável. O arco inferior costuma harmonizar bem em vales, compondo com a natureza. O arco superior é muito adotado quando há restrições do gabarito na parte inferior. Já o arco com tabuleiro intermediário pode se adequar às duas situações.

Em relação ao cálculo, os arcos podem ser definidos como engastados, bi rotulados e tri-rotulados. Cabe ao projetista definir a solução mais adequada a cada situação levando em consideração as condições do solo para as fundações, o sistema de montagem, o tamanho do vão, entre outros aspectos. O arco para ser eficiente e resultar em uma boa estética deve ter uma relação flecha/vão da ordem de 1/5.

Tipos de arco

Viaduto Reinaldo de Oliveira, em Osasco, tem estrutura de aço em arco

Os arcos vencem vãos médios e grandes, mas necessitam de um sistema para conter os grandes esforços horizontais. São constituídos de seções abertas ou fechadas e o tabuleiro pode ser inferior, médio ou superior ao arco.

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Vigas EM CaixãO

As vigas caixão são formadas por duas ou mais almas, por uma mesa inferior única e por uma ou mais mesas superiores, formando um caixão. As seções transversais são altamente eficientes nas estruturas em curva, devido a sua grande resistência a torção, bem como nas pontes com grandes vãos, para evitar problemas de instabilidade. Além dos elementos longitudinais, uma viga caixão tem também um sistema de diafragmas transversais ou transversinas. Em geral, a relação altura/vão fica em torno de 1/20 a 1/30.

No projeto de pontes e viadutos, uma das vantagens mais importantes da viga caixão é a possibilidade de se usar a mesa superior como laje do tabuleiro. Essa tipologia se caracteriza por apresentar grande resistência e rigidez à torção, mesas de grande largura e maior inércia com alturas menores, espaço livre útil para passagem de tubulações e equipamentos, bem como manutenção facilitada. Além disso, a viga caixão permite agregar esbeltez e regularidade à superfície inferior da ponte ou viaduto.

Nesses casos, a mais importante decisão de projeto é a escolha da seção transversal, relacionada a custos de material, custos de ligações, capacidade dos equipamentos disponíveis, acessos, largura de pista e gabaritos.

Ao se decidir pela geometria da seção

central de 70 m de altura. O vão livre (distância entre pilares) é de de 260 m

transversal, o projetista deve considerar quatro princípios essenciais:

1) As almas das vigas devem apoiar adequadamente o tabuleiro.

2) A seção transversal deve ser relacionada com o sistema de montagem.

3) O uso de paredes finas, sejam horizontais ou verticais, obriga o uso de enrijecedores.

4) Qualquer variação de altura das chapas exige um diafragma.

Seções transversais em viga caixão

As pontes em viga caixão são variantes das pontes de vigas de alma cheia.

A diferença reside na chapa horizontal de união entre as mesas inferiores das longarinas, formando uma seção transversal fechada. São adequadas para situações em curva ou com pouca altura para as vigas.

Terceira Ponte liga as cidades de Vitória e Vila Velha, no Espírito Santo. Obra-de-arte foi construída em caixão com balanços sucessivos e conta com vão

pONtEs sUspENsas pOr

CabOs

Reconhecidas em todo o mundo por sua beleza, as pontes suspensas oferecem uma solução competitiva quando se deseja transpor grandes vãos com o apoio de poucos pilares.

Mais antigas, as pontes pênseis são sustentadas por cabos e mastros. Nessa tipologia, os cabos principais partem de um mastro a outro formando uma parábola. Dos cabos principais partem os cabos de sustentação da plataforma, que são verticais e espaçados igualmente. Nessas pontes, é necessária a utilização de vigas de grande rigidez para evitar oscilações verticais do tabuleiro.

Já nas pontes estaiadas os esforços são absorvidos pela parte superior do tabuleiro por meio de vários cabos que se concentram em uma torre apoiada em um bloco de fundação. A fixação dos cabos pode ser feita em forma de leque (com um ponto fixo no pilar), em forma de harpa (com cabos paralelos partindo de vários pontos do pilar) ou em forma mista. Competitivas com piso em caixão ortotrópico para vãos acima de 300 m, as pontes

Ponte estaiada construída no Rio de Janeiro faz parte do projeto do BRT Transcarioca

estaiadas não são indicadas quando o traçado da rodovia exige curvas acentuadas e rampas íngremes. Essa tipologia costuma ser utilizada nos casos em que apoios intermediários sobre o leito de rios e braços de mar são muito difíceis de serem executados.

Pontes Pênseis

Pontes Estaiadas

pONtEs Mistas

Há diferentes tipos de tabuleiros que podem ser combinados às superestruturas mencionadas até aqui. Os inteiramente em aço formam uma placa ortotrópica (placa enrijecida de aço) e exigem consumo elevado do metal, tornando-se pouco econômicos para vãos pequenos e médios. Em compensação, os tabuleiros metálicos, por serem mais leves, trazem vantagens significativas aos projetos que envolvem grandes vãos.

Muito aproveitada atualmente, a solução mista consiste na junção de vigas metálicas com o tabuleiro de concreto por meio da solidarização dos dois materiais. Isto é garantido por elementos de ligação, denominados conectores de cisalhamento. Esses elementos podem ser de vários tipos, sendo que os mais usuais os

pinos tipo “stud” e os perfis laminados tipo U. Econômicas para vãos entre 6 e 60 m, as pontes mistas têm como ponto crítico a determinação da distribuição de esforços no concreto e no aço, levando-se em conta a ligação solidária do tabuleiro com as vigas metálicas. O dimensionamento das vigas mistas deve ser feito levando-se em conta se a viga vai ser escorada ou não durante a concretagem. De modo geral, as vigas são calculadas como não escoradas, implicando em um custo de construção menor. Nesses casos, é necessário distribuir os vários tipos de carga nas etapas do processo. Assim o peso próprio da viga e do concreto será suportado somente pela viga de aço, e as outras cargas pelo conjunto viga - concreto.

você sabia?

Que cerca de 70% a 80% das pontes e passarelas construídas no Brasil poderiam ser executadas com sistemas mistos de aço e concreto? além de permitir maior racionalização dos processos construtivos, os sistemas mistos promovem rapidez e versatilidade de execução. esse é um diferencial importante em obras rodoviárias e ferroviárias, especialmente em áreas urbanas e com tráfego intenso de veículos.

As pontes mistas são econômicas para vãos entre 6 e 60 m.

Complexo viário em São Paulo utiliza viadutos mistos, com vigas de aço combinadas a pilares e tabuleiro de concreto

Tabuleiro misto

Tabuleiro ortotrópico

s idnei p alatnik

Referência no projeto de pontes e viadutos, o engenheiro Filemon Botto de Barros é diretor da Projconsult, empresa de consultoria em engenharia, especializada em empreendimentos de grande porte. No seu portfólio estão obras que foram consideradas referências, seja pelo desafio técnico superado, seja pela estética obtida. É o caso do viaduto metroviário sobre a avenida Francisco Bicalho, com um arco metálico que cobre um vão de 110 m, no Rio de Janeiro. Outro projeto importante em que Filemon esteve envolvido foi o da Ponte Juscelino Kubitschek, em Brasília, premiado pelo IAB (Instituto dos Arquitetos do Brasil) e pela Abcem (Associação Brasileira da Construção Metálica). Em entrevista exclusiva concedida à Pontes de Aço, o engenheiro fala mais sobre sua experiência e sobre os avanços tecnológicos que favoreceram o uso, cada vez mais recorrente, de pontes com estruturas de aço e mistas. Confira a seguir:

Pontes de Aço – O senhor é uma das referências quando o assunto é projeto de pontes no Brasil. Poderia comentar como foi o início de sua carreira?

Filemon Botto de Barros – Comecei como projetista e desenhista na construção da Ponte Rio-Niterói, participando de projetos de estruturas diversas. Depois disso, trabalhei na empresa

do engenheiro Mário Vila Verde, onde tive a oportunidade de realizar uma série de detalhamentos de estruturas de aço. Durante três anos, morei no canteiro da barragem de Itaipu, e por seis anos, estive em Tucuruí (PA), projetando toda a parte de estrutura metálica dessa obra. De volta ao Rio, trabalhei em diversas pontes e viadutos estruturados com aço, concreto e com pré-moldados. Mais recentemente participei do projeto das baias metálicas que estão na ponte rio Niterói, construídas com estrutura mista. Essas duas baias foram dimensionadas e construídas para receber trem tipo do metrô.

PA – O senhor projetou recentemente duas obras emblemáticas que utilizam arcos metálicos: a ponte Juscelino Kubitschek, em Brasília, e o viaduto sobre a avenida Francisco Bicalho, no Rio. Poderia comentar esses dois projetos?

FBB – O viaduto metroviário no Rio liga São Cristóvão à estação Cidade Nova, na cidade do Rio de Janeiro. São 1.200 metros de viaduto e mais um arco metálico de 110 metros sobre a avenida Francisco Bicalho. O viaduto foi executado em concreto e o arco é metálico. Esse elemento tem um papel importante para dar estabilidade e rigidez. Em função da passagem de metrô e trem, a obra de arte exigia uma deformação mínima para minimizar o risco de descarrilamento. Em Brasília, projetamos uma ponte composta por arcos metálicos que vencem 240 m de vão e por um tabuleiro em placa ortotrópica de 25 m de largura estaiado nesses arcos. Os trechos de acesso foram executados com caixão metálico e estrutura mista (laje de concreto e viga de aço) para vencer vãos de 45 m.

PA – Sobre as estruturas mistas, como o senhor vê a evolução dessa solução nos últimos anos?

FBB – A estrutura mista para a construção de pontes vem ganhando muita utilização na medida em que propicia encurtar o prazo de execução da obra. Uma vantagem desse sistema é que enquanto a fundação é executada, a superestrutura é fabricada, simultaneamente. Além disso, esse tipo de solução tem uma montagem muito facilitada por ser mais leve.

“Os melhores resultados (no projeto de pontes e viadutos) surgem quando se aproveita a grande capacidade de resistência do aço para criar estruturas mais esbeltas e menos impactantes à paisagem das cidades

a cervo pessoal

PA – Em que casos a estrutura mista é indicada no projeto de pontes e viadutos?

FBB – Toda vez que a obra apresenta alguma dificuldade de acesso e de montagem, a estrutura mista acaba sendo a escolha natural. O interessante da estrutura mista é que permite aproveitar as melhores propriedades de cada material. O aço, que tem excelente desempenho quando submetido à tração, tem um uso nobre na parte de vigas. Já o concreto, que resiste bem à compressão, é utilizado nas lajes, que demandam esse comportamento.

PA – Ainda há resistência entre os contratantes quanto ao uso da estrutura de aço no projeto de pontes e viadutos?

FBB – Não mais. Houve uma restrição muito grande no passado em função da qualidade dos aços produzidos e que exigiam uma manutenção muito atuante. Mas na medida em que os aços de alto desempenho e de resistência à corrosão se difundiram, esse receio deixou de existir. O desenvolvimento de novas ligas de alta resistência à corrosão trouxe um benefício muito grande. Hoje os contratantes já não têm motivo técnico para evitar as pontes de aço ou mistas. O avanço da qualidade dos aços foi determinante para que pudéssemos ter um uso mais frequente desse material, com mais segurança, durabilidade e com menos manutenção.

PA – Quando comparada ao concreto, em quais situações as estruturas de aço e mistas são competitivas?

FBB – No caso de pontes simples, de pequenas dimensões, e sem qualquer restrição ou dificuldade de construção, o concreto pode ser mais competitivo. Mas quando você tem um programa de pontes em estradas vicinais no qual a questão do transporte e da montagem da estrutura pode ser dificultada, o aço tende a ser mais vantajoso. Toda vez que há qualquer dificuldade de logística, de montagem ou necessidade de vencer grandes vãos, o aço passa a ser uma alternativa viável e interessante.

PA – De que forma um projetista pode maximizar as virtudes do aço?

FBB – Penso que os melhores resultados surgem quando se aproveita a grande capacidade de resistência do aço para criar estruturas mais esbeltas e menos impactantes à paisagem das cidades. Essa é uma virtude importante e cada vez mais valorizada. Os conselhos municipais arquitetônicos, inclusive, têm exigido uma melhor adequação das pontes e viadutos ao contexto urbano no qual elas se inserem. Utilizando o aço, temos mais facilidade para agregar leveza a essas grandes estruturas. M

No alto, a Ponte Juscelino Kubitschek, em Brasília (DF), projetada pelo arquiteto Alexandre Chan. Com 1.200m de extensão, a obra-de-arte é composta por três vãos de 240 m em arco metálico e por tabuleiro metálico estaiado. Embaixo, obras para a construção de um dos viadutos da TransCarioca e que faz parte pacote de obras proposto pela prefeitura para melhorar o transporte público da cidade para os Jogos Olímpicos de 2016. Estrutura combina estrutura mista com caixão metálico e laje de concreto e arco metálico

Divulgação p rojconsult

Divulgação p rojconsult

COMprEENDENDO aS PonteS de aÇo

Local de execução e particularidades como tamanho dos vãos são aspectos que impactam o projeto de pontes e viadutos

Execução de ponte estaiada com o tabuleiro todo metálico em balanços sucessivos

No projeto de poNtes e viadutos, uma boa coNcepção certamente levará a uma solução simples, elegante, segura para a montagem, e de baixo custo. A escolha da abordagem mais adequada para uma ponte ou viaduto de aço passa por uma análise minuciosa que deve envolver quatro fatores principais: particularidades da obra, domínio do sistema construtivo, possibilidades oferecidas pelas diversas alternativas de concepção possíveis e, finalmente, os métodos de montagem. Vale lembrar a importância de não se adotar qualquer ideia sem analisar previamente todas as alternativas.

Em relação às características da obra, os principais pontos a serem observados são:

> Geometria do traçado no local da ponte ou viadutoEm planta - eixo reto, curvo ou esconso, em elevação – em nível, em rampa ou em curva;

> Se a estrutura está sobre curso d’água e se possui calado suficiente para uma balsa;

> Condições dos apoios - simplesmente apoiados ou contínuos;

> Extensão e número de vãos da travessia;

> Condições dos acessos até o local da obra;

> Espaço para pré-montagens nas margens.

O projetista também deve levar em consideração e procurar tirar partido de vantagens importantes que o aço pode agregar às obras de arte. Entre elas, vale destacar:

> Menor peso próprio

> Menor altura de construção – especialmente nos casos em que o espaço estrutural (distância entre o topo da pista e o limite inferior da estrutura) for limitado;

> Uso de componentes industrializados – as peças são levadas para o local da obra apenas para a montagem;

> Rapidez de construção e montagem;

> Leveza, permitindo a montagem de grandes componentes de uma única vez;

> Eliminação da necessidade de escoramentos que muitas vezes estreitam a passagem inferior aumentando o risco de acidentes durante a obra;

> Possibilidade de adaptações e alterações, como alargamentos, incorporando acostamentos ou novas vias;

> Exposição da estrutura, o que permite inspeções e eventuais reparos com facilidade;

> Estética atraente pela esbeltez e formas;

> Fundações mais econômicas devido ao menor peso das estruturas;

> Menor necessidade de área para os canteiros de obra;

> Menores incômodos durante a obra para os usuários da própria via ou de vias próximas e áreas vizinhas;

> Sustentabilidade. Fácil demolição e total reaproveitamento do aço.

Métodos de MontageM

As pontes são quase sempre estruturas de grande porte instaladas em locais de difícil acesso. Por isso mesmo requerem uma engenharia de montagem mais sofisticada que garanta a execução mais rápida, segura e econômica possível. Um complicador típico da montagem de pontes é a necessidade de estruturas auxiliares de custo relativamente elevado.

Os métodos de montagem mais comuns empregados nas pontes e viadutos em aço são:

Exemplo de montagem de ponte pelo solo com guindaste hidráulico

Montagem pelo solo

Se aplica aos viadutos e aos trechos secos das cabeceiras das pontes. É um processo que normalmente exige poucas estruturas auxiliares e o pessoal e os equipamentos trabalham em terra firme. Esta montagem é feita por meio de guindastes localizados no solo. Os guindastes são empregados em um grande número de situações de pré-montagem e montagem de pontes e viadutos.

Acervo pessoal/FOP

Montagem por lançamento

Consiste em pré-montar as estruturas em terreno firme em uma das margens, e fazer o conjunto da estrutura se deslocar sobre apoios deslizantes até sua posição final sobre o rio ou vale profundo. Normalmente demanda um bico de lançamento mais leve, que é usado como prolongamento provisório da estrutura que será lançada, e em casos de um único vão, requer um contrapeso para evitar o tombamento da estrutura.

Montagem por balanços sucessivos Consiste na técnica de progredir a montagem por seções parciais ou aduelas que se ligam às anteriormente montadas. Parte-se de uma das margens, de um apoio intermediário ou de um vão secundário. Existem várias aplicações da montagem por balanços sucessivos. Elas dependem do tipo de estrutura, do sistema de alimentação dos elementos e do tipo de equipamento que fará o içamento, bem como do posicionamento das peças na extremidade do balanço.

Içamento com o apoio de balsas

Montagem por balsa

Sempre que a ponte estiver sobre um curso d’água com baixa correnteza e profundidade adequada, essa técnica pode ser considerada. A montagem se faz transportando-se as peças por um equipamento de içamento, normalmente um guindaste sobre uma balsa. Em determinados casos, o equipamento ocupa uma balsa e as peças outra. Uma atenção especial deve ser dada ao equilíbrio da embarcação quando o guindaste estiver com a carga içada.

Caso de montagem por lançamento

Montagem por balanços sucessivos com aduelas

MAtEriAiS E tiPOlOgiAS

As pontes em aço empregam materiais metálicos importantes para a superestrutura e seus travamentos, para as ligações entre os elementos, para a proteção dos veículos e pedestres, e para a sinalização vertical. Disponíveis no Brasil, quase todos são produzidos de acordo com as normas da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas). Conheça a seguir mais sobre cada um desses materiais.

ChaPas grossas:

> Chapa grossa de aços carbono para uso estrutural. Devem ser empregadas pintadas.Seguem as normas: ABNt NBr 6648:2014 e AStM A36/A36M-14

> Chapa grossa de aços de alta resistência e baixa liga para uso estrutural. também devem ser empregadas pintadas. Seguem as normas: ABNt NBr 5000:2015, AStM A572/572M-15 e AStM A709: 2013

> Chapa grossa de aços de alta resistência e baixa liga para uso estrutural com resistência à corrosão atmosférica (patináveis). Podem ser empregadas com e sem pintura. Seguem as normas ABNt NBr 5008:2015 e AStM A588/588M-15

PerFis estruturais:

> Perfis laminados. Produzidos nas seções i, H, l, t e U. Seguem as normas da ABNt NBr 15.980:2011 e da NBr 7007:2011

> Perfis soldados. São compostos de chapas grossas com grandes possibilidades de seções, podendo ser padronizadas (CS, CVS e VS) ou PS quando há dimensões fora do padrão. Podem apresentar alturas de mais de 4 m. Seguem a ABNt NBr 5884:2013

> tubos estruturais com e sem costura – Seguem a ABNt NBr 8261:2010 - tubos de aço-carbono, formado a frio, com e sem solda, de seção circular, quadrada ou retangular para usos estruturais

> Steel deck (utilizado em tabuleiros, como forma)

ParaFusos estruturais e ConeCtores:

> Parafusos de aço de alta resistência tratado a quente (AStM A325-14)

> Parafusos de liga de aço de alta resistência tratado a quente (AStM A490-14a)

> Conectores de cisalhamento tipo pino com cabeça – Studs

> Conectores de cisalhamento tipo U laminado

outros:

> Eletrodos e arames de solda (AWS D1.5/D1.1M: 2010, Bridge

Welding Code)

> Defensas metálicas (ABNt NBr 6970:2012, NBr 6971:2012)

Chapas grossas de aço carbono com fins estruturais

Divulgação Usiminas

NOrMAS tÉCNiCAS

As pontes de aço no Brasil ainda são concebidas e executadas com o respaldo de normas internacionais e de uso consagrado no exterior. Isso porque ainda não há uma norma técnica brasileira publicada para tratar de modo específico dessas obras de arte. As principais referências são as norte-americanas - AASHTO

– Bridge Design Specifications 7th ed., AWS D1.5 Bridge Welding Code - e as europeiasEurocodes EN 1990, EN 1991, EN 1993, EN 1994. Não há impedimentos para projetar pontes e viadutos com base em normas internacionais e muitos projetistas brasileiros estão habituados a trabalhar com tal bibliografia.

Em maio de 2014 foi instalada na ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) uma Comissão de Estudo para a elaboração da norma brasileira para “Projeto de pontes e viadutos rodoviários de aço e mistas aço e concreto”. A iniciativa tem a participação dos órgãos públicos responsáveis pelo setor, das concessionárias que detêm a concessão para a manutenção das principais rodovias do país, dos escritórios de engenharia especializados em pontes, dos fabricantes de estruturas de aço, dos montadores de estruturas, dos profissionais ligados ao setor e das universidades.

grande parte das pontes construídas com estrutura de aço no Brasil utilizam tabuleiros de concreto. Mas especialmente em projetos que precisam vencer grandes vãos, os tabuleiros com chapa ortotrópica de aço revestido com asfalto podem gerar vantagens técnicas e econômicas em função do menor peso do conjunto.

Ponte mista com viga de aço e tabuleiro de concreto em Volta Redonda (RJ)

UtilizANDO POntes e viADUtOs De AçO

Vantagens técnicas, financeiras e estéticas impulsionam a utilização do aço na construção de obras de arte

Aço foi determinante para viabilizar as formas arrojadas e leves da Ponte da Passagem, no Espírito Santo

Durabili DaDe, estética refinaDa, velocidade de execução, facilidade de manutenção e custo competitivo. Essas são algumas características associadas às pontes de aço e que justificam essa opção construtiva em projetos de grande, médio e pequeno porte. No Brasil, já há uma série de exemplos bem-sucedidos que comprovam essas e outras qualidades. A seguir apresentamos alguns desses projetos emblemáticos.

Ponte da Passagem Vitória, ES

> Ano da obra: 2009

> Projeto e fabricação: Usiminas Mecânica

> contratante: Departamento de Estradas de Rodagem do Espírito Santo – DER-ES

> Dimensões: 228,7 m de comprimento, dos quais 80,6 m estaiado

> tipologia: Estaiada com vigas e torres de aço

> Aço utilizado: Patinável de alta resistência

BelezA cOMBinADA à FUnciOnAliDADe

Cartão portal de Vitória, a Ponte da Passagem foi a primeira estrutura estaiada erguida no Brasil integralmente em aço, ou seja, com torres, vigas e cabos metálicos. O uso do aço nesse caso auxiliou a superação de desafios técnicos, como o prazo de execução reduzido e a necessidade de garantir segurança e produtividade, mesmo dispondo de uma área de canteiro reduzida.

A obra de arte é composta por seis pistas, com 311 metros de comprimento, 24 metros de largura e um gabarito náutico de 50 metros de largura x 8 metros de altura. Fabricadas na indústria, as estruturas metálicas foram transportadas para o canteiro, onde foram pré-montadas e lançadas com deslizamento horizontal sobre roletes, apoiados sobre os pilares com auxílio de guincho de grande capacidade. Com trechos curvos e segmentos assimétricos, o projeto mostra como o aço é capaz de agregar esbeltez, elegância e contemporaneidade às pontes estaiadas.

Montagem dos pilares de aço durante a construção da Ponte da Passagem

visUAl leve eM gRAnDes PROPORções

A 3ª Ponte sobre Rio Orinoco é uma ligação rodoferroviária situada na região central da Venezuela, próxima à cidade de Cabruta. Em sua parte principal, consiste em uma estrutura double deck: a rodovia passa no piso superior, enquanto a ferrovia percorre o piso inferior. A superestrutura da ponte foi projetada com caixão treliçado metálico de aproximadamente 12 m de altura, para a instalação da linha férrea, e com tabuleiro de concreto, por onde passa a rodovia. Para sustentar os estais de aço, há duas torres principais em forma de diamante, construídas em concreto armado, com 135,5 m de altura e 11,13 km de extensão.

Sob a ponte, o canal de navegação possui um vão de 360 m, com 40 m de altura e 21 m de largura sobre o nível máximo do rio. Além do porte e da complexidade técnica, o que mais se destaca nesse caso é a beleza da obra de arte, sob qualquer ângulo, que contou com engenharia brasileira.

Detalhe da construção dos pilares na Venezuela. Abaixo, ponte atualmente em construção contará com caixão treliçado de aço por onde passa a linha férrea

Caicara del Orinoco, Venezuela Em construção

> Projeto: Fiqueiredo Ferraz e Lustgarten Y Asociados

> construtora: Odebrecht

> contratante: Ministerio de Obras Públicas y ViviendasVenezuela

> Dimensões: 11.125 m de extensão total, sendo o trecho de aço com 4.160 m (1.880 + 2.280 m)

> tipologia: Caixão, Treliça, e Treliça estaiada

> Aço utilizado: ASTM A 709

3ª Ponte sobre o Rio Orinoco

Divulgação Odebrecht

Divulgação Odebrecht

ARcO sOBRe FeRROviA

O arco é uma das concepções estruturais mais eficientes para a construção de pontes e viadutos em aço. A tipologia foi explorada no projeto desse viaduto rodoviário, em São Caetano do Sul, na Grande São Paulo, construído sobre uma linha férrea.

A obra de arte vence um vão livre de 56 m com elegância, liberando o gabarito necessário para os trens trafegarem com segurança. O viaduto é um prolongamento da Avenida Guido Aliberti e foi concebido para desafogar o trânsito da região central do município.

viaduto rodoviário sobre linha da cPtM São Caetano do Sul, SP

> Ano da obra: 2004

> Projeto: Contracta Engenharia e Metasa

> Fabricação: Metasa

> contratante: Prefeitura de São Caetano do Sul

> Dimensões: Vão livre de 56 m

> tipologia: Arco

Viaduto Prefeito Luís Tortorello, em São Caetano do Sul, adicionou toque de cor à árida paisagem urbana

Obra de arte sobre via férrea tem estrutura em forma de arco

elegânciA e viDA lOngA

Com 90 m de comprimento, o Viaduto Cidade do Aço passa sobre a rodovia Presidente Dutra e é um dos acessos ao município de Volta Redonda (RJ).

Montado em apenas cinco dias sem interferir no tráfego da via, tem formas esbeltas e elegantes com as suas pernas inclinadas.

Quem passa pela obra de arte não imagina que ela tenha sido erguida há mais de três décadas. O viaduto em aço patinável sem pintura mantém-se em perfeito estado e praticamente sem nenhuma intervenção para manutenção ou reparos na estrutura de aço. É, portanto, uma demonstração bem-sucedida de como o aço pode combinar beleza, rapidez de construção e durabilidade.

Viaduto foi concebido sob duas premissas principais: ter grande representatividade estética e não causar grandes prejuízos ao tráfego durante a montagem. Na página ao lado, detalhe da estrutura em aço patinável

viaduto cidade do Aço

Volta Redonda, RJ

> Ano da obra: 1980

> Projeto: FEM

> construtora: FEM / CONSID

> contratante: Prefeitura

Municipal de Volta Redonda

> Manutenção: CCR

> Dimensões: 89,50 m

(18,55 + 52,40 + 18,55 m)

> tipologia: Pórtico rígido de pernas inclinadas

> Aço utilizado: Patinável

tRáFegO intensO eM AMBiente AgRessivO

A ponte Presidente Costa e Silva, inaugurada em 1974, liga as cidades do Rio de Janeiro e de Niterói sobre a Baía da Guanabara. A superestrutura de aço do vão central de 848 m de comprimento, é composta por uma viga caixão contínua de três vãos (200 + 300 + 200 m). Também há balanços de 30 m em cada extremidade e mais dois segmentos de 44 m que completam a parte de aço da obra de arte.

Maior ponte do hemisfério sul, a Rio-Niterói é referência mundial em manutenção de grandes estruturas. Com mais de quarenta anos de operação, em uma área de intensa agressividade (ambiente marinho), mantém-se íntegra e segura graças ao projeto, que previu acessos para facilitar a inspeção periódica, e a boas práticas de manutenção que incluem monitoramento e processos de inspeção não destrutivos. Trafegam pelas pistas da Rio-Niterói cerca de 150 mil veículos diariamente.

Ponte Rio-niterói

Rio de Janeiro, RJ

> inauguração: 1974

> Projeto: Howard, Needles Tammen and Bergendoff Int.Inc. e Noronha Serviços de Engenharia

> construtora: ECEX

> contratante: Ministério dos Transportes

> extensão total: 13,29 km, dos quais 8,83 km são sobre a água, e 72 m de altura em seu ponto mais alto

> tipologia: Viga caixão contínua

> Aço utilizado: BS 43-A, 50-C, 55-C e 55-E (13 mil toneladas)

> empresa responsável pela manutenção: CCR-Ponte - Grupo CCR (de 1995 a maio de 2015). Atualmente a ponte está sob concessão da Ecoponte

Trecho central em aço da Ponte Rio-Niterói com caixão-metálico

Ponte Rio-Niterói em operação

Construídos em cinco meses, viadutos treliçados na capital baiana vencem vãos de 88 e de 86 m. Na página ao lado, detalhe da treliça utilizada em Salvador

viADUtOs tReliçADOs eM sAlvADOR

Em obras realizadas no perímetro urbano, a velocidade de execução é algo bastante desejável por minimizar transtornos à população e reduzir custos. Durante a construção do Complexo da Rótula do Abacaxi, em Salvador, na Bahia, o aço contribuiu para que esse objetivo fosse alcançado. A obra transcorreu em apenas cinco meses, graças à adoção de peças industrializadas e à montagem facilitada.

O aço teve presença garantida na execução de dois viadutos treliçados de estrado inferior que compõem o trecho. O material se mostrou a solução técnica mais recomendada em função do reduzido espaço estrutural existente entre o greide das vias e o gabarito das linhas do metrô. No caso utilizou-se a treliça tipo Warren com elementos diagonais, que além da grande rigidez e fabricação rápida, tem linhas bastante elegantes.

Rótula do Abacaxi

Salvador, BA

> Ano da obra: 2010

> Projeto: Consep Consultoria

Engenharia e Projetos

> Fabricação: Rótula

Metalúrgica

> contratante: CONDER

- Companhia de Desenvolvimento Urbano do Estado da Bahia

> Dimensões: 88 m e 86 m de vão

> tipologia: Treliça Warren de estrado inferior

> Aço utilizado: ASTM A572 G 50 (912 t)

Manuela c avadas

POnte RODOFeRROviáRiA sOBRe O RiO PARAná

Com uma extensão total de 2.6 km, a ponte rodoferroviária sobre o Rio Paraná interliga os sistemas da Ferronorte e da Fepasa possibilitando aos estados produtores do centro-oeste o escoamento da produção agrícola no maior porto da América Latina, em Santos (SP). Para a construção da obra de arte, após examinar aspectos técnicos, econômicos e principalmente prazos, optou-se por superestrutura metálica, formada por duas treliças de banzos paralelos, com estrado inferior para suporte da via férrea e estrado superior para suporte da via rodoviária. As treliças de aço, nesse caso, viabilizaram vãos livres de 100 m, com grande eficiência.

A escolha de uma solução estrutural mais leve permitiu que houvesse menor trabalho na execução da infraestrutura, especialmente por reduzir os esforços sobre as fundações.

Ponte rodoferroviária tem superestrutura metálica formada por treliças de aço. São 2,6 quilômetros de estrutura metálica, com cerca de 10 m de altura e 7 m de largura

Ponte rodoferroviária sobre Rio Paraná

De Rubineia, SP, a Aparecida do Taboado, MS

> Ano da obra: 1995

> Projeto: RMG Engenharia

> Fabricação: Usiminas Mecânica

> contratante: Fepasa –Ferrovia Paulista S.A.

> Dimensões: Parte metálica com 2100 m em vãos de 100 m

> tipologia: Treliça em dois níveis (estrado inferior ferrovia e estrado superior rodovia)

> Aço utilizado: Patinável 350 MPa (20.650 t)

sOlUçÃO cOMPetitivA PARA POntes vicinAis

Vigas de aço garantem solução simples e de rápida execução para a construção de pontes vicinais em Minas Gerais. Abaixo, detalhe da viga com largura padronizada utilizada nos municípios mineiros

As estradas vicinais têm como principal função assegurar o deslocamento das populações rurais, a entrada dos insumos necessários e o escoamento da produção das propriedades agrícolas. Nessas ligações, as pontes costumam ser pontos críticos, sendo muitas vezes construídas de madeira, que além de baixa durabilidade, podem se tornar inseguras pela falta de manutenção e/ou pela degradação natural. Pontes vicinais demandam, portanto, soluções construtivas duráveis, de baixo custo e de execução fácil. O aço desponta como resposta a esse desafio ao compor uma solução estrutural simples com vigas metálicas e tabuleiros de concreto.

O programa “O Estado para os Cidadãos”, realizado pela Secretaria de Estado de Transportes e Obras Públicas de Minas Gerais, ilustra como isso pode ser feito na prática. A iniciativa já entregou cerca de 1.500 conjuntos de vigas metálicas para a construção de pontes de 8, 10, 12, 15 e 18 m. Com largura padronizada (4,2 m), as ligações são construídas em prazos de 20 a 40 dias, representando uma resposta rápida às necessidades dos municípios.

Programa de construção de Pontes vicinais Vários municípios de Minas Gerais

> Ano das obras: 2006 a 2012

> contratante: Secretaria de Transportes e Obras Públicas do Estado de Minas Gerais (SETOP-MG)

> Dimensões: 8 m, 10 m, 12 m, 15 m e 18 m de vão

> tipologia: Sistema misto com vigas de aço e laje de concreto

> Aço utilizado: ASTM A588

Divulgação s etop

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Edição de arte: Cibele Cipola

Impressão: Silvamarts

- Heins, Conrad P. Design of modern steel highway bridges.

- Pinho, Fernando O. Bellei Ildony H., Pontes e Viadutos em vigas mistas –Rio de Janeiro: IBS/CBCA, 2007.

- Corus Construction Center, Bringing steel to life, 2000.

- Viaduto Cidade do Aço; Premio Machado da Costa, ABCEM, 1981.

É permitida a reprodução total dos textos, desde que mencionada a fonte. É proibida a reprodução de fotos e desenhos, exceto mediante autorização expressa do autor. www.cbca-acobrasil.org.br

- Pfeil, Walter. Ponte Presidente Costa e Silva, Rio-Niterói: Métodos construtivos, Rio de Janeiro, Livros técnicos e científicos,1975.

- Palestra do engenheiro Carlos Henrique Siqueira no III Congresso Brasileiro de Pontes e Estruturas. Rio de Janeiro, 2010.

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