Ponte
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Uma ponte é uma estrutura construída para transpor um obstáculo físico (como um corpo de água, vale, estrada ou ferrovia) sem bloquear o caminho por baixo. É construído com a finalidade de fornecer passagem sobre o obstáculo, que geralmente é algo difícil ou impossível de atravessar. Existem muitos projetos diferentes de pontes, cada um servindo a um propósito específico e aplicável a diferentes situações. Os projetos de pontes variam dependendo de fatores como a função da ponte, a natureza do terreno onde a ponte é construída e ancorada, o material usado para fazê-la e os fundos disponíveis para construí-la.
As primeiras pontes provavelmente foram feitas com árvores caídas e pedras. O povo neolítico construiu pontes de calçadão em pântanos. A Ponte Arkadiko (que data do século 13 aC, no Peloponeso) é uma das mais antigas pontes em arco ainda existentes e em uso.
Etimologia
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O Oxford English Dictionary traça a origem da palavra ponte para uma palavra do inglês antigo brycg, com o mesmo significado. A palavra pode ser rastreada diretamente até o proto-indo-europeu *bʰrēw-. A origem da palavra para o jogo de cartas de mesmo nome é desconhecida.
História
Os tipos mais simples e antigos de pontes eram trampolins. Os povos neolíticos também construíram uma espécie de calçadão através dos pântanos; exemplos de tais pontes incluem a Sweet Track e a Post Track na Inglaterra, com aproximadamente 6.000 anos de idade. Sem dúvida, os povos antigos também teriam usado pontes de troncos; que é uma ponte de madeira que cai naturalmente ou é derrubada intencionalmente ou colocada sobre riachos. Algumas das primeiras pontes feitas pelo homem com vãos significativos provavelmente foram árvores derrubadas intencionalmente.
Entre as pontes de madeira mais antigas está a Holzbrücke Rapperswil-Hurden, cruzando o lago superior de Zurique, na Suíça; as pilhas de madeira pré-históricas descobertas a oeste de Seedamm datam de 1523 AC. A primeira passarela de madeira atravessava o Lago Zurique, seguida por várias reconstruções pelo menos até o final do século II dC, quando o Império Romano construiu uma ponte de madeira de 6 metros de largura (20 pés). Entre 1358 e 1360, Rodolfo IV, duque da Áustria, construiu uma 'nova' ponte de madeira sobre o lago que foi usada até 1878 - medindo aproximadamente 1.450 metros (4.760 pés) de comprimento e 4 metros (13 pés) de largura. Em 6 de abril de 2001, a passarela de madeira reconstruída foi inaugurada, sendo a ponte de madeira mais longa da Suíça.
A Ponte Arkadiko é uma das quatro pontes em arco micênicas que fazem parte de uma antiga rede de estradas, projetada para acomodar carruagens, entre o forte de Tirinto e a cidade de Epidauros no Peloponeso, no sul da Grécia. Datada da Idade do Bronze Grega (século XIII aC), é uma das mais antigas pontes em arco ainda existentes e em uso. Várias pontes de pedra em arco intactas da era helenística podem ser encontradas no Peloponeso.
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Os maiores construtores de pontes da antiguidade foram os antigos romanos. Os romanos construíram pontes em arco e aquedutos que poderiam permanecer em condições que danificariam ou destruiriam projetos anteriores. Alguns permanecem até hoje. Um exemplo é a Ponte de Alcântara, construída sobre o rio Tejo, em Espanha. Os romanos também usavam cimento, que reduzia a variação de resistência encontrada na pedra natural. Um tipo de cimento, chamado pozolana, consistia em água, cal, areia e rocha vulcânica. Pontes de tijolo e argamassa foram construídas após a era romana, pois a tecnologia do cimento foi perdida (mais tarde redescoberta).
Na Índia, o tratado Arthashastra de Kautilya menciona a construção de barragens e pontes. Uma ponte Mauryan perto de Girnar foi pesquisada por James Princep. A ponte foi varrida durante uma enchente e posteriormente reparada por Puspagupta, o arquiteto-chefe do imperador Chandragupta I. O uso de pontes mais fortes usando bambu trançado e correntes de ferro era visível na Índia por volta do século IV. Várias pontes, tanto para fins militares quanto comerciais, foram construídas pela administração mogol na Índia.
Embora existissem grandes pontes chinesas de construção em madeira na época do período dos Reinos Combatentes, a mais antiga ponte de pedra sobrevivente na China é a Ponte Zhaozhou, construída de 595 a 605 DC durante a dinastia Sui. Esta ponte também é historicamente significativa, pois é a mais antiga ponte de arco segmentar de pedra aberta do mundo. As pontes de arco segmentadas europeias datam pelo menos da Ponte de Alconétar (aproximadamente do século II dC), enquanto a enorme Ponte de Trajano da era romana (105 dC) apresentava arcos segmentados de tímpano aberto em construção de madeira.
As pontes de corda, um tipo simples de ponte suspensa, foram usadas pela civilização Inca nas montanhas dos Andes da América do Sul, pouco antes da colonização européia no século XVI.
Os Ashanti construíram pontes sobre riachos e rios. Eles foram construídos batendo quatro grandes troncos de árvore bifurcados no leito do riacho, colocando vigas ao longo desses pilares bifurcados e, em seguida, posicionando vigas transversais que foram finalmente cobertas com dez a quinze centímetros de terra.
Durante o século XVIII, houve muitas inovações no projeto de pontes de madeira por Hans Ulrich Grubenmann, Johannes Grubenmann e outros. O primeiro livro sobre engenharia de pontes foi escrito por Hubert Gautier em 1716.
Um grande avanço na tecnologia de pontes veio com a construção da Ponte de Ferro em Shropshire, Inglaterra, em 1779. Ela usou ferro fundido pela primeira vez como arcos para cruzar o rio Severn. Com a Revolução Industrial no século 19, sistemas de treliças de ferro forjado foram desenvolvidos para pontes maiores, mas o ferro não tem resistência à tração para suportar grandes cargas. Com o advento do aço, que possui alta resistência à tração, pontes muito maiores foram construídas, muitas usando as ideias de Gustave Eiffel.
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No Canadá e nos Estados Unidos, várias pontes cobertas de madeira foram construídas no final dos anos 1700 até o final dos anos 1800, reminiscentes de projetos anteriores na Alemanha e na Suíça. Algumas pontes cobertas também foram construídas na Ásia. Nos anos posteriores, alguns eram parcialmente feitos de pedra ou metal, mas as treliças geralmente ainda eram feitas de madeira; nos Estados Unidos, havia três estilos de treliças, o Queen Post, o Burr Arch e o Town Lattice. Centenas dessas estruturas ainda existem na América do Norte. Eles chamaram a atenção do público em geral na década de 1990 pelo romance, filme e peça The Bridges of Madison County.
Em 1927, o pioneiro da soldagem, Stefan Bryła, projetou a primeira ponte rodoviária soldada do mundo, a Ponte Maurzyce, que mais tarde foi construída sobre o rio Słudwia em Maurzyce, perto de Łowicz, Polônia, em 1929. Em 1995, a American Welding Society apresentou o Historic Welded Prêmio Estrutura para a ponte para a Polônia.
Tipos de pontes
As pontes podem ser categorizadas de várias maneiras diferentes. As categorias comuns incluem o tipo de elementos estruturais usados, pelo que eles carregam, se são fixos ou móveis e pelos materiais usados.
Tipos de estrutura
As pontes podem ser classificadas pela forma como as ações de tração, compressão, flexão, torção e cisalhamento são distribuídas em sua estrutura. A maioria das pontes empregará tudo isso até certo ponto, mas apenas algumas predominarão. A separação de forças e momentos pode ser bastante clara. Em uma ponte suspensa ou estaiada, os elementos em tração são distintos em forma e posicionamento. Em outros casos, as forças podem ser distribuídas entre um grande número de membros, como em uma treliça.
 Ponte de feixe | As pontes de feixe são feixes horizontais suportados em cada extremidade por unidades de subestrutura e podem ser ou simplesmente suportado quando as vigas se conectam apenas em uma única extensão, ou contínuo quando os feixes estão conectados em duas ou mais extensões. Quando há múltiplas extensões, os suportes intermediários são conhecidos como piers. As primeiras pontes de feixe eram troncos simples que se sentavam através de fluxos e estruturas simples semelhantes. Nos tempos modernos, as pontes de feixe podem variar de pequenas vigas de madeira para grandes caixas de aço. A força vertical na ponte torna-se uma carga de cisalhamento e flexão no feixe que é transferido para baixo seu comprimento para as subestruturas de cada lado Eles são tipicamente feitos de aço, concreto ou madeira. Pontes de gengibre e pontes de cidra de chapa, geralmente feitas de aço, são tipos de pontes de viga. As pontes de viga de caixa, feitas de aço, concreto ou ambos, também são pontes de viga. As extensões de ponte de feixe raramente excedem 250 pés (76 m) de comprimento, uma vez que as tensões de flexão aumentam proporcionalmente ao quadrado do comprimento (e a deflexão aumenta proporcionalmente ao 4o poder do comprimento). No entanto, a principal extensão da Ponte Rio-Niteroi, uma ponte de cidra de caixa, fica a 300 metros.
A ponte de feixe mais longa do mundo é Lake Pontchartrain Causeway no sul da Louisiana nos Estados Unidos, a 23,83 milhas (38,35 km), com intervalos individuais de 56 pés (17 m). Pontes de feixe são o tipo mais simples e mais antigo de ponte em uso hoje, e são um tipo popular. |
 Ponte de Truss | Uma ponte de treliça é uma ponte cuja superestrutura é composta por uma trégua. Esta trégua é uma estrutura de elementos conectados que formam unidades triangulares. Os elementos conectados (tipicamente retos) podem ser estressados a partir de tensão, compressão ou, às vezes, ambos em resposta a cargas dinâmicas. Truss pontes são um dos tipos mais antigos de pontes modernas. Os tipos básicos de pontes de treliça mostradas neste artigo têm projetos simples que podem ser facilmente analisados por engenheiros do século XIX e do início do século XX. Uma ponte de treliça é econômica para construir devido ao seu uso eficiente de materiais. |
 Ponte de Cantilever | As pontes de Cantilever são construídas usando cantilevers — feixes horizontais suportados em apenas uma extremidade. A maioria das pontes de cantilever usam um par de extensões contínuas que se estendem de lados opostos dos cais de apoio para se encontrar no centro do obstáculo que a ponte cruza. Pontes de cantilever são construídas usando muito os mesmos materiais e técnicas como pontes de feixe. A diferença vem na ação das forças através da ponte.
Algumas pontes de cantilever também têm um feixe menor conectando os dois cantilevers, para a força extra. A maior ponte cantilever é a 549 metros (1,801 pés) Quebec Bridge em Quebec, Canadá. |
 Ponte de arco | Pontes de arco têm abutments em cada extremidade. O peso da ponte é empurrado para os pilares de cada lado. As primeiras pontes de arco conhecidas foram construídas pelos gregos, e incluem a Ponte Arkadiko.
Com a extensão de 220 metros (720 pés), a Ponte Solkan sobre o Rio Soča em Solkan na Eslovénia é a segunda maior ponte de pedra do mundo e a ponte de pedra ferroviária mais longa. Foi concluída em 1905. Seu arco, que foi construído a partir de mais de 5.000 toneladas (4.900 toneladas longas; 5.500 toneladas curtas) de blocos de pedra em apenas 18 dias, é o segundo maior arco de pedra do mundo, superado apenas pelo Friedensbrücke (Syratalviadukt) em Plauen, e o maior arco de pedra ferroviária. O arco do Friedensbrücke, que foi construído no mesmo ano, tem a extensão de 90 m (295 ft) e cruza o vale do rio Syrabach. A diferença entre os dois é que a Ponte Solkan foi construída a partir de blocos de pedra, enquanto o Friedensbrücke foi construído a partir de uma mistura de pedra esmagada e argamassa de cimento. A maior ponte de arco do mundo é a Ponte Chaotianmen sobre o Rio Yangtze com um comprimento de 1,741 m (5,712 ft) e uma extensão de 552 m (1,811 ft). A ponte foi inaugurada em 29 de abril de 2009, em Chongqing, China. |
 Ponte de arco amarrado | As pontes em arco têm uma superestrutura em forma de arco, mas diferem das pontes de arco convencionais. Em vez de transferir o peso da ponte e do tráfego carrega em forças de impulso para os pilares, as extremidades dos arcos são contidos pela tensão no acorde inferior da estrutura. Eles também são chamados arcos de arco. |
 Ponte de suspensão | Pontes de suspensão são suspensas de cabos. As primeiras pontes suspensas foram feitas de cordas ou videiras cobertas com pedaços de bambu. Nas pontes modernas, os cabos penduram de torres que estão ligados a caissons ou cofferdams. Os caissons ou cofferdams são implantados no fundo da cama do lago, rio ou mar. Os subtipos incluem a ponte de suspensão simples, a ponte de fita estressada, a ponte de suspensão underspanned, a ponte suspensa do deck suspenso e a ponte de suspensão auto-anchored. Há também o que às vezes é chamado de ponte de "semi-suspensão", da qual a ponte de Ferry em Burton-upon-Trent é a única de sua espécie na Europa.
A ponte de suspensão mais longa do mundo é a ponte de 4,608 m (15,118 ft) 1915 Çanakkale na Turquia. |
 Ponte permanecida por cabo | Pontes de suporte a cabo, como pontes suspensas, são mantidas por cabos. No entanto, em uma ponte de pé por cabo, menos cabo é necessário e as torres que seguram os cabos são proporcionalmente maiores. A primeira ponte de suporte a cabo foi projetada em 1784 por C. T. (ou C. J.) Löscher.
A ponte mais longa desde 2012 é a 1.104 m (3,622 ft) Ponte Russky em Vladivostok, Rússia. |
Alguns engenheiros subdividem 'beam' pontes em laje, viga-e-laje e viga caixão com base em sua seção transversal. Uma laje pode ser sólida ou vazia (embora isso não seja mais favorecido por razões de inspeção), enquanto vigas e lajes consistem em vigas de concreto ou aço conectadas por uma laje de concreto. Uma seção transversal de viga caixão consiste em uma caixa unicelular ou multicelular. Nos últimos anos, a construção de pontes integrais também se tornou popular.
Pontes fixas ou móveis
A maioria das pontes são pontes fixas, o que significa que não têm partes móveis e permanecem no mesmo lugar até que quebrem ou sejam demolidas. As pontes temporárias, como as pontes Bailey, são projetadas para serem montadas, desmontadas, transportadas para um local diferente e reutilizadas. Eles são importantes na engenharia militar e também são usados para transportar tráfego enquanto uma ponte velha está sendo reconstruída. Pontes móveis são projetadas para sair do caminho de barcos ou outros tipos de tráfego, que de outra forma seriam altos demais para caber. Estes são geralmente alimentados eletricamente.
O transportador de ponte do tanque (TBT) tem o mesmo desempenho cross-country de um tanque, mesmo quando totalmente carregado. Ele pode implantar, descarregar e carregar pontes de forma independente, mas não pode recuperá-los.
Pontes de dois andares
As pontes de dois andares (ou de dois andares) têm dois níveis, como a ponte George Washington, que liga a cidade de Nova York ao condado de Bergen, em Nova Jersey, EUA, como a ponte mais movimentada do mundo, transportando 102 milhões veículos anualmente; o trabalho de treliça entre os níveis da estrada forneceu rigidez às estradas e reduziu o movimento do nível superior quando o nível inferior foi instalado três décadas após o nível superior. A Ponte Tsing Ma e a Ponte Kap Shui Mun em Hong Kong têm seis pistas em seus andares superiores, e em seus andares inferiores há duas pistas e um par de trilhos para trens do metrô MTR. Algumas pontes de dois andares usam apenas um nível para o tráfego da rua; a Washington Avenue Bridge em Minneapolis reserva seu nível inferior para tráfego de automóveis e trens leves e seu nível superior para tráfego de pedestres e bicicletas (predominantemente estudantes da Universidade de Minnesota). Da mesma forma, em Toronto, o Viaduto Prince Edward tem cinco faixas de tráfego motorizado, ciclovias e calçadas em seu andar superior; e um par de trilhos para a linha de metrô Bloor-Danforth em seu andar inferior. O vão oeste da San Francisco-Oakland Bay Bridge também tem dois níveis.
A ponte de alto nível de Robert Stephenson sobre o rio Tyne em Newcastle upon Tyne, concluída em 1849, é um dos primeiros exemplos de uma ponte de dois andares. O nível superior carrega uma ferrovia e o nível inferior é usado para o tráfego rodoviário. Outros exemplos incluem a Ponte Britannia sobre o Estreito de Menai e a Ponte Craigavon em Derry, Irlanda do Norte. A Ponte Oresund entre Copenhague e Malmö consiste em uma rodovia de quatro pistas no nível superior e um par de trilhos ferroviários no nível inferior. A Tower Bridge em Londres é um exemplo diferente de uma ponte de dois andares, com a seção central composta por um vão basculante de baixo nível e uma passarela de alto nível.
Viadutos
Um viaduto é composto de várias pontes conectadas em uma estrutura mais longa. As pontes mais longas e algumas das mais altas são viadutos, como a Calçada do Lago Pontchartrain e o Viaduto de Millau.
Ponte multidirecional
Uma ponte de múltiplas vias tem três ou mais vãos separados que se encontram perto do centro da ponte. Pontes multidirecionais com apenas três vãos aparecem como um "T" ou "Y" quando visto de cima. Pontes multidirecionais são extremamente raras. The Tridge, Margaret Bridge e Zanesville Y-Bridge são exemplos.
Tipos de ponte por uso
Uma ponte pode ser categorizada pelo que foi projetada para transportar, como trens, tráfego de pedestres ou rodoviário (ponte rodoviária), um duto ou hidrovia para transporte de água ou tráfego de barcaças. Um aqueduto é uma ponte que transporta água, assemelhando-se a um viaduto, que é uma ponte que liga pontos de igual altura. Uma ponte rodo-ferroviária transporta tráfego rodoviário e ferroviário. Overway é um termo para uma ponte que separa tráfego de interseção incompatível, especialmente rodoviário e ferroviário. Uma ponte pode transportar linhas de energia aéreas, assim como a ponte Storstrøm.
Algumas pontes acomodam outros propósitos, como a torre da Ponte Nový Most em Bratislava, que possui um restaurante, ou uma ponte-restaurante que é uma ponte construída para servir como restaurante. Outras torres de ponte suspensa carregam antenas de transmissão.
Os conservacionistas usam viadutos de vida selvagem para reduzir a fragmentação do habitat e as colisões entre animais e veículos. As primeiras pontes para animais surgiram na França na década de 1950, e esses tipos de pontes agora são usados em todo o mundo para proteger animais selvagens grandes e pequenos.
As pontes também estão sujeitas a usos não planejados. As áreas abaixo de algumas pontes se tornaram abrigos improvisados e lares para pessoas sem-teto, e as paredes subterrâneas de pontes em todo o mundo são pontos de grafite predominantes. Algumas pontes atraem pessoas que tentam suicídio e se tornam conhecidas como pontes suicidas.
Tipos de ponte por material
Os materiais usados para construir a estrutura também são usados para categorizar as pontes. Até o final do século XVIII, as pontes eram feitas de madeira, pedra e alvenaria. As pontes modernas são atualmente construídas em concreto, aço, polímeros reforçados com fibras (FRP), aço inoxidável ou combinações desses materiais. Pontes vivas foram construídas com plantas vivas, como raízes de árvores Ficus elastica na Índia e trepadeiras de glicínias no Japão.
| Tipo de ponte | Materiais utilizados |
|---|---|
| Cantilever | Para pequenas pontes de rodapé, os cantilevers podem ser feixes simples; no entanto, grandes pontes de cantilever projetadas para lidar com estradas ou trens de uso de tráfego ferroviários construídos a partir de aço estrutural, ou cintas de caixa construídas a partir de concreto pré-esforçado. |
| Suspensão | Os cabos são geralmente feitos de cabos de aço galvanizados com zinco, juntamente com a maioria da ponte, mas algumas pontes ainda são feitas com betão armado em aço. |
| Arch. | Pedra, tijolo e outros tais materiais que são fortes na compressão e um tanto no cisalhamento. |
| Beam. | Pontes de feixe podem usar betão pré-esforçado, um material de construção barato, que é então incorporado com vergalhão. A ponte resultante pode resistir ambas as forças de compressão e tensão. |
| Truss | As peças triangulares de pontes de treliça são fabricadas a partir de barras retas e de aço, de acordo com os projetos de ponte de treliça. |
Análise e design
Ao contrário dos edifícios cujo projeto é liderado por arquitetos, as pontes geralmente são projetadas por engenheiros. Isso decorre da importância dos requisitos de engenharia; ou seja, superar o obstáculo e ter durabilidade para sobreviver, com manutenção mínima, em um ambiente externo agressivo. As pontes são analisadas primeiro; o momento fletor e distribuições de força de cisalhamento são calculados devido às cargas aplicadas. Para isso, o método dos elementos finitos é o mais popular. A análise pode ser uni, bi ou tridimensional. Para a maioria das pontes, um modelo de placa bidimensional (muitas vezes com vigas de enrijecimento) é suficiente ou um modelo de elementos finitos em pé. Após a conclusão da análise, a ponte é projetada para resistir aos momentos de flexão aplicados e às forças de cisalhamento, os tamanhos das seções são selecionados com capacidade suficiente para resistir às tensões. Muitas pontes são feitas de concreto protendido, que possui boas propriedades de durabilidade, seja por pré-tensionamento de vigas antes da instalação ou pós-tensionamento no local.
Na maioria dos países, as pontes, como outras estruturas, são projetadas de acordo com os princípios de projeto de fator de carga e resistência (LRFD). Em termos simples, isso significa que a carga é fatorada por um fator maior que a unidade, enquanto a resistência ou capacidade da estrutura é fatorada para baixo, 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 permitem a incerteza e são maiores quando a incerteza é maior.
Estética
A maioria das pontes tem aparência utilitária, mas em alguns casos, a aparência da ponte pode ter grande importância. Frequentemente, este é o caso de uma grande ponte que serve de entrada para uma cidade ou cruza a entrada principal de um porto. Às vezes, são conhecidas como pontes de assinatura. Projetistas de pontes em parques e ao longo de parques também costumam dar mais importância à estética. Exemplos incluem as pontes de pedra ao longo da Taconic State Parkway, em Nova York.
Geralmente, as pontes são esteticamente mais agradáveis se forem de forma simples, o tabuleiro for mais fino (em proporção ao seu vão), as linhas da estrutura forem contínuas e as formas dos elementos estruturais refletirem as forças que atuam sobre eles. Para criar uma bela imagem, algumas pontes são construídas muito mais altas do que o necessário. Esse tipo, frequentemente encontrado em jardins de estilo do leste asiático, é chamado de ponte lunar, evocando uma lua cheia nascente. Outras pontes de jardim podem cruzar apenas um leito seco de seixos lavados pelo riacho, com a intenção apenas de transmitir a impressão de um riacho. Freqüentemente, em palácios, uma ponte será construída sobre um canal artificial como símbolo de uma passagem para um lugar importante ou estado de espírito. Um conjunto de cinco pontes cruza 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.
Manutenção da ponte
A vida útil estimada das pontes varia entre 25 e 80 anos, dependendo da localização e do material. No entanto, as pontes podem envelhecer cem anos com manutenção e reabilitação adequadas. A manutenção da ponte consiste em uma combinação de monitoramento e teste de integridade estrutural. Isso é regulamentado em padrões de engenharia específicos do país e inclui um monitoramento contínuo a cada três a seis meses, um teste ou inspeção simples a cada dois a três anos e uma inspeção geral a cada seis a dez anos. Na Europa, o custo de manutenção é considerável e é maior em alguns países do que o gasto com novas pontes. A vida útil das pontes de aço soldadas pode ser significativamente estendida pelo pós-tratamento das transições de solda. Isso resulta em um alto benefício potencial, usando pontes existentes muito além da vida útil planejada.
Carga de tráfego na ponte
Embora a resposta de uma ponte ao carregamento aplicado seja bem compreendida, o próprio carregamento de tráfego aplicado ainda é objeto de pesquisa. Este é um problema estatístico, pois o carregamento é altamente variável, principalmente para pontes rodoviárias. Os efeitos de carga em pontes (tensões, momentos de flexão) são projetados para usar os princípios de projeto de fator de carga e resistência. Antes de fatorar para permitir a incerteza, o efeito de carga é geralmente considerado como o valor característico máximo em um período de retorno especificado. Notavelmente, na Europa, é o valor máximo esperado em 1000 anos.
Os padrões da ponte geralmente incluem um modelo de carga, considerado para representar a carga máxima característica esperada no período de retorno. No passado, esses modelos de carga foram acordados por comitês de elaboração de padrões de especialistas, mas hoje essa situação está mudando. Agora é possível medir os componentes da carga de tráfego da ponte, para pesar caminhões, usando tecnologias de pesagem em movimento (WIM). Com extensos bancos de dados WIM, é possível calcular o efeito máximo de carga esperado no período de retorno especificado. Esta é uma área ativa de pesquisa, abordando questões de faixas de sentido oposto, faixas lado a lado (mesma direção), crescimento do tráfego, veículos permitidos/não permitidos e pontes de longo alcance (veja abaixo). Em vez de repetir esse processo complexo toda vez que uma ponte deve ser projetada, as autoridades de padronização especificam modelos de carga nocional simplificados, principalmente HL-93, destinados a fornecer os mesmos efeitos de carga que os valores máximos característicos. O Eurocódigo é um exemplo de padrão para carga de tráfego de ponte que foi desenvolvido dessa maneira.
Carga de tráfego em pontes de vão longo
A maioria dos padrões de pontes são aplicáveis apenas para vãos curtos e médios - por exemplo, o Eurocódigo é aplicável apenas para comprimentos carregados de até 200 m. Prazos maiores são tratados caso a caso. É geralmente aceito que a intensidade da carga diminui à medida que o vão aumenta, porque a probabilidade de muitos caminhões serem muito espaçados e extremamente pesados diminui à medida que o número de caminhões envolvidos aumenta. Também é geralmente assumido que vãos curtos são regidos por um pequeno número de caminhões trafegando em alta velocidade, com tolerância para dinâmica. Os vãos mais longos, por outro lado, são regidos por tráfego congestionado e nenhuma permissão para dinâmica é necessária. Calcular o carregamento devido ao tráfego congestionado continua sendo um desafio, pois há escassez de dados sobre intervalos entre veículos, tanto dentro da faixa quanto entre faixas, em condições congestionadas. Os sistemas de pesagem em movimento (WIM) fornecem dados sobre as lacunas entre veículos, mas só funcionam bem em condições de tráfego de fluxo livre. Alguns autores usaram câmeras para medir lacunas e comprimentos de veículos em situações de congestionamento e inferiram pesos de comprimentos usando dados WIM. Outros usaram microssimulação para gerar grupos típicos de veículos na ponte.
Vibração da ponte
As pontes vibram sob carga e isso contribui, em maior ou menor grau, para os esforços. A vibração e a dinâmica são geralmente mais significativas para estruturas esbeltas, como pontes para pedestres e pontes rodoviárias ou ferroviárias de grande extensão. Um dos exemplos mais famosos é a Tacoma Narrows Bridge, que desabou logo após ser construída devido à vibração excessiva. Mais recentemente, a Millennium Bridge em Londres vibrou excessivamente sob carga de pedestres e foi fechada e adaptada com um sistema de amortecedores. Para pontes menores, a dinâmica não é catastrófica, mas pode contribuir com uma amplificação adicional das tensões devido aos efeitos estáticos. Por exemplo, o Eurocódigo para carregamento de pontes especifica amplificações entre 10% e 70%, dependendo do vão, do número de faixas de tráfego e do tipo de tensão (momento fletor ou força cortante).
Interação dinâmica veículo-ponte
Tem havido muitos estudos sobre a interação dinâmica entre veículos e pontes durante eventos de travessia de veículos. Fryba fez um trabalho pioneiro sobre a interação de uma carga em movimento e uma viga de Euler-Bernoulli. Com o aumento do poder de computação, os modelos de interação veículo-ponte (VBI) tornaram-se cada vez mais sofisticados. A preocupação é que uma das muitas frequências naturais associadas ao veículo ressoe com a primeira frequência natural da ponte. As frequências relacionadas ao veículo incluem ressalto do corpo e salto do eixo, mas também existem pseudofrequências associadas à velocidade de passagem do veículo e muitas frequências associadas ao perfil da superfície. Dada a grande variedade de veículos pesados em pontes rodoviárias, uma abordagem estatística foi sugerida, com análises VBI realizadas para muitos eventos de carregamento estaticamente extremos.
Falhas de ponte
A falha de pontes é uma preocupação especial para engenheiros estruturais na tentativa de aprender lições vitais para projeto, construção e manutenção de pontes.
O fracasso das pontes assumiu interesse nacional pela primeira vez na Grã-Bretanha durante a era vitoriana, quando muitos novos projetos estavam sendo construídos, muitas vezes usando novos materiais, com alguns deles falhando catastroficamente.
Nos Estados Unidos, o National Bridge Inventory rastreia as avaliações estruturais de todas as pontes, incluindo designações como "estruturalmente deficiente" e "funcionalmente obsoleto".
Monitoramento de integridade da ponte
Existem vários métodos usados para monitorar a condição de grandes estruturas como pontes. Muitas pontes de grande extensão agora são rotineiramente monitoradas com uma variedade de sensores, incluindo transdutores de deformação, acelerômetros, medidores de inclinação e GPS. Os acelerômetros têm a vantagem de serem inerciais, ou seja, não precisam de um ponto de referência para medir. Isso geralmente é um problema para medição de distância ou deflexão, especialmente se a ponte estiver sobre a água. O crowdsourcing das condições da ponte, acessando dados capturados passivamente por telefones celulares, que rotineiramente incluem acelerômetros e sensores GPS, foi sugerido como uma alternativa à inclusão de sensores durante a construção da ponte e um aumento para exames profissionais.
Uma opção para monitoramento de integridade estrutural é o "monitoramento sem contato", que usa o efeito Doppler (deslocamento Doppler). Um feixe de laser de um Vibrômetro Laser Doppler é direcionado ao ponto de interesse, e a amplitude e a frequência da vibração são extraídas do deslocamento Doppler da frequência do feixe de laser devido ao movimento da superfície. A vantagem desse método é que o tempo de setup do equipamento é mais rápido e, ao contrário de um acelerômetro, possibilita medições em múltiplas estruturas no menor tempo possível. Além disso, esse método pode medir pontos específicos em uma ponte que podem ser de difícil acesso. No entanto, os vibrômetros são relativamente caros e têm a desvantagem de precisar de um ponto de referência para medir.
Instantâneos no tempo da condição externa de uma ponte podem ser registrados usando o Lidar para auxiliar na inspeção da ponte. Isso pode fornecer a medição da geometria da ponte (para facilitar a construção de um modelo de computador), mas a precisão geralmente é insuficiente para medir as deflexões da ponte sob carga.
Enquanto pontes modernas maiores são rotineiramente monitoradas eletronicamente, pontes menores geralmente são inspecionadas visualmente por inspetores treinados. Há um interesse de pesquisa considerável no desafio de pontes menores, pois muitas vezes são remotas e não possuem energia elétrica no local. As soluções possíveis são a instalação de sensores em um veículo de inspeção especializado e o uso de suas medições enquanto ele passa pela ponte para inferir informações sobre a condição da ponte. Esses veículos podem ser equipados com acelerômetros, girômetros, vibrômetros Laser Doppler e alguns até têm a capacidade de aplicar uma força ressonante à superfície da estrada para excitar dinamicamente a ponte em sua frequência ressonante.
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