PT90101B - Tabuleiro para ponte de grande comprimento - Google Patents

Description

Tabuleiro para ponte de grande comprimento

A presente invenção diz respeito a uma ponte, em especial a uma ponte de grande vão, do tipo suspensa por espias, e susceptível de escoar um tráfego importante graças à presença de pavimentos situados em planos sobrepostos, servindo um deles por exemplo para vias férreas e o outro para a circulação automóvel .

No estado actual da técnica, o vencimento de grandes vãos recorre ou a pontes pênseis, ou a pontes suspensas por espias ou pontes suspensas por tirantes. As pontes pênseis justificam-se economicamente para vãos excepcionais, mas a sua flexibilidade levanta problemas para a circulação, em especial a ferroviária, e para a estabilidade aeroelástica. Por sua vez, as poq tes suspensas por tirantes não têm sensibilidade ao vento como as pontes pênseis, em particular se o tabuleiro for construído em betão, material que confere à estrutura um peso suficiente e uma grande rigidez. Porém, o peso limita os vãos, de modo que além do domínio de aplicação das pontes com espias, de betão,

recorre-se a tabuleiros de estrutura mista de aço/betão ou a tabuleiros completamente metálicos.

No estado actual da técnica, os tabuleiros suspensos por tirantes de estrutura mista aço/betão têm sido sempre constituídos por um membro superior de betão, que forma a placa da via de rodagem, suportada por vigas de reforço transversais e longitudinais destinadas a transferir as cargas para as espias ao mesmo tempo que asseguram uma rigidez suficiente ao tabuleiro. As realizações deste tipo são recentes e põem em evidência as limitações actuais dos meios conhecidos, nos pontos seguintes:

- a coabitação da estrutura metálica e do betão, no que respeita aos efeitos de contracção e das deformações lentas do betão,

- o aparecimento de gradientes de temperatura criados pela exposição ao sol de superfícies metálicas com uma pequena inércia térmica,

- o risco de encurvadura do conjunto da estrutura por instabilidade do membro inferior das vigas longitudinais de rigidez, quando as tensões devidas às cargas, cumuladas com os efeitos atrás indicados, se aproximam do limite elástico em compressão do metal,

- a muita baixa resistência deste tipo de estrutura relativamente a esforços acidentais, tais como o choque de um camião contra uma espia.

Podem remediar-se vários destes inconvenientes aumentando

a altura e a importância das vigas longitudinais de rigidez, mas isto em detrimento da exposição ao vento e da economia.

Pode também recorrer-se a estruturas em treliça, porgue elas permitem obter economicamente uma grande rigidez de flexão e de torção, mantendo ao mesmo tempo uma transparência máxima relativamente ao vento. No estado actual da técnica, tais estruturas em treliça combinam geralmente o aço e o betão, mas apesar de importantes pesguisas neste domínio, não foi ainda encontrada gualguer solução verdadeiramente satisfatória para transferir os esforços entre os membros da estrutura e as diagonais nos d i f e r e n tes nós da treliça. 0 comportamento a longo prazo de tais soluções não é conhecido e os seus custos mantêm-se elevados.

objecto da presente invenção consiste em dar remédio a todos os inconvenientes atrás referidos, propondo uma estrutura nova ao mesmo tempo ligeira, rígida e de fácil realização, portanto económica.

A presente invenção proporciona, para obter este resultado, uma ponte constituída por um tabuleiro e meios para suportar este tabuleiro, compreendendo o tabuleiro:

- um membro superior que forma uma placa de circulação,

- um membro inferior que forma uma placa de circulação com menor largura que o membro superior,

- vigas de ligação pré-esforçadas, designadas por diagonais,

orientadas ob1iquamente , quer em relação à vertical, quer em relação ao comprimento da ponte e ligando os bordos dos membros superior e inferior,

- passando as vigas de ligação auxiliares, também de pré-esforço, situadas mais ou menos em planos verticais, pelos bordos do membro inferior, formando estas vigas auxiliares com as diagonais e os membros uma treliça espacial de grande rigidez, tendo esta ponte como particularidade o facto de o cabo ou os cabos de pré-esforço de uma viga diagonal ancorados no bordo do membro superior, atravessarem transversalmente o membro inferior, depois a viga diagonal que lhe é simétrica em relação ao plano vertical longitudinal de simetria da ponte, para ir ancorar-se no bordo oposto do membro superior.

Obtém-se assim, pela supressão de um certo número de pontos de ancoragem, uma estrutura aligeirada e com rigidez largamente reforçada para o mesmo peso.

De preferência, o cabo ou os cabos de pré-esforço de uma viga auxiliar são igualmente ancorados no membro superior, atravessam transversalmente o membro inferior, passam pela viga auxiliar que lhe é simétrica em relação ao plano vertical longitudinal de simetria da ponte e regressam para se ancorarem no membro superior.

Numa forma de realização preferida, as vigas auxiliares encontram-se na interseeção dos planos verticais paralelos ao

eixo, e de plano perpendicular a estes planos verticais e contendo as vigas diagonais. Obtém-se assim uma distribuição óptima dos esforços.

De preferência, o membro superior é formado por uma placa fina, reforçada por vigas transversais que lhe conferem rigidez, situadas no local onde as vigas diagonais e eventualmente as vigas auxiliares se unem ao referido membro superior.

Segundo uma forma de realização, o membro inferior é do tipo metálico, de caixões longitudinais, com maciços de betão para assegurar a ligação com os cabos de pré-esforço das vigas diagonais e auxiliares.

Segundo uma outra forma de realização, o membro inferior é formado por elementos pré-fabricadós de betão, ensamblados na direcção longitudinal. A escolha entre estas duas soluções é essencia 1mente uma questão de peso e de custo.

Quando a ponte segundo a presente invenção for do tipo de espias em leque, pode prever-se que o tabuleiro superior seja formado por ensambladura de elementos pré-fabricados ou vazados no local, tendo pelo menos alguns deles um batente destinado a reter a cabeça de ancoragem de uma espia, e tendo o elemento adjacente um batente auxiliar que se destina a apoiar-se no batente que retém a cabeça de ancoragem da espia, destinando-se este batente auxiliar a reter a cabeça de ancoragem de um cabo

de pré-esforço longitudinal do tabuleiro, exercendo uma força dirigida longitudinalmente em sentido contrário ao da espia, de modo que a acção conjugada da espia e do cabo de pré-esforço tenda a apertar um contra o outro os dois elementos pré-fabric a d o s .

No caso de a ponte segundo a presente invenção ser do tipo de espias em leque, com pelo menos um pilar em V invertido para suportar as espias, prevê-se vantajosamente que o tabuleiro seja colocado entre os montantes do pilar e que apoios oblíquos, situados no plano transversal do pilar, liguem o tabuleiro ao pegão que suporta o pilar, para assegurar a estabilidade do tabuleiro relativamente aos esforços horizontais.

Segundo um processo de construção vantajoso da ponte de acordo com a presente invenção, coloca-se na extremidade de uma parte do tabuleiro já montado, por um lado, um comprimento unitário de membro superior e, por outro lado, um conjunto formado por um comprimento igual de membro inferior e vigas de ligação diagonais e auxiliares associadas a este comprimento, e ensambla-se este comprimento de membro superior e este conjunto simultaneamente à parte do tabuleiro já montada e entre si, recorrendo a uma viga móvel montada em consola na parte do tabuleiro j á montada.

-Vai agora descrever-se a presente invenção mais pormenorizadamente com o auxílio de exemplos práticos ilustrados com

Ί

desenhos, cujas figuras representam:

A fig. 1, uma vista esquemática, em alçado, de uma ponte com espias segundo a presente invenção;

As fig. 2 e 3, cortes transversais correntes do tabuleiro, em duas formas de realização diferentes;

A fig. 4 um corte longitudinal parcial do tabuleiro;

As fig. 5 e 6, cortes transversais e longitudinais de um membro inferior metálico;

As fig. 7 e 8, vistas análogas, mas para um membro inferior de betão ;

A fig. 9, em corte longitudinal parcial ampliado, o dispositivo de ancoragem das espias no membro superior;

A fig. 10, de realização de

A fig . 11 vantajoso.

uma vista em alçado transversal de uma forma pilar de uma ponte segundo a presente invenção; e uma ilustração de um processo de construção

Na forma de realização da fig. 1, a ponte segundo a presente invenção compreende um tabuleiro (1), suspenso por espias (2), em pontos distribuídos uniformemente, estando estas espias fixadas no cume de um mastro de suporte ou pilar (3). Por uma questão de maior clareza, o vão central está representado com

apenas oito elementos, suspensos por três espias de cada lado do fecho. De facto, em pontes de grande vão, o espaçamento entre espias é variável de 10 a 20 metros e o número de espias no meio vão central pode atingir 20 a 25.

tabuleiro compreende um membro superior (4), que constitui a estrada, e um membro inferior (5), que forma uma segunda via. Estes dois membros são ligados por vigas de ligação orientadas obliquamente (6) e (7), que se vêm melhor nas figuras seguintes.

5imbo 1iζou-se por uma linha a tracejado um certo número de cabos de pré-esforço (8) associados a vigas de ligação, e outros cabos de pré-esforço longitudinais (9) e (10), que reforçam os membros superior e inferior do tabuleiro.

A fig. 2 mostra uma forma de realização do tabuleiro que compreende, no seu membro superior, uma via de comunicação com duas faixas em cada sentido e, no membro inferior, uma via de caminho de ferro.

A fig. 3 mostra uma outra forma de realização do tabuleiro, para um tráfego mais importante, que compreende, no membro superior, três vias de circulação em cada sentido e no membro inferior três linhas de metropolitano.

•Nos dois casos, a ponte é do tipo em que as espias (2) formam uma esteira vertical axial, ou duas esteiras verticais

adjacentes que suportam o tabuleiro pela sua parte central.

Todavia, noutras formas de realização, em especial para pontes de grande vão, as espias suportam os tabuleiros pelos seus bordos.

Nas duas figuras, a disposição das vias de ligação é a mesma: vigas de ligação diagonais ligam os bordos dos dois membros e vigas auxiliares (7) ligam o bordo do membro inferior ao membro superior mantendo-se num plano vertical axial. Com referência à fig. 1, vê-se que os membros (6) e (7) da estrutura estão situados nos mesmos planos oblíquos em relação à horizontal e perpendiculares ao plano vertical axial de simetria da obra.

membro superior (A) é formado por uma placa relativamente fina (11), reforçada por vigas transversais (12), situadas na sua parte inferior e que possuem meios de ancoragem das espias (13).

membro inferior (5) é, no caso das figuras, uma estrutura metálica que compreende caixões longitudinais de borda (1A) e centrais (15).

As vigas de ligação diagonais (6) são vigas metálicas ocas, que se apoiam, por um lado, num caixão lateral (1A) do membro inferior e, por outro lado, numa ferragem (16) solidária com a viga transversal (12). As vigas de ligação auxiliares (7), que também são ocas, apoiam-se, por um lado, nos caixões da •borda (1A) do membro inferior e, por outro lado, directamante

na viga (12).

Os cabos de pré-esforço (17) das vigas de ligação diagonais estão ancorados, por um lado, no bordo (18) da placa superior (13). Atravessam sucessivamente uma viga diagonal (6), os caixões (14) e (15) do membro inferior, num plano transversal em relação à ponte e uma outra viga diagonal (6) para irem fixar-se no bordo (18) oposto da placa (13).

Os cabos de pré-esforço (19) das vigas auxiliares atravessam, de maneira semelhante, sucessivamente uma viga de ligação (7), os caixões (14) e (15) do membro inferior e a viga de ligação (7). Eles são ancorados, nas suas duas extremidades, na face superior da viga (12).

A fig. 5 é uma vista parcial ampliada da fig. 2, para melhor mostrar a estrutura do tabuleiro inferior.

Os caixões (14) apresentam, nos seus bordos, superfícies oblíquas (20), perpendiculares às vigas de ligação diagonais (6), e às quais estas vão apoiar-se.

Sobre o caixão (14), um caixão auxiliar (21), que se alarga para baixo no sentido do centro do membro, serve de apoio à viga auxiliar (7). No ponto de junção com as vigas de ligação (6) e (7), os caixões são obturados por tabiques transversais oblíquos (20), inclinados em relação à horizontal com a mesma inclinação que as vigas de ligação. 0 espaço com a secção trans1 1

t /y versai em V, definido por estes dois tabiques transversais oblíquos (20) é preenchido com betão (21) e contém os tubos (22) e (23) nos quais são colocados os cabos de pré-esforço, respectivamente (17) e (19), para a transmissão da tensão de pré-esforço ao membro inferior. E nos tubos (22) e (23) que se efectua a mudança de direcção dos cabos de pré-esforço (17) e (19).

Estes atravessam perpendicularmente as divisórias longitudinais (24) que separam os caixões laterais (14) dos caixões centrais (15). Como pode ver-se na fig. 5, estes tabiques (24) são colocados na direcção da via de caminho de ferro.

As fig. 7 e 8 são cortes transversais de uma variante, na qual o membro inferior é constituído por uma ensambladura de elementos pré-fabriçados (30) de betão, dispostos longitudinalmente uns a seguir aos outros, como se indica na fig. 3.

Os elementos (30) compreendem uma placa plana (31) que tem nos seus bordos laterais uma nervura espessa (32) que serve em especial de apoio para as vigas de ligação diagonais (6) e auxiliares (7), apoiando-se estas últimas no elemento (30) por intermédio de um caixão (33) idêntico ao caixão (21) descrito a propósito das fig. 7 e 8.

Os elementos (30) sucessivos unem-se entre si no ponto onde se fixam as vigas de ligação (6) e (7). Na sua extremidade, os elementos (30) têm um reforço inferior (34), apoiando-se os elementos (34) um contra o outro na sua extremidade inferior,

2

e deixando entre a sua parte superior um espaço vazio (35), mais ou menos em forma de V, que se enche depois com betão.

Os tubos (36) e (37) que contêm e guiam os cabos de pré-esforço (17) e (19) passam através das extremidades das placas (31) e através dos reforços (34), para transmitir os esforços de pré-esforço aos blocos (30).

A fig. 9 mostra um pormenor do membro superior que, tal como o membro inferior das fig. 3, 5 e 6, é formado por uma ensambladura de elementos de betão pré-fabricados ou vazados no local, apoiados uns nos outros no sentido longitudinal.

Dois elementos (40) e (41) estão representados pelas suas extremidades. 0 elemento (40) suporta um pequeno maciço (42), que serve para a ancoragem de uma espia (43) que atravessa a placa. Um segundo maciço (43) fica em frente do mesmo no elemento (41). Serve de ancoragem de um cabo de pré-esforço (44), disposto 1ongitudina 1mente. Os dois maciços (42) e (43) apresentam superfícies verticais, transversais (45) e (46), por meio das quais se apoiam um no outro. A tensão da espia (3) e do cabo de pré-esforço (44) tende pois a mantê-los firmemente apoiados.

Representou-se em (47) um outro cabo de pré-esforço longitudinal, que atravessa a junção dos elementos (40) e (41) e vai ancorar-se em elementos situados mais longe no sentido longitudinal da ponte, de modo a assegurar a rigidez do conjunto

3

do membro superior.

Noutras formas de realização em que o membro superior do tabuleiro é monobloco, pelo menos na vizinhança da ancoragem de uma espia, o membro apresenta batentes, cuja forma corresponde à dos dois maciços (42) e (43) juntos, retendo cada um destes batentes a cabeça de ancoragem de uma espia e retendo ao mesmo tempo a cabeça de ancoragem de um cabo de pré-esforço longitudinal que exerce uma força horizontal em sentido oposto à força horizontal exercida pela espia.

A fig. 10 é um corte da obra ao nível de um pilar (3).

Este pilar é uma estrutura metálica ou de betão em forma de V invertido, cujos montantes assentam num pegão comum (50).

tabuleiro (1) encontra-se entre os dois montantes (51) e (52) do pilar. A estabilidade do tabuleiro relativamente aos esforços horizontais transversais é assegurada por duas vigas oblíquas (53) e (54), que se apoiam no pegão (50) na base dos montantes (51) e (52) e se unem de novo numa peça de sustentação (55) que é solidarizada com o tabuleiro inferior por um maciço de apoio (57), visível em corte na fig. 4. Evita-se assim o aparecimento de tensões assimétricas e variáveis nos montantes (51) e (52) do pilar.

A fig. 11 mostra um processo de construção particularmente vantajoso da ponte segundo a presente invenção.

Monta-se uma viga móvel (60) no membro superior (4), que é fixada em dois pontos de fixação sucessivos (61) e (62) de vigas de ligação diagonais, constituindo nós da treliça a três dimensões. A viga avança em consola para além da parte da ponte já construída, monta-se em primeiro lugar um comprimento (63) do membro superior correspondente ao intervalo entre duas vigas de ligação sucessivas na direcção longitudinal e depois, por meio de um guincho (64), monta-se simultaneamente o conjunto formado por um cumprimento correspondente (65) do membro inferior e as vigas diagonais e auxiliares correspondentes (66) e (67). Basta em seguida solidarizar este elemento triangulado com, por um lado, a parte do tabuleiro inferior (68) já construída e, por outro lado, com a parte do tabuleiro superior (63) já colocada, e operar a colocação do conjunto em pré-esforço. Depois disso, a viga (60) pode ser deslocada de um novo comprimento e recomeçam-se as operações.

Claims (8)

1,- Ponte constituída por um tabuleiro (1) e meios (

2,3) para suportar este tabuleiro, compreendendo o tabuleiro:

- um elemento de armação superior (4) que forma uma placa de circulação,

- um elemento de armação inferior (5) que forma uma placa de circulação, menos larga que a do elemento de armação superior,

- vigas de ligação pré-esforçadas, denominadas diagonais (6), orientadas obliquamente, simultaneamente em relação à vertical e em relação ao comprimento da ponte, e ligando os bordos dos elementos de armação superior e inferior,

- vigas de ligação pré-esforçadas auxiliares (7), situadas em planos verticais que passam pelos bordos do elemento de armação inferior, caracterizada por o cabo ou os cabos de pré-esforço (17) de uma viga diagonal (6) serem ancorados no bordo do elemento de armação superior, atravessando transversalmente o elemento de armação inferior, depois a viga diagonal que lhe é simétrica em relação ao plano vertical longitudinal de simetria da ponte, para irem ancorar-se ao bordo oposto do elemento de armação superior .

o cabo serem

Ponte de ou os cabos ancorados no acordo com a reivindicação 1, caracterizada por de pré-esforço (19) de uma viga auxiliar (7) elemento de armação superior, atravessarem trans versalmente o elemento de armação inferior e depois a viga auxiliar que lhe é simétrica em relação ao plano vertical longitudinal de simetria da ponte.

3.- Ponte de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizada por as vigas auxiliares (7) estarem na interseeção dos pianos verticais que passam pelos bordos do elemento de armação inferior e os planos oblíquos, perpendiculares aos referidos planos verticais e contendo as vigas diagonais (6).

4.- Ponte de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada por o elemento de armação superior (4) ser formado por uma placa fina, tornada rígida por vigas transversais (12) situadas no sítio onde as vigas diagonais, e eventualmente as vigas auxiliares, se encontram com o referido elemento de armação superior.

5.- Ponte de acordo com uma qualquer oir.ie reri z.uiu por o elemento de armação das reivindicações I inferior ser do ripo do por o elemento de armação superior apresentar batentes que retêm cada um, a cabeça de ancoragem de uma espia e retendo ao mesmo tempo a cabeça de ancoragem de um cabo de pré-esforço longitudinal exercendo uma força horizontal em sentido oposto â força horizontal exercida pela espia.

9,- Ponte de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 8, e do tipo com espias de contraventamento em leque, compreendendo pelo menos um pilar em V invertido para suportar as espias, caracterizada por o tabuleiro estar colocado entre os montantes do pilar e por apoios oblíquos (54), situados no plano transversal do pilar, ligarem o tabuleiro ao pegão (50) que suporta o pilar, para assegurar a estabilidade do tabuleiro relativamente aos esforços horizontais.

10.- Processo para a construção de uma ponte de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 9, caracterizado por se montarem na extremidade de uma parte do tabuleiro já montada, por um lado, um comprimento unitário (63) de elemento de armação superior e, por outro lado, um conjunto constituído por um comprimento axial (65) de elemento de armação inferior e vigas de ligação diagonais e auxiliares (66, 67) associadas a este comprimento e por se associarem este comprimento de elemento de armação superior e este conjunto simultaneamente â parte superior do tabuleiro jã montada, e entre si, socorrendo-se de uma viga móvel montada em consola na metáLico de caixões longitudinais (14, 15), com maciços de betão (21) para assegurar a ligação com os cabos de pré-esforço (17,19) das vigas diagonais e auxiliares.

6.- Ponte de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a

4, caracterizada por o elemento de armação inferior ser formado por elementos pré-fabricados de betão (30), ensamblados na direcção longitudinal.

7.. Ponte de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 6, e do tipo com espias de contraventamento em leque, caracterizada por o tabuleiro superior ser formado pela ensambladura de elementos pré-fabricados ou vazados no local (40), alguns dos quais paio menos têm um batente (42) destinado a reter a cabeça de ancoragem de uma espia (3), e tendo o elemento adjacente um batente auxiliar (43) que se destina a apoiar-se no batente que retém a cabeça de ancoragem da espia, destinando-se este batente auxiliar a reter a cabeça de ancoragem de um cabo (44) de pré-esforço longitudinal do tabuleiro, exercendo uma força dirigida longitudinalmente em sentido oposto à espia, de modo que a acção conjugada da espia e do cabo de pré-esforço tende a apertar um contra o outro .os dois elementos pré-fabricados.

8.- Ponte de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 6, e do tipo com espias de contraventamento em leque, caracteriza-19 parte do tabuleiro já montada,

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