Tipos básicos de pontes

Os princípios básicos

Há três tipos principais de pontes:

Ponte em viga

Ponte em arco

Ponte suspensa

A maior diferença entre as três é a distância que elas podem cruzar entre um suporte e outro. Esses suportes podem ser colunas, torres ou a parede de um cânion. Uma ponte em viga moderna, por exemplo, provavelmente consegue alcançar uma distância de 60 m entre dois suportes, ao passo que um arco moderno consegue transpor de 240 a 300 m. Uma ponte suspensa, o auge da tecnologia de construção de pontes, é capaz de cruzar 2.100 m entre um suporte e outro.

O que permite que uma ponte em arco se estenda por distâncias maiores do que uma ponte em viga? O que faz com que uma ponte suspensa atravesse uma distância sete vezes maior do que a de uma ponte em arco? A resposta está em como cada tipo de ponte lida com duas forças importantes, chamadas de compressão e tração:

Compressão: é uma força que age para comprimir ou diminuir a coisa sobre a qual está agindo;

Tração: por sua vez, é uma força que age para expandir ou aumentar a coisa sobre a qual está agindo.

Um exemplo simples e que vemos sempre de compressão e tração é uma mola. Quando pressionamos ou empurramos as duas extremidades da mola uma em direção a outra, nós a comprimimos. A força de compressão diminui a mola. Quando a puxamos para cima, ou puxamos as duas extremidades em sentidos contrários criou uma tração na mola. E essa força de tração estica a mola.

A compressão e a tração estão presentes em todas as pontes, e é trabalho do projeto da ponte lidar com essas forças sem o risco de que a ponte entorte ou rache. Entortar é o que acontece quando a força de compressão ultrapassa a habilidade de um objeto em lidar com essa compressão, e rachar é o resultado do excesso de tração sobre o objeto. A melhor maneira de lidar com essas forças é dissipá-las ou transferi-las. Dissipar força é espalhá-la sobre uma grande área, fazendo com que nenhum ponto tenha de suportar o impacto da força concentrada. Transferir força é mudá-la de uma área de fraqueza para uma área de força, uma área projetada para suportar a força. Uma ponte em arco é um bom exemplo de dissipação. Já a ponte suspensa, por outro lado, é um bom exemplo de transferência.

A ponte em viga

Uma ponte em viga é basicamente uma estrutura horizontal rígida colocada sobre duas colunas, uma em cada extremidade. O peso da ponte e qualquer tráfego que houver sobre ela são suportados diretamente pelos postes. O peso vai diretamente para baixo.

Compressão

A força de compressão se manifesta sobre a parte superior da plataforma (ou estrada). Isso faz com que a porção superior da plataforma seja encolhida.

Tração

O resultado da compressão sobre a porção superior da plataforma causa tração sobre a parte inferior da plataforma. Essa tração faz com que a porção inferior da plataforma se alongue.

Exemplo

Pegue um pedaço de madeira e o coloque sobre dois vasilhames vazios de leite: você acabou de criar uma ponte em viga simples. Agora, coloque um peso de 22,5 kg sobre ela. Perceba como a placa de madeira se entorta. A parte superior está sob a força de compressão, ao passo que a parte inferior está sob a força de tração. Se você continuar colocando cada vez mais peso, vai chegar um momento em que a placa de madeira vai quebrar. Na verdade, a parte de cima irá envergar e a parte inferior irá rachar.

Dissipação

Em muitas pontes são usadas vigas de concreto ou aço para suportar a carga. O tamanho da viga, e especialmente sua altura, controla a distância que essa viga pode atingir sem precisar de uma nova coluna. Ao aumentar a altura da viga, há mais material para dissipar a tração. Para criar vigas bem altas, os projetistas de pontes adicionam redes de apoio, ou tesouras, à viga da ponte. Essa tesoura de suporte adiciona rigidez à viga existente, aumentando bastante sua capacidade de dissipar tanto a compressão como a tração. Assim que a viga começar a comprimir, a força será dissipada por meio da tesoura.

Apesar da inteligente ideia que foi contar com a ajuda da tesoura, a ponte em viga ainda tem um limite de distância entre um suporte e outro. Conforme a distância vai aumentando, o tamanho da tesoura também deve aumentar, até chegar ao ponto em que o peso da ponte seja tão grande que a tesoura não pode suportá-lo.

Tipos de pontes em viga

Existem pontes em viga em dezenas de estilos diferentes. O design, a localização e a composição da tesoura são o que determinam o tipo. No começo da Revolução Industrial, a construção de pontes em viga nos EUA se desenvolvia rapidamente. Os projetistas surgiam com vários designs e composições de tesouras diferentes. Pontes de madeira estavam sendo substituídas pelas de ferro ou por combinações de madeira e ferro. Os diferentes padrões de tesoura também fizeram grandes avanços durante esse período. Um dos mais populares entre os primeiros projetos era a tesoura Howe, patenteado por William Howe, em 1840.

Sua inovação não foi o padrão da tesoura, que era semelhante ao padrão Kingpost já existente, mas sim o uso de suportes verticais de ferro juntamente aos suportes diagonais de madeira. Muitas das atuais pontes em viga ainda têm tesouras com o padrão Howe.

Força da tesoura

Uma única viga atravessando qualquer distância está sujeita à compressão e à tração. A parte superior da viga recebe a maior parte da compressão, ao passo que a parte inferior recebe a maior tração. Já o meio da viga quase não recebe nenhuma compressão ou tração.

Se a viga fosse projetada com mais material nas partes superior e inferior e menos no meio, ela teria uma capacidade maior de suportar as forças de compressão e tração. É por isso que as vigas em "I" são mais rígidas do que as vigas retangulares.

Um sistema de treliças pode levar essa ideia ainda mais