Nota profesional e de seguridade importante: Esta é unha revisión de expertos en arquivos, non un deseño, cálculo estático, avaliación dunha ponte existente ou instrucións para a construción, inspección ou rehabilitación. As divisións orixinais, vanos, relacións, tensións, materiais, detalles de unión e solucións estruturais foron transferidos sen verificación profesional e non deben utilizarse como unha especificación moderna. Os proxectos e obras de pontes requiren deseñadores e contratistas autorizados, normativa e normas vixentes, datos xeotécnicos e hidrolóxicos, cálculo de efectos permanentes e variables, fatiga, vento, temperatura, sismicidade, estabilidade, cimentación, condicións de montaxe e robustez, así como probas de materiais, corrosión, xuntas e estado real da estrutura. O acceso á estrutura, os traballos en altura, o tráfico, a elevación, a soldadura, o corte e a montaxe comportan riscos letais e requiren un plan de protección especial.
O deseño, construción e rehabilitación de pontes de aceiro non forman parte da nova oferta pública de Savo Kusić. O foco actual é ventás de madeira, xanelas de madeira e aluminio, ventás personalizadas e portas. Para un proxecto de fiestra ou porta, pode enviar solicitude de presuposto.
Pontes de arco
Existen auténticas pontes de arco con arcos ríxidos, que poden recibir todo tipo de impactos, e pontes de arco compostas por varas, onde se consegue un sistema ríxido pola existencia dunha viga de refuerzo. Un arco ríxido (viga Langer) calcúlase baixo o suposto de conexións articuladas, polo que o arco só está cargado con forzas normais. Os momentos de flexión son asumidos pola viga de rixidez, que tamén desempeña o papel de tensión se o arco está situado por riba da viga.
Os arcos e as vigas de Langer son máis económicas que as pontes de vigas para tramos máis grandes, porque a carga total distribuída por igual só recibe a liña de apoio do arco. Con excepción das forzas adicionais, os momentos son causados só por unha carga parcial, polo que son significativamente máis pequenos nos arcos que nas vigas.
Fig.1- Portos de celosía
Fig.2- Portos de lata
a) Construcións en arco. Os portos con suxeición raramente se constrúen debido ás dificultades na suxeición do soporte. Os máis comúns son os portos en dúas xuntas. Os portos con tres bisagras teñen a vantaxe de que o movemento dos soportes e o cambio de temperatura non provocan forzas neles. Son especialmente aplicables para baixa relación f/l e para o caso de solo pouco fiable. Os portos ríxidos están feitos como reixas (fig.1) ou como soportes de lata (fig.2). A estrutura en arco sitúase por riba e por debaixo da calzada, evítase a calzada afundida por razóns estéticas. Os portos por riba da calzada reciben tirantes para recibir o empuxe do porto. Se o arco está ríxidamente conectado ás vigas das aberturas adxacentes (fig.1c e e), as cantidades estáticas poden ser influenciadas dentro de amplos límites.
b) As vigas Langer teñen arcos relativamente fortes, xa que a lonxitude de flexión é igual á distancia entre os nós da conexión superior. As solucións cun arco baixo o pavimento (fig. 3d) úsanse raramente nas pontes. A viga para refuerzos pode ser de chapa ou celosía. Con ambas solucións, ese feixe pódese continuar continuamente nos campos veciños, de xeito que se crean sistemas continuos ou Gerber (fig. 3b). Na fig. 4 mostra unha sección transversal dunha ponte cunha viga media. A estrutura de soporte está formada por un arco de varilla, perchas ríxidas e unha caixa oca pechada a modo de viga de reforzo que recibe momentos de torsión e flexión.
Fig.3- Trabes Langer
Fig.4— Sección transversal dunha ponte cunha viga principal intermedia
c) Pontes de armazón. Cando sexa necesario asegurar a altura libre do perfil en toda a anchura do oco, aplícanse marcos en dúas ou tres xuntas cunha altura de apoio inferior á de vigas simples por efecto do marco (Fig.5).
e) Cálculo. Os arcos adoitan calcularse asumindo que o seu eixe non se deforma. Non obstante, as deformacións elásticas poden ser considerables. Nas solucións de tensión suspendida, as cantidades estáticas non cambian moito debido á deformación, mentres que a deformación en arcos rectos e vigas de Langer pode ter un efecto significativo sobre as cantidades estáticas.
Fig.5- Pontes de marco
Pontes colgantes
As pontes colgantes de celosía, que son inherentemente ríxidas, raramente se constrúen. As pontes colgantes modernas teñen unha viga de rixidez, que limita e iguala a flexión das forzas concentradas. As pontes colgantes con grandes vanos son a ponte sobre o Golden Gate preto de San Francisco (Fig.6a) rango1280m, e a ponte de Washington preto de Nova York (fig.6b) rango1067m.
As vigas de reforzo son de chapa ou celosía, de altura constante ou cun pequeno aumento de altura sobre os apoios medios. A proporción da frecha ao tramo elíxese principalmente na proporción1/9a1/11. Diversos accidentes demostraron que a baixas alturas, a rixidez pode ser demasiado baixa, especialmente con escaso peso propio e pequeno ancho da ponte.
Fig.6— Pontes colgantes americanas: a) Ponte sobre o Golden Gate en San Francisco (1937), b) Ponte de Washington en Nova York (1931), c) Ponte de Florianópolis en Brasilia (1926)
Piñón
a) As cadeas articuladas de elos con extremos expandidos, que se sitúan libremente paralelas entre si e se enfrontan nas unións con superposicións mutuas dos elos de campos adxacentes, realízanse de dúas formas: con reforzos remachados de lamelas nos extremos ou con extremos expandidos obtidos por forxa (Fig.7). A cadea da ponte sobre o Rin foi construída en aceiro de níquel resistente á tracción5,5a6,5t/cm2. Nas pontes colgantes americanas máis pequenas, a cadea está feita de aceiro fundido normal e, nalgúns casos, de aliaxe ou aceiro endurecido.
Fig.7- Cadea da ponte de Florianópolis
b) Cables de corda espiral. As cordas pechadas están feitas de fío brillante. As capas internas do fío están protexidas cun revestimento de chumbo mini, mentres que as superficies exteriores dos cables individuais están recubertas cunha capa protectora.
Os cables de arame redondos en espiral nas pontes americanas consisten na súa maioría en fíos galvanizados en quente e parcialmente envoltos dun xeito similar.
Os fíos de ponte estirados en frío teñen unha resistencia á rotura de 12 a 20 t/cm2. A resistencia á fatiga pódese reducir significativamente se a superficie exterior dos fíos estirados en frío está en mal estado.
O alongamento da corda en espiral depende do material dos fíos, así como do método de fabricación da corda. A expansión elástica na zona de tensións normais admisibles é de 0,003 a 0,004. Dado que as cordas están permanentemente estiradas plásticamente por 0,001 durante a primeira carga, ás veces antes do uso as cordas son precargadas coa maior forza e así estiradas. O beneficio deste tramo é limitado, xa que unha parte importante do “tramo permanente” pérdese despois de soltar a corda durante a instalación posterior.
As unidades históricas, os nomes de aceiro, os revestimentos protectores, as resistencias, as expansións e os métodos de fabricación ou vertido de cabezas de cable non son especificacións modernas. O estado das cadeas, cordas, ancoraxes, cabezas de cable e revestimentos protectores existentes determínase mediante documentación, inspección e proba; non se pode deducir deste texto xeral.
Fondeo
As cadeas de artigos ancráronse mediante tacos en soportes que se formigonan nos cimentos para o ancoraxe.
As cordas espirais teñen cabezas correspondentes nos extremos (fig.8). na que se desenredan os fíos en forma de vasoira, e despois de limpar se enchen de metal branco. As cabezas fundidas por expertos teñen a mesma forza que a corda.
Fig.8— Cabezas de cable: a) cabeza simple, b) cabeza americana, c) cabeza de ponte Rin
Suspensións e bridas
Os colgadores están feitos de aceiro redondo, especialmente de tubos ou cables de arame (fig.9e11). No caso de cabos pechados, os cables están cubertos con ataduras (fig.10). No caso de cables separados, as suspensións están deseñadas de forma que as cordas individuais poidan substituírse por outras novas se é necesario. Os ganchos de corda están atados con cabezas de cable, e as pequenas diferenzas de lonxitude son igualadas con cuñas.
Fig.9- Suspensión, ponte vella sobre o Rin
Fig.10— Abrazadeiras da ponte sobre o Rin: a) ponte nova, b) ponte vella
Fig. 11 — Bridas e cordas colgantes
Torres (pilóns)
As torres das pontes colgantes están articuladas na parte inferior, ou pódense fixar, o que ocorre principalmente en América. A cadea está firmemente unida ás torres. O apoio móbil só é necesario cando non se lles pode confiar ás torres forzas horizontais, o que ocorrería con apoios inmóbiles.
Para grandes pontes colgantes, prefiren torres con cuña máis baixas. Nese caso, pódense montar primeiro as torres, despois as cadeas e perchas e, finalmente, as vigas de refuerzo. Nas pontes colgantes autoancoradas, é necesario un andamio extenso xa que o sistema estático só comeza a actuar cando se pecha a viga de rixidez.
Soportes de estrada e placa de estrada
En vista do tráfico e do mantemento, debemos procurar que o pavimento da ponte non se diferencie, se é posible, do pavimento das partes de conexión da estrada ou do ferrocarril. Dado que o propio pavimento non ten suficiente rixidez propia, debe apoiarse nun sistema de superficie en sentido vertical, así como nun sistema que lle proporcione soporte lateral horizontal. O chamado taboleiro de vías descansa sobre soportes de vías, que consisten principalmente en apoios lonxitudinais e transversais.
Soportes transversais
As vigas transversales transfieren as cargas móbiles ás vigas principais. Tamén son unha parte importante dos acoplamentos. As vigas transversais atópanse directamente sobre as vigas principais e no caso de pontes inclinadas, polo que a súa luz é igual á separación das vigas principais. Os soportes transversais adoitan ser de chapa, para lonxitudes curtas e soportes laminados ordinarios. É útil que as súas cantidades de altura1/6a1/8van, aínda que no caso de grandes pontes e unha pequena distancia entre as vigas transversais (especialmente no caso dunha placa de pavimento), esta altura pode ser igual1/20rango.
Como regra xeral, os soportes transversais considéranse vigas simples, que están conectadas de xeito rixido aos soportes principais, de modo que na sección transversal da ponte créanse marcos abertos ou pechados. Por iso, prodúcense momentos de beliscar, que se deben ter en conta sobre todo nas conexións.
Fig.12- Conexión de barra transversal
No caso de que o pavimento estea abaixo, a conexión realízase con simples ángulos de conexión, ou placas de calzada, que se introducen no travesaño (fig.12), ou nas verticais da sección en I, e no lugar das súas costelas (fig.13). A solución da fig.14é especialmente ríxida, xa que alí a chapa en voladizo está incrustada tanto no apoio transversal como na vertical, polo que o momento na esquina é recibido polos parafusos de cizalla. Con outras solucións, non se pode evitar que os parafusos se rasguen parcialmente e que se doblen os ángulos de conexión. Conexións segundo a fig.12e13están significativamente máis deformados baixo a influencia do momento que os segundo a fig.14. Solucións similares xorden para outras posicións de beirarrúa. A colocación de soportes transversais sobre os soportes principais só é posible cunha altura estrutural suficiente. A continuación, os soportes principais de chapa deben ser ríxidos nos lugares onde se aplica a carga.
Fig.13e14— Variantes da conexión do travesaño
Soportes lonxitudinais
Os apoios lonxitudinais poden estar baixo a calzada e baixo pasos de peóns. A viga exterior, que adoita estar conectada á varanda da ponte, chámase viga lonxitudinal de bordo. Os soportes lonxitudinais están feitos de soportes laminados e de chapa. O seu alcance é ata12 m. Dado que as vigas lonxitudinais están expostas á influencia máis directa da carga en movemento, a súa rixidez fronte á flexión é particularmente importante. No caso das pontes de ferrocarril, preténdese a altura das vigas1/8a1/10rango. Os soportes lonxitudinais feitos de aceiro de alta calidade son xeralmente inadecuados debido á alta flexión. En moitas pontes antigas, a unión das vigas lonxitudinais realizábase segundo a fig.15. Un ángulo de conexión sitúase entre as patas do soporte enrolado, mentres que o outro descansa sobre toda a altura do soporte transversal. Con este tipo de conexións prodúcense importantes tensións secundarias e, en moitos casos, producíronse roturas por fatiga con elas, así como gretas no punto de corte da pata. Por este motivo, este tipo de conexións non están permitidas nas pontes ferroviarias. Se non se pode evitar cortar a perna, estes cortes deben facerse cun gran redondeo, para evitar o risco de fendas.
Fig.15— Conexión de apoio lonxitudinal
Drenaxe
A drenaxe das pontes debe ter moita atención. A drenaxe rápida e completa da auga é o requisito previo máis importante para a longa vida da superficie da estrada, así como da propia ponte. Ademais do aumento da oxidación e do aumento dos custos de mantemento, as áreas de retención de auga tamén son perigosas debido aos danos causados polas xeadas. Se o nivel da ponte o permite, as pontes viarias deberán ter un descenso lonxitudinal determinado (non inferior a 1%), que garantiría o fluxo de auga ata o desaugadoiro. A auga contaminada con aceite e po é drenada por canaletas. Estes canlóns deben ter unha caída lonxitudinal suficiente e deben ser accesibles, para poder ser limpados con regularidade.
Fig. 16 — Capas de drenaxe e protección da superficie da estrada
Os pavimentos asfálticos non son absolutamente impermeables. Pódese prescindir dun illamento especial baixo o asfalto se o asfalto está sobre unha lousa de formigón que foi vibrada, e esa lousa en si é moi impermeable. Se o pavimento non é o suficientemente impermeable, para que unha parte das augas pluviais atravese, débese proporcionar illamento. Para as pontes de aceiro considéranse revestimentos de betún asfáltico ou terra etc., capas illantes de masas illantes bituminosas con insercións sólidas de papel con tecido de fieltro de la ou de yute, así como capas illantes de follas metálicas de cobre ou aluminio. As capas de illamento deben estar protexidas de danos mecánicos con capas protectoras.
As descricións de caídas, cunetas, asfalto, lousas de formigón, masas bituminosas, fieltro, xute e follas metálicas son históricas. A drenaxe moderna, a impermeabilización, a protección do aceiro, os detalles de penetración e o mantemento están deseñados como un sistema coordinado segundo a normativa vixente, as condicións climáticas, o tráfico e a construción real.
Fig.17— Detalle da drenaxe ao bordo da ponte
Conxuncións
As vigas de chapa metálica teñen pouca rixidez na dirección perpendicular ao plano das vigas, as reixas con xuntas asumidas nos nós son incluso múltiples móbiles na dirección transversal. Polo tanto, son necesarios tirantes e marcos cruzados para crear primeiro estruturas espacialmente estables. Ademais, deberían recibir cargas que actúen transversalmente ao plano dos principais apoios e, finalmente, garantir a construción contra o pandeo e o envorco.
Abetos contra o vento
Estes acoplamentos están dimensionados para recibir forzas do vento e outras cargas horizontais. Constan de cuadrículas ou soportes de armazón, rectos ou curvados segundo as correas. As correas de acoplamento contra o vento son na súa maioría tamén correas dos soportes principais. Moitas veces os apoios transversais son tamén as verticais do acoplamento contra o vento.
Asúmese unha carga de vento menor para unha ponte cargada que para unha ponte sen carga. Se a sección transversal o permite, as pontes de celosía teñen preferentemente dous tirantes entre as vigas das vigas principais. Ver esquemas do sistema na fig.18na que se sinalan con liñas discontinuas os acoplamentos contra vento e os cruzados.
O número e tipo de acoplamentos transversais deben ser suficientes para crear un sistema espacialmente ríxido. É habitual que as reixas garantan a estabilidade tamén no caso das rótulas. Os portos e vigas Gerber, a excepción das pequenas pontes, están ríxidos con acoplamentos especiais contra o vento e contra o pandeo. Nas unións dos soportes principais os acoplamentos deberán realizarse de forma que non afecten á acción das unións, fig.18e.
Fig.18— Disposición dos acoplamentos contra o vento
As placas de pavimento anchos de chapa ou formigón armado son moi ríxidas nos seus planos. Se os vanos non son demasiado grandes, pódense prescindir de acoplamentos especiais contra o vento, xa que o papel apropiado pode ser asumido pola táboa do pavimento. Só durante a montaxe deben tomarse medidas para absorber forzas transversais.
Ao elixir o recheo, hai que ter en conta que xeralmente as forzas nas varillas son pequenas e as lonxitudes de flexión das varillas son grandes. Polo tanto, prefírense as celosías con varas curtas (por exemplo, sistema K ou sistema rómbico). Ás veces, o acoplamento antivento está colgado nos soportes da estrada para reducir a lonxitude de flexión. Para acoplamentos por riba do pavimento adoita utilizarse o sistema rómbico sen verticais.
A posición de altura do acoplamento fronte ao vento está determinada principalmente polas condicións estruturais (fig.19). Se é posible, evítase aquí tamén unha conexión excéntrica. especialmente con grandes forzas, e o acoplamento contra o vento está configurado de tal xeito que os eixes das varas se cruzan nos planos dos soportes principais (fig.20).
Fig.19— Posición en altitude do embrague antivento
Fig.20- Nó de acoplamento de barlovento
Marcos cruzados
As pontes coa calzada enriba poden ser ríxidas con marcos lixeiros de celosía segundo a fig.22. Os acoplamentos transversais en forma de cadro pódense conectar aos principais refuerzos das vigas de chapa. Na fig.21colocáronse moitas liñas sobre o marco de tensión en dúas xuntas, é dicir, sobre a reixa debaixo do travesaño, para que sexan accesibles desde a pista de inspección do medio.
Fig.21— Marco transversal e guía de instalación
Fig.22- Marco cruzado de celosía
Para as pontes con calzada abaixo, a forma dos marcos transversais está determinada polo perfil libre para o paso de vehículos. Na fig.23d. Marcos transversais que distribúen a carga (fig.24) son necesarios na grella para conseguir a cooperación de todos os soportes principais incluso para unha carga parcial. Se se trata dunha ponte de ferrocarril con vía curva ou se as vigas principais están en curva, debe terse en conta durante o cálculo estático dos acoplamentos.
Fig.23— Exemplos de acoplamentos transversais e soportes principais
Fig.24— Sección transversal e viga transversal para a distribución de cargas na ponte sobre o Ruhr preto de Herdecke
Acoplamento contra impactos laterais
Entre as vigas lonxitudinais das pontes ferroviarias (fig.23c) é necesario prever un acoplamento especial para recibir impactos laterais do vehículo. As vigas lonxitudinais en I son proporcionalmente moi pouco ríxidas na dirección transversal, polo que é desexable que o acoplamento contra impactos laterais aumente a súa seguridade contra o pandeo lateral (Fig.25).
Fig. 25 — Acoplamento contra impactos laterais
Embrague antifreado
As vigas transversais non son capaces de recibir as forzas que actúan na dirección lonxitudinal da ponte e que se producen ao frear ou comezar a conducir o vehículo, debendo aliviarse mediante a instalación de acoplamentos antifreados. Son soportes planos de celosía (fig. 26) que unen os apoios lonxitudinais cun acoplamento contra vento (fig. 27). Moitas veces hai unha diferenza de altura entre o portador e o acoplamento. E nos casos en que a lonxitude dos soportes pode conectarse directamente co acoplamento antivento, é necesario un acoplamento antifreado especial, xa que as varillas que enchen o acoplamento antivento non poden recibir unha carga de flexión significativa. Nalgúns casos, pódese combinar nun único acoplamento antivento, un acoplamento anti-impacto lateral e un acoplamento antifreado.
Fig.26- Sistema de embrague antifreado
Fig.27—Embrague antifreado