Ponte de Brooklyn

Índice
Introdução............................................................................................................................................... 2
Objectivos ............................................................................................................................................... 3
Resumo ................................................................................................................................................... 4
1.
Ponte de Brooklyn........................................................................................................................... 5
(Historia) ................................................................................................................................................. 5
1.1
Ponte de Brooklyn....................................................................................................................... 6
1.1.1
Introdução............................................................................................................................... 6
1.1.2
Custo ....................................................................................................................................... 6
1.1.3
Construção .............................................................................................................................. 7
1.1.3.1
A Torre da Ponte de Brooklyn ................................................................................................. 8
1.1.4
Ancoragens ............................................................................................................................. 9
1.1.5
Os cabos, Suspensores e Estais ............................................................................................... 9
1.1.5.1
Conceções entre as Tores e a Ancoragem .............................................................................. 9
1.1.6
Temperatura e efeitos do Vento........................................................................................... 10
1.1.7
O Tabuleiro............................................................................................................................ 12
1.1.8
Mudanças e Melhorias.......................................................................................................... 12
Conclusão .............................................................................................................................................. 15
Referencia Bibliográfica ........................................................................................................................ 16
Introdução
O trabalho em destaque com o tema de Ponte de Brooklyn, descreve informações relevantes
elucidando a Ponte de Brooklyn em vários aspetos, mas com maior enfase a engenharia de
construção no geral e o processo de construção da mesma.
Fazendo uma análise crítica da sua estética, funcionalidade, durabilidade, resistência e
susceptabilidade. Ainda avante, o trabalho descreve como forca actuam sobre a estrutura da
ponte e como esta ponte poderia ter sido melhorada.
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Objectivos
Este trabalho pretende fornecer um panorama semi geral no que concerne a Ponte de Brooklyn,
em termos de engenharia e arquitectura, particularmente ao nível de:
Sua Historia
Sua Tipologia
Material de Construção
Método de Construção
Estrutura
Funcionalidade
Viabilidade
Durabilidade
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Resumo
A presente pesquisa tem como objetivo geral realizar um estudo da Ponte de Brooklyn cujo seu
sistema estrutural usual é de pontes estaiadas com tabuleiro de betão, assim como fazer uma
apresentação do pré-dimensionamento dos elementos do tabuleiro, mastro, estais e analisar o
modelo e métodos para a obtenção de uma boa distribuição de esforços.
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1. Ponte de Brooklyn
(Historia)
Em Nova Iorque, foi construída em 1883, por J. Roebling, uma das mais marcantes pontes
suportadas por cabos, a ponte Brooklyn, com um vão central de 486,50 m e um comprimento
total de 1059,90 m. Sendo que os estais ocupam um papel importantíssimo ao suportarem quase
toda a carga permanente. Além disso, essa ponte foi concebida em uma época onde os
modernos procedimentos de cálculo estrutural inexistiam, sendo projetada utilizando-se
basicamente a intuição e o conhecimento de que os cabos inclinados aumentavam
significativamente a rigidez das pontes suspensas. Até meados do século XX as pontes
estaiadas foram pouco utilizadas.

A Ponte de Brooklyn apresenta as seguintes características:
Uso: Veículos motorizados
Comboios Elevados (ate 1944)
Pedestres e Bicicletas (ate 1950)
Cruza: O Rio Este
Local: Cidade de Nova York (Manhattan – Brooklyn)
Manutenção: Departamento de Transportes de Nova York
Projetado Por: John Augustus Roebling
Tipo de Ponte: Suspensa/Cabos-Estais Hibrida
Comprimento Total: 5,989 feet / 1.8 Km (1825 m)
Largura: 85 feet / 0,26 Km (26 m)
Altura: 276.5 ft / 0,843 Km (84.3 m) Acima do nível normal do Rio
Maior Vão 1,595 feet 6 inches / 48.63 Km (486.3 m)
Espaçamento Inferior 135 feet 0,41 Km (41 m) at mid-span
Abertura May 24, 1883
Portagem: Livre de pagamento nas duas vias
Trafego Diário: 123,781 veículos motorizados/dia (2008)
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1.1 Ponte de Brooklyn
1.1.1 Introdução
A Ponte do Brooklyn (oficialmente, em inglês, New York and Brooklyn Bridge, "Ponte de
Nova Iorque e do Brooklyn") é uma ponte na cidade de Nova Iorque, considerada uma das
mais antigas pontes de suspensão nos Estados Unidos, com extensão de 1 834 m. Situa-se sobre
o rio East, ligando os distritos (boroughs) de Manhattan e Brooklyn.
Ao ser finalizada era a maior ponte de suspensão do mundo, e a primeira a utilizar-se de cabos.
Foi a primeira ponte de aço suspensa do mundo e suas imensas torres de suporte já foram as
estruturas mais altas de toda a cidade de Nova Iorque.
A ponte foi designada, em 15 de outubro de 1966, uma estrutura do Registro Nacional de
Lugares Históricos bem como, em 29 de janeiro de 1964, um Marco Histórico Nacional Norteamericano.
1.1.2 Custo
Inicialmente a ponte foi estimada a um custo total de 10.800.000,00 USD, para um Projecto de
5 anos de execução. Onde 7.000.000,00 USD seriam usados na construção da ponte e
3.800.000,00 USD pagamento ao empreiteiro.
Mas devido a varias mudanças do Projecto inicial da ponte por parte do governo dos Estados
Unidos, este valor sofreu uma alteração 15.000.000,00 USD. E estas alterações são:
- Alteração das fundações, por se provar que o dimensionamento de fundação do Projecto
inicial era inadequado por inteiro,
- Para a Torre de Nova York foi necessário escavar 28.1 m para alcançar a rocha de
assentamento de fundação.
E o custo deste trabalho foi calculado 4 vezes mais caro que o custo inicial. E mesmo assim a
Ponte de Brooklyn poderia ter uma fundação mais elevada em relação a rocha de fundação que
daria um custo 2 vezes maior ao custo inicial.
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1.1.3 Construção

Fundação
A construção da ponte de Brooklyn teve a sua fundação implantada usando a tecnologia da
época conhecida como “Método de Escavação de Caisson” para fundações.
Fig. 1 Método de Jaisson
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O Caisson, de 36.7 metros por 61.9 metros, foi construído usando a Madeira de Pinho densa
que providenciavam forca suficiente e rigidez na estrutura para as suas tremendas cargas.
Com uma altura de 2.9 metros de ligações densas ate o topo, e com o interior massiçado a 0.2
metros na base. Parafusos de ferro e perfis eram fortes e vários para a estrutura feita de madeira
de pinho não se soltasse. E só os parafusos e perfis usados tinham um peso total de 250
Toneladas.
1.1.3.1 A Torre da Ponte de Brooklyn
Washington Roebling iniciou a construção das Torres no final de 1872 apos o término da
execução da fundação.
As duas massivas Torres foram feitas de pedra masonry.
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1.1.4 Ancoragens
No fim dos cabos suspensos, eles são presos por ancoragem, que são estruturas solidas cubicas
de pedra masonry. Com medidas de 42.8 por 47.5 metros na base e 32.4 metros acima do nível
normal de água. Para resistis grandes tensões dos cabos suspensos, o seu peso tem de ser no
mínimo 60.000 Toneladas cada. Esta estrutura massiva de pedra masonry esta situado a 334.8
metros atras de cada torre.
Fig.2 Ancoragem dos Cabos de Aço
1.1.5 Os cabos, Suspensores e Estais
Em 1840, John Roebling abriu a primeira fábrica de cordas aço na América. Que envolveu
vários projetos de engenharia que consistiam do uso de cordas de aço e foi eventualmente
apontado como Engenheiro Chefe para desenhar a Ponte de Brooklyn. Ele introduziu o uso de
aço, que era chamado o metal do futuro, para os cabos. Esta decisão de usar aço ao invés dos
cabos de ferro padrão foi uma proposta inteiramente revolucionaria. Washington Roebling
elaborou testes para provar a resistência dos cabos de aço que foi de 160 ksi, duas vezes maior
que a dos cabos de ferro.
1.1.5.1 Conceções entre as Tores e a Ancoragem
Antes de colocar os cabos giratórios, Washington Roelbling usou um cabo de 19 mm para fazer
a primeira conexão entre as ancoragens. Este cabo foi revestido e transportado em uma prancha
a partir de um ponto da costa de
Brooklyn para Nova Iorque.
Primeiramente foi passado por
cima das torres de Brooklyn e
depois ao topo da ancoragem de
Brooklyn e preso.
Fig. 3 Conexões entre as Torres e
a Ancoragem
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1.1.6 Temperatura e efeitos do Vento
A regulação e ajustes das amarrações dos cabos sofreram atrasos por dois motives, sol e vento.
Como cada amarração varia consoante a altura, e tinham de ser colocados em locais específicos
e peculiares, eles tinham de variam de comprimento. Como estes encontravam-se muito soltos
ou muito apertados, seria difícil liga-los em uma única massa solida e fazer com que
funcionassem juntos. Este problema era causado pela mudança de temperatura e, era tao
irregular durante o dia. Os cálculos mostravam que a deflexão dos cabos no topo das torres era
de 45.95 metros a 10°C, e 46,31 a 32°C. Havia uma variação de em cada grau de de
temperatura.
Mais avante, diferentes vãos eram também influenciados de forma desigual pelo sol. Um se
encontrando na sombra e outra ao sol. E por outro lado a regularidade das amarrações podiam
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ser soltas pelo vento. Sendo assim, coube aos engenheiros trabalhar sob condições em que não
eram influenciadas pelo vento ou pelo sol. Alternativamente, esta construção poderia ter sido
melhorada protegendo os cabos durante os giros sobre o topo das torres dos dois lados dos
cabos. Colocando um material que bloqueasse os efeitos do calor do sol. Mantendo assim uma
temperatura constante nos cabos.
Fig. 4 Revestimento dos cabos de Aço.
Os cabos próximos do topo das torres e os
em repouso sobre o tabuleiro, estes cabos
estevam em forma de segmentos de um
círculo. As plataformas metálicas sobre os
tabuleiros usados para prender os cabos
podiam prevenir que estes deslocassem ou
alcançassem por vários efeitos tais como a
forca de uma tempestade ou variação de
cargas.
Alongamento com contração dos cabos sob
efeito da temperatura podem também causar
deslocamento de acordo com os seguintes cálculos:
Os
cálculos
mostram que, a termo espancado era de 147 mm sob 20°C de aumento de temperatura.
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As Placas de selamento, assim com as torres passaram por uma tensão compreensiva, gerada
por caus do termo expansão durante o dia e uma tensão tênsil pela termo contração durante a
noite.
1.1.7 O Tabuleiro
Todo o piso da ponte encontra-se a 42,5 m de altura nas torres, acima do nível de agua meu ma
curva gentil que vai ao centro do vão principal. Onde se encontram os cabos de elevação de
cerca de 48.6 m.
A estrutura composta de dois sistemas de vigas em ângulos rectos um ao outro. Para suportar
o peso e proteger o vão de fortes ventos e vibrações, assim como tensões leves, 0.84 m abaixo
foram adicionados.
Eles foram conectados por 4 suspensores metálicos dos cabos. Seis treliças estendem-se ao
longo de todo o comprimento da ponte que foram instaladas para unir a trave mestra e dar
maior rigidez e forca ao piso. O piso é ainda unido por mais 26.2 m de treliças longitudinais
juntas ao sistema diagonal de estais ou suspensórios. Todas estas combinações aumentam a sua
forca, peso e rigidez.
1.1.8 Mudanças e Melhorias
Primeiramente, John Roebling planeou implante duas linhas ferrias elevadas para conectar os
sistemas de linha ferria na ponte de Nova York e Brooklyn. Estas linhas estavam situadas por
12
baixo da ponte na parte central. Sobre as linhas, um elevado passeio é providenciado para
pedestres e ciclistas. Em cada lado das duas faixas, ele desenhou para o uso de carruagens e
cavaleiros.
Quinze anos mais tarde em 1898, veículos automóveis foram permitidos nas faixas exteriores
em cada direções opostas.
Em 1944, a linha ferria elevada que corria no interior da ponte parou de funcionar. E durante a
década seguinte o Engenheiro de Pontes David Steinman assumio a reconstrução do Projecto
que incluía o aumento da forca das treliças interiores e exteriores e instalação de novas estais
horizontais entre os 4 principais cabos. Tendo sido removidas as linhas ferrias, ele alargou as
faixas passando a ser três faixas e construiu novas lombas nas duas direções.
Durante o ano de 1981, dois dos cabos de suporte da ponte com 216 m soltaram-se, mas a ponte
não colapsou. Desde la, todos os cabos danificados ou soltos foram reparados e todos os
suspensores e estais diagonais foram trocados.
Em 1999, inspetor e fiscais de obra descobriram que betão a separar-se da estrutura metálica
causando o enfraquecimento do convés. Esta reabilitação do convés de emergência durou 6
meses para terminar.
Ao invés de melhorar estruturalmente a ponte, muitas mudanças foram feitas nas aproximações
da ponte.
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Conclusão
Como conclusão o grupo entende que o trabalho em destaque com o tema de Ponte de
Brooklyn, descreveu informações relevantes elucidando a Ponte de Brooklyn em vários
aspetos, mas com maior enfase a engenharia de construção no geral e o processo de construção
da mesma.
Fazendo uma análise crítica da sua estética, funcionalidade, durabilidade, resistência e
suscetibilidade. Ainda avante, o trabalho descreve como forca actuam sobre a estrutura da
ponte e como esta ponte poderia ter sido melhorada.
Este trabalho forneceu um panorama semi geral no que concerne a Ponte de Brooklyn, em
termos de engenharia e arquitectura, particularmente ao nível de:
Sua Historia
Sua Tipologia
Material de Construção
Método de Construção
Estrutura
Funcionalidade
Viabilidade
Durabilidade
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Referencia Bibliográfica
Bibliografia Virtual:
[1] Improvement of the pedestrian walkway
http://xroads.virginia.edu/~MA03/pricola/bridge/conclusion.html
[2] Changes and repairs in 1944-1954
http://xroads.virginia.edu/~MA03/pricola/bridge/conclusion.html
[3] Background and construction process
http://www.nycroads.com/crossings/brooklyn/
[4] Strength of the cables and wires and construction process
http://xroads.virginia.edu/~MA03/pricola/bridge/conclusion.html
[5] Intentional damage
http://cryptome.org/brook-bridge.htm
[6] Background, cost and construction process
http://www.catskillarchive.com/rrextra/bbstory.Html
[7] Background and data
http://www.endex.com/gf/buildings/bbridge/bbridge.html
[8] Weight of the bridge
http://www.brooklynexpedition.org/structures/buildings/bridge/bl_bridge_main.html
[9] Changes, repairs and construction process
http://www.endex.com/gf/buildings/bbridge/bbridgenews/bb50/bb50.htm
[10] Span length
http://www.pbs.org/wgbh/buildingbig/wonder/structure/brooklyn.html
[11] Data of cables, towers and anchorages
http://www.pbs.org/wgbh/buildingbig/wonder/structure/brooklyn.html
[12] The climate of New York
http://nysc.eas.cornell.edu/climate_of_ny.html
[13] Principle of suspension bridges
http://www.brantacan.co.uk/suspension.htm
[14] Materials
http://en.structurae.de/structures/data/index.cfm?ID=s0000011
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Anexo
Nos cálculos das forces e momentos fletores, varias hipóteses foram feitas.
Pontes suspensas, é fundamentalmente composta por suportes e não por ancoragem, sendo
assim quando calculamos o momento fletor, assumimos que a ponte é dividida em varias partes,
isto é, cada fim de cada parte são suportados por suspensores. Assim sendo os cálculos se
baseiam em cálculos de cargas uniformemente distribuídas pela viga por igual em uma equação
de 𝑤𝑙 2 ⁄8. Como resultado disso a maioria dos calculos é feito em cada parte.1520 suspensores
foram usados no vao principal e os outros dois laterais. Calculando sabendo que o cumprimento
total dos três vão era de 1243, e cada vão menor será de 0.82 m de cumprimento.
Pesos mortos e pesos mortos super-impostos
Assumimos que o peso morto simplesmente consiste em 3 principais elementos: Treliças
transversas, cabos de aço 5 m afastados um do outro aos
pares como ilustra a figura, de treliças longitudinais ao
longo do convés. Os cálculos abaixo são baseados em cada
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metros:
Peso super-imposto, incluiem parapeito, lamparinas, caris, superfície de pavimento, sistema de
drenagem, é assumida como sendo de 20KN/m.
Peso HA
O comprimento total dos vãos é de 547 m usando os cálculos de HA e forca do vento. Sendo o
HA de 9Kn/m. E o valor de KEL/Nation Lane é de 120 KN.
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Peso HB
Este peso representa um peso anormal de um camião de carga sobre a ponte. Assume-se o Peso
total de HB em cada eixo que é de 450kN, como existem 4 roldanas em cada eixo; cada roldana
ira suportar 112.5kN nomeadamente.
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Forca do Vento
De acordo com o Mapa de ventos de Nova Iorque, a principal corrente de vento tem uma
velocidade de 60 Km/rh, é equivalente a 16.7
m/s. Baseando nos cálculos das seguintes
equações e dados das tabelas 2 e 3:
:
Efeito Temperatura
Na ponte de Brooklyn o principal e maior
material de uso é o Aço que é um material que
expande e contrai facilmente durante a flotação
de temperatura. Sendo assim uma pequena
variação da temperatura pode seriamente
mudar o esforço actuante sobre a ponte. Mais
avante, a Expansão e Contração do Convés pela
flutuação de temperatura, faz com que o piso da
ponte ou tabuleiro tenha um abaulamento.
Mesmo assim a temperatura é um elemento
importante para a ponte tendo em consideração
o desenho da ponte. De acordo com a
temperatura máxima e mínima da Cidade de
Nova York.
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