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Na concepção de pontes e viadutos, o sistema pênsil apresenta diversas vantagens..., Notas de estudo de Análise Estrutural

Pontes e viadutos são estruturas que permitem interligar ao mesmo nível pontos não acessíveis, separados por obstáculos naturais ou artificiais. Desse modo, eles desempenham um papel fundamental na infraestrutura de transporte e no desenvolvimento econômico de um país

Tipologia: Notas de estudo

2025

Compartilhado em 11/04/2025

giovannaschitini
giovannaschitini 🇧🇷

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bg1
JOÃO PESSOA, 2021
176
DIVULGAÇÃO CIENTÍFICA E TECNOLÓGICA DO IFPB | Nº 57
SUBMETIDO 25/08/2020 > APROVADO 02/10/2020
Investigação das limitações de deflexão
vertical em pontes pênseis
Renato Silva Nicoletti [1], Alexandre Rossi [2], Emerson Alexandro Bolandim [3],
Alex Sander Clemente de Souza [4], Carlos Humberto Martins [5]
[1] renato_nicoletti@hotmail.com. [2] alexandre-rossi@hotmail.com. [3] emerson_bolandim@hotmail.com. [4] alex@ufscar.br.
Departamento de Engenharia Civil / Universidade Federal de São Carlos (UFSCar). [5] chmartins@uem.br. Departamento de Engenharia
Civil / Universidade Estadual de Maringá (UEM).
RESUMO
Na concepção de pontes e viadutos, o sistema pênsil apresenta diversas vantagens, entre elas a viabilidade
técnico-econômica para grandes vãos, fatores estéticos e flexibilidade na geometria. Entretanto, são poucos
os códigos normativos específicos para pontes pênseis e, entre esses e os códigos genéricos de pontes, nota-
se uma grande discrepância com relação aos limites de deflexão. O presente trabalho apresenta e discute as
limitações de flecha recomendadas pelas principais normas e também pela literatura. Além disso, investiga-se
a influência da geometria no limite de deflexão vertical de pontes pênseis. Com esse intuito, foram analisadas
14 pontes, variando o comprimento do vão, a largura do tabuleiro e a altura do mastro. Na revisão realizada,
verificou-se uma tendência da literatura para o desenvolvimento de métodos e critérios mais coerentes para
o controle da deflexão, da vibração e dos demais efeitos dinâmicos. Por sua vez, nas análises, averiguou-se
que a prática de limitar a deflexão vertical com base em apenas um quociente envolvendo o vão pode não
ser precisa e eficiente, pois verificou-se a influência de outros parâmetros que afetam a deflexão vertical e as
vibrações na estrutura, como a largura do tabuleiro e a altura do mastro. Logo, estudos que visem fundamentar
os critérios para limitações de flechas e o dimensionamento de pontes perante os estados limites de serviço
são muito importantes, uma vez que soluções simplistas podem tornar a estrutura inviável economicamente
ou tecnicamente.
Palavras-chave: Deflexões. Estados limites de serviço. Pontes pênseis.
ABSTRACT
In the design of bridges and viaducts, the suspension system has several advantages, including techno-
economic feasibility for large spans, aesthetic factors, and flexibility in geometry. However, there are few
specific normative codes for suspension bridges. Among them and the generic bridge codes, there is a large
discrepancy about the deflection limits. This paper presents and discusses the vertical deflection limitations
by the main standards and literature recommendations. In addition, the influence of geometry on the vertical
deflection limit of suspension bridges is investigated. For this purpose, we analyzed 14 bridges with different
span lengths, the width of the deck, and the height of the mast. In the review carried out, there was a trend in
the literature in the development of more coherent methods and criteria for controlling deflection, vibration, and
other dynamic effects. In turn, in the analyzes, it was found that the practice of limiting the vertical deflection
only to a quotient involving the span may not be accurate and efficient since the influence of other parameters
was verified, affecting the vertical deflection and vibrations in the structure, such as the width of the board and
the height of the mast. Therefore, studies are fundamental to substantiate the criteria for deflection limitations
and the dimensioning of bridges to the limit state of service since simplistic solutions can make the structure
economically or technically unfeasible.
Keywords:
Deflections. Suspension bridges. Service limit state.
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176 J O Ã O P E S S O A , 2 0 2 1

SUBMETIDO 25/08/2020 > APROVADO 02/10/

Investigação das limitações de deflexão

vertical em pontes pênseis

Renato Silva Nicoletti [1], Alexandre Rossi [2], Emerson Alexandro Bolandim [3],

Alex Sander Clemente de Souza [4], Carlos Humberto Martins [5]

[1] renato_nicoletti@hotmail.com. [2] alexandre-rossi@hotmail.com. [3] emerson_bolandim@hotmail.com. [4] alex@ufscar.br. Departamento de Engenharia Civil / Universidade Federal de São Carlos (UFSCar). [5] chmartins@uem.br. Departamento de Engenharia Civil / Universidade Estadual de Maringá (UEM).

RESUMO

Na concepção de pontes e viadutos, o sistema pênsil apresenta diversas vantagens, entre elas a viabilidade

técnico-econômica para grandes vãos, fatores estéticos e flexibilidade na geometria. Entretanto, são poucos

os códigos normativos específicos para pontes pênseis e, entre esses e os códigos genéricos de pontes, nota-

se uma grande discrepância com relação aos limites de deflexão. O presente trabalho apresenta e discute as

limitações de flecha recomendadas pelas principais normas e também pela literatura. Além disso, investiga-se

a influência da geometria no limite de deflexão vertical de pontes pênseis. Com esse intuito, foram analisadas

14 pontes, variando o comprimento do vão, a largura do tabuleiro e a altura do mastro. Na revisão realizada,

verificou-se uma tendência da literatura para o desenvolvimento de métodos e critérios mais coerentes para

o controle da deflexão, da vibração e dos demais efeitos dinâmicos. Por sua vez, nas análises, averiguou-se

que a prática de limitar a deflexão vertical com base em apenas um quociente envolvendo o vão pode não

ser precisa e eficiente, pois verificou-se a influência de outros parâmetros que afetam a deflexão vertical e as

vibrações na estrutura, como a largura do tabuleiro e a altura do mastro. Logo, estudos que visem fundamentar

os critérios para limitações de flechas e o dimensionamento de pontes perante os estados limites de serviço

são muito importantes, uma vez que soluções simplistas podem tornar a estrutura inviável economicamente

ou tecnicamente.

Palavras-chave: Deflexões. Estados limites de serviço. Pontes pênseis.

ABSTRACT

In the design of bridges and viaducts, the suspension system has several advantages, including techno- economic feasibility for large spans, aesthetic factors, and flexibility in geometry. However, there are few specific normative codes for suspension bridges. Among them and the generic bridge codes, there is a large discrepancy about the deflection limits. This paper presents and discusses the vertical deflection limitations by the main standards and literature recommendations. In addition, the influence of geometry on the vertical deflection limit of suspension bridges is investigated. For this purpose, we analyzed 14 bridges with different span lengths, the width of the deck, and the height of the mast. In the review carried out, there was a trend in the literature in the development of more coherent methods and criteria for controlling deflection, vibration, and other dynamic effects. In turn, in the analyzes, it was found that the practice of limiting the vertical deflection only to a quotient involving the span may not be accurate and efficient since the influence of other parameters was verified, affecting the vertical deflection and vibrations in the structure, such as the width of the board and the height of the mast. Therefore, studies are fundamental to substantiate the criteria for deflection limitations and the dimensioning of bridges to the limit state of service since simplistic solutions can make the structure economically or technically unfeasible.

Keywords: Deflections. Suspension bridges. Service limit state.

cheia; treliças; vigas em seção caixão; pórticos; arcos;

e suspensas por cabos – estas últimas se dividem em

estaiadas e pênseis.

A ponte pênsil, em especial, caracteriza-se pela

presença de um cabo de aço principal e cabos verticais

secundários, ligados de forma perpendicular ao

tabuleiro. O cabo principal, por sua vez, é ligado entre

mastros (elementos verticais), formando uma catenária

em função de seu próprio peso. A Figura 1 apresenta

os principais elementos de uma ponte pênsil.

1 Introdução

Pontes e viadutos são estruturas que permitem

interligar ao mesmo nível pontos não acessíveis,

separados por obstáculos naturais ou artificiais. Desse

modo, eles desempenham um papel fundamental na

infraestrutura de transporte e no desenvolvimento

econômico de um país.

Existe uma grande variedade de concepções

estruturais que podem ser empregadas no projeto de

pontes e viadutos. As principais são: vigas de alma

Figura 1 – Principais elementos de uma ponte pênsil

Fonte: elaborada pelos autores

Com essa concepção estrutural, os mastros

resistem aos esforços verticais, enquanto os esforços

horizontais de tração são resistidos pelos blocos de

ancoragem, situados nas extremidades do cabo

principal. O maior exemplo de ponte pênsil é a Golden

Gate, situada no estado da Califórnia, nos Estados

Unidos, com um comprimento total de 2.737 m.

Como vantagens das pontes suspensas, citam-

se: economia de material em vãos grandes; fatores

estéticos; possibilidade de a ponte ser construída em

posições mais altas, permitindo a passagem de grandes

navios por baixo dela; e flexibilidade na geometria.

Contudo, vale ressaltar que as pontes suspensas

demandam fundações volumosas para combater as

tensões ocasionadas nos mastros; e vigas de rigidez

associadas aos cabos, a fim de evitar a oscilação e

vibrações provocadas pelo vento e pelo trânsito de

veículos, uma vez que isso pode fazer com que a ponte

entre em ressonância (fenômeno caracterizado pelo

recebimento de excitações com frequência igual a uma

das frequências naturais de vibração da estrutura), o

que leva à ruptura.

Diversos autores têm pesquisado o

comportamento de pontes suspensas e defendido suas

vantagens nos últimos anos. No geral, os trabalhos

concentram-se no desenvolvimento e análise de

procedimentos de dimensionamento (LIU et al .,

2014; PARK, 2018; PEÑA et al ., 2017), no estudo da

distribuição de tensões (HAN et al ., 2018; LIU et al .,

2017, 2019; XIA et al ., 2017) e na investigação do

comportamento dinâmico de tais estruturas (APAYDIN

et al ., 2012; CAPSONI; ARDITO; GUERRIERI, 2017;

ERDOĞAN; GÜLAL, 2013; FENERCI; ØISETH,

2018; FENERCI; ØISETH; RØNNQUIST, 2017; KIM;

KIM, 2013; MA et al ., 2018; PETERSEN; ØISETH;

LOURENS, 2020; YU et al ., 2014).

Norteando os procedimentos de projeto, as

principais normas existentes são a americana

(AASHTO, 2017), os eurocódigos e a coreana MLIT

(COREIA DO SUL, 2015). No Brasil, as principais

normas vigentes que fundamentam o dimensionamento

desse tipo de estrutura são a norma de ações em

pontes e viadutos, ABNT NBR 7188 (2013), a norma

de dimensionamento de pontes em concreto armado

e protendido, ABNT NBR 7187 (2003), a norma de

estrutura com sua deflexão, Barker, Staebler e Barth

(2011) realizaram análises estatísticas e desenvolveram

equações para o cálculo da deflexão em pontes. Para

pontes sem passagem de pedestres, os autores

recomendaram a Equação (1):

(1)

em que δ é a deflexão limite em milímetros e ƒ𝑛 é a

primeira frequência natural da ponte.

  1. 8 Saadeghvaziri et al. (2012)

Fundamentados em análises numéricas realizadas

em softwares pautados no método dos elementos

finitos, Saadeghvaziri et al. (2012) recomendaram

que o limite de deflexão seja calculado em função da

frequência natural, do vão da ponte e da aceleração

e velocidade dos veículos que trafegam sobre ela.

Especificamente, os autores recomendam o emprego

da Equação (2):

(2)

em que δ é a deflexão limite; Amáx , a aceleração

máxima dos veículos; ƒ𝑛 , a primeira frequência natural

da ponte; V , a velocidade de projeto da via; e L , o

comprimento do vão longitudinal.

2. 9 Resumo dos limites de deflexão

O Quadro 1 apresenta uma síntese dos limites de

deflexão vertical para cargas móveis estabelecidos

pelas normativas e recomendações citadas.

2. 3 Normatização europeia

Todos os eurocódigos específicos de pontes

mencionam o item 7.3 do EN 1993-1-1 (CEN, 2005).

Este não recomenda nenhuma limitação de deflexão

com base no comprimento do vão, porém introduz o

conceito de estados limites reversíveis e irreversíveis,

fixando que, no caso dos reversíveis, o estado limite

de deflexão pode ser excedido desde que a estrutura

permaneça em regime elástico (BOUASSIDA et al .,

Por sua vez, o EN 1990-A1 (CEN, 2002), intitulado

Eurocode Basis of structural design , estabelece

a deflexão vertical limite de L/600 para pontes

ferroviárias.

2. 4 Normatização canadense

Com o objetivo de tornar o limite de deflexão da

AASHTO mais eficiente, o Canadian Structural Manual

(CANADA, 2016) prescreve que a deflexão vertical

máxima devida à carga móvel não deve exceder L/.

Vale ressaltar que esse critério é recomendado

para vãos pequenos a médios; porém, a norma não

delimita uma faixa de variação de vão.

2. 5 Normatização coreana

O código normativo coreano Limit State Design

(COREIA DO SUL, 2015) estabelece que a deflexão

limite de pontes com vãos curtos a médios seja limitada

entre L/800 e L/1.200. Entretanto, especificamente para

pontes suspensas, a norma coreana fixa a deflexão

vertical limite de L/400 para pontes estaiadas e L/

para pontes pênseis.

2. 6 Normatização australiana

Para pontes rodoviárias, as normas australianas

AS 5100.2 (SA, 2017) sugerem que a deflexão vertical

seja limitada a L/600 (KIRKCALDIE; WOOD, 2008).

2. 7 Barker, Staebler e Barth (2011)

Com base em resultados experimentais e

numéricos, apresentados pelo Ontario Code em 1983,

que relacionavam a frequência de vibração natural da

Quadro 1 – Pré-dimensionamento da seção caixão mista de aço e concreto

PROCEDIMENTOS RECOMENDAÇÃO OBSERVAÇÕES

ABNT NBR 7187 (2003) 350

L

Origens nos limites estabelecidos pela NBR 6118. Não explicita quais carregamentos devem ser` usados. Recomendação para pontes em concreto armado ou protendido.

ABNT NBR 16694 (2020) 800

L Recomendação para pontes de aço ou mistas de aço e concreto.

AASHTO LRFD Bridge Design Specifications (2017) 1.

L Limite criticado na comunidade científica.

Eurocódigos Não limitam as deflexões pelo vão

Para pontes ferroviárias, limitam a deflexão em

600

L (^).

Canadian Structural Manual (2016) 600

L

MLIT Limit State Design (COREIA DO SUL, 2015) (^350)

L

Específica para pontes pênseis.

Australian Standard 5100. (2017) (^600)

L

Barker, Staebler e Barth (2011) 2

[mm]

f n

Sendo fn a primeira frequência natural da estrutura. Expressão recomendada para pontes sem passagem de pedestres.

Saadeghvaziri et al. (2012)

Sendo Amáx a aceleração máxima dos veículos; fn a primeira frequência natural da ponte; V a velocidade de projeto da via; e L o comprimento do vão longitudinal.

Fonte: elaborado pelos autores

3 Metodologia

Com o intuito de analisar a influência da geometria

na deflexão limite de pontes pênseis, foram pré-

dimensionadas e estudadas 14 pontes. A fim de se

ter uma comparação justa, pelo fato de muitas das

recomendações serem propostas para pontes com

vãos pequenos e médios, variou-se o comprimento do

vão principal nas análises entre 50,00 m e 200,00 m.

A Figura 2 apresenta as simbologias dos parâmetros

geométricos de pontes pênseis.

O vão secundário, Ls , foi pré-dimensionado como

20% do vão principal, L p ; a altura do mastro acima

do tabuleiro, H1, foi pré-dimensionada variando entre

13% e 15% do vão principal; a altura mínima do cabo

principal em relação ao tabuleiro, S , foi admitida como

20% da altura H1 ; e a altura do mastro abaixo do

tabuleiro, H2 , foi considerada igual a 50% da altura H.

acima do tabuleiro variando entre 5,00 m e 20,00 m a

cada 5,0 m. A Tabela 3 apresenta a geometria desses

modelos.

Por fim, na terceira e última análise, fixou-se o vão

principal em 70,00 m, a largura do tabuleiro em 7,00 m,

e foram estudados 5 modelos, com a altura do mastro

Tabela 2 – Geometria dos modelos da segunda análise

MODELO LARGURA [m] L (^) p [m] L (^) s [m] H 1 [m] H 2 [m] S [m] A2_1 5,00 70,00 14,00 10,00 5,00 2, A2_2 10,00 70,00 14,00 10,00 5,00 2, A2_3 15,00 70,00 14,00 10,00 5,00 2, A2_4 20,00 70,00 14,00 10,00 5,00 2,

Fonte: elaborada pelos autores

Tabela 3 – Geometria dos modelos da terceira análise

MODELO LARGURA [m] Lp [m] L (^) s [m] H 1 [m] H 2 [m] S [m] A3_1 7,00 70,00 14,00 5,00 2,50 1, A3_2 7,00 70,00 14,00 10,00 5,00 2, A3_3 7,00 70,00 14,00 15,00 7,50 3, A3_4 7,00 70,00 14,00 20,00 10,00 4,

Fonte: elaborada pelos autores

Por fim, para a determinação da deflexão máxima

recomendada por Barker, Staebler e Barth (2011) e

Saadeghvaziri et al. (2012), a primeira frequência

natural das estruturas foi obtida por meio de análises

de frequência no software SAP2000®. Para tanto,

admitiu-se uma densidade de 2.500 kg/m³ para o

concreto armado da laje e de 7.860 kg/m³ para os

elementos de aço.

No que diz respeito às propriedades dos materiais,

considerou-se para a laje um concreto com módulo de

elasticidade longitudinal de 30.589 MPa e resistência

característica à compressão de 30 MPa. Para os perfis

metálicos, por sua vez, adotou-se o aço ASTM A242,

com módulo de elasticidade longitudinal de 200 GPa e

resistência característica ao escoamento de 345 MPa.

4 Resultados e discussão

A Figura 3 apresenta um dos modelos analisados

no SAP2000®, juntamente com a configuração do

seu primeiro modo de vibração, do qual a frequência

natural de vibração da estrutura foi obtida.

Figura 3 – Configuração indeformada (a) e deformada (b) do primeiro modo de vibração da estrutura

(a) (b) Fonte: elaborada pelos autores

pontes sem passagem de pedestres. Para o método de

Saadeghvaziri et al. (2012), admitiu-se a aceleração e

a velocidade máxima da via como 0,5 m/s² e 80 km/h,

respectivamente (PARK; KIM; HWANG, 2018).

A Tabela 4 exibe os valores da primeira frequência

natural dos modelos ( f n ) , bem como as respectivas

deflexões limites recomendadas por Barker, Staebler

e Barth (2011) e por Saadeghvaziri et al. (2012) para

Tabela 4 – Frequências naturais de vibração obtidas por meio do SAP2000® e deflexões limites

calculadas pelos métodos de Barker, Staebler e Barth (2011) e de Saadeghvaziri et al. (2012)

ANÁLISE MODELO f (^) n (Hz)

DEFLEXÃO VERTICAL LIMITE (mm) Barker, Staebler e Barth (2011)

Saadeghvaziri et al. (2012)

A1_1 5,202 12,20 9,

A1_2 2,634 47,61 21,

A1_3 2,028 80,25 32,

A1_4 1,624 125,21 46,

A1_5 1,384 172,46 61,

A1_6 1,236 216,10 76,

A1_7 0,745 594,32 191,

A1_8 0,386 2.215,36 492,

A2_1 2,565 50,18 9,

A2_2 1,792 102,79 21,

A2_3 1,563 135,16 32,

A2_4 1,421 163,45 46,

A3_1 1,969 85,16 61,

A3_2 2,028 80,25 76,

A3_3 1,274 203,31 191,

A3_4 0,767 560,66 492,

Fonte: elaborada pelos autores

Figura 4 – Vão longitudinal x Deflexões limites (Análise 1)

Deflexão vertical limite (mm)

Vão longitudinal - L (m) Barker, Staebler e Barth (2011) Saadeghvaziri et al. (2012) MLIT (CORÉIA DO SUL, 2015) e NBR 7187 (ABNT, 2003) NBR 16694 (ABNT, 2020) CAN/CSA-S6-06 (CSA, 2006) e AS 5100.2 (SA, 2017) AASHTO (2017)

330,2/fn²

L/

L/

L/

L/

A/(ω²1,2α)

Fonte: elaborada pelos autores

A comparação entre as deflexões limites variando

o vão (Análise 1) consta na Figura 4.

Nos modelos analisados, para vãos de 70,00 m

a 100,00 m, a recomendação de Barker, Staebler e

Barth (2011) apresentou valores de deflexões próximos

aos dos códigos normativos, mas sempre inferiores a

pelo menos um deles. Entretanto, para vãos maiores

que 100,00 m, a deflexão limite foi consideravelmente

maior que a apresentada pelas normas, sendo de,

aproximadamente, L/90 para o modelo com vão de

200,00 m. Para os vãos de 50,00 m e 60,00 m, a

expressão de Barker, Staebler e Barth (2011) resultou

em deflexões limites conservadoras em relação

às prescritas pelas normas abordadas, sendo de,

aproximadamente, L/4.000 para o vão de 50,00 m.

Já o método de Saadeghvaziri et al. (2012),

em relação às normas, apresentou divergências

significativas até o vão de 70,00 m, fornecendo

limitações conservadoras, da ordem de L/5.

para o vão de 50,00 m. No entanto, vale frisar que

a discrepância encontrada nos métodos de Barker,

Staebler e Barth (2011) e de Saadeghvaziri et al.

(2012) é coerente, visto que tais recomendações foram

desenvolvidas para grandes vãos.

No que diz respeito à influência da variação

da largura do tabuleiro (Análise 2) e da altura do

mastro (Análise 3) na deflexão limite, os resultados

encontrados estão dispostos graficamente na Figura

5 e na Figura 6, respectivamente. Cabe observar que,

na Análise 2, o vão principal e a altura do mastro foram

fixados, respectivamente, em 70,00 m e 10,00 m; e

que, na Análise 3, o vão e a largura do tabuleiro foram

fixados, respectivamente, em 70,00 m e 7,00 m.

Figura 5 – Largura do tabuleiro x Deflexões limites (Análise 2)

Deflexão vertical limite (mm)

Largura do tabuleiro (m) Barker, Staebler e Barth (2011) Saadeghvaziri et al. (2012) MLIT (CORÉIA DO SUL, 2015) e NBR 7187 (ABNT, 2003) NBR 16694 (ABNT, 2020) CAN/CSA-S6-06 (CSA, 2006) e AS 5100.2 (SA, 2017) AASHTO (2017)

330,2/fn²

L/

L/

L/

L/

A/(ω²1,2α)

Fonte: elaborada pelos autores

Figura 6 – Altura do mastro acima do tabuleiro x Deflexões limites (Análise 3)

Deflexão vertical limite (mm)

Altura do mastro acima do tabuleiro - H1 (m) Barker, Staebler e Barth (2011) Saadeghvaziri et al. (2012) MLIT (CORÉIA DO SUL, 2015) e NBR 7187 (ABNT, 2003) NBR 16694 (ABNT, 2020) CAN/CSA-S6-06 (CSA, 2006) e AS 5100.2 (SA, 2017) AASHTO (2017)

330,2/fn²

L/

L/

L/

L/

A/(ω²1,2α)

Fonte: elaborada pelos autores

HAN, Y. et al. Stress Analysis of a Long-Span Steel- Truss Suspension Bridge under Combined Action of Random Traffic and Wind Loads. Journal of Aerospace Engineering, v. 31, n. 3, p. 04018021, maio 2018.

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KIRKCALDIE, D. K.; WOOD, J. H. Review of Australian standard AS 5100 Bridge design with a view to adoption. [ s.l.: s.n. ], 2008.

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