[EC] a Ponte Pedonal Suspensa Sobre o Canal de Rhein-Hern Em Gelsenkirchen Do Engenheiro Jorg...

7/24/2019 [EC] a Ponte Pedonal Suspensa Sobre o Canal de Rhein-Hern Em Gelsenkirchen Do Engenheiro Jorg Schlaich

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A PONTE PEDONAL SUSPENSA SOBRE O CANAL DE RHEIN-HERN EM GELSENKIRCHEN DO ENGENHEIRO JRG SCHLAICH

Bruno T. Sobral

[email protected]

ResumoNa cidade de Gelsenkirchen , foi construda umaesbelta ponte suspensa em curva circular sobre ocanal Rhein-Hern, que foi inaugurada decorria o

ms Junho de 2009. Com um vo de 141 m, aponte combina atributos de engenharia e de

arquitectura de forma notvel e audaz. Neste artigodescreve-se os principais princpios na concepo e

construo desta obra. Sendo uma obraemblemtica do gabinete de projecto de JorgSchlaich, refere-se tambm alguma da sua ideo-

logia enquanto engenheiro de estruturas.Palavras-chave: ponte pedonal, ponte suspensa,

Jrg Schlaich.

AbstractAt Gelsenkirchen city, a delicate, horizontallycurved suspension bridge crosses the Rhein-HerneCanal since June 2009. With a span of 141m, this

bridge combines architectural, aesthetic anddiscerning engineering attributes. This paperdescribes the main principles in the design and

construction of this footbridge.

Since this is an emblematic work of the projectoffice of Jorg Schlaich, also refers to some of itsideology as a structural engineer.Keywords: footbridge, curved suspension bridge,

integral bridge, Jrg Schlaich.

1 Introduo

1.1. O engenheiro Jorg Schlaich

A ponte pedonal de Rern-Hein apesar de ser umaobra relativamente recente, j considerada umaobra emblemtica do engenheiro Jrg Schlaich.

Consegue aliar simplicidade, sofisticao e omelhor conhecimento de engenharia estrutural num

nico vector. Enquanto mentor, Jrg Schlaich

dirige constantemente os projectos em queparticipa para melhorar a qualidade geral doprojecto tanto a nvel tcnico como esttico,

aumentando os valores ticos, sociais, e tcnicosque guiam engenheiros e arquitectos. Tal comooutros notveis engenheiros Schlaich possui uma

extraordinria percepo das reais necessidades de

uma estrutura uma convico que as leis danatureza orientam os projectistas em certasdireces e que fugir delas intencionalmente errado. Por outro lado, notria a sua preocupao

esttica em todos os projectos que participa.

Enquanto estudante de engenharia civil do ensinosuperior assistiu simultaneamente s aulas do cursode arquitectura. Refere que, enquanto o primeiro

lhe incutia rigor e objectividade, o segundopermitia aprimorar o seu sentido esttico e

percepo visual. Inobstante, refere que aengenharia uma rea implacvel. Um arquitecto,

pode ignorar as regras da proporo, ou at mesmocriar um edifcio que no cumpra os totalmente osrequisitos de utilizao, sem que exista danoscolaterais graves. Por outro lado um engenheiro

no pode infringir as leis da natureza. Sempre que

uma estrutura colapsa tem como resultado a perda

de vidas humanas. A inovao estrutural acarretasempre uma responsabilidade para os projectistas.A melhor forma de contornar esse risco possuir

uma boa formao de base e continuar a trabalha-la

ao longo da carreira, quer seja atravs daexperiencia, da observao, da pesquisa, ou dainteraco com os seus pares. De notar que

Schlaich sempre manteve contacto com outros


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pares seus igualmente brilhantes, como o caso deFritz Leonhardt (um dos primeiros empregos de

Jrg Schlaich como engenheiro de estruturas foi naempresa deste), Ren Walther, Christian Menn,entre outros. Por outro lado, o conhecimento queum engenheiro tem de ter cada vez mais vasto e

est em constante evoluo. Cada engenheiro devetraar de forma dedicada a sua biblioteca deconhecimento. Um excelente engenheiro deestruturas um engenheiro que domina o

conhecimento de como se constri, e possui comomeridiano orientador o sentido esttico das

estruturas. Um engenheiro civil pode ter umexcelente desempenho em obra, e ser um medocre

engenheiro de estruturas, porm o invs impossvel de acontecer.

1.2. A ponte pedonal

Em Julho de 2006, dez equipas de engenheiros e

arquitectos foram convidados pela AssociaoRegional de Ruhruma, para apresentarem umasoluo para uma ponte pedonal com o objectivo

de atravessar o canal Rhein-Hern. Entre os

requisitos da obra constava uma ligao funcional rede de caminhos pedonais, uma abordagemsensvel com paisagem adjacente, e o menorimpacto ambiental possvel. De entre as propostas

apresentadas ao jri, este decidiu que a ponte

suspensa em curva circular assimtrica, dogabinete de projecto Schlaich Bergermann undPartner era a que melhor cumpria os requisitos.

Fig. 1 Modelo renderizado apresentado na

proposta ao jri

2 Caso de Estudo

2.1. Condicionantes

A ponte pedonal suspensa sobre o canal de Rhein-

Hern em Gelsenkirchen deveria ligar completa-

mente ambas as vias de cada margem do rio deforma directa, ou seja de uma s vez.

Fig. 2 Vista em planta do modelo

2.2. Concepo Estrutural

A disposio estrutural foi escolhida de modo a

proporcionar o gabarit necessrio livre circulao

de embarcaes, e por no apresentar qualquerpilar ou encontro a uma distncia inferior a 5m damargem do rio, reduzindo desta forma o impactopotencial das embarcaes.

De modo a tirar partido da curvatura da ponte desuspenso unilateral e das caractersticas estru-turais de um tabuleiro circular, as ligaes dos

pilares ao tabuleiro so monolticas. A utilizao

de ligaes monolticas tambm encarada comouma mais-valia a nvel de manuteno da ponte,eliminando utilizao de pot bearings

A aco da temperatura que resulta naturalmente

em deslocamentos estruturais (quer de extensoquer de encurtamento) so minimizados pela forma

circular (do tabuleiro) em planta que confere umamenor rigidez e por conseguinte lhe confere a

capacidade de absorver os deslocamentosimpostos pela aco da temperatura.

O vo (em curva circular assimtrica) deaproximadamente 141 metros suportado, no lado

exterior do tabuleiro, por um sistema de pendurais,

que so suportados por um mastro com 45 metros


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de altura. O mastro por sua vez tambm contrabalanado por dois tirantes de reteno (da

parte de trs) que garantem a sua estabilidade. Denotar que o mastro rotulado na base.

Fig. 3 Pormenor do apoio rotulado do mastro

Os dois tirantes (de suspenso) principais esto

ancorados tangencialmente ao tabuleiro a cerca de

24m antes dos encontros. Aos dois tirantes desuspenso principais esto ligados um conjunto 30pendurais espaados de 3 metros entre si. De forma

a limitar o comprimento destes 30 pendurais, existeum outro tirante de suspenso de forma parablica,

que funciona como um gancho e transmite asforas dos 30 pendurais para os 2 tirantes desuspenso principais que por sua vez as transmitem

para o mastro.

Nas fundaes dos encontros foram utilizadasestacas moldadas com 23 metros de comprimento,fundadas num solo argiloso.

A seco transversal do tabuleiro uma vigacaixo de forma poligonal, com o objectivo resistirmelhor aos momentos flectores e aos esforos detoro do carregamento assimtrico, bem como

garantir a segurana estrutural na zona do tabuleiroentre o ltimo pendural e o encontro (zona

suspensa sem qualquer apoio).

A forma e geometria dos tirantes foi baseada emrequisitos estruturais e funcionais. Entre os quais:

(i)fornecer um comprimento mnimo para ospendurais, bem como limitar as foras de

suspenso, tanto nos pendurais como no tirante desuspenso parablico; (ii) Harmonizar as forasnos tirantes, com o objectivo de obter dimenseseconmicas e, por conseguinte, esteticamente

viveis escala das pontes pedonais; (iii)Evitar

conflitos entre os tirantes de suspenso principais e

os guarda-corpos, existindo porm na zona maiscriticas uma folga de apenas 5 centmetros entre os

tirantes de suspenso e os guarda corpos;

(iv)Minimizar a excentricidade entre as ancoragensdos tirantes de suspenso principais e o centro dotabuleiro, de forma a minimizar os esforos

resultantes dessa excentricidade; (v)Minimizar aaltura do mastro, com o objectivo de minimizar ao

mximo o impacto visual deste, e de preservar oaspecto visual da ponte.

Fig. 4 Seco Transversal

De sublinhar que os parmetros importantes noprocesso de concepo foram a altura e posio domastro, os comprimentos, a posio da juno

entre os tirantes de suspenso principais e o tirante

de suspenso parablico, e a excentricidaderesultante da ancoragem dos tirantes de suspensoprincipais ao tabuleiro.

2.3. Conceito Estrutural

O tabuleiro em curva circular assimtrica comsuspenso unilateral permite a suspenso unilateralda ponte. No entanto, surgem esforos de toro eflexo, consequncia de apenas um dos lados do

tabuleiro ser suportado pelos tirantes.


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2.4. Comportamento estruturalDe acordo com o conceito de ponte suspensa, as

cargas suportadas pelo tabuleiro so direccionadaspara tirantes, estes por sua vez transferem-nas para

o mastro que por compresso transfere as tensespara a fundao. Isto representa um desafio, em

particular, para o pilar, onde as foras normais (aotabuleiro) tm de ser redireccionadas ao longo doraio existente do comprimento no suportado. O

esforo axial vai sendo redireccionado

naturalmente ao longo do tabuleiro, onde ospendurais desempenham um papel fulcral paracompensar essa mudana de direco.No obstante, devido as caractersticas geomtricas

mencionadas anteriormente, surgem elevados (einevitveis) momentos flectores transversais sonos encontros.

Fig. 5 Momento torsor devido posio

excntrica do tirante de suspenso

Devido s ligaes serem monolticas, a rigidez da

fundao juntamente com a rigidez do solo,desempenham um papel crucial nas dimenses dasfundaes e dos pilares. Quanto maior for a rigidez

dos encontros, maiores sero os momentos

flectores no tabuleiro. Com efeito, as variaes noparmetro da rigidez tiveram que ser consideradasno modelo de elementos finitos, e minuciosamente

analisadas.

2.5. Modelao

De modo a suportar as cargas permanentes foiconcebida uma estrutura complexa e tridi-

mensional, que na sua fase final tem umageometria diferente daquela que tinha na

construo. O facto de a estrutura na sua geometriafinal, ter uma geometria diferente da que possui emfase de construo um grande desafio deste

projecto, uma vez que os projectistas tm que

conceber a estrutura para as vrias fases da obranas quais ir estar sujeita a diferentes esforos. Poroutro lado, devido prpria geometria em plantado tabuleiro (refira-se em curva/arco), e ao elevado

grau de encastramento nos encontros, a estrutura

permite que exista um controlo dos esforosprevistos.O comportamento dinmico da ponte regulado

pela esbelteza da estrutura (com um vo de 141m ecom uma seco transversal com 0,80m de altura,

o tabuleiro apresenta uma esbelteza de L/175).

Os estudos computacionais sobre vibraes

induzidas por pedestres mostram, que teoricamenteseria necessrio tomar medidas ao nvel doamortecimento para limitar a acelerao vertical ehorizontal. No entanto, a experincia de projectos

semelhantes mostra que o amortecimento exacto detoda a estrutura, considerando todos os factores

como a lmina de beto e os guarda-corpos, aceitvel. Ao contrrio das vibraes induzidas por

pedestres, verificou-se que as vibraes devidas aco do vento eram condicionantes e foinecessrio realizar testes em tnel de vento com

um modelo de seco rgida. Com base nos

resultados foi necessrio implementar deflectoresde vento na parte exterior do tabuleiro

Fig. 6 Vista em pormenor do tabuleiro (deflectores

de vento e ancoragens dos tirantes)


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2.6. ConstruoO tabuleiro constitudo por seces de ao com 3

metros de largura e uma camada de beto com 12cm constitui uma superfcie resistente para os

utilizadores da ponte, ao mesmo tempo que confereum bom comportamento dinmico pelo seu peso e

caractersticas de amortecimento.A seco em caixo constituda por 5 placas deao, com espessuras que variam entre 15 e 45 mm.

Os pendurais (24mm) esto ligados ao dois

tirantes de suspenso principais (95mm) e aotirante de suspenso secundrio com traadoparablico (50mm).Os tirantes principais desuspenso esto ancorados ao tabuleiro a uma

distncia de 24 m dos encontros.

O mastro cnico com um dimetro de 1,10 m e

uma espessura de parede de 40mm situa-se namargem norte do canal possuindo uma ligeira

inclinao no sentido oposta do tabuleiro. O seuapoio rotulado, e fundado em quatro estacasmoldadas com 12m de comprimento e com umdimetro de 90cm.

Fig. 7 Pormenor da ligao dos pendurais ao

tabuleiro

Os dois tirantes de reteno (95mm) esto ligados

s fundaes atravs de uma ligao com 10parafusos (36mm) pr-esforados.

As (duas) fundaes que suportam, cada um dos

tirantes de reteno, possuem (cada uma) 18ancoragens activas, com uma profundidade de 35

metros.

As fundaes dos encontros foram utilizaram-seestacas moldadas com um dimetro de 90cm, auma profundidade de 23m, e parcialmente

inclinadas (8 estacas no encontro sul e 6 estacas noencontro norte).

Na modelao computacional do modelo foi feitauma anlise no linear de 3 ordem (visto ser um

modelo em 3 dimenses). Para os clculos, foramconsideradas as seguintes cargas: (i) Peso Prprio;(ii) Sobrecargas no uniformes; (iii) Cargas

concentradas para veculos em servio at 4,5

toneladas; (iv) Cargas de devidas aco do vento;(v) Variaes de temperatura com uma amplitudetrmica de [-36C, 41C].Os dados retirados da modelao por elementos

finitos, foram utilizados para definir: as dimenses

das peas regulares do tabuleiro; o sistema decabos (tirantes e pendurais), o mastro e asfundaes. Porm alguns elementos da estrutura,

exigiram uma anlise mais aprofundada eexaustiva (atravs de elementos finitos), em

particular os encontros, e os tirantes principais e assuas ancoragens. Na verificao dos encontros e

das estacas foi utilizado um modelo de escoras etirantes.

Fig. 8 Modelo de elementos finitos do encontro

Fig. 9 Parte do encontro realizado em obra


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2.7. Fabricao das peas metlicasO tabuleiro constitudo por 51 segmentos, com 3

metros de comprimento, foi previamente soldadoem fbrica, de forma a assegurar um elevado

controlo de qualidade, assegurando que ageometria complexa do tabuleiro foi executada

com preciso. Os segmentos foram soldadosformando 8 segmentos individuais.As duas seces de ao pr-fabricadas dos

encontros foram posicionados e lanadas, enquanto

as restantes seis partes do tabuleiro foram pr-montadas nas margens do canal. A parte 1 foicolocada num cavalete e totalmente soldada aoencontro do lado sul (Fig. 10), as partes 2 a 4

foram soldadas na margem sul do rio para formaruma nica pea com 90m de comprimento a qualvir a ser o meio vo da ponte, e partes 5 e 6 foramsoldadas na margem norte e seguidamente

apoiadas sobre cavaletes prximos da sualocalizao final.

O mastro foi pr-fabricado em duas partes queforam soldadas na margem norte. Os tirantes

tambm necessitaram de ser fabricados comextrema preciso. Para instalar a parte central dotabuleiro (Fig. 11), que possui 110tons e 90 metrosde comprimento, o canal Rhein-Herne teve de ser

bloqueado para alocar uma grua flutuante. Paraminimizar a interferncia com o trfego martimo

no canal, toda a instalao no poderia demorarmais de 48 horas (Fig. 12 e Fig. 15).

Durante a instalao do mastro e das ancoragensdos tirantes de reteno foram erguidos

temporariamente dois suportes/tirantes auxiliares.A parte central do tabuleiro foi ento erguida com

auxilio grua flutuante, colocada na sua posio esoldada (Fig. 13).

Fig. 10 Processo de montagem 1 fase

Fig. 11 - Processo de montagem 2 fase





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Aps a adio de um nico cabo auxiliar(provisrio) ligado ao centro do tabuleiro e ao topo

do mastro, a grua flutuante pode sere retirada dolocal da obra. Repousando o tabuleiro de formasegura em (trs) cavaletes e no cabo auxiliar. Nestafase da obra a estrutura encontrava-se preparada

para a instalao do sistema de suspenso.

Fig. 15 Montagem da parte central do tabuleiro

2.8. Montagem do sistema de cabos

A instalao do sistema final de sustentao daponte (tirantes e pendurais) foi facilitada devido

concepo do sistema de suporte auxiliar (Fig. 14).

O comprimento do cabo auxiliar, a posio do topodo mastro e o posicionamento dos tirantes dereteno permitiram uma fcil instalao do

sistema de suspenso.

Cada um dos tirantes principais (com 82m decomprimento) foi desenrolado e iado para o topodo mastro. Antes de sarem do tabuleiro, as

braadeiras, sistema de pendurais, e os tirantesforam fixados nas suas posies.

Durante a puxe dos tirantes principais o tabuleirofoi levantado lentamente dos cavaletes e a carga foi

sucessivamente transferida para o sistema decabos. No seu estado inicial, o mastro foi inclinadopara a frente aproximadamente 750 milmetros (em

comparao com a sua posio final).

2.9. Finalizao da obra

Aps retirar os cavaletes e cabos auxiliares,

executou-se a camada de beto, ficando a estrutura

na sua posio final, ficando assim os tirantes sob asua tenso final prevista. Com a instalao dosguarda-corpos em ao-inoxidvel e adio da

camada de beto armado a ponte foi finalmenteconcluda (Fig. 16).

Fig. 16 Aspecto final da ponte pedonal

3 Notas Finais

A esbelteza, geometria elegante e soluesinovadoras, proporcionam uma experiencia nica atodos os transeuntes, e a todos aqueles que nutremgosto especial pelas obras de engenharia civil. No

obstante apenas aqueles que possuem umconhecimento avanado em estruturas poderoapreciar em toda a sua plenitude esta fabulosa obrade engenharia. Jrg Schlaich disse um dia Se

vires uma ponte que no se v, certamente seruma das nossas, e esta ponte pedonal um

excelente exemplo dessa genialidade.

4 Dados da obra

Em seguida apresentar-se-o as quantidades dos

materiais mais importantes gastos em obra, o

preo, a durao, bem como o prmio queconquistou.

4.1. Quantidades de material

Quantidades de material: 310 toneladas de ao, 20

toneladas de cabos, 640 m3de beto, 170 toneladasde ao (para armaduras ordinrias).

4.2. Preo da obra

O preo final da obra fixou-se nos 4 milhes de

euros.

4.3. Durao

A obra teve uma durao de 15 meses.


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4.4. PrmiosA ponte pedonal de em anlise neste artigo ganhou

os seguintes prmios: (i) 1 lugar no FootbridgeAward 2011, (ii) ECCS Awards for steel bridges

2010 - Pedestrian and cycle bridges; (iii) nomeadopara Deutscher Brckenbaupreis 2012 (prmios

para a melhor concepo de pontes alemo).

Agradecimentos

Durante a realizao deste artigo contei com

preciosas ajudas das quais gostaria de destacar as

seguintes:

(i) Gabinete de projecto Schlaich Bergermann undPartner (Stuttgart), autores do projectoreferenciado neste artigo, pela informao tcnica

que me forneceram.(ii) Professor Doutor Jos Oliveira Pedro (IST)

pelo apoio tcnico prestado para melhorcompreenso de alguns pormenores referentes a

este projecto.

Referncias

[1] Holgate, A.; The Art of Structural Engineering

The work of Jorg Schlaich and his team.Estugarda/Londres, Editon Axel Menges, 1997.

[2] Keil, A.; Linden, S., Footbridge over therhein-herne-canal in Gelsenkirchen; cedido por

Schlaich Bergermann und Partner (Stuttgart), 2011

[3] Bgle, A., Billington, D.; Making the difficulteasy and the heavy light: Jrg Schlaich structural artist and teacher;Wiley Online, 2012

[4] Schlaich, M., Baus, U.; Footbridges:

Construction, Design, History; BirkhuserArchitecture; 1 edition, 2007

[5] http://eng.archinform.net/arch/1430.htm. Data

de acesso: 12/04/2012 12:20hrs.

[6] http://www.sbp.de/en/build/sheet/1541-Fu%C3%9F-_und_Radwegbr%C3%BCcke_Hafen_Gr

imberg.pdf. Data de acesso: 18/04/2012 15:29hrs

[7] http://www.steelconstruct.com/awards/2010/esba2010/ Data de acesso: 20/04/2012 14:28hrs

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