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Conheça os aspectos técnicos da Ponte Rio-Niterói, um marco na engenharia nacional

por Cristiano Oliveira da Silva | 02/03/2021

A obra é chamativa tanto por suas dimensões, quanto por sua audaciosa concepção e criatividade nos processos construtivos

A Ponte Presidente Costa e Silva, popularmente conhecida como Ponte Rio-Niterói, pode ser considerada um marco na engenharia nacional, tanto pelas suas dimensões, quanto pela quantidade de trabalhos de engenharia que demandou. Sua construção foi iniciada no ano de 1969 e a ponte foi inaugurada em 1974. Pode-se dizer que ela é um elo fundamental entre as cidades do Rio de Janeiro e Niterói, bem como suas adjacências.

Localização da Ponte Rio-Niterói
Localização geográfica da Ponte Rio-Niterói

A robustez dos números que envolvem a Ponte Rio-Niterói é impressionante: com uma extensão total de 13290m, é a maior ponte do hemisfério sul e a maior do mundo em viga reta contínua (o vão principal é em viga metálica soldada e possui 300m de comprimento).

Vários foram os desafios técnicos e construtivos que se apresentaram na fase de projeto e construção: concretagem submersa de elementos delgados (tubulões de 1,8m de diâmetro) em meio agressivo (água do mar), substituição do processo já na época clássico de avanços progressivos para a montagem da superestrutura metálica por um esquema ousado que consistia na montagem das vigas através de segmentos pré-fabricados de até 5000tf, dentre outros.

Desenho esquemático - avanços progressivos
Sequência executiva em avanços progressivos

Sua construção teve uma mentalidade tecnológica avançada, com um completo laboratório de ensaios. Quando necessário, eram solicitados serviços de laboratórios externos ou pesquisas especiais. A resistência das estruturas empregadas, por exemplo, foi comprovada por modelos reduzidos ou provas de carga em peças de tamanho natural.

A escolha de sua posição na Baía de Guanabara foi norteada pela necessidade de haver pouca interferência com os portos na região, tanto que seu traçado se encontra por trás dos portos. Entretanto, sob a Ponte Rio-Niterói passam petroleiros de grande porte, em função da existência do terminal marítimo da Petrobras, situado no interior da baía.

O gabarito de navegação adotado na região de maior profundidade da baía tem largura de 260m e altura de 60m. Para atender a esse gabarito, previu-se um vão central de 300m (com os vãos adjacentes de 200m cada), com a pista 70m acima do nível d’água (embora pudesse ser mais alto esse gabarito, deve-se lembrar que há dois aeroportos na região que limitaram sua altura).

Vista geral do vão central da ponte
Vista dos vãos centrais e adjacentes

Em quase toda a extensão da baía navegam pequenos barcos ou navios médios. Para atender a essa navegação, os vãos adotados foram de 80m, com a pista 24m acima do nível da água.

Em relação ao tráfego, a Ponte apresenta duas pistas, separadas por uma mediana de concreto e com 12,20 m de largura cada, correspondente a três faixas de rolamento.

A capacidade de tráfego prevista em projeto é de 50.000 veículos diários. Atualmente, a média de tráfego na ponte é de 135.000 veículos por dia.

Projeto e construção: empresas envolvidas

A Ponte Pres. Costa e Silva pertence à BR-101, que é uma rodovia federal litorânea que se estende desde Osório – RS até Natal – RN. Dessa maneira, sendo parte integrante da rede rodoviária federal, a obra foi construída com recursos do Departamento Nacional de Estradas de Rodagem (DNER).

O Ministério dos Transportes criou uma empresa pública, denominada ECEX (Empresa de Construção e Exploração da Ponte Presidente Costa e Silva), à qual ficaram subordinadas as firmas encarregadas de projeto e construção da Ponte.

O projeto e a supervisão da obra estiveram a cargo de um consórcio formado pelas firmas Howard, Needles Tammen and Bergendoff International, Inc., de Nova Iorque, e Antonio A. Noronha – Serviços de Engenharia S. A., do Rio de Janeiro.

A execução das fundações e estruturas de concreto foi entregue a um consórcio de firmas brasileiras: Construções e Comércio Camargo Correa S. A., Construtora Rabelo S. A. e Construtora Mendes Junior S. A.

A fabricação e a montagem das estruturas metálicas foram contratadas com o consórcio das firmas inglesas Redpath Dorman Long Ltd. e The Cleveland Bridge and Engineering Co. Ltd., o qual, por sua vez, utilizou os serviços da firma brasileira Montreal Engenharia S. A., como subempreiteira.

O controle de qualidade dos materiais esteve a cargo da firma Geotécnica S. A., que operou o laboratório de ensaios do canteiro na ilha do Fundão, participando ainda de trabalhos de sondagens, medições etc. Dos trabalhos de sondagem e provas de carga, participou também a firma Tecnosolo S. A. Diversas outras empresas foram contratadas pela ECEX para executar tarefas especiais.

Dados técnicos: resumo

Na tabela abaixo, são mostradas algumas dimensões de maior relevância da Ponte Rio-Niterói:

Tabela - principais extensões da ponte Rio-Niterói
Resumo dos principais comprimentos

O número de longarinas no lado de acesso do Rio de Janeiro são 777 unidades, ao passo que no lado de acesso de Niterói são 365, totalizando 1.142 longarinas.

A Ponte apresenta 3.250 aduelas de concreto, das quais 3.000 são correntes, 182 são de apoio e 68 de articulação.

O número de conjuntos bloco-pilares no mar totaliza 103 unidades e o número de tubulões também no mar somam a impressionante marca de 1.138.

Em relação às faixas de tráfego, são duas pistas de 12,20 m cada, ambas com três faixas de rolamento; exceto no trecho entre a praça de pedágio e o vão central, onde cada pista possui quatro faixas.

Abaixo, são mostrados alguns números relativos ao consumo de materiais da ponte:

Tabela - quantidades de materiais envolvidos na construção da Ponte Rio-Niterói
Quantitativo de materiais empregados na construção

Elementos estruturais da Ponte Rio-Niterói

Superestrutura

A Ponte Rio-Niterói, sob o ponto de vista estrutural, apresenta três trechos principais:

  • vãos centrais, junto ao canal de navegação;
  • vãos de acesso sobre o mar;
  • vãos de acesso em terra.

Os três trechos apresentam requisitos funcionais e construtivos diversos, conduzindo cada um a soluções estruturais com características próprias.

Vãos centrais

Conforme observado anteriormente, a altura máxima de construção disponível era de 12 metros, eliminando a utilização de pontes pênseis ou estaiadas no vão central, uma vez que estas apresentam torres de grande altura. A solução então para os vãos centrais foi viga contínua, com vão principal de 300 metros e vãos laterais de 200 metros. A seção transversal é formada por duas vigas-caixão, cada uma com largura de 6,86 metros, sendo a distância livre entre as almas internas 6,34 metros.

Seções transversais das vigas metálicas
Seções transversais das estruturas metálicas
Viga metálica da Ponte Rio-Niterói
Segmento de 292m de comprimento sobre o píer de lançamento

Vãos de acesso sobre o mar

Os vãos de acesso sobre o mar constituem a mais extensa parte da obra e não há gabarito de navegação imposto, podendo-se então utilizar vãos inferiores a 100 metros.

Nessa faixa, o concreto protendido se mostrou a solução mais econômica, pois:

  • o tamanho da obra justificava a industrialização dos trabalhos de construção;
  • as condições de acesso e exposição ao meio ambiente eram desfavoráveis para concretagem local e;
  • o mar constituía o meio mais eficiente para o transporte de elementos pré-moldados pesados. Optou-se então pela técnica de construção segmental com aduelas pré-moldadas, coladas e protendidas, o que garantiu um padrão estético de altíssimo nível e com prazos bastante reduzidos. Além disso, os trechos metálicos e em aduelas se acham compatibilizados, visto que a seção transversal dos trechos em aduelas consta de duas vigas-caixão com as mesmas dimensões externas do trecho metálico.
Seção típica de concreto - acesso sobre o mar - Ponte Rio-Niterói
Seção típica de acesso sobre o mar (a) fase de construção e (b) fase final
Sequência construtiva - aduelas pré-moldadas - Ponte Rio Niterói
Estrutura de acesso sobre o mar – esquema de montagem de aduelas
Montagem das aduelas - Ponte Rio-Niterói
Montagem das aduelas

Vãos de acesso em terra

Nos trechos de acesso em terra, no lado Rio, as estruturas constam de um longo viaduto sobre a Avenida Rio de Janeiro e três rampas de acesso. O anteprojeto previa para o viaduto uma solução em viga-caixão protendida, moldada no local, com transversinas pré-moldadas. Para as rampas de acesso do Rio e Niterói, o anteprojeto indicava vigas contínuas protendidas, moldadas no local, com seção transversal em forma de viga-caixão.

O projeto com transversinas pré-moldadas chegou a ser parcialmente executado sobre a Avenida Rio de Janeiro (vãos simplesmente apoiados de 32 metros). No restante das estruturas de acesso, o anteprojeto foi modificado para uma solução industrial, utilizando longarinas pré-moldadas em forma de “barriga de peixe”. Um trecho da rampa sobre a Avenida Brasil, no lado Rio, consta de vigas “I” contínuas, formadas por segmentos pré-moldados esposando a mesma forma das longarinas em “barriga de peixe”.

Vão de acesso em terra - vigas barriga de peixe - Ponte Rio-Niterói
Vigas metálicas “barriga de peixe”

Mesoestrutura dos trechos sobre o mar

Os pilares sobre o mar constam de pares de colunas retangulares ocas, construídas com o auxílio de formas deslizantes, cada uma suportando as reações de uma viga-caixão. Transversalmente, as dimensões externas dos pilares são constantes e iguais à largura da viga-caixão (6,86 m), ao passo que longitudinalmente a dimensão externa é variável, dando ao pilar a forma de um tronco de cone.

As colunas são ocas, engastadas na base e com uma parte maciça no topo do pilar, chamada cabeça, cuja principal função é receber as cargas dos aparelhos de apoio e transmiti-las às paredes do pilar.

Pilares de concreto - Ponte Rio-Niterói
Mesoestrutura – pilares em concreto

Nas suas bases, os pilares se engastam em blocos de fundação que têm altura de dois a dois metros e meio, enquanto que no vão central a altura dos blocos é de cinco metros. As dimensões em planta variam conforme o número de tubulões existentes em cada pilar.

Infraestrutura dos trechos sobre o mar

As fundações do mar foram tubulões, construídos de três modos diferentes:

  • tubulões a ar comprimido, com base alargada, solução utilizável até profundidade da ordem de 25 a 30 metros;
  • tubulões mistos, com estacas metálicas cravadas no interior das camisas metálicas pré-escavadas, as quais são posteriormente cheias com concreto submerso;
  • tubulões tipo Bade-Wirth, nos quais a camisa metálica é colocada no interior de uma escavação feita até o terreno resistente, com o auxílio de um equipamento especial. A camisa metálica é posteriormente com uma armadura e cheia com concreto submerso.

Dos 1.138 tubulões empregados na estrutura da ponte, 462 foram do primeiro tipo, 199 do segundo e 477 do terceiro. O número de tubulões a ar comprimido foi decorrente do limite prático de profundidade. Os demais dependeram da disponibilidade de equipamentos.

As fundações a ar comprimido ficaram em geral assentadas em solos sedimentares resistentes. As estacas das fundações mistas foram cravadas na camada de alteração de rocha. Os tubulões Bade-Wirth tiveram suas bases engastadas na rocha.

Complementam ainda as fundações do mar suas estruturas de proteção, destinadas a absorver a energia de choques eventuais de navios, evitando danos à estrutura da ponte. Foram previstas estas estruturas para os quatro pilares dos vãos centrais, para cinco pilares adjacentes de cada lado dos vãos centrais e ainda quatro pilares entre as ilhas Mocanguê Grande e Caju.

Mesoestrutura dos trechos sobre terra

Os pilares dos trechos em terra apresentam formas muito variáveis, dependendo dos pontos de apoio disponíveis. A forma mais simples adotada é a do pilar em “T”, com fuste retangular oco em concreto armado (concretado em forma deslizante) e travessão maciço em concreto protendido (concretado sobre escoramento utilizando painéis metálicos Bailey).

Infraestrutura dos trechos sobre terra

As fundações dos trechos em terra foram realizadas em estacas metálicas e em estacas Franki.

A Ponte Rio-Niterói nos dias atuais

Adequações e melhorias

No ano de 2000, a Concessionária Ponte S/A (responsável pela operação e manutenção da Ponte), executou a maior intervenção de operação e obras da história da Ponte Rio-Niterói: os caixões metálicos da superestrutura do vão central foram reforçados internamente. Houve ainda, no vão central, a substituição do pavimento asfáltico por pavimento rígido de concreto, proporcionando excelentes condições de trafegabilidade e baixíssima manutenção.

A passagem de grandes caminhões foi restrita ao horário de 22hs às 4hs, possibilitando o redimensionamento das pistas para implantação de uma quarta faixa de rolamento, em ambos os sentidos, no trecho entre a Praça do Pedágio e o vão central. Houve então um aumento da capacidade da ponte de 6 mil para 7,5 mil veículos/hora (horário de pico), diminuindo consideravelmente retenções rotineiras que ocorriam nos acessos de Niterói.

Com a finalidade de garantir tais ganhos operacionais, no mesmo ano teve início a implantação do projeto de bases operacionais avançadas. As primeiras foram construídas na Ilha do Caju, em ambas as pistas. Junto às bases, foi construída, sob as pistas da ponte, uma alça de ligação operacional, cuja finalidade é tornar cada vez mais rápidos os atendimentos SOS Usuário.

O problema das vibrações e solução implementada

Na mesma época, a fim de diminuir e até mesmo neutralizar as oscilações da estrutura do vão central sob ação de fortes ventos, a ponte recebeu uma importante contribuição da engenharia em benefício de sua saúde estrutural: o sistema de Atenuadores Dinâmicos Sincronizados (ADS), instalado no interior dos caixões metálicos.

Essa solução foi desenvolvida pela Coordenação dos Programas de Pós-Graduação em Engenharia e Tecnologia da Universidade Federal do Rio de Janeiro (Coopetec/UFRJ). O sistema é composto por 32 conjuntos de molas e contrapesos em aço que totalizam 120 tf, distribuídos simetricamente no meio dos caixões do vão central para reduzir a freqüência natural de oscilação da estrutura.

Sistema de ADS
Sistema de Atenuadores Dinâmicos Sincronizados (ADS)

Leia também: Conheça a história da Ponte Hercílio Luz, da inauguração à restauração


Referências:

  • Pfeil, Walter; Ponte Presidente Costa e Silva – Rio-Niterói – Métodos Construtivos
  • Ponte

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Cristiano Oliveira da Silva

- Engenheiro Civil (Poli-USP/2003) - Pesquisador colaborador UFABC - Capacitação e disseminação de BIM - Gerente de Engenharia / BIM Manager - Projetos, Planejamento e Qualidade na empresa BEN - Bureau da Engenharia - INEXH - Instituto Nacional de Excelência Humana - MasterPractitioner e Coach Sistêmico - Analista Corporal - O Corpo Explica - Músico, pai e curioso por natureza