Principal Inovação Como os engenheiros construiriam a ponte Golden Gate hoje?

Como os engenheiros construiriam a ponte Golden Gate hoje?

O que poderia ser melhor?Pexels



Desde que a Golden Gate Bridge abriu ao tráfego em 27 de maio de 1937, ela tem sido um símbolo icônico na paisagem americana.

Em 1870, as pessoas perceberam a necessidade de construir uma ponte sobre o Estreito de Golden Gate para conectar a cidade de San Francisco com o condado de Marin. No entanto, demorou mais meio século para que o engenheiro estrutural Joseph Strauss apresentasse sua proposta de ponte. Os planos evoluíram, e o projeto final foi aprovado como ponte pênsil que acabou levando mais de quatro anos para construir .

Quando a ponte Golden Gate foi construída, era o maior vão de ponte suspensa do mundo - cabos sustentam a estrada entre duas torres, sem suportes intermediários. E o cenário tinha uma série de desafios inerentes. Custou cerca de US $ 37 milhões no momento; construir a mesma estrutura hoje custaria cerca de um bilhão de dólares. Então, como o design se manteve nos últimos 80 anos - e faríamos as coisas de forma diferente se estivéssemos começando do zero hoje?

Esquema de uma ponte pênsil. Os cabos de suporte vermelhos transferem forças dos cabos de suspensão pretos para as torres e âncoras azuis.Conversação



Maior ponte suspensa do mundo

A Golden Gate Bridge é uma ponte pênsil, o que significa que ela depende de cabos e suspensórios sob tensão junto com torres sob compressão para cruzar uma longa distância sem quaisquer suportes intermediários. O deck da estrada pende de suspensórios verticais que se conectam aos dois cabos principais que correm entre as torres e as âncoras na extremidade. Os suspensórios transferem as forças veiculares e o peso próprio para os cabos de suporte que são ancorados em torres e em solo sólido. Uma ponte pênsil tecida simples.Rutahsa Adventures

O primeiras pontes deste tipo provavelmente conectou duas falésias com cordas flexíveis para cruzar um vale ou um rio. Centenas de anos atrás, essas cordas eram feitas de fibra vegetal; correntes de ferro vieram depois. A ponte do Brooklyn em Nova York, inaugurada em 1883, foi a primeira a usar cabos de aço, que então se tornaram padrão.

As torres provavelmente começaram como uma rocha simples em cada lado de um vale; eventualmente, os engenheiros usaram pilares maciços de pedra ou aço. A ponte Golden Gate, por exemplo, é suportada por um pilar em cada extremidade e as duas torres, que são colocadas sobre fundações embutidas no fundo do mar.

Os dois cabos de suporte da ponte Golden Gate são praticamente a única coisa que não mudou desde que a ponte foi aberta ao tráfego em 1937. Cada cabo principal é formado por 27.572 fios de aço com a espessura aproximada de um lápis. As equipes de construção quase morreram 80.000 milhas de cabos de aço de um lado ao outro da ponte.

É quase impossível fabricar um cabo longo e grosso em uma única peça sem falhas para fazer este trabalho. E, o que é crucial, se um único cabo grande estivesse segurando a ponte e algo acontecesse com ele, haveria uma falha catastrófica. Contar com fios menores significa que qualquer falha seria mais lenta, deixando tempo para desviar o desastre.

Desde que as pessoas começaram a pensar em uma ponte na baía de São Francisco, havia uma grande preocupação sobre a capacidade da estrutura de suportar os fortes ventos do local, águas turbulentas e possíveis forças de terremoto. San Francisco está localizado na interseção de dois placas tectônicas ativas - obviamente ninguém queria ver um terremoto derrubar a ponte, que atualmente carrega 112.000 veículos por dia .

Para evitar esse problema, os construtores também colocaram amortecedores em cada extremidade da ponte para absorver a energia proveniente do vento ou das forças sísmicas. Esses amortecedores de vibração especialmente projetados são cilindros de um metro de diâmetro feitos de um núcleo de chumbo coberto por borracha. Colocados em locais estratégicos, eles absorvem energia que poderia causar o colapso da ponte.

Mantendo-se em boa forma

A sabedoria convencional sugere que um projeto de infraestrutura seja feito logo após sua inauguração. Mas manter a ponte Golden Gate em excelente forma requer uma manutenção rigorosa contínua. Por 80 anos, equipes de manutenção dedicadas fazer a manutenção da ponte, repintando e substituindo os componentes corroídos ou quebrados quando necessário.

Este trabalho deve ser feito de acordo com padrões exigentes. Por exemplo, quando qualquer um dos milhares de parafusos que conectam todas as várias peças da ponte precisam ser substituídos, não mais do que dois são retirados simultaneamente, para manter a ponte segura contra ventos fortes ou forças de terremotos.

Também existem problemas de manutenção estrutural. Devido à passagem do tempo e à variação contínua da temperatura, os cabos e suspensórios se alongam ou se contraem e precisam ser verificados e tensionados periodicamente. Esse tipo de ajuste é conhecido como afinação e é semelhante a como um músico mantém um instrumento de cordas com o melhor som.

O que mudaria se o construíssemos hoje?

Devido ao enorme custos de manutenção , algumas pessoas sugeriram reconstruir a ponte Golden Gate de uma forma que limitaria as contas de manutenção e operação contínuas. Deixando de lado a viabilidade política, como os engenheiros projetariam a ponte se fossem construí-la do zero hoje?

Com o tempo, os pesquisadores desenvolveram materiais mais leves. Usar polímeros reforçados com fibra (FRPs) em vez de aço ou concreto é uma forma de reduzir o peso de uma estrutura dessa magnitude. Este peso próprio é normalmente responsável por usar até 70 a 80 por cento de sua resistência - essa é a carga máxima que ele pode suportar antes de falhar. Ao reduzi-la, a estrutura da ponte precisaria de menos resistência, permitindo opções mais baratas e fáceis.

Por exemplo, os projetistas começaram a usar materiais de Composto Reforçado com Fibra (FRP) em pontes como a Market Street Bridge em West Virginia. O FRP usa uma resina plástica para unir fibras de vidro ou carbono, que dão resistência ao material. Sendo quatro vezes mais leves que o concreto, os FRPs são cinco a seis vezes mais resistentes.

Provavelmente, o primeiro alvo de um designer para mudança em uma ponte Golden Gate substituta seria a composição dos cabos. O aço atualmente em uso é corrosivo, quatro vezes mais pesado do que os materiais mais novos e pode falhar em ambientes com umidade e temperatura severas - exatamente como os encontrados neste local. Os cabos de carbono são mais inertes e já estão em uso em todo o mundo.

Em uma ponte estaiada, os cabos se conectam diretamente do convés às torres.Conversação

Esses materiais mais leves que o aço também podem ser utilizados em outros elementos da ponte, como a via de tráfego. O uso de decks compostos de plástico poderia reduzir o peso próprio do deck da ponte Golden Gate em um fator de cinco. Isso permitiria aos engenheiros projetar e construir uma ponte estaiada em vez de uma ponte pênsil. A vantagem seria a possibilidade de eliminar os suspensórios; em uma ponte estaiada, as forças são transmitidas diretamente do convés para as torres pelos cabos. A primeira ponte estaiada de rodovia com cabos CFRP é a Stork Bridge da Suíça, inaugurada em 1996.

Uma ponte estaiada pode ter um vão maior do que uma ponte pênsil, portanto sua estrutura entre os apoios e a costa poderia ser mais simples. Também construir as torres mais próximas da costa, onde o leito d'água é mais raso, ajudaria a aliviar um dos principais problemas quando a ponte Golden Gate foi construída pela primeira vez: é muito difícil e caro trabalhar nas fundações da torre em águas profundas com fortes correntes.

O sistema de amortecimento também pode ser tratado com um novo design. Os amortecedores com núcleo de chumbo que foram usados ​​na construção do Golden Gate poderiam ser substituídos por tecnologias mais novas, que são mais capazes de resistir ao vento, tráfego e forças sísmicas. Essa melhoria garantiria que uma falha como a da ponte Tacoma Narrows - quando o vento soprou a ponte lateralmente, ela torceu e desabou - seria evitada.

Com tudo isso dito, a Golden Gate Bridge ainda está indo bem. Mesmo com outras opções viáveis ​​e mais baratas, ninguém está realmente trabalhando para substituir o ícone Art Déco e sua mundialmente famosa pintura laranja internacional. A Ponte Golden Gate é monitorada de perto para garantir que não exceda seus limites de estresse devido ao tráfego, vento e cargas sísmicas. Podemos esperar pelo menos mais 80 anos desta obra-prima da engenharia.

Hota GangaRao é Professor de Engenharia Civil e Ambiental na West Virginia University e Maria Martinez de Lahidalga de Lorenzo é um Assistente de Pesquisa de Pós-Graduação na West Virginia University . Este artigo foi publicado originalmente em A conversa . Leia o artigo original .



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