Pontes e Pontilhões

7.2.1 Conceitos

A diferença, do ponto de vista de dimensionamento hidráulico, entre ponte e pontilhão, diz respeito aos tempos de recorrência menores para o dimensionamento dos pontilhões, estruturas de vão único, em cursos d’água perenes, mas de importância menor, nos quais, nas cheias, os riscos para o corpo estradal são menores ou a recomposição local é simples e de menor custo. Além disto, a interrupção do tráfego não tem conseqüências graves ou os desvios são possíveis e fáceis de executar. Pontilhões são obras comuns em estradas de classe mais baixa e são dimensionados visando cheias mais freqüentes.

As pontes são a solução de menor interferência nas travessias dos rios, próprias para possibilitar a passagem de vazões extremas de cursos d’água de qualquer tamanho, garantindo a segurança do tráfego em rodovias de qualquer classe, especialmente nas grandes e modernas auto -estradas.

Por vezes as pontes poderão resultar de cotejo econômico entre alternativas com aterros de grande altura ou ainda ser indicadas por questões ambientais dada a menor influência no vale a atravessar, sendo, então, escolhidas como obras de travessia, independentemente de magnitudes menores dos cursos d’água.

Há que se levar em conta ainda que as pontes, verdadeiras obras de arte, de concreto protendido ou de estrutura metálica, como as modernas pontes estaiadas, apresentam valor estético considerável.

7.2.2 Elementos para Projeto de Pontes e Pontilhões

7.2.2.1 Níveis d’Água de Projeto e Vãos Livres

Quando o curso d’água a ser cruzado, em geral de pequeno a médio porte, apresenta -se, na área do cruzamento, comprovadamente, com regime de canal, é suficiente a aproximação do cálculo do(s) NA(s) de projeto através da consideração de regime uniforme.

O regime de canal é o regime de escoamento onde não há influência de eventos de jusante, como nos casos de remanso devido a barramentos ou confluência com outros rios ou ainda obstrução devida a maré.

Nessa situação é regra se ter escoamento com superfície bastante paralela às declividades de fundo.

Então, deve-se proceder ao levantamento de seções topo-batimétricas, de 50 em 50 m, de preferência até 200 m a montante da rodovia a 200 m jusante da mesma. Cursos d’água de menor porte poderão ter seções levantadas em trecho menor, de 100 m para cada lado da rodovia.

As declividades de fundo são obtidas das seções levantadas e a sua observação visual, margem e fundo, permite o estabelecimento da rugosidade (vide bibliografia relativa a canais, nas REFERÊNCIAS).

A solução do regime uniforme é obtida pela aplicação da equação de Manning:

2 1 3 2 1 / / i R n V = _H ⋅ (7.2.1)

combinada com a da continuidade,

S V

Q= ⋅ (7.2.2)

o que resulta em:

2 / 1 3 / 2 1 i R n S Q H ⋅ = (7.2.3) com

P S R_H =

onde:

V = velocidade média do escoamento pela seção de canal considerada (m/s);

RH = raio hidráulico na seção (m);

n = coeficiente de rugosidade de Manning;

i = declividade de fundo do canal (m/m);

Q = vazão total pela seção (m3/s);

S = área da seção transversal molhada (m2);

P = perímetro hidráulico da seção transversal (m).

Maiores detalhes podem ser vistos no item 8.2 adiante.

Os NA(s) nas diversas seções deverão manter coerência com relação à declividade, caso a rugosidade tenha sido bem estimada.

Além do N.A, sob a obra de arte, também se terá obtido a largura livre do escoamento na seção sob a ponte ou pontilhão.

Nesse ponto do projeto, nos casos de cursos d’água definidos como navegáveis, se imporá o gabarito de navegação a ser fornecido pelo órgão competente, como se verá adiante, apoiado sobre o N.A. da cheia de TR = 10 anos.

Esse processo levará a velocidades médias do escoamento que podem ser calculadas por (7.2.1), balizando as estimativas de potencial de erosão de encontros e entornos de fundação da obra de arte.

Com base nas cotas dos N.A(s) e nas larguras livres serão projetadas as obras de arte, recomendando-se evitar redução da largura livre e aumento das velocidades naturais. Nos casos em que se mostre econômica alguma redução, deve-se verificar represamento a montante, erosão de encontros e mesmo de leito, providenciando-se as correspondentes proteções.

Particularmente em fundações de pilares de ponte deve ser estudada a erosão potencial do entorno, determinando-se a sua profundidade, de forma a subsidiar o projeto dessas fundações.

7.2.2.1.2 Casos com Influência de Jusante

Nos casos em que o escoamento é compelido a ocorrer com gradientes menores que os do escoamento livre no canal, como se verifica:

- em rios de maior porte, pela presença de aproveitamentos hidrelétricos;

- em rios diversos por obras de captação para abastecimento;

- em rios que deságuam em cursos d’água de maior porte, por efeito de obstrução na confluência;

- em rios da planície costeira, pela obstrução da maré.

Em todos esses casos será necessário o cálculo das linhas d’água considerando a operação das obras citadas, ou níveis determinados por confluência ou maré, situados a jusante.

Em geral, pelo menos nos casos de rios com aproveitamentos hidrelétricos é possível obter linhas d’água correspondentes às vazões de grande recorrência, elaboradas pelas companhias geradoras, principalmente visando desapropriações e questões ambientais.

Em muitos casos, no entanto, será necessário o cálculo do remanso, consideradas vazões extremas, de forma a se determinar os NA(s) de projeto sob a obra de arte.

O cálculo de remanso poderá ser realizado por diversos métodos, como o “standard step method”, por exemplo, de aplicação muito difundida (vide REFERÊNCIAS).

Maiores detalhes encontram-se nos itens 8.3 a 8.5.

As travessias de reservatórios devem ser objeto de análise específica, sendo a obra de arte associada projetada segundo os níveis de operação do reservatório, acrescentando-se as folgas devidas a ondas e/ou passagem de embarcações.

Os vãos livres necessários devem resultar de detalhado estudo ambiental, que revele o impacto da travessia no escoamento, na circulação das águas, na movimentação do silte, enfim na qualidade da água e no desenvolvimento biofísico futuro do lago em questão.

7.2.2.2 Níveis d’Água e Estruturas

No caso de pontilhões, considerada a vazão correspondente ao tempo de recorrência TR = 50 anos, o “freeboard”, distância vertical entre o nível d’água e a mais baixa cota de longarinas, deve ser de 1,0 m. Dever-se-á, no entanto, observar a eventual necessidade de ampliar essa folga, em função de caracterísitcas locais, como produção de galharia ou ondas em cheias de maior volume, ou alguma peculiaridade relativa à ocupação urbana de montante.

No caso específico da Navegação Fluvial, em Hidrovias regulamentadas no Estado de São Paulo, ter-se-á que considerar o gabarito de navegação oficialmente estabelecido.

As pontes sobre hidrovias ou sobre rios potencialmente navegáveis terão nas dimensões do vão navegável o objeto de orientação e aprovação da administradora hidroviária regional.

As hidrovias, rios e reservatórios com navegação ou potencial para tanto, no Estado de São Paulo, estão definidos no Sistema Nacional de Viação, criado pela lei federal 5.917 de 10 de setembro de 1973 e legislação subseqüente. No estado, a administradora federal é a AHRANA – Administração da Hidrovia do Paraná, que tem, por lei, a incumbência da aprovação dos projetos interferentes com as hidrovias ou águas navegáveis da Bacia do Rio Paraná e do Rio Ribeira de Iguape. O Rio Paraíba do Sul é supervisionado diretamente pelo Departamento de Hidrovias Interiores do Ministério dos Transportes, órgão esse que pode ser acessado através da própria AHRANA.

Como instrução preliminar, o NA a considerar para pontes em rios à corrente livre é o correspondente a TR = 10 anos. No caso de reservatórios, será o N.A. máximo operacional eventualmente afetado por remanso em trechos de montante.

Sobre esses N.A.(s) se estabelecerá o gabarito de altura livre para navegação, em conjunto com os órgãos federal ou estadal supervisores.

Por fim, especificamente no caso de pontes, deve -se realizar a verificação do “freeboard” para o N.A. correspondente à vazão de TR = 100 anos, observando, em conformidade com modernas tendências internacionais:

- diferença de 0,5 m com relação às cotas inferiores da estrutura para obras existentes e 1,0 m para obras novas, e concomitantemente;

- sem possibilidade de as embarcações atingirem aparelhos de apoio da estrutura.

Em qualquer situação, de vazões correspondentes a TR = 50 anos ou 100 anos, deve-se considerar o efeito de elevação de N.A. devida a ondas, especialmente em reservatórios.

7.2.3 Considerações Complementares

As obras de arte especiais, particularmente pontes, são peças da rodovia de custosa reposição. O seu projeto deve se cercar de cuidados adicionais, ao se observar essa dificuldade.

A interrupção de pontes, especialmente no Estado de São Paulo, implica situações de entrave econômico de monta, particularmente considerando o desatendimento de populações.

Dessa forma, o estabelecimento da obra de arte, com relação aos aspectos hidráulicos e hidrológicos, deve ser realizado tendo em vista o conhecimento e experiência de campo da local em questão. É imprescindível uma criteriosa apreciação do local previsto para a travessia, de marcas passadas de cheias, de histórias dos habitantes do local sobre os NA(s), ondas, movimentos de sedimentos, além do desejável conhecimento de projetos de pontes sobre o mesmo curso

d’água, nas cercanias, tanto a montante como a jusante da posição de cruzamento com a rodovia.

Esse tipo de conhecimento comprovará cálculos de linha d’água, ou informações sobre níveis, ou indicará a necessidade de se apurar as considerações de projeto.

REFERÊNCIAS

Bureau of Public Roads, “Hydraulics of Bridge Waterways”.

Caltrans - California Transportation Departament, “Highway Design Manual”, California, EUA, 2000.

Chow, Ven Te, “Open Channel Hydraulics”, Mc Graw Hill, 1959.

Lencastre, A. “Manual de Hidráulica Geral”, Editora Edgard Bücher Ltda., Editora da Universidade de São Paulo, 1972, São Paulo, Brasil".

U.S. Department of the Interior - Bureau of Reclamation, “Design of Small Dams”, 1978.