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E a observar a ponte Golden Gate flutuando sobre o Oceano Pacífico, seus olhos podem ser atraídos para seu lindo sistema de cabos suspensos. O que aconteceria com a ponte se esse sistema de cabos não estivesse presente? Resumindo, seria uma catástrofe. Nós vamos enfrentar as correntes mortais do Oceano Pacífico e construir a ponte Golden Gate com seu engenheiro-chefe de design, senhor Josef Strauss, e também exploraremos os feitos de engenharia fascinantes que a ponte Golden Gate conquistou. Venham junto.
A ponte Golden Gate é uma ponte suspensa. Uma ponte suspensa altamente simplificada pode ser construída da seguinte maneira: pegue duas torres em ambas as extremidades do oceano e suspenda um longo cabo entre as torres. Este cabo pode ser aproximado como uma parábola. Agora vamos anexar uma plataforma de concreto com pilares. Isso claramente fornece suporte para o final da plataforma da estrada. Quando ligamos os cabos de suspensão entre o cabo principal e a plataforma da estrada, a ponte também é sustentada ao longo do seu comprimento, para que a plataforma da estrada não falhe como vimos anteriormente. Este é o design básico por trás da ponte suspensa.
Antes de explorar mais sobre a ponte Golden Gate, vamos primeiro entender porque os engenheiros escolheram um design de suspensão para este local. A distância entre as duas costas do Golden Gate é de incríveis 2,7 km. Vamos construir uma ponte de vigas convencional aqui. Você pode ver que a plataforma da estrada é sustentada por vários pilares. A presença desses pilares bloqueia o movimento dos navios por baixo. E, como você pode imaginar, construí-los a 300 pés de profundidade na água seria extremamente caro. Assim, o design de vigas não faz sentido aqui.
Agora vamos considerar uma ponte em arco. Isso definitivamente forneceria passagens para navios. Contudo, para manter a forma do arco, a ponte precisaria ser extremamente alta. Toda a estrutura seria bastante complexa de construir. É por isso que o senhor Josef Strauss optou por um design de suspensão: uma ponte que poderia superar todas as desvantagens que discutimos de uma maneira muito eficiente.
Agora vamos entrar nos detalhes do design da ponte suspensa. Este design tem um problema gritante: se você construir a ponte assim, as torres se dobrarão para dentro conforme mostrado. O cabo principal está sob uma enorme carga de tração. Isso aplica uma força na torre. Quando você resolve essa força, pode ver que há uma força horizontal desequilibrada agindo para dentro da torre, o que explica por que as torres se dobram. Haverá alguma solução para este problema? Para cancelar essa força horizontal, precisamos da mesma força agindo na direção oposta. A solução simples é estender o cabo principal e fixá-lo ao solo por meio de um sistema de ancoragem.
Contudo, podemos otimizar os recursos financeiros necessários para construir essa ponte com uma ideia simples: tudo o que precisamos fazer é aproximar as torres umas das outras. Agora o comprimento da plataforma da ponte sem sustentação é reduzido. Devido a isso, a tensão no cabo será reduzida. Isso obviamente levará a cabos com menos área de seção transversal. A largura dos cabos principais é mais da metade da altura de um ser humano médio. Como atração turística, um pedaço deste impressionante cabo principal é demonstrado perto da ponte Golden Gate.
Contudo, se você construir a ponte com esse exato design, ela sofrerá uma morte prematura. Você consegue adivinhar por que isso seria o caso? As conexões são a parte mais fraca de qualquer sistema estrutural. A ligação direta dos suspensórios de aço com a plataforma de concreto levaria à formação de fissuras na plataforma, uma vez que o concreto é de natureza frágil. Vamos ver como o senhor Strauss resolveu esse problema. O senhor Strauss decidiu conectar os suspensórios a uma estrutura de aço. A conexão de aço para aço é sempre forte. Os detalhes da conexão entre os suspensórios e a estrutura de aço são ilustrados aqui. A plataforma da estrada é colocada nesta estrutura. O senhor Strauss manteve a largura da estrada em 27 metros para levar em conta as demandas de tráfego atuais e futuras.
Como montar uma estrutura como esta estava longe de ser uma tarefa fácil, devido às condições de neblina e vento no local, para facilitar o processo os trabalhadores pré-fabricaram cada membro da treliça e os trouxeram para o local por meio de navios. A montagem dos membros individuais foi realizada por meio de um guindaste torre, e suas conexões foram fixadas por meio de rebites. Para garantir a segurança dos trabalhadores, uma rede foi instalada embaixo da plataforma da ponte. À medida que a construção da ponte avançava, eles se conectaram simultaneamente à estrutura com o cabo principal usando cabos de suspensão. Além disso, para manter a carga igual no cabo, os trabalhadores tiveram que manter esse sistema simultaneamente, igualmente em duas direções para cada torre. Assim, a Golden Gate foi transposta. Foram usados 250 pares de cabos verticais, e eles penduraram toda a plataforma da ponte no cabo principal.
Após a construção das estruturas de aço, os trabalhadores pintaram a ponte com a cor laranja internacional especial. A seguir, vamos examinar alguns detalhes da construção de estradas de concreto sobre essa estrutura sólida. Os trabalhadores primeiro colocaram cofragem de madeira. Eles prenderam barras de aço, as soldaram nas seções de aço abaixo delas e depois despejaram e compactaram o concreto usando um vibrador de imersão.
Nossa ponte parece perfeita agora, mas será que está pronta para sustentar a movimentação de veículos? Ainda não. Devemos primeiro enfrentar outro grande desafio de engenharia: a expansão térmica. O concreto e a estrutura de aço associada se expandem ou se contraem com base nas variações de temperatura ambiente. Se tivéssemos construído essa ponte como uma peça única, durante um dia quente e ensolarado a ponte se expandiria e causaria um tremendo estresse na torre e na estrada. Eventualmente a ponte sofreria danos. Se você já visitou a ponte Golden Gate, deve ter notado conexões peculiares na estrada. Essas conexões, chamadas de juntas de expansão de dedos, foram a solução do senhor Strauss para resolver o problema da expansão térmica. O senhor Strauss dividiu a plataforma em sete peças separadas. Você pode ver que esta ponte tem três suportes. As juntas de expansão de dedos são instaladas entre as folgas. Durante um aumento extremo de temperatura, o comprimento da plataforma da estrada aumenta e essas juntas se movem quase 1,2 metros. Que solução elegante para um problema sério!
Contudo, ainda há um pequeno problema a resolver. A dilatação térmica do aço é ligeiramente superior à do concreto. Essa expansão diferencial pode causar problemas para a plataforma de concreto, que é composta por uma mistura de concreto e barras de aço. Mas esse problema de expansão é insignificante quando o comprimento é pequeno. É por isso que a Golden Gate contém pequenas juntas de expansão a cada 15 metros.
A ponte Golden Gate é uma ponte suspensa. Uma ponte suspensa altamente simplificada pode ser construída da seguinte maneira: pegue duas torres em ambas as extremidades do oceano e suspenda um longo cabo entre as torres. Este cabo pode ser aproximado como uma parábola. Agora vamos anexar uma plataforma de concreto com pilares. Isso claramente fornece suporte para o final da plataforma da estrada. Quando ligamos os cabos de suspensão entre o cabo principal e a plataforma da estrada, a ponte também é sustentada ao longo do seu comprimento, para que a plataforma da estrada não falhe como vimos anteriormente. Este é o design básico por trás da ponte suspensa.
Antes de explorar mais sobre a ponte Golden Gate, vamos primeiro entender porque os engenheiros escolheram um design de suspensão para este local. A distância entre as duas costas do Golden Gate é de incríveis 2,7 km. Vamos construir uma ponte de vigas convencional aqui. Você pode ver que a plataforma da estrada é sustentada por vários pilares. A presença desses pilares bloqueia o movimento dos navios por baixo. E, como você pode imaginar, construí-los a 300 pés de profundidade na água seria extremamente caro. Assim, o design de vigas não faz sentido aqui.
Agora vamos considerar uma ponte em arco. Isso definitivamente forneceria passagens para navios. Contudo, para manter a forma do arco, a ponte precisaria ser extremamente alta. Toda a estrutura seria bastante complexa de construir. É por isso que o senhor Josef Strauss optou por um design de suspensão: uma ponte que poderia superar todas as desvantagens que discutimos de uma maneira muito eficiente.
Agora vamos entrar nos detalhes do design da ponte suspensa. Este design tem um problema gritante: se você construir a ponte assim, as torres se dobrarão para dentro conforme mostrado. O cabo principal está sob uma enorme carga de tração. Isso aplica uma força na torre. Quando você resolve essa força, pode ver que há uma força horizontal desequilibrada agindo para dentro da torre, o que explica por que as torres se dobram. Haverá alguma solução para este problema? Para cancelar essa força horizontal, precisamos da mesma força agindo na direção oposta. A solução simples é estender o cabo principal e fixá-lo ao solo por meio de um sistema de ancoragem.
Contudo, podemos otimizar os recursos financeiros necessários para construir essa ponte com uma ideia simples: tudo o que precisamos fazer é aproximar as torres umas das outras. Agora o comprimento da plataforma da ponte sem sustentação é reduzido. Devido a isso, a tensão no cabo será reduzida. Isso obviamente levará a cabos com menos área de seção transversal. A largura dos cabos principais é mais da metade da altura de um ser humano médio. Como atração turística, um pedaço deste impressionante cabo principal é demonstrado perto da ponte Golden Gate.
Contudo, se você construir a ponte com esse exato design, ela sofrerá uma morte prematura. Você consegue adivinhar por que isso seria o caso? As conexões são a parte mais fraca de qualquer sistema estrutural. A ligação direta dos suspensórios de aço com a plataforma de concreto levaria à formação de fissuras na plataforma, uma vez que o concreto é de natureza frágil. Vamos ver como o senhor Strauss resolveu esse problema. O senhor Strauss decidiu conectar os suspensórios a uma estrutura de aço. A conexão de aço para aço é sempre forte. Os detalhes da conexão entre os suspensórios e a estrutura de aço são ilustrados aqui. A plataforma da estrada é colocada nesta estrutura. O senhor Strauss manteve a largura da estrada em 27 metros para levar em conta as demandas de tráfego atuais e futuras.
Como montar uma estrutura como esta estava longe de ser uma tarefa fácil, devido às condições de neblina e vento no local, para facilitar o processo os trabalhadores pré-fabricaram cada membro da treliça e os trouxeram para o local por meio de navios. A montagem dos membros individuais foi realizada por meio de um guindaste torre, e suas conexões foram fixadas por meio de rebites. Para garantir a segurança dos trabalhadores, uma rede foi instalada embaixo da plataforma da ponte. À medida que a construção da ponte avançava, eles se conectaram simultaneamente à estrutura com o cabo principal usando cabos de suspensão. Além disso, para manter a carga igual no cabo, os trabalhadores tiveram que manter esse sistema simultaneamente, igualmente em duas direções para cada torre. Assim, a Golden Gate foi transposta. Foram usados 250 pares de cabos verticais, e eles penduraram toda a plataforma da ponte no cabo principal.
Após a construção das estruturas de aço, os trabalhadores pintaram a ponte com a cor laranja internacional especial. A seguir, vamos examinar alguns detalhes da construção de estradas de concreto sobre essa estrutura sólida. Os trabalhadores primeiro colocaram cofragem de madeira. Eles prenderam barras de aço, as soldaram nas seções de aço abaixo delas e depois despejaram e compactaram o concreto usando um vibrador de imersão.
Nossa ponte parece perfeita agora, mas será que está pronta para sustentar a movimentação de veículos? Ainda não. Devemos primeiro enfrentar outro grande desafio de engenharia: a expansão térmica. O concreto e a estrutura de aço associada se expandem ou se contraem com base nas variações de temperatura ambiente. Se tivéssemos construído essa ponte como uma peça única, durante um dia quente e ensolarado a ponte se expandiria e causaria um tremendo estresse na torre e na estrada. Eventualmente a ponte sofreria danos. Se você já visitou a ponte Golden Gate, deve ter notado conexões peculiares na estrada. Essas conexões, chamadas de juntas de expansão de dedos, foram a solução do senhor Strauss para resolver o problema da expansão térmica. O senhor Strauss dividiu a plataforma em sete peças separadas. Você pode ver que esta ponte tem três suportes. As juntas de expansão de dedos são instaladas entre as folgas. Durante um aumento extremo de temperatura, o comprimento da plataforma da estrada aumenta e essas juntas se movem quase 1,2 metros. Que solução elegante para um problema sério!
Contudo, ainda há um pequeno problema a resolver. A dilatação térmica do aço é ligeiramente superior à do concreto. Essa expansão diferencial pode causar problemas para a plataforma de concreto, que é composta por uma mistura de concreto e barras de aço. Mas esse problema de expansão é insignificante quando o comprimento é pequeno. É por isso que a Golden Gate contém pequenas juntas de expansão a cada 15 metros.
O outro grande desafio de design que o senhor Strauss enfrentou foi a altura da torre. Vamos fazer um experimento para entender melhor. Eu tenho dois designs de ponte comigo: um design de torre alta — ela se curva bastante — e um design de torre curta — obviamente se curva menos. A questão é: qual design dá mais força a uma ponte suspensa? Vamos testar o primeiro usando uma plataforma de estrada bem pesada. Quando eu prendo a plataforma da estrada, esse design está bem firme, é um design seguro. Agora, vamos colocar o mesmo peso no próximo design, o de torre curta. Ele falhou tão rápido que eu nem consegui reagir a isso. Bom, então é isso: provamos experimentalmente que o design de torre alta é o melhor para esse tipo de ponte suspensa, pois é mais forte.
A questão é: por quê? Para obter resposta para isso, vamos convidar o engenheiro-chefe do projeto, o senhor Josef Strauss, para o vídeo. A principal diferença entre esses dois designs é o ângulo do cabo. Em ambos, a carga a ser carregada é a mesma. O componente vertical da tensão do cabo equilibra esse peso. Como o design da torre pequena tem um ângulo baixo, para equilibrar o peso o cabo precisa induzir mais tensão. É por isso que a torre curta falha durante o experimento. A torre alta obviamente reduz a tensão no cabo, mas custará muito mais para construir. É precisamente por isso que o senhor Strauss calculou a altura ideal da torre de 227 metros, uma média feliz entre esses dois cenários.
Agora vamos entrar na parte mais emocionante deste vídeo: a construção da ponte Golden Gate em um ambiente hostil.
Agora vamos entrar na parte mais emocionante deste vídeo: a construção da ponte Golden Gate em um ambiente hostil. Primeiro começamos com a construção da ponte. Você sabia que a construção da torre do lado do sul foi mais difícil do que a torre norte? Isso porque a construção da torre sul teve que superar o violento Oceano Pacífico. A fundação da torre deve ser construída sobre uma base sólida chamada extratos duros. Para o lado do sul, os estratos duros estavam 50 pés abaixo do nível do fundo do mar e tinham um piso íngreme. Precisamos cavar bem fundo e construir uma fundação de concreto armado para a torre sul.
Para fazer isso, primeiro mergulhadores profissionais foram contratados para explodir bombas debaixo d’água. Os mergulhadores limparam os destroços da explosão e fizeram uma superfície melhor. Agora era hora de construir uma estrutura de aço e madeira nesta superfície. Os mergulhadores obviamente fizeram um trabalho incrível aqui. Vamos ver a seção transversal da estrutura que eles construíram. Em seguida, o concreto foi derramado para criar algo chamado barragem de concreto. Depois, toda a água interna foi bombeada para fora. Agora que a barragem de concreto está pronta, será que os trabalhadores podem entrar e começar a cavar os estratos duros?
Aqui está o problema: as correntes oceânicas são tão desagradáveis que a barragem de concreto terá que suportar uma enorme força interna e pode entrar em colapso. Esse tipo de construção é altamente inseguro. O senhor Strauss teve uma ideia inteligente. Inicialmente, eles colocaram os tubos de detonação, o eixo dos trabalhadores e o eixo do material dentro da barragem de concreto. O truque era construir uma laje grossa de concreto armado para que os trabalhadores pudessem trabalhar embaixo dela. A maneira como os trabalhadores chegaram a essa câmara foi bastante interessante: foi através do eixo do trabalhador. Eles perfuraram continuamente os pedregulhos e cavaram sob a laje de concreto armado.
Essa laje de concreto armado suportava a barragem de concreto e protegia os trabalhadores por baixo contra correntes mortais. Durante esse processo, toda a estrutura da barragem de concreto foi deixada afundar lentamente, e você pode ver sua forma de faca. Eventualmente, eles alcançaram os estratos duros e rochosos. Depois de nivelar o extrato duro, eles fizeram uma estrutura de aço e construíram uma fundação de concreto armado. Com a construção da fundação completa, é bem fácil agora. Você pode ver como a barragem de concreto protege a fundação principal das ondas mortais.
Agora é hora de ver a construção das gigantescas torres. Uma vez que a fundação estava pronta, eles montaram a placa de base de aço sobre ela. Agora vem a magia dessas células loucas de aço. Eles montaram e fixaram essas células como se estivessem construindo uma torre usando Lego. Você pode ver quão habilmente eles tiveram que planejar as formas e tamanhos dessas células para que a torre finalmente alcançasse a forma que pretendiam alcançar. O senhor Strauss projetou essa estrutura celular única para ser econômica e forte. Com a construção da torre, ela foi então concluída.
Em seguida, era hora de colocar os cabos principais. Para isso, eles primeiro instalaram células de cabos no topo das torres. Você pode pensar que o cabo principal é um único cabo sólido. O cabo principal é de fato composto por 27 mil cabos menores e um comprimento total de 129 mil km de cabo de aço foi consumido para a fabricação do mesmo. Para começar a colocar esses cabos, os trabalhadores primeiro construíram uma ponte de passarela para eles mesmos. No início, os trabalhadores colocaram um cabo de suporte. Os cabos principais faziam sua jornada através dessas rodas giratórias. Além disso, esses pequenos cabos foram passados sobre a torre, através da célula de cabos, um a um, e foram presos pelos trabalhadores. Em seguida, eles pressionaram os cabos firmemente usando uma prensa hidráulica. Eles enrolavam simultaneamente os cabos usando cabos de aço galvanizado, e é por isso que o cabo principal parece um único tubo grande. Esses cabos são ancorados ao leito rochoso com placas de aço.
Depois de colocar os cabos principais, os cabos de suspensão foram presos a eles. Faltava apenas construir a estrutura da plataforma e despejar o concreto para a estrada. Você já sabe como eles fizeram isso. Um estranho incidente aconteceu na ponte Golden Gate em seu 50º aniversário, quando mais de 300 mil pessoas se reuniram na ponte de uma só vez. Você provavelmente pode prever o que acontecerá se uma ponte suspensa estiver sobrecarregada. Sobrecarregar uma ponte suspensa pode fazer com que ela ceda. Isso pode até fazer com que as torres principais se dobrem para dentro. Foi exatamente isso que aconteceu naquele dia. A plataforma da estrada cedeu quase dois metros. Mesmo com essa carga extrema, a incrível ponte suspensa do senhor Strauss permaneceu forte.
A questão é: por quê? Para obter resposta para isso, vamos convidar o engenheiro-chefe do projeto, o senhor Josef Strauss, para o vídeo. A principal diferença entre esses dois designs é o ângulo do cabo. Em ambos, a carga a ser carregada é a mesma. O componente vertical da tensão do cabo equilibra esse peso. Como o design da torre pequena tem um ângulo baixo, para equilibrar o peso o cabo precisa induzir mais tensão. É por isso que a torre curta falha durante o experimento. A torre alta obviamente reduz a tensão no cabo, mas custará muito mais para construir. É precisamente por isso que o senhor Strauss calculou a altura ideal da torre de 227 metros, uma média feliz entre esses dois cenários.
Agora vamos entrar na parte mais emocionante deste vídeo: a construção da ponte Golden Gate em um ambiente hostil.
Agora vamos entrar na parte mais emocionante deste vídeo: a construção da ponte Golden Gate em um ambiente hostil. Primeiro começamos com a construção da ponte. Você sabia que a construção da torre do lado do sul foi mais difícil do que a torre norte? Isso porque a construção da torre sul teve que superar o violento Oceano Pacífico. A fundação da torre deve ser construída sobre uma base sólida chamada extratos duros. Para o lado do sul, os estratos duros estavam 50 pés abaixo do nível do fundo do mar e tinham um piso íngreme. Precisamos cavar bem fundo e construir uma fundação de concreto armado para a torre sul.
Para fazer isso, primeiro mergulhadores profissionais foram contratados para explodir bombas debaixo d’água. Os mergulhadores limparam os destroços da explosão e fizeram uma superfície melhor. Agora era hora de construir uma estrutura de aço e madeira nesta superfície. Os mergulhadores obviamente fizeram um trabalho incrível aqui. Vamos ver a seção transversal da estrutura que eles construíram. Em seguida, o concreto foi derramado para criar algo chamado barragem de concreto. Depois, toda a água interna foi bombeada para fora. Agora que a barragem de concreto está pronta, será que os trabalhadores podem entrar e começar a cavar os estratos duros?
Aqui está o problema: as correntes oceânicas são tão desagradáveis que a barragem de concreto terá que suportar uma enorme força interna e pode entrar em colapso. Esse tipo de construção é altamente inseguro. O senhor Strauss teve uma ideia inteligente. Inicialmente, eles colocaram os tubos de detonação, o eixo dos trabalhadores e o eixo do material dentro da barragem de concreto. O truque era construir uma laje grossa de concreto armado para que os trabalhadores pudessem trabalhar embaixo dela. A maneira como os trabalhadores chegaram a essa câmara foi bastante interessante: foi através do eixo do trabalhador. Eles perfuraram continuamente os pedregulhos e cavaram sob a laje de concreto armado.
Essa laje de concreto armado suportava a barragem de concreto e protegia os trabalhadores por baixo contra correntes mortais. Durante esse processo, toda a estrutura da barragem de concreto foi deixada afundar lentamente, e você pode ver sua forma de faca. Eventualmente, eles alcançaram os estratos duros e rochosos. Depois de nivelar o extrato duro, eles fizeram uma estrutura de aço e construíram uma fundação de concreto armado. Com a construção da fundação completa, é bem fácil agora. Você pode ver como a barragem de concreto protege a fundação principal das ondas mortais.
Agora é hora de ver a construção das gigantescas torres. Uma vez que a fundação estava pronta, eles montaram a placa de base de aço sobre ela. Agora vem a magia dessas células loucas de aço. Eles montaram e fixaram essas células como se estivessem construindo uma torre usando Lego. Você pode ver quão habilmente eles tiveram que planejar as formas e tamanhos dessas células para que a torre finalmente alcançasse a forma que pretendiam alcançar. O senhor Strauss projetou essa estrutura celular única para ser econômica e forte. Com a construção da torre, ela foi então concluída.
Em seguida, era hora de colocar os cabos principais. Para isso, eles primeiro instalaram células de cabos no topo das torres. Você pode pensar que o cabo principal é um único cabo sólido. O cabo principal é de fato composto por 27 mil cabos menores e um comprimento total de 129 mil km de cabo de aço foi consumido para a fabricação do mesmo. Para começar a colocar esses cabos, os trabalhadores primeiro construíram uma ponte de passarela para eles mesmos. No início, os trabalhadores colocaram um cabo de suporte. Os cabos principais faziam sua jornada através dessas rodas giratórias. Além disso, esses pequenos cabos foram passados sobre a torre, através da célula de cabos, um a um, e foram presos pelos trabalhadores. Em seguida, eles pressionaram os cabos firmemente usando uma prensa hidráulica. Eles enrolavam simultaneamente os cabos usando cabos de aço galvanizado, e é por isso que o cabo principal parece um único tubo grande. Esses cabos são ancorados ao leito rochoso com placas de aço.
Depois de colocar os cabos principais, os cabos de suspensão foram presos a eles. Faltava apenas construir a estrutura da plataforma e despejar o concreto para a estrada. Você já sabe como eles fizeram isso. Um estranho incidente aconteceu na ponte Golden Gate em seu 50º aniversário, quando mais de 300 mil pessoas se reuniram na ponte de uma só vez. Você provavelmente pode prever o que acontecerá se uma ponte suspensa estiver sobrecarregada. Sobrecarregar uma ponte suspensa pode fazer com que ela ceda. Isso pode até fazer com que as torres principais se dobrem para dentro. Foi exatamente isso que aconteceu naquele dia. A plataforma da estrada cedeu quase dois metros. Mesmo com essa carga extrema, a incrível ponte suspensa do senhor Strauss permaneceu forte.