As formas de ponte recentemente identificadas podem permitir que vãos de ponte significativamente mais longos sejam alcançados no futuro, potencialmente fazendo uma travessia do Estreito de Gibraltar, da Península Ibérica a Marrocos, factível.

As novas formas de ponte usam uma nova técnica de modelagem matemática para identificar formas ótimas para pontes de vãos muito longos. A pesquisa foi publicada em 19 de setembro de 2018 no Anais da Royal Society A .

O vão de uma ponte é a distância da rodovia suspensa entre as torres, com o atual recorde mundial em pouco menos de 2km. A forma mais popular para vãos longos é a forma de ponte pênsil, como usado para a ponte Humber, embora a forma de ponte estaiada, onde cabos conectam diretamente a torre à rodovia - como a usada no recém-construído Queensferry Crossing na Escócia - está se tornando cada vez mais popular.

À medida que os vãos da ponte se tornam mais longos, uma proporção crescente da estrutura é necessária apenas para carregar o próprio peso da ponte, em vez do tráfego que o atravessa. Isso pode criar um ciclo vicioso:um aumento relativamente pequeno na amplitude requer o uso de significativamente mais material, levando a uma estrutura mais pesada que requer ainda mais material para sustentá-la. Isso também define um limite para o comprimento de uma ponte; além desse limite, uma ponte simplesmente não pode suportar seu próprio peso.

Uma opção é usar mais forte, materiais mais leves. Contudo, o aço continua a ser a escolha preferida porque é resistente, prontamente disponível e relativamente barato. Portanto, a única outra maneira de aumentar a amplitude é alterando o projeto da ponte.

Professor Matthew Gilbert da Universidade de Sheffield, quem liderou a pesquisa, disse:"A ponte pênsil existe há centenas de anos e, embora tenhamos conseguido construir vãos mais longos por meio de melhorias incrementais, nunca paramos para ver se é realmente a melhor forma de usar. Nossa pesquisa mostrou que existem formas mais estruturalmente eficientes, o que pode abrir a porta para vãos de ponte significativamente mais longos no futuro. "

A técnica desenvolvida pela equipe baseia-se na teoria desenvolvida pelo homônimo do professor Gilbert, Davies Gilbert, que no início do século 19 usou a teoria matemática para persuadir Thomas Telford de que os cabos de suspensão em seu projeto original para a ponte do estreito de Menai em North Wales seguiam uma curva muito rasa. Ele também propôs uma 'catenária de tensão igual' mostrando a forma ideal de um cabo levando em consideração a presença de cargas de gravidade.

Ao incorporar essa teoria do início do século 19 em um modelo de otimização matemática moderno, a equipe identificou conceitos de ponte que exigem o mínimo volume possível de material, potencialmente tornando viável vãos significativamente mais longos.

Os designs matematicamente ideais contêm regiões que se assemelham a uma roda de bicicleta, com vários 'raios' no lugar de uma única torre. Mas isso seria muito difícil de construir na prática em grande escala. A equipe, portanto, os substituiu por torres divididas compreendendo apenas dois ou três 'raios' como um compromisso que retém a maior parte do benefício dos projetos ideais, embora seja um pouco mais fácil de construir.

Por um período de 5 km, que provavelmente será necessário para construir a travessia de 14 km do Estreito de Gibraltar, um projeto de ponte pênsil tradicional exigiria muito mais material, tornando-o pelo menos 73 por cento mais pesado do que o design ideal. Em contraste, os projetos de dois e três raios propostos seriam apenas 12 e 6 por cento mais pesados, tornando-os potencialmente muito mais econômicos de construir.

As novas formas de ponte requerem menos material, principalmente porque as forças do convés são transmitidas de forma mais eficiente através da superestrutura da ponte até as fundações. Isso é conseguido mantendo os caminhos de carga curtos, e evitando cantos agudos entre os elementos de tração e compressão.

A equipe enfatiza que sua pesquisa é apenas o primeiro passo, e que as idéias não podem ser desenvolvidas imediatamente para a construção de uma ponte de megavalo. O modelo atual considera apenas cargas gravitacionais e ainda não considera as forças dinâmicas decorrentes do tráfego ou da carga do vento. Mais trabalho também é necessário para resolver os problemas de construção e manutenção.

Coautor, Ian Firth, de COWI, disse:"Este é um desenvolvimento interessante na busca por maior eficiência do material no projeto de pontes de vãos superlongos. Há muito mais trabalho a fazer, notadamente na concepção de métodos de construção eficazes e econômicos, mas talvez um dia veremos essas novas formas tomando forma em algum amplo estuário ou travessia marítima. "