Aula 4 Aparelhos de Apoio

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Disciplina: PONTES DE CONCRETO
Professor: Everton Luiz da Silva Mendes
Material fornecido por: Gustavo Henrique Ferreira Cavalcante
APARELHOS DE APOIO
APARELHOS DE APOIO
“O termo ligação é aplicado a todos os detalhes construtivos, os quais promovam a união de partes da estrutura entre si ou a sua junção com elementos externos a ela” (CBCA, 2003). Assim sendo, as transmissões dos esforços entre peças estruturais devem-se às ligações entre elas. Desta forma, as referidas peças possuem fundamental importância no comportamento global da estrutura.
“Para a calibração do modelo estrutural, faz-se necessário definir com clareza as ligações entre os elementos estruturais e assim definir as restrições cinemáticas do problema. Na interação superestrutura e mesoestrutura são introduzidos aparelhos de apoios que são dispositivos que fazem a transição entre esses elementos” (NORMA DNIT 091, 2006).
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São aplicados nas ligações entre a superestrutura e os pilares ou elementos de fundação. Em geral, não apresentam restrições cinemáticas em todos os sentidos.
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Os aparelhos de apoio transmitem reações da superestrutura para infraestrutura e permitem movimentos.
Não é utilizado comumente em estruturas usuais por apresentarem pequenos carregamentos.
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As articulações podem ser classificadas como:
articulação fixa: previne deslocamentos, mas libera rotações;
articulação móvel: previne deslocamentos verticais, mas libera rotações e deslocamentos horizontais;
articulação “elástica”: previne deslocamentos e libera parcialmente as rotações.
As articulações fixas e móveis podem ser de concreto e aço, já as elásticas são de elastómero.
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Os tipos principais dos aparelhos de apoio mais utilizados e que cumprem com as suas funções primordiais, permitindo os deslocamentos e rotações necessários pela análise estrutural com resistência muito baixa durante todo o tempo de vida útil da ponte, são os elastoméricos, os do tipo disc, os do tipo pot, o esférico, o de aço e os do tipo leaf.
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Os aparelhos de apoio elastoméricos são os tipos mais simples. Na modalidade básica consistem meramente em um bloco elastomérico, geralmente retangular ou redondo.
O elastômero funciona como uma parte macia entre a infra-estrutura e a superestrutura da ponte e permite movimentos em todas as direções, pelos deslocamentos ou pelas rotações elásticas. Sob cargas verticais, o bloco elástico se flexiona conduzindo aos deslocamentos verticais. Uma solução para este problema foi encontrada para se reforçar o bloco elástico através da introdução de finos pratos, placas de aço horizontais, vulcanizadas ao
elastômero.
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As placas de reforço previnem o bloco de abaulamento, assim conduzindo a deslocamentos verticais muito pequenos. Entretanto elas não impedem os deslocamentos horizontais em cada direção, como também permitem rotações pequenas em todas as direções. Cada deslocamento e rotação conduzem a forças e momentos restringentes que têm que ser levados em consideração no cálculo da estrutura da ponte.
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O neoprene é uma marca registrada da Dupont e é uma borracha sintética de policloropreno.
Características (aproximadas):
G é pequeno = 1 MPa;
E é pequeño = 3 MPa;
Tensão admissível = 13 MPa.
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É resistente às intempéries e são fáceis de serem substituídos. 
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Neoprene cintado ou fretado causa redução do achatamento excessivo e aumenta as tensões admissíveis.
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Dispostivos para impedir o deslizamento:
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Aparelho de apoio deslizante NEOFLON:
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Os aparelhos de apoio de disco foram introduzidos nos anos 60. As cargas verticais são transferidas por um disco elastomérico feito do polímero polyether-urethane. Diferentemente de um aparelho de apoio tipo pot, uma extensão transversal do disco elastomérico é possível. A capacidade e o funcionamento deste aparelho de apoio são comparáveis com um aparelho de apoio elastomérico.
As rotações em torno do eixo central horizontal são transferidas pela deflexão diferencial do disco. As rotações causam uma mudança do eixo da carga do centro do aparelho de apoio, que deve ser considerada no projeto.
As forças horizontais são transferidas por um dispositivo de restrição cisalhante que permite deformação e rotação verticais.
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Aparelho de apoio tipo disco fixo:
Aparelho de apoio tipo disco unidirecional
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Aparelho de apoio tipo disco multidirecional:
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Segundo RAMBERGER, estes aparelhos foram inventados nos anos 50 combinando duas propriedades desejáveis: capacidade de oscilação, ou rotação, com uma pequena resistência e a transmissão da reação do aparelho de apoio sobre uma área definida.
O aparelho de apoio tipo pot consiste em um vaso (ou panela) de aço, preenchido com um disco elastomérico e uma tampa ou um pistão no topo.
Quando sujeito a forças de compressão elevadas, o disco elastomérico sem reforço comporta-se similarmente como um líquido. Rotações podem ocorrer devido ao volume quase constante do elastômero, cujo coeficiente de Poisson é de aproximadamente 0,5.
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Segundo RAMBERGER, estes aparelhos foram inventados nos anos 50 combinando duas propriedades desejáveis: capacidade de oscilação, ou rotação, com uma pequena resistência e a transmissão da reação do aparelho de apoio sobre uma área definida.
O aparelho de apoio tipo pot consiste em um vaso (ou panela) de aço, preenchido com um disco elastomérico e uma tampa ou um pistão no topo.
Quando sujeito a forças de compressão elevadas, o disco elastomérico sem reforço comporta-se similarmente como um líquido. Rotações podem ocorrer devido ao volume quase constante do elastômero, cujo coeficiente de Poisson é de aproximadamente 0,5.
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Sendo assim, é de grande importância a vedação entre a almofada elastomérica e a tampa, pois caso tal selamento apresente um defeito, então a almofada elastomérica escapa como um líquido viscoso.
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O tipo padrão de aparelho de apoio tipo pot permite somente a rotação. As forças verticais são transmitidas diretamente para a almofada, já as forças horizontais provenientes da tampa são transmitidas ao vaso (ou panela).
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A fim de se liberar o movimento de translação numa direção deslizante, uma construção adicional torna-se necessária. Esta construção deslizante consiste em três componentes: um disco de polytetrafluorethylene, mais conhecido como PTFE ou teflon, uma superfície de aço inoxidável polido conectado a uma placa deslizante de aço estrutural e graxa de lubrificação.
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Para confinar o movimento em uma direção, uma guia adicional é usada acoplada a tampa. Este dispositivo da guia permite movimentos em somente um sentido.
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O tipo básico do aparelho de apoio esférico consiste em três partes principais: uma placa côncava inferior, uma parte da esfera no centro e um prato superior feito de aço de construção.
Para admitir deslocamentos entre as partes, superfícies deslizantes são necessárias. A placa côncava inferior do aparelho de apoio tem uma chapa de PTFE (polytetrafluorethylene) na superfície superior. A parte da esfera tem uma superfície laminada cromada e polida na face inferior e uma placa de PTFE também na sua superfície superior e o prato superior deslizante tem uma placa de aço inoxidável polida na sua face inferior.
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As placas de PTFE são compartimentadas completamente na metade da espessura e têm sacos de lubrificação com graxa de silicone, como as placas deslizantes
para os aparelhos de apoio tipo pot.
A resistência à fricção das peças deslizantes causa momentos reativos devido às rotações. Eles devem ser levados em consideração para considerar tensões adicionais no projeto do material do aparelho de apoio.
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Os aparelhos de apoio de aço são os tipos mais antigos. O princípio é simples: uma placa lisa que rola sob outra placa de aço com uma superfície curvada. Se esta superfície for parte de uma esfera, teoricamente é obtida uma tangência em um ponto. Se esta superfície da peça for de um cilindro, teoricamente é obtida uma tangência em uma linha.
O primeiro tipo é classificado como aparelho de apoio de rotação, ou oscilação pontual, ou tipo point rocker. No segundo exemplo têm-se aparelhos de apoio linear rocker. Estes aparelhos de apoio permitem rotações em todas as direções como o point rocker, ou em uma direção como o linear rocker, mas ambos não permitem deslocamentos lineares.
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Aparelho de apoio tipo Point Rocker:
Aparelho de apoio tipo Linear Rocker:
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As tangências lineares podem, também, ser encontradas nos aparelhos de apoio de rolo que consistem em um rolo metálico, placa superior e placa inferior. Estes aparelhos permitem rotações e deslocamentos lineares em somente um sentido.
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O problema com estes aparelhos de apoio é a concentração pontual ou linear da força sobre ele, que teoricamente, conduz a tensões infinitas. A concentração da tensão local tem que ser distribuída pelas zonas de contato entre ele, o pilar e a superestrutura. Consequentemente, os aparelhos de aço normalmente necessitam de placas mais espessas para a distribuição das tensões do que outros tipos de aparelhos, que transferem as reações do aparelho de apoio sobre uma área.
Segundo RAMBERGER, os aparelhos de apoio de rotação pontual são usados para reações do aparelho na escala de 500 a 2.500kN. Já os tipo linear rocker e os de rolo, para cargas na escala de 200 a 20.000kN.
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Os aparelhos de apoio de pêndulo tipo leaf são usados quando as forças de tração como também as forças de compressão precisam ser transferidas. Eles podem somente transmitir forças no sentido da charneira (reunião de duas peças de metal encravadas num eixo comum, em torno do qual uma pelo menos é móvel). Para transferir forças no sentido transversal, os aparelhos de apoio devem ser usados de modos separados.
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São aparelhos de apoio que permitem as rotações a partir da plastificação da seção de concreto.
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A sintomatologia das falhas e problemas ocorridos nas estruturas são analisados, de um modo sistemático, pela área de Patologia das Estruturas. Esta possui a preocupação de observar e analisar as estruturas desde a sua fase de concepção, projeto e produção, com a finalidade de se poder identificar e criar um diagnóstico, conhecendo-se a origem, as causas e os processos de deterioração que gerou o problema.
Uma das causas físicas da deterioração do concreto pode ser representada pelas fissurações, que ocorrem em conseqüência do carregamento estrutural, das sobrecargas excessivas, dos impactos não previstos, das cargas cíclicas e das escolhas incorretas dos aparelhos, podendo provocar solicitações que ultrapassam as solicitações resistentes de fissuração, gerando o aparecimento destas patologias.
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Observa-se que na maioria dos casos as fissuras nos pilares respondem por mais da metade das patologias encontradas. Dessa forma, a busca por fissuras é na verdade não apenas a procura pelas condições ideais de carregamento da estrutura, como também pela escolha ótima dos aparelhos de apoio, bem como suas interferências e interações com o meio.