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Tipologia dos apoios das pontes Prof.: Raul Lobato UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE SINOP FACULDADE DE CIENCIAS EXATAS E TECNOLOGICAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL DISCIPLINA: ESTRUTURAS DE PONTES MANUAL DE PROJETO DE OBRAS DE ARTE ESPECIAIS - DNER NBR 7187 DNIT 091/2006 - ES DER SP ET-DE-C00/020 MANUAL DE INSPEÇÃO DE PONTES RODOVIÁRIAS - DNIT RETRAÇÃOFRENAGEM ACELERAÇÃO EMPUXO VENTO Aula 12 • Definição; • Tipologia dos aparelhos de apoio de pontes; • Vantagens, desvantagens e limitações; • Patologias e Serviços de Manutenção. Definição Os aparelhos de apoio são dispositivos que fazem a TRANSIÇÃO entre a superestrutura e a mesoestrutura ou a infraestrutura. A necessidade ocorre quando duas peças estruturais se apoiam uma sobre a outra, isto devido à possibilidade de ROTAÇÃO ou DESLIZAMENTO uma em relação à outra. Esses movimentos que podem ser tanto de giro ou translação nem sempre podem ser ABSORVIDOS por algumas das peças que compõe a estrutura, devido a este fato insere-se um elemento intermediário denominado APARELHO DE APOIO Definição A definição do DNIT, presume que os aparelhos de apoio são utilizados em pontes NÃO APORTICADAS e suas principais funções são: • TRANSMITIR as cargas da superestrutura à mesoestrutura ou à infraestrutura; • Permitir os MOVIMENTOS LONGITUDINAIS da superestrutura, devidos à retração própria da superestrutura e aos efeitos da temperatura, expansão e retração; • Permitir as ROTAÇÕES da superestrutura, motivadas pelas deflexões provocadas pela CARGA PERMANENTE e pela CARGA MÓVEL; Definição Observa-se que sobre os aparelhos de apoio atuam esforços VERTICAIS, esforços HORIZONTAIS e MOMENTOS FLETORES, e estas, determinam o tipo de apoio a ser utilizado na estrutura e seu respectivo material construtivo. Estes apoios podem ser classificados conforme o MATERIAL, e pelo tipo de VINCULAÇÃO Tipos de aparelho de apoio APARELHOS DE APOIO FIXOS: permitem apenas os movimentos de rotação, gerando reação vertical e horizontal no vínculo. • Articulações de Chumbo: Muito usadas antes das articulações de concreto e neoprene, as articulações de chumbo foram abandonadas quando este se mostrou um MATERIAL INADEQUADO. Com algum tempo de uso o chumbo escoava e permitia que sua forma geométrica original se transformasse em uma lâmina delgada de formas irregulares. As articulações de chumbo eram dimensionadas para uma tensão máxima de compressão de 1kN/cm², e esta era normalmente retangular com espessura de 2 cm (indeformada) NÃO PODE SER RECUPERADA OU SUBSTITUÍDA POR OUTRA DO MESMO MATERIAL Tipos de aparelho de apoio • Articulações de Concreto: • Articulações Freyssinet: é uma articulação fixa de concreto que consiste em uma redução de seção da peça a articular; tem, em geral, 2 cm de altura e deve trabalhar com tensões elevadas, visto que a plastificação da articulação é desejável (permitindo ROTAÇÕES significativas). H ≤ V/8 DIMENSÕES Tipos de aparelho de apoio • Articulações de Concreto: • Articulações Freyssinet: H ≤ V/8 ARMADURA Tipos de aparelho de apoio • Articulações de Concreto: • Articulações Mesnager: são articulações fixas que transmitem esforços por ADERÊNCIA, através de barras cruzadas ancoradas nos blocos a articular, e cuja função é transmitir a força normal e resistir à força cortante que se manifestam entre os dois blocos; a articulação Mesnager não se confunde com a articulação Freyssinet porque o CONCRETO que reveste a armadura na seção reduzida tem, na articulação Mesnager, APENAS A FUNÇÃO DE PROTEGER O AÇO, não colaborando na transmissão de esforços. H > V/8 Tipos de aparelho de apoio • Articulações de Concreto: • Articulações Mesnager: H > V/8 Tipos de aparelho de apoio • Articulações de Concreto: • Articulações de contato de superfícies cilíndricas: são articulações fixas de CONCRETO ARMADO, com rotações garantidas pelas superfícies de contato cilíndricas; este tipo de contato admite TENSÕES DE COMPRESSÃO ELEVADAS (teoria de Hertz). A maior DESVANTAGEM desta articulação é a exigência de um acabamento perfeito. Tipos de aparelho de apoio • Articulações de Concreto: • Articulação Blindada ou Articulação Burkhardt: utilização de duas chapas de aço, de 8 mm de espessura, envolvendo superfícies cilíndricas. Tipos de aparelho de apoio • Articulações Metálicas: são obtidas da combinação adequada de chapas e roletes metálicos. No caso das articulações fixas as chapas possuem cavidades usinadas e lubrificadas onde se encaixa o rolete (apenas movimentos de rotação são permitidos). • Articulações sem rolo metálico: Tipos de aparelho de apoio • Articulações Metálicas: • Articulações com rolo metálico: • Articulações para cargas verticais reversíveis: compressão ou tração Tipos de aparelho de apoio APARELHOS DE APOIO MÓVEIS: permitem tanto a rotação como a translação, gerando no vínculo apenas a reação vertical (atrito usualmente é desprezado). • Aparelhos de apoio de deslizamento: Os primeiros aparelhos de apoio de deslizamento foram usados para pequenos vãos antes do aparecimento das placas de neoprene fretado. Consistiam, basicamente, em duas PLACAS DE AÇO polido, com um lubrificante entre elas; o funcionamento deste tipo de aparelho de apoio era, além de precário, TEMPORÁRIO: o lubrificante retinha DETRITOS que prejudicavam o deslizamento e absorviam UMIDADE que provocava CORROSÃO prematura. Tipos de aparelho de apoio • Aparelhos de apoio de deslizamento: Os aparelhos de apoio de deslizamento devem ter, obrigatoriamente, batentes de limitação de percurso Tipos de aparelho de apoio • Aparelhos de apoio de deslizamento: Neoflon: constituído de neoprene associado com camadas de teflon (resina que sob altas pressões apresenta COEFICIENTES DE ATRITO MUITO BAIXOS, entretanto se apresenta como um MATERIAL POUCO RESISTENTE E DE CONFIABILIDADE TEMPORÁRIA, sendo empregado quando são necessários DESLOCAMENTOS SIGNIFICATIVOS EM CURTO ESPAÇO DE TEMPO) Tipos de aparelho de apoio • Aparelhos de apoio de deslizamento: Neoflon: Tipos de aparelho de apoio • Aparelhos de apoio de rolamento: a) Aparelhos de rolo único: são os mais simples, visto que um rolo isolado pode absorver, simultaneamente, movimentos de rotação e translação; geralmente usados para PEQUENAS CARGAS. Tipos de aparelho de apoio • Aparelhos de apoio de rolamento: b) Aparelhos de rolos múltiplos: quando um rolo único não é suficiente para suportar a reação vertical, utilizam-se rolos múltiplos; como a rotação da superestrutura fica impedida, haverá necessidade de ser conduzida uma rótula, o que complica e onera a usinagem do aparelho de apoio (CARREGAMENTOS ELEVADOS) Tipos de aparelho de apoio • Aparelhos de apoio pendulares: a) Aparelhos Pendulares de Concreto: são peças prismáticas de concreto, DUPLAMENTE ARTICULADAS, na base e no topo, no sentido longitudinal; praticamente, são dois blocos de apoio opostos pelas bases. As articulações são as já citadas nas articulações fixas: de contato, placas de chumbo, blindadas, tipo Mesnager e tipo Freyssinet; os pêndulos de concreto têm certas limitações geométricas e também físicas, no que se refere a deslocamentos admissíveis. Tipos de aparelho de apoio • Aparelhos de apoio pendulares: a) Aparelhos Pendulares de Concreto: Tipos de aparelho de apoio • Aparelhos de apoio pendulares: b) Aparelhos Pendulares de Aço: Tipos de aparelho de apoio • Aparelhos de apoio elastoméricos: Os aparelhos de apoio de elastômero (borracha sintética comercialmente conhecida como neoprene) foram desenvolvidos para suprir as dificuldades relacionadas ao CUSTO e à MANUTENÇÃO dos aparelho de apoio metálicos e de concreto. Os aparelhos de apoiode neoprene são dispositivos que geram uma LIGAÇÃO FLEXÍVEL entre a superestrutura e a mesoestrutura, favorecendo o BOM DESEMPENHO das funções requeridas destes elementos. Tipos de aparelho de apoio As principais características desse material são: I. Módulo de deformação transversal de valor muito baixo; II. Módulo de deformação longitudinal, também de valor muito baixo; III. Tensão normal de compressão de serviço com valor razoável, da ordem de grandeza dos concretos usuais; IV. Elevada resistência ao envelhecimento. ROTAÇÃO E TRANSLAÇÃO DIMENSÕES COMPATÍVEIS MANUTENÇÃO Tipos de aparelho de apoio Para reações de PEQUENA INTENSIDADE utiliza-se os aparelhos de apoio de ELASTÔMETRO SIMPLES, constituídos de um bloco de elastômero vulcanizado. Para estruturas de GRANDE PORTE há a necessidade de se empregar aparelhos de apoio de NEOPRENE FRETADO, que são uma junção do neoprene com chapas de aço galvanizado. As chapas de aço têm como principal função cingir as placas de neoprene, reduzindo o ACHATAMENTO EXCESSIVO do elemento e com isso aumentar as TENSÕES ADMISSÍVEIS no apoio. Tipos de aparelho de apoio O bom desempenho dos elementos de apoio de neoprene fretado no exercício das funções requeridas depende da boa LIGAÇÃO do aço com o elastômero. Além da verificação da ligação “aço x elastômero”, o projeto desses aparelho de apoio exige algumas outras verificações como: verificação do ESCORREGAMENTO, verificação da ESTABILIDADE e verificação das ESPESSURAS de aço. Tipos de aparelho de apoio Além do controle de qualidade nas etapas de fabricação e montagem é necessário prever a TROCA desses aparelhos. Dessa forma alguns cuidados especiais são necessários: I. Realização de ENSAIOS para verificação da QUALIDADE DE FABRICAÇÃO; II. Não impor o aparelho à DEFORMAÇÕES IMPREVISTAS; III. Prever NICHOS entre a meso e a superestrutura onde possam ser colocados macacos capazes de aliviar os aparelhos existentes, possibilitando a sua SUBSTITUIÇÃO. MONITORAMENTO SUBSTITUIÇÃO APROVEITAMENTO PLENO DA SERVENTIA Tipos de aparelho de apoio Tipos de aparelho de apoio Tipos de aparelho de apoio • Aparelhos de apoio de neoprene contido (Neotopflager ou Pot Bearings): Estes aparelhos de apoio combinam as duas propriedades desejáveis em aparelhos de apoio: capacidade de rotação com pequena resistência e transmissão da reação de apoio em uma ÁREA BEM DEFINIDA. Consiste basicamente em um VASO DE AÇO contendo um DISCO ELASTOMÉRICO NÃO FRETADO e uma tampa ou ÊMBOLO na parte superior do vaso; quando sujeito a altas forças de compressão, o elastômero tem um comportamento similar ao de um líquido. A ESTANQUEIDADE entre o disco elastomérico e a tampa é de grande importância, para não permitir o escapamento do elastômero, que seria semelhante ao escapamento de um líquido viscoso. Tipos de aparelho de apoio O TIPO PADRÃO do aparelho de apoio de neoprene contido PERMITE SOMENTE A ROTAÇÃO; as forças verticais são transmitidas ao disco elastomérico enquanto que as forças horizontais são transmitidas da tampa diretamente ao vaso. Tipos de aparelho de apoio Tipos de aparelho de apoio Com dispositivos adequados, os aparelhos de apoio de neoprene contido podem ter alguns ou todos os deslocamentos horizontais impedidos. Vantagens: I. Absorve pequenos recalques diferenciais de fundação, redistribuindo uniformemente as tensões no topo do pilar; II. Possui altura muito pequena e peso próprio muito baixo, facilitando sua utilização. NEOPRENE CONTIDO FIXO NEOPRENE CONTIDO MÓVEL EM UMA DIREÇÃO NEOPRENE CONTIDO MÓVEL Tipos de aparelho de apoio Esses aparelhos de apoio são considerados APARELHOS DE APOIO ESPECIAIS por não serem usados com tanta frequência. São utilizados quando as reações, deslocamentos ou rotações tem maior intensidade (apresentam MAIOR CAPACIDADE DE SUPORTE) RUNDFLON Inspeção dos aparelhos de apoio • Causas intrínsecas: referentes aos processos de deterioração inerentes à própria estrutura, ou seja, sua origem é dada na execução, utilização, por falhas humanas, etc. • Causas extrínsecas: externa ao corpo do material, podem ser entendidas como fatores que atacam as estruturas de fora para dentro, ao longo do processo da concepção, execução ou da vida útil. VIDA ÚTIL MANUTENÇÃO PATOLOGIAS INTERVENÇÃO Inspeção dos aparelhos de apoio • Verificação da capacidade do aparelho de apoio de movimentar-se livremente para VARIAÇÕES DE TEMPERATURA da superestrutura; • Verificação da POSIÇÃO do aparelho de apoio e da posição relativa de seus elementos componentes; • Verificação da possibilidade de MOVIMENTAÇÃO INDESEJADA do aparelho de apoio; • Verificação da eventual existência de FRATURAS, FISSURAS OU DEFORMAÇÕES nos elementos do aparelho de apoio; • Verificação da PROTEÇÃO ANTI-CORROSIVA; Inspeção dos aparelhos de apoio metálicos As anomalias que afetam as ESTRUTURAS DE AÇO são as mesmas que afetam os aparelhos de apoio metálicos e, muitas delas, independentes do tipo de aparelho (de deslizamento, pendulares, de rolo). As partes componentes dos aparelhos de apoio devem estar corretamente ALINHADAS, ISENTAS DE DETRITOS, e em COMPLETO E MÚTUO CONTATO; caso o contato seja incompleto, poderão surgir danos aos componentes dos aparelhos, à superestrutura ou à infraestrutura. Os aparelhos de apoio devem estar FIRMEMENTE FIXADOS, sem folgas; na eventualidade da existência de FOLGAS, estas serão denunciadas por RUÍDOS quando da passagem dos veículos mais pesados. INCLINAÇÕES: PENDULARES MOVIMENTAÇÃO: DE DESLIZAMENTO E DE ROLO Inspeção dos aparelhos de apoio metálicos Patologias e Métodos Corretivos nos Aparelhos de Apoio Metálicos: A principal fonte de patologias nos aparelhos de apoio metálicos são as causas denominadas extrínsecas, mais precisamente pela CORROSÃO. A corrosão nos aparelhos de apoio metálico é dada principalmente pela VARIAÇÃO DA UMIDADE do meio ambiente com os GASES CORROSIVOS, como gás carbônico, anidrido sulfuroso, amônia, etc. Este tipo de patologia ocasiona-se nos dois tipos de articulação metálica (MÓVEL E FIXA) Inspeção dos aparelhos de apoio metálicos Patologias e Métodos Corretivos nos Aparelhos de Apoio Metálicos: Inspeção dos aparelhos de apoio metálicos Patologias e Métodos Corretivos nos Aparelhos de Apoio Metálicos: I. LIMPEZA por jateamento; II. Aplicação de epóxi primer ANTI-CORROSIVO de zinco; III. Aplicação de duas camadas de revestimento com pintura epóxica de alta dureza; IV. As superfícies DESLIZANTES devem ser engraxadas com graxa a base de silicone e as superfícies de contato com o concreto recebem a pintura somente em sua periferia. (RECUPERAÇÃO DIFÍCIL E TEMPORÁRIA, SENDO PREFERÍVEL A SUBSTITUIÇÃO) LUBRIFICAÇÃO X DETRITOS E UMIDADE Inspeção dos aparelhos de apoio de concreto • Articulações Freyssinet e Articulações Mesnager: São articulações fixas de concreto e a inspeção deve concentrar-se na verificação de eventuais TRINCAS ou FISSURAS existentes, em cima e embaixo da seção reduzida, e nas QUEBRAS DE CANTOS do concreto; no primeiro caso, as fissuras podem denunciar uma fretagem inadequada e, no segundo, a INOBSERVÂNCIA DE DISTÂNCIAS MÍNIMAS, em torno de 10 cm, entre os limites da articulação e as faces do concreto. INCLINAÇÕES: PENDULARES Inspeção dos aparelhos de apoio de concreto • Articulações Freyssinet e Articulações Mesnager: Inspeção dos aparelhos de apoio de concreto • Articulações de Contato de Superfícies Cilíndricas: Nestas articulações, que admitem um certo deslocamento em virtude da deformação de parte das superfícies cilíndricas em contato, tomadas planas pela compressão que sofrem, compressões excessivas provocam esmagamento de concreto e ARMADURAS DE FRETAGEM INSUFICIENTES permitem o aparecimento de TRINCAS.Inspeção dos aparelhos de apoio de concreto • Patologias e Métodos Corretivos nos aparelhos de apoio de concreto: Os aparelhos de apoio de concreto sofrem com os dois tipo de causas, tanto a intrínseca como a extrínseca, desde a FALHA HUMANA NA EXECUÇÃO até as CAUSAS NATURAIS. Atualmente não são mais utilizados pelo fato de sofrerem diversos problemas patológicos pela falta de limpeza e pelas diversas falhas na sua execução. Os dispositivos tipo Freyssinet, articulações de contato de superfície, Mesnager e pêndulos normalmente sofrem das mesmas patologias. De modo geral as manifestações patológicas e os métodos de reparo e de reforço destes elementos seguem os critérios básicos para as ESTRUTURAS DE CONCRETO. Inspeção dos aparelhos de apoio de concreto INCLINAÇÃO EXAGERADA ENCAMISAMENTO ARTICULAÇÃO ELASTOMÉRICA Inspeção dos aparelhos de apoio elastoméricos Além de eventuais danos físicos, DESGASTES e RUPTURAS, porventura existentes nos aparelhos de apoio, devem ser verificados e, na medida do possível, avaliados seus respectivos comportamentos à compressão, à rotação e ao cisalhamento. Inspeção dos aparelhos de apoio elastoméricos • Patologias e Métodos Corretivos nos aparelhos de apoio de neoprene: O que diferencia os aparelhos de apoio de neoprene dos demais é a sua grande capacidade de sobreviver à FALTA DE MANUTENÇÃO, e mesmo que sejam fabricados com materiais de baixa qualidade, é muito difícil que entrem em colapso total; entretanto, os apoios elastoméricos podem tornar-se PREMATURAMENTE INSERVÍVEIS em virtude de uma série de causas, incluindo: I. Danos não detectados durante a instalação; II. Assentamento irregular, provocando uma sobrecarga adicional localizada; III. Deslocamentos, rotações e cargas em serviço superiores aos estimados; IV. Agressividade não prevista do meio ambiente; V. Ataque por produtos químicos. Inspeção dos aparelhos de apoio elastoméricos • Patologias e Métodos Corretivos nos aparelhos de apoio de neoprene: I. Inspecionar visualmente as faces acessíveis do aparelho; após alguns anos de serviço, pequenas fissuras de 2 a 3 mm de profundidade e de 2 a 3 mm de comprimento são toleráveis; II. Verificar se o aparelho de apoio foi corretamente vulcanizado e se há chapas de aços fretagens visíveis e oxidadas; III. Medir deslocamentos, alturas e distorções; IV. Verificar se o aparelho de apoio foi deslocado de sua posição original; V. Verificar se há indícios da presença de substâncias nocivas ao elastômero CUSTO E DIFICULDADES SUBSTITUIÇÃO TOLERÂNCIA VERIFICAÇÃO ESTRUTURAL Inspeção dos aparelhos de apoio elastoméricos NÃO PODEM SER RECUPERADOS Inspeção dos aparelhos de apoio especiais • Aparelhos de apoio de neoprene contido: verificar a integridade da FIXAÇÃO do aparelho de apoio (integridade dos parafusos e posição dos elementos). Verificar eventual existência de FISSURAS NAS SOLDAS. Verificar existência de eventuais VAZAMENTOS DO NEOPRENE contido (inutilidade do aparelho). Verificar a existência de detritos que comprometam o bom funcionamento do aparelho. Inspeção dos aparelhos de apoio especiais • Aparelhos de apoio de neoprene contido: ROTAÇÕES EXCESSIVAS E MOVIMENTOS HORIZONTAIS Substituição dos Aparelhos de Apoio • O TRÁFEGO deve ser desviado antes do inicio dos serviços, só podendo retornar após a conclusão do mesmo; • O procedimento exige operações de macaqueamento; • É obrigatório que as JUNTAS DE DILATAÇÃO estejam LIMPAS antes do início dos procedimentos de macaqueamento; • Substituição dos APARELHOS DE APOIO EXTREMOS exige a remoção dos ATERROS e a demolição das LAJES DE TRANSIÇÃO; • O desligamento da estrutura com o elemento de apoio exige a inserção de calços ou equipamentos de alto-travamento; • Substituição e operação inversa; Substituição dos Aparelhos de Apoio Concepção • Aparelhos de vinculação rígida Concepção • Aparelhos de vinculação flexível DOSAGEM DA RIGIDEZ ATRAVÉS DA GEOMETRIA LIBERDADE DE CONCEPÇÃO Tipologia dos apoios das pontes E-mail: raul.lobatto@hotmail.com UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE SINOP FACULDADE DE CIENCIAS EXATAS E TECNOLOGICAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL DISCIPLINA: ESTRUTURAS DE PONTES
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