APARELHOS DE APOIO Prof. Ralf Klein, M.Eng.
Aparelhos de apoio SUMÁRIO 1) 2) 3) 4) n i e l K f l a R . f o r P l i v i C . g n E s e t n o P
5)
6)
Introdução Aparelhos de vinculação vincul ação rígida Aparelhos de vinculação flexível flexível Concepção da vinculação vincul ação das pontes Dimensionam Dimensionamento ento de aparelhos aparel hos de apoio elastoméricos Referências
Aparelhos de apoio SUMÁRIO 1) 2) 3) 4) n i e l K f l a R . f o r P l i v i C . g n E s e t n o P
5)
6)
Introdução Aparelhos de vinculação vincul ação rígida Aparelhos de vinculação flexível flexível Concepção da vinculação vincul ação das pontes Dimensionam Dimensionamento ento de aparelhos aparel hos de apoio elastoméricos Referências
Aparelhos de apoio INTRODUÇÃO
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No caso das pontes em viga, que constituem a grande maioria das obras executadas, o cálculo da estrutura é usualmente usualmente dividido div idido em superestrutura de uma lado e meso meso e infraestrutu infraestrutura ra de outro. outro. A superestrutura é assimilada a uma ou mais m ais v igas articuladas nos apoios através de aparelhos de apoio.
Desenho esquemático com indicação das principais partes de uma ponte em viga. (Stucchi, 1999)
Aparelhos de apoio INTRODUÇÃO
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Os aparelhos de apoio são peças de transição entre os vigamentos principais e os pilares ou encontros. Os aparelhos de apoio tem a função de transmitir as reações de apoio permitindo os movimentos das vigas. É importante prever maneiras de substituir os aparelhos de apoio.
Aparelhos de apoio INTRODUÇÃO Classificação dos aparelhos de apoio (seg. a sua rigidez):
Aparelhos de vinculação rígida. Aparelhos de vinculação flexível.
Aparelhos de vinculação rígida
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São aparelhos com os quais a superestrutura é rigidamente vinculada a mesoestrutura relativamente a alguns movimentos e, praticamente livre relativamente a outros movimentos.
Aparelhos de vinculação flexível
No caso dos aparelhos de vinculação flexível a superestrutura é vinculada elasticamente à mesoestrutura devido ao fato dos aparelhos de apoio serem feitos de elastômeros (borrachas sintéticas).
APARELHOS DE VINCULAÇÃO RÍGIDA Aparelhos de apoio metálicos.
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Superfície cilíndrica ou esférica para permitir o giro. Superfícies planas para permitir os deslocamentos. Superfícies revestidas com teflon – inox.
Aparelho de apoio metálico (Profip, 2008)
APARELHOS DE VINCULAÇÃO RÍGIDA Aparelhos de apoio metálicos (cont.)
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Aparelho de apoio metálico que permite rotações em torno de qualquer eixo e deslocamentos em uma única direção (Profip, 2008)
APARELHOS DE VINCULAÇÃO RÍGIDA Aparelhos de apoio de elastômero cintado.
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Constituídos de um vaso (panela) metálico preenchido com um disco elastomérico e um pistão (tampa) no topo. O elastômero quando sujeito a forças de compressão elevadas comporta-se similarmente a um líquido.
Fonte: MENDES, PUGA, ALVES, 2010.
APARELHOS DE VINCULAÇÃO RÍGIDA Articulação Freyssinet
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Idealizada por Freyssinet, o concreto na região estrangulada fica submetido a elevadas tensões em estado múltiplo de compressão. O concreto plastificado permite rotações significativas.
Fonte: MENDES, PUGA, ALVES, 2010.
Representação do estado múltiplo de tensões de compressão numa articulação Freyssinet.
APARELHOS DE VINCULAÇÃO RÍGIDA Articulação Freyssinet (cont.)
Largura: 10 a 20cm Altura: ≅ 2cm Concreto de fck ≥ 25 MPa Lâmina de concreto apresenta resistência superior ao do concreto utilizado devido ao efeito do cintamento propiciado pelas massas de concreto junto à lâmina. Concreto da lâmina se plastifica permitindo pequenas rotações da peça apoiada. Rótulas de concreto podem absorver forças horizontais até 25% da força normal atuante.
APARELHOS DE VINCULAÇÃO RÍGIDA Articulação Freyssinet
(cont.)
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Rótula de concreto (articulação Freyssinet)
3,3.
APARELHOS DE VINCULAÇÃO RÍGIDA
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Pêndulos e rolos
Apoios móveis (Pfeil, 1988).
APARELHOS DE VINCULAÇÃO RÍGIDA
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Pêndulos e rolos (cont.)
Apoios móveis (DNIT, 2004).
APARELHOS DE VINCULAÇÃO RÍGIDA
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Viga do edifício do MASP suportada por um apoio tipo pêndulo e uma articulação Freyssinet (Vasconcelos, 1992).
APARELHOS DE VINCULAÇÃO RÍGIDA
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Articulação metálica
Rótula metálica
APARELHOS DE VINCULAÇÃO RÍGIDA
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Articulação metálica (cont.)
Articulação metálica
APARELHOS DE VINCULAÇÃO RÍGIDA
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Articulação metálica (cont.)
Ginásio de esportes de Barueri, SP
Articulação metálica
APARELHOS DE VINCULAÇÃO FLEXÍVEL Aparelhos de vinculação flexível
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No caso dos aparelhos de vinculação flexível a superestrutura é vinculada elasticamente à mesoestrutura devido ao fato dos aparelhos de apoio serem feitos de elastômero (borracha sintética). Em estruturas de pontes é usual a utilização de aparelhos de apoio elastoméricos fretados que intercalam placas de elastômero e de aço. Esta fretagem melhora o desempenho do aparelho em especial com relação as deformações verticais que são bem menores nos fretados.
Aparelho de apoio elastomérico: (a) não fretado, (b) fretado. (Pfeil, 1990)
APARELHOS DE VINCULAÇÃO FLEXÍVEL Aparelhos de vinculação flexível (cont.)
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A característica negativa dos aparelhos de apoio elastoméricos é a menor durabilidade destes relativamente à durabilidade das estruturas. Assim, é importante prever maneiras de substituir estes aparelhos de apoio.
Aparelho de apoio elastomérico fretado.
DIMENSIONAMENTO DE APARELHOS ELASTOMÉRICOS Propriedades mecânicas do neoprene.
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Módulo de elasticidade (longitudinal) do neoprene, En ≅ 3 MPa Coeficiente de Poisson do neoprene, ν ≅ 0,5 Módulo de elasticidade transversal do neoprene, Gn = En / 2 (1 + ν) ≅ 1 MPa Resistência à compressão do neoprene, f cn ≅ 12 MPa
DIMENSIONAMENTO DE APARELHOS ELASTOMÉRICOS Propriedades mecânicas do neoprene fretado (cont.)
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As chapas de fretagem reduzem bastante as deformações transversais aumentando assim, a rigidez e a resistência à compressão dos aparelhos de apoio fretados. É necessário dispor de uma boa ligação elastômero x aço (atrito + adesão), obtida por ocasião da fabricação do aparelho (vulcanização). Módulo de elasticidade (longitudinal) do elastômero fretado, Ef ≅ 200 a 500 MPa Resistência à compressão do elastômero fretado, f cf ≅ 60 a 80 MPa Tensão de compressão admissível do elastômero fretado, σcf,adm ≅ 15 MPa
DIMENSIONAMENTO DE APARELHOS ELASTOMÉRICOS Propriedades mecânicas do neoprene fretado (cont.)
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CONCEPÇÃO DA VINCULAÇÃO O sistema de apoio das pontes em viga pode ser concebido:
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a)
Com aparelhos de vinculação rígida. Usualmente utilizados em obras de maior porte.
b)
Com aparelhos de vinculação flexível. De aplicação frequente em obras de menor custo.
CONCEPÇÃO DA VINCULAÇÃO a)
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Com aparelhos de vinculação rígida
Devido a rigidez da vinculação proporcionada pelos aparelhos de vinculação rígida é preciso cuidado para não impedir deformações inevitáveis como as decorrentes da variação de temperatura e devido a retração e deformação imediata e lenta de protensão.
CONCEPÇÃO DA VINCULAÇÃO a)
Com aparelhos de vinculação rígida (cont.)
Por exemplo, para uma obra contínua com quatro apoios devemos observar:
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Não fixar mais que um ponto numa dada direção. Quase todo o esforço horizontal longitudinal aplicado à estrutura vai para os apoios em A. Não vai a totalidade da força devido ao atrito nos outros apoios.
Distribuição ortogonal dos aparelhos de apoio na ponte (Stucchi, 1999) Articulação fixa
Articulação móvel unidirecional
Articulação móvel multidirecional
CONCEPÇÃO DA VINCULAÇÃO a)
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Com aparelhos de vinculação rígida (cont.)
Para uma ponte em curva pode-se utilizar, por exemplo, o sistema de distribuição polar para os aparelhos de vinculação rígida.
Distribuição polar dos aparelhos de apoio na ponte (Stucchi, 1999) Articulação fixa
Articulação móvel unidirecional
Articulação móvel multidirecional
CONCEPÇÃO DA VINCULAÇÃO b)
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Com aparelhos de vinculação flexível
Com os aparelhos de vinculação flexível a liberdade de concepção é maior devido ao fato de se poder dosar a rigidez dos aparelhos de apoio. Assim, pode-se direcionar os esforços aos apoios na proporção que se deseja. A rigidez dos aparelhos de apoio flexíveis pode ser dosada através de suas geometrias.
CONCEPÇÃO DA VINCULAÇÃO b)
Com aparelhos de vinculação flexível (cont.)
Por exemplo, para a obra contínua com quatro apoios (ex. anterior) teríamos:
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Pelo fato dos pilares em B e C serem altos é conveniente reduzir ao máximo os esforços horizontais nesses apoios. Isso pode ser viabilizado prevendo-se para B e C apoios suficientemente flexíveis em relação aos previstos para A e D.
Vista longitudinal da ponte apoiada em A, B, C e D (Stucchi, 1999)
CONCEPÇÃO DA VINCULAÇÃO b)
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Com aparelhos de vinculação flexível (cont.)
A escolha dos aparelhos em A e D, porém, deve levar em conta que estes não sejam excessivamente rígidos para que as deformações decorrentes da variação de temperatura, retração e protensão não gerem esforços excessivos nesses encontros. É após definir os aparelhos em A e D que se devem definir aqueles para B e C, de modo que os apoios em B e C resultem mais flexíveis que os de A e D.
Vista longitudinal da ponte apoiada em A, B, C e D (Stucchi, 1999)
