APARELHOS DE APOIO

Prof. Ralf Klein, M.Eng.

Aparelhos de apoioSUMÁRIO

1) Introdução2) Aparelhos de vinculação rígida3) Aparelhos de vinculação flexível4) Concepção da vinculação das pontes5) Dimensionamento de aparelhos de apoio

elastoméricos

6) Referências

Pon

tes

-E

ng.C

ivil

-P

rof.

Ral

f Kle

in

Aparelhos de apoioINTRODUÇÃO

� No caso das pontes em viga, que constituem a grande maioria das obras executadas, o cálculo da estrutura é usualmente dividido em superestrutura de uma lado e meso e infraestrutura de outro.

� A superestrutura é assimilada a uma ou mais vigas articuladas nos apoios através de aparelhos de apoio.

Desenho esquemático com indicação das principais partes de uma ponte em viga. (Stucchi, 1999)P

onte

s -

Eng

.Civ

il-

Pro

f. R

alf K

lein

Aparelhos de apoioINTRODUÇÃO

� 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.

Pon

tes

-E

ng.C

ivil

-P

rof.

Ral

f Kle

in

Aparelhos de apoioINTRODUÇÃO

Classificação dos aparelhos de apoio (seg. a sua rigidez):� Aparelhos de vinculação rígida.� Aparelhos de vinculação flexível.

Aparelhos de vinculação rígida� 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).

Pon

tes

-E

ng.C

ivil

-P

rof.

Ral

f Kle

in

APARELHOS DE VINCULAÇÃO RÍGIDA

Aparelhos de apoio metálicos.

� 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)

Pon

tes

-E

ng.C

ivil

-P

rof.

Ral

f Kle

in

APARELHOS DE VINCULAÇÃO RÍGIDA

Aparelhos de apoio metálicos (cont.)

Aparelho de apoio metálico que permite rotações em torno de qualquer eixo e deslocamentos em uma única direção (Profip, 2008)P

onte

s -

Eng

.Civ

il-

Pro

f. R

alf K

lein

APARELHOS DE VINCULAÇÃO RÍGIDA

Aparelhos de apoio de elastômero cintado.

� 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.

Pon

tes

-E

ng.C

ivil

-P

rof.

Ral

f Kle

in

APARELHOS DE VINCULAÇÃO RÍGIDA

Articulação Freyssinet

� 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.

Pon

tes

-E

ng.C

ivil

-P

rof.

Ral

f Kle

in

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.)

� ��� ���

��

� ��� �����

��

� ��� 3,3. ���

Rótula de concreto (articulação Freyssinet)

Pon

tes

-E

ng.C

ivil

-P

rof.

Ral

f Kle

in

APARELHOS DE VINCULAÇÃO RÍGIDA

� Pêndulos e rolos

Apoios móveis (Pfeil, 1988).

Pon

tes

-E

ng.C

ivil

-P

rof.

Ral

f Kle

in

APARELHOS DE VINCULAÇÃO RÍGIDA

� Pêndulos e rolos (cont.)

Apoios móveis (DNIT, 2004).

Pon

tes

-E

ng.C

ivil

-P

rof.

Ral

f Kle

in

APARELHOS DE VINCULAÇÃO RÍGIDA

Viga do edifício do MASP suportada por um apoio tipo pêndulo e uma articulação Freyssinet (Vasconcelos, 1992).

Pon

tes

-E

ng.C

ivil

-P

rof.

Ral

f Kle

in

APARELHOS DE VINCULAÇÃO RÍGIDA

� Articulação metálica

Rótula metálica

Pon

tes

-E

ng.C

ivil

-P

rof.

Ral

f Kle

in

APARELHOS DE VINCULAÇÃO RÍGIDA

� Articulação metálica (cont.)

Articulação metálica

Pon

tes

-E

ng.C

ivil

-P

rof.

Ral

f Kle

in

APARELHOS DE VINCULAÇÃO RÍGIDA

� Articulação metálica (cont.)

Articulação metálica

Ginásio de esportes de Barueri, SP

Pon

tes

-E

ng.C

ivil

-P

rof.

Ral

f Kle

in

APARELHOS DE VINCULAÇÃO FLEXÍVEL

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 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)

Pon

tes

-E

ng.C

ivil

-P

rof.

Ral

f Kle

in

APARELHOS DE VINCULAÇÃO FLEXÍVEL

Aparelhos de vinculação flexível (cont.)

� 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.

Pon

tes

-E

ng.C

ivil

-P

rof.

Ral

f Kle

in

DIMENSIONAMENTO DE APARELHOS ELASTOMÉRICOS

Propriedades mecânicas do neoprene.

� 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, fcn ≅ 12 MPa

Pon

tes

-E

ng.C

ivil

-P

rof.

Ral

f Kle

in

DIMENSIONAMENTO DE APARELHOS ELASTOMÉRICOS

Propriedades mecânicas do neoprene fretado (cont.)

� 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, fcf ≅ 60 a 80 MPa� Tensão de compressão admissível do elastômero fretado, σcf,adm ≅ 15

MPa

Pon

tes

-E

ng.C

ivil

-P

rof.

Ral

f Kle

in

DIMENSIONAMENTO DE APARELHOS ELASTOMÉRICOS

Propriedades mecânicas do neoprene fretado (cont.)

Pon

tes

-E

ng.C

ivil

-P

rof.

Ral

f Kle

in

CONCEPÇÃO DA VINCULAÇÃO

O sistema de apoio das pontes em viga pode ser concebido:

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.

Pon

tes

-E

ng.C

ivil

-P

rof.

Ral

f Kle

in

CONCEPÇÃO DA VINCULAÇÃO

a) 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.

Pon

tes

-E

ng.C

ivil

-P

rof.

Ral

f Kle

in

CONCEPÇÃO DA VINCULAÇÃO

a) Com aparelhos de vinculação rígida (cont.)

Por exemplo, para uma obra contínua com quatro apoios devemos observar:

� 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.

Articulação fixa Articulação móvel unidirecional Articulação móvel multidirecional

Distribuição ortogonal dos aparelhos de apoio na ponte (Stucchi, 1999)

Pon

tes

-E

ng.C

ivil

-P

rof.

Ral

f Kle

in

CONCEPÇÃO DA VINCULAÇÃO

a) 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.

Articulação fixa Articulação móvel unidirecional Articulação móvel multidirecional

Distribuição polar dos aparelhos de apoio na ponte (Stucchi, 1999)

Pon

tes

-E

ng.C

ivil

-P

rof.

Ral

f Kle

in

CONCEPÇÃO DA VINCULAÇÃO

b) 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.

Pon

tes

-E

ng.C

ivil

-P

rof.

Ral

f Kle

in

CONCEPÇÃO DA VINCULAÇÃO

b) Com aparelhos de vinculação flexível (cont.)

Por exemplo, para a obra contínua com quatro apoios (ex. anterior) teríamos:

� 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)

Pon

tes

-E

ng.C

ivil

-P

rof.

Ral

f Kle

in

CONCEPÇÃO DA VINCULAÇÃO

b) 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)

Pon

tes

-E

ng.C

ivil

-P

rof.

Ral

f Kle

in

Aparelhos de apoioREFERÊNCIAS

� FREITAS, Moacyr. Infra-estrutura de pontes de vigas. São Paulo: Edgard Blücher, 2001.

� MASON, Jaime. Pontes em concreto armado e protendido . Rio de Janeiro: LTC, 1977.

� PFEIL, Walter. Pontes em concreto armado : mesoestrutura, infraestrutura, apoios. vol.2, 4ªed. Rio de Janeiro: LTC, 1990.

� PROFIP. Catálogo : . São Paulo, 2008.

� STUCCHI, Fernando Rebouças. Pontes e grandes estruturas . Notas de aula da disciplina. São Paulo: Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, 1999.

Pon

tes

-E

ng.C

ivil

-P

rof.

Ral

f Kle

in