1Rev Tecnol Fortaleza v 41 n 1 p 1-17 jun 2020

Aparelhos de apoio fretado de neoprene uma revisatildeo

10502023180730202010602

Rian de Oliveira LanrlanhotmailcombrUniversidade Candido Mendes - UCAM

Aparelhos de apoio fretado de neoprene uma revisatildeo

Elastomeric bearings with steel plates reinforced A review

Aparatos de apoyo fletado de neopreno una revisioacuten

Appareils drsquoappui en eacutelastomegravere fretteacute une reacutevision

Resumo

Este trabalho tem como objetivo tecer consideraccedilotildees sobre os aparelhos de apoio fretado de neoprene Satildeo abordadas as vantagens as limitaccedilotildees as metodologias para o seu dimensionamento as principais patologias e os serviccedilos de manutenccedilatildeo e substituiccedilatildeo desses dispositivos Verifica-se que para aperfeiccediloar o conjunto sistematizado e buscar o domiacutenio do conhecimento sobre apoios em elastocircmero satildeo necessaacuterios estudos aacuterduos a respeito de sua fabricaccedilatildeo dos componentes quiacutemicos constituintes do funcionamento das chapas fretantes das curvas geomeacutetricas de vulcanizaccedilatildeo e de seus respectivos ensaios de qualidade do ensaio de compressatildeo com forccedila horizontal de seu posicionamento na obra bem como de uma norma brasileira especiacutefica para o dimensionamento desses dispositivos

Palavras-chave Aparelhos de apoio elastomeacutericos Concreto armado e protendido Pontes viadutos passarelas e estruturas

Abstract

This work aims to weave some considerations on the elastomeric bearings with steel plate reinforced It deals with the advantages limitations methodologies to be used for the sizing main pathologies and the maintenance and replacement of these devices It turns out that to improve the systematic joint and find the domain of the knowledge in the elastomeric bearings arduous studies are needed regarding the manufacturing process of the components chemical constituents the operation of the steel plates geometric curves of the vulcanization the respective tests for the quality the testing of the compression strength of the horizontal their placement in the work as well as a Brazilian standard specific for the sizing of these devices

Keywords Elastomeric bearings Reinforced concrete and prestressed Bridges viaducts catwalks and structures

Resumen

Este trabajo tiene el objetivo de formular consideraciones sobre los apoyos fletados de neopreno Son tratadas las ventajas las limitaciones las metodologiacuteas para su dimensionamiento las principales patologiacuteas y los servicios de manutencioacuten y sustitucioacuten de estos dispositivos Se verifica que para perfeccionar el conjunto sistematizado y buscar el dominio del conocimiento sobre soporte en elastoacutemero son necesarios laboriosos estudios al respecto de su fabricacioacuten de los componentes quiacutemicos constituyentes del funcionamiento de las placas fletadas de las curvas geomeacutetricas de vulcanizacioacuten y de sus respectivos ensayos de calidad del ensayo de compresioacuten con fuerza horizontal de su posicionamiento en la obra y tambieacuten de una norma brasilentildea especiacutefica para el dimensionamiento de estos dispositivos

Palabras-clave Aparatos de apoyo elastomeacutericos Hormigoacuten armado y pretensado Puentes viaductos pasarelas y estructuras

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Rian de Oliveira Lan

Reacutesumeacute

Cet article a comme objectif des reacuteflexions sur les appareils drsquoappui en eacutelastomegravere fretteacute Les avantages les limites les meacutethodes de dimensionnement les principales pathologies ainsi que les services de maintenance et de remplacement de ces appareils sont abordeacutes Il est veacuterifieacute que pour ameacuteliorer lrsquoensemble systeacutematiseacute et rechercher la maicirctrise des connaissances sur les appuis eacutelastomegraveres des eacutetudes ardues sont neacutecessaires concernant leur fabrication leurs composants chimiques constitutifs le fonctionnement des plaques drsquoaffregravetement les courbes geacuteomeacutetriques de vulcanisation et leurs tests respectifs de qualiteacute lrsquoessai de compression des contraintes de traction horizontales leur positionnement dans le chantier ainsi qursquoune norme breacutesilienne speacutecifique pour le dimensionnement de ces appareils

Mots-cleacutes Appareils drsquoappui en eacutelastomegravere Beacuteton armeacute et preacutecontraint Ponts viaducs passerelles et structures

Introduccedilatildeo

O aparelho de apoio fretado de neoprene eacute um elemento estrutural absorvedor dos momentos fletores do viacutenculo superestrutura e meso ou infraestrutura Sua vinculaccedilatildeo eacute semelhante a uma roacutetula havendo a uniatildeo entre duas barras de uma estrutura em que natildeo haacute transferecircncia de momento fletor donde considera-se liberdade absoluta de rotaccedilatildeo em meio de uma e outra barra transmitindo apenas esforccedilos normais (axiais) e cortantes (transversais) (THOMAZ CARNEIRO SARAIVA 2014) Esse dispositivo tem como composiccedilatildeo um elastocircmero incorporado com chapas de accedilo intercaladas com suas camadas Por meio da vulcanizaccedilatildeo as camadas do elastocircmero se aderem quimicamente agraves chapas de accedilo contendo moacutedulos de deformaccedilatildeo transversal e longitudinal moderados alta resistecircncia agrave compressatildeo e alta resistecircncia a intempeacuteries Por conta da alta deformabilidade transversal e longitudinal acondicionam movimentos de translaccedilatildeo seja qual for a direccedilatildeo e movimentos rotacionais ao redor de qualquer eixo por deformaccedilatildeo elaacutestica transferindo de um elemento estrutural a outro as cargas de projeto e absorvendo os deslocamentos em operaccedilatildeo tendo entre a superestrutura e a meso ou infraestrutura uma articulaccedilatildeo elaacutestica (REIS et al 2018) Satildeo peculiares em trecircs tipos

bull Aparelho de apoio fretado simples de neoprene constituiacutedo por bloco fretado de neoprene sem complemento de superfiacutecies de deslizamento ou bloqueio podendo conter chapas de accedilo externas que possibilitam a uniatildeo adequada agraves mesas de assentamento e podendo ser fixados agrave estrutura por ancoragem ou colagem por meio de pinos e parafusos Tomam para si deslocamentos longitudinal e transversal curtos deslocamentos verticais e forccedilas horizontais conforme sentidos longitudinal e transversal como tambeacutem esforccedilos normais sem transferir quaisquer momentos fletores (VIEIRA 2013)

bull Aparelho de apoio fretado fixo de neoprene integrado com dispositivo de bloqueio capaz de impedir os deslocamentos horizontais Eacute constituiacutedo por chapas de ancoragem exteriores com dimensotildees maiores que o bloco de neoprene fretado e possui um dente em sua chapa inferior que ao endentar na chapa superior possibilita o bloqueio dos movimentos de translaccedilatildeo Esse dispositivo opera com curtos deslocamentos verticais capacidade de rotacionar ao redor dos trecircs eixos transferecircncia do esforccedilo normal e sem transmissatildeo de momentos fletores (VIEIRA 2013)

bull Aparelho de apoio fretado de neoprene com superfiacutecie de deslizamento com ou sem guia apropriado quando se busca livre deslocamento horizontal ou exclusivamente em uma das direccedilotildees ndash longitudinal ou transversal ndash sendo fixadas superfiacutecies de deslizamento e guiamento A utilizaccedilatildeo de folhas de politetrafluoretileno (PTFE) aderidas ao bloco fretado de neoprene permite fixar superfiacutecies metaacutelicas garantindo deslocamentos relevantes As superfiacutecies que possuem guiamento possibilitam deslocamentos somente em uma das direccedilotildees horizontais (unidirecionais) e as que natildeo possuem guiamento possibilitam deslocamentos em ambas as direccedilotildees (multidirecionais) Esse dispositivo opera

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com curtos deslocamentos verticais capacidade de rotacionar ao redor dos trecircs eixos transferecircncia do esforccedilo normal e sem transmissatildeo de momentos fletores (VIEIRA 2013)

O aparelho de apoio fretado de neoprene simplifica o uso de seguimento contiacutenuo de estruturas executando a ligaccedilatildeo sobre os mesmos e reduzindo juntas de dilataccedilatildeo Eacute propiacutecio ao uso de abas empenhadas em garantir o nivelamento para a adequada operaccedilatildeo da estrutura Satildeo utilizaacuteveis mesmo apresentando deformaccedilotildees naturais Com mais de 40 anos em uso podem suportar o triplo da carga para o qual foram dimensionados Quando apoiam os dentes Gerber distribuem de modo uniforme o esforccedilo cortante Mesmo operando de forma incorreta com os movimentos horizontais impedidos teflon sacrificado aparecircncia desgastada e distorcido o aparelho de apoio fretado deslizante de neoprene eacute capaz de operar em seu devido lugar Em determinados casos quando as estruturas acidentadas portam aparelhos de apoio fretado deslizante de neoprene podem ser substituiacutedos por aparelhos de apoio fretado simples de neoprene

Este trabalho tem como objetivo por meio de uma revisatildeo de literatura tecer consideraccedilotildees sobre os aparelhos de apoio fretado de neoprene

2 Definiccedilatildeo e importacircncia

Os aparelhos de apoio fretados satildeo feitos de borracha sinteacutetica duraacutevel conhecida comercialmente como neoprene seu nome quiacutemico eacute poli-2-clorobutadieno (CARDOSO LIMA 2016) Esse elastocircmero apresenta caracteriacutesticas de extensibilidade e de recuperaccedilatildeo elaacutestica iguais agraves da borracha natural com um elevado diferencial de resistecircncia ao envelhecimento politetrafluoretileno (PTFE) com propriedades antiaderentes impermeabilidade baixo coeficiente de atrito resistecircncia as variaccedilotildees de temperatura umidade e corrosatildeo capacidade de se deixar usinar e atoacutexico (CARDOSO LIMA 2016)

O aparelho de apoio fretado de neoprene eacute formado por uma ou mais camadas primaacuterias de elastocircmero cobrimento e chapas fretantes contendo ou natildeo politetrafluoretileno (PTFE) Eacute um elemento de interaccedilatildeo entre peccedilas estruturais em obras de arte que possuem ligaccedilatildeo apoiada com grandes portes e extensotildees (Fig 1) Possui comportamento natildeo linear (SILVA CAMPOS FILHO 2017) sendo de fundamental importacircncia agrave prevenccedilatildeo de patologias provenientes das reaccedilotildees e de movimentos naturais previstos em projetos da superestrutura agrave mesoestrutura suportando a transmissatildeo de forccedilas dinacircmicas e vibraccedilotildees que podem acarretar instabilidade ou destruiccedilatildeo da ponte (FERNANDES CORREIA 2017)

Figura 1 ndash Elemento de interaccedilatildeo superestrutura-mesoestrutura

Fonte Adaptado de Nuernberg e Silva 2013

O uso do dispositivo proporciona minorar grandeza total da estrutura otimizando o corte do tabuleiro e a cabeccedila dos pilares Os aparelhos mais recentes protegem ainda das accedilotildees siacutesmicas dissipando energia (FERNANDES CORREIA 2017)

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A alternacircncia das placas de neoprene vulcanizadas com as chapas de accedilo faz com que o accedilo tracionado contenha o escoamento lateral do neoprene comprimido elevando as tensotildees admissiacuteveis no aparelho de apoio devido agrave habilidade fiacutesica de aderecircncia ocasionada pela vulcanizaccedilatildeo simultacircnea A eficiecircncia na adesatildeo elastocircmero-accedilo deve-se primeiro ao preparo das chapas fretantes com jatos de areia e colantes quiacutemicos antes da vulcanizaccedilatildeo (VIVAN 2015)

Esse ldquosanduiacutecherdquo resulta em baixos valores de moacutedulos de elasticidade transversal ndash paracircmetro com maior importacircncia no dimensionamento e na classificaccedilatildeo dos dispositivos (CARDOSO LIMA 2016) ndash e longitudinal consequentemente garante maior deformabilidade transversal e longitudinal funcionando como uma articulaccedilatildeo elaacutestica e interagindo com mais funcionalidade na estrutura em movimentos de rotaccedilatildeo e translaccedilatildeo Os dispositivos proporcionam nas dimensotildees usuais rotaccedilotildees de ateacute 15 10minus3 radianos ou seja em torno de 1ordm grau (THOMAZ CARNEIRO SARAIVA 2014) Suas rigidezes satildeo os coeficientes de elasticidade transversal do neoprene e Poisson iguais a 10kgfcmsup2 ou 098 Mpa e 05 respectivamente e dureza Shore A60 com toleracircncia de plusmn 5 (ANDRADE TRAUTWEIN BITTENCOURT 2013) pontos Essa classe de dureza do elastocircmero eacute usada para classificaccedilatildeo do material (CARDOSO LIMA 2016)

A fabricaccedilatildeo do aparelho de apoio fretado de neoprene estaacute condicionada a assegurar o paralelismo das chapas de accedilo como tambeacutem a resistecircncia na ligaccedilatildeo elastocircmero-accedilo quanto ao requisito de distorccedilatildeo ateacute tgγ = 2 como preconiza a NBR 197832015 (VIVAN 2015) Atualmente satildeo dimensionados para uma tensatildeo de compressatildeo maacutexima de 10 MPa mas anteriormente era considerada uma tensatildeo de 15 MPa Aparelhos dimensionados para essa tensatildeo satildeo encontrados na Ponte Rio-Niteroacutei (SIQUEIRA SILVA 2009)

A Euronorma EN 1337 eacute dividida em 11 partes sendo a norma mais completa e atual O projeto do aparelho de apoio fretado de neoprene eacute simples baseado nas definiccedilotildees dos estados limites principalmente do estado limite uacuteltimo ndash perda de equiliacutebrio estaacutetico colapso interno da estrutura ou de seus elementos e ligaccedilotildees colapso ou deformaccedilotildees excessivas das estruturas e ruiacutena por fadiga ndash correlaciona com as normas usadas em projetos de estruturas A anaacutelise da qualidade eacute feita por meio de testes em protoacutetipos e rotina executando antes do comeccedilo da produccedilatildeo ou quando haacute alteraccedilatildeo no projeto do aparelho e executando ao longo da fabricaccedilatildeo dos dispositivos sobretudo nas mateacuterias-primas e componentes (VIVAN 2015)

3 Vantagens

Os aparelhos de apoio fretado de neoprene tecircm em si uma elevada resistecircncia a intempeacuteries sendo uma caracteriacutestica relevante frente aos demais aparelhos dispensando manutenccedilatildeo perioacutedica O dispositivo atende agraves expectativas mesmo obtendo fabricaccedilatildeo com materiais de baixa qualidade (MACHADO SARTORTI 2010)

Para uma correta instalaccedilatildeo dos aparelhos de apoio fretado de neoprene em sua grande maioria no Brasil eacute fundamental considerar as seguintes disposiccedilotildees (SIQUEIRA 2012)

bull Tanto o centro de gravidade do dispositivo de policloropreno quanto o centro de gravidade do berccedilo de assentamento devem ser equivalentes

bull O menor comprimento do dispositivo elaacutestico deve ser posto na direccedilatildeo longitudinal da vigabull Evitar superfiacutecies obliacutequas entre o dispositivo e a viga ou berccedilo de assentamentoSe o aparelho de apoio fretado de neoprene natildeo possuir anomalia visiacutevel somente deformaccedilotildees naturais

oriundas da utilizaccedilatildeo e sujeira ainda estaacute adequado agrave utilizaccedilatildeo Conforme a Figura 2 pode ser observado que o dispositivo do encontro E1 natildeo apresenta anomalia em seu periacutemetro somente deformaccedilotildees naturais devido agrave utilizaccedilatildeo e sujeira Os demais aparelhos de apoio fretado de neoprene da ponte ferroviaacuteria na estrada do ferro Carajaacutes estatildeo em condiccedilotildees semelhantes agrave do aparelho de apoio do encontro E1 portanto ainda adequados para utilizaccedilatildeo (SANTOS OLIVEIRA 2012)

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Figura 2 ndash Aparelho de apoio fretado de neoprene situado no encontro E1

Fonte Adaptado de Santos e Oliveira 2012

Estaacute passiva a utilizaccedilatildeo de abas nos aparelhos de apoio fretado de neoprene em obras que apresentam entre a estrutura e o apoio variabilidades em inclinaccedilotildees superelevaccedilatildeo e diferenccedila de cotas entre outros apoios tanto de uma mesma linha de apoio como de linhas consecutivas Essas abas devem ser especificadas no projeto quanto a sua inclinaccedilatildeo servindo de molde para o preenchimento de graute ou resina proporcionando paralelismo horizontalidade e planicidade garantindo inclinaccedilatildeo exata nos apoios e correta distribuiccedilatildeo linear das cargas (NUERNBERG SILVA 2013)

Para reduzir reaccedilotildees horizontais visando melhor mobilidade horizontal eacute preciso revesti-lo com folha de teflon que eacute uma resina que possui baixos coeficientes de atrito mesmo sofrendo alta pressatildeo A folha de teflon eacute aderida a uma chapa de accedilo inoxidaacutevel polida ateacute o espelhamento da superfiacutecie (Fig 3) e essa chapa eacute fixada na superestrutura tornando-se uma articulaccedilatildeo elaacutestica deslizante comumente chamada de Neoflon (VIVAN 2015)

Figura 3 ndash Aparelho de apoio fretado de neoprene situado no encontro E1

Fonte Adaptado de Vivan 2015

No caso do acidente do viaduto T5 da Marginal Pinheiros devido ao trecho extenso o segmento encolhe muito no decorrer dos primeiros anos o equivalente a 13 cm em torno de 10 anos por retraccedilatildeo e fluecircncia (decorrente da idade do concreto) como ilustra a Fig 4 Foi considerada como uma das causas a hipoacutetese natural do escorregamento da lingueta ndash alongamento da transversina de apoio do fundo do caixatildeo ateacute a cabeccedila do pilar ndash sobre o teflon do dispositivo (Fig 5) visto que a lingueta eacute um tipo de viacutenculo preocupante por perda de capacidade portante e da dificuldade para realizaccedilatildeo do macaqueamento devido ao atrito com a lingueta vizinha Antes da obtenccedilatildeo do projeto da obra de arte deduziu-se que o aparelho de apoio recebia uma carga V com excentricidade (e) de 10 cm (Fig 6) e forccedila horizontal de atrito de 5 a 10 Essa deduccedilatildeo passou com folga Apoacutes obtenccedilatildeo do projeto constatou-se que a posiccedilatildeo da lingueta foi posta com excentricidade de 5 cm no sentido oposto ao movimento tornando a verificaccedilatildeo ainda mais folgada (FANTE et al 2019)

polida e espelhadaTeflon

ElastocircmeroChapa de accedilo

Chapa grossa de accedilo

Chapa de accedilo inox

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Figura 4 ndash Viaduto T5 da Marginal Pinheiros

Fonte Adaptado de Fante et al 2019

O relato justificou a hipoacutetese de o dispositivo estar operando com impedimento dos movimentos horizontais (Fig 7) constatando que mesmo o viaduto operando de forma incorreta os aparelhos de apoio fretado de neoprene com teflon estando distorcidos na ordem de 1x1 (Fig 8) com o teflon sacrificado e a aparecircncia desgastada mas o dispositivo estava em seu devido lugar sendo capaz de permitir o deslizamento com quase 40 anos de idade (Fig 9) A hipoacutetese de os aparelhos estarem deixando de permitir o deslizamento como uma possiacutevel causa do escorregamento da lingueta atraveacutes do teflon foi descartada (FANTE et al 2019)

Figura 6 ndash Carga V excecircntrica

Fonte Adaptado de Fante et al 2019

Figura 5 ndash ldquoEscorregamentordquo da lingueta

Fonte Adaptado de Fante et al 2019

Vatildeo acidentado

e = 10 cm

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Figura 7 ndash Impedimento dos movimentos horizontais

Fonte Adaptado de Fante et al 2019

Figura 8 ndash Dispositivo distorcido Figura 9 ndash Teflon sacrificado e aparecircncia desgastada

Fonte Adaptado de Fante et al 2019 Fonte Adaptado de Fante et al 2019

Os apoios deslizantes foram substituiacutedos por apoios normais jaacute que a estrutura passou por toda a retraccedilatildeo e fluecircncia que tambeacutem satildeo capazes de permitir deslocamentos ocasionados por temperatura (FANTE et al 2019)

O aparelho de apoio fretado de neoprene viabiliza a otimizaccedilatildeo de uma estrutura como o dente Gerber que eacute uma roacutetula em que ocorre o predomiacutenio de esforccedilo cortante (Q) sobre o esforccedilo normal (N) conforme Fig 10 Essa roacutetula apresenta duas funccedilotildees (THOMAZ CARNEIRO SARAIVA 2014)

bull Estrutural Permite deformaccedilotildees prevenindo a manifestaccedilatildeo de esforccedilos internos relacionados a recalques diferenciais nos apoios

bull Construtiva Admite o lanccedilamento de vigas preacute-moldadas em vatildeos acima de leitos de rio ou de difiacutecil acesso

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A utilizaccedilatildeo do dente Gerber admite ocorrer deformaccedilotildees axiais das vigas resultantes da retraccedilatildeo da deformaccedilatildeo prolongada (em vigas de concreto protendido) e de deformaccedilotildees teacutermicas mantendo adequadamente a estabilidade e tornando a estrutura isostaacutetica (THOMAZ CARNEIRO SARAIVA 2014)

Figura 10 ndash Dente Gerber

Fonte Adaptado de Thomaz Carneiro e Saraiva 2014

De acordo com o estudo de viga ensaiada mediante um extensocircmetro mecacircnico foi observado a curva entre deformaccedilatildeo de encurtamento e uma carga P de cada neoprene O limite da deformaccedilatildeo de encurtamento soacute pocircde ser medido ateacute a carga de 120 kN referente a 3 dispositivos na estrutura (Fig 11) Apoacutes 120 kN natildeo houve possibilidade de fazer a leitura por meio do extensocircmetro pois alguns pinos metaacutelicos soltaram da viga (THOMAZ CARNEIRO SARAIVA 2014)

Figura 11 ndash Estudo de viga ensaiada Figura 12 ndash Curva de deformaccedilotildees

Fonte Adaptado de Thomaz Carneiro e Saraiva 2014

Fonte Adaptado de Thomaz Carneiro e Saraiva 2014

Observa-se que a curva das deformaccedilotildees (Figura 12) de cada dispositivo estatildeo proacuteximas podendo entender que a distribuiccedilatildeo de esforccedilo cortante ocorre de modo uniforme entre os trecircs aparelhos de apoios fretado de neoprene do dente (THOMAZ CARNEIRO SARAIVA 2014)

Um estudo com objetivo de esclarecer que ensaios agrave compressatildeo simples em dispositivos com escalas naturais apresentavam desempenhos superiores aos de escala reduzida conforme determinaccedilatildeo da extinta NBR 97831987 como os retirados das estruturas da Ponte Rio-Niteroacutei e da demoliccedilatildeo do Elevado da Avenida Perimetral poreacutem produzidos pela mesma empresa mostrou que aparelhos que natildeo apresentam anomalias decorrentes do tempo em uso como os do Elevado da Avenida Perimetral com 37 anos de uso tendem a natildeo alterar sua estrutura fiacutesica na aplicaccedilatildeo gradativa de cargas maiores que 15 MPa Aleacutem disso que os

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dispositivos que apresentavam anomalias como os da Ponte Rio-Niteroacutei com a aplicaccedilatildeo gradativa das cargas as anomalias progridem e que ainda assim se tornam vantajosos pois suportam cargas para o qual foram dimensionados (SIQUEIRA SILVA 2009)

Em siacutentese os resultados dos ensaios de campo e laboratoacuterio foram

bull Aparelho de apoio 1 (campo) apresentava bojamento e fissura generalizada resistiu agrave carga de 15 MPa e ateacute 45 MPa seu comportamento foi normal houve acreacutescimos dos bojamentos existentes e o surgimento de novos bojamentos natildeo configuraram descontinuidades estruturais do dispositivo Em 48 MPa houve rompimento vertical em contrapartida natildeo houve esmagamento Suportou o triplo da carga para o qual foi dimensionado com 42 anos de uso

bull Aparelho de apoio 2 (campo) apresentava bojamento com fissura generalizada desempenho normal ateacute 10 MPa aumento dos bojamentos jaacute existentes de 15 a 40 MPa Em 45 MPa houve rasgamento da anomalia existente sem ocorrer o esmagamento Dispositivo atente agraves condiccedilotildees normais de tensatildeo de projeto

bull Aparelho de apoio 3 (campo) natildeo apresentava anomalias e tambeacutem natildeo apresentou alteraccedilatildeo fiacutesica durante a aplicaccedilatildeo da carga

bull Aparelho de apoio 4 (campo) apresentava fissuras em uma das faces e encontro entre faces com rompimentos jaacute existia lesotildees alojadas em seu estado original a anomalia natildeo se alterou durante a aplicaccedilatildeo da carga de 15 MPa Daiacute em diante ateacute 40 Mpa as lesotildees aumentaram sem ocorrer esmagamento operando em condiccedilotildees de projeto

bull Aparelho de apoio 5 (campo) apresentava rasgamento vertical em uma de suas faces e suas anomalias natildeo se alteraram ateacute 10 MPa com 15 MPa as anomalias aumentaram sem surgir novas lesotildees em 20 MPa ocorreu estado de fissuraccedilatildeo generalizada de 25 a 45 MPa novas lesotildees se manifestaram mas sem ocorrer o rompimento do dispositivo em 50 MPa a chapa fretante rompeu mesmo com a estrutura fiacutesica alterada funcionou agrave carga de projeto O rompimento da chapa fretante natildeo foi novidade pois sua espessura era de 07 mm sendo que a extinta NBR 97831987 exigia o miacutenimo de 2 mm de espessura para chapas fretantes quando a espessura da camada elementar era menor ou igual a 5mm

bull Aparelho de apoio 6 (laboratoacuterio) natildeo apresentou alteraccedilatildeo fiacutesica durante a aplicaccedilatildeo da carga No estaacutegio de 60 MPa houve rasgamento do elastocircmero e o descolamento borracha-accedilo

bull Aparelhos de apoio 7 e 8 (laboratoacuterio) possuiacuteam uma seacuterie de anomalias antes de serem submetidos ao ensaio Detectou-se progressatildeo dos defeitos de tensatildeo correspondente a 15 MPa seguindo-se a mesma diretriz nas cargas subsequentes de 30 40 e 60 MPa

De acordo com a NBR 197832015 em dispositivos submetidos a testes de compressatildeo simples nos niacuteveis de 40 MPa natildeo pode haver o rasgamento do elastocircmero e em 60 MPa natildeo pode haver descolagem na uniatildeo elastocircmero-accedilo como tambeacutem as chapas de accedilo natildeo devem escoar ou apresentar ruptura (SIQUEIRA SILVA 2009)

3 Desvantagens

Antes da extinta NBR 97831987 entrar em vigor a concepccedilatildeo dos dispositivos era evitada por engenheiros estruturais temendo que a fabricaccedilatildeo natildeo atingisse a qualidade apropriada Por exemplo quando a pista ascendente da via Imigrantes entrou em serviccedilo foi necessaacuteria a substituiccedilatildeo de grande quantidade dos dispositivos Esse fato resultou em buscar dados de ensaios realizados em 59 apoios de diferentes obras como Rodovia dos Imigrantes e Ponte Rio-Niteroacutei e confrontar com dados previstos em normas estrangeiras com o propoacutesito de adquirir contribuiccedilotildees para elaboraccedilatildeo de uma futura norma brasileira Esses fatos garantiram significativas melhorias em fabricaccedilatildeo e projeto dos aparelhos de apoio fretado de neoprene (VIVAN 2015)

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A superestrutura em concreto protendido da ponte sobre o Canal do Moxotoacute com fundaccedilotildees concretadas sobre rocha com pilares altos e esbeltos com geometria hidrodinacircmica em falsa elipse para natildeo ceder agrave correnteza do canal teve seus dispositivos reprovados devido aos ensaios realizados obterem coeficiente de atrito dos apoios extremos deslizantes de 8 A norma preconiza coeficiente de atrito dos aparelhos deslizantes deve ser le 4 Aleacutem do mais os dispositivos foram todos dimensionados novamente devido agrave falta de armadura de ligaccedilatildeo entre eles no topo dos pilares e ao acrescentar a quantidade de dispositivos sob as transversinas natildeo existia armadura de fretagem localizada sob o novo aparelho Foi estabelecido para o accedilo inox grau de polimento resultando em uma face espelhada Com o exposto os aparelhos tiveram sua fabricaccedilatildeo seus ensaios aprovados atingindo coeficiente de atrito de 2 nos aparelhos de apoio fretado deslizante de neoprene (VIVAN 2015)

Os aparelhos de apoio fretado de neoprene mal posicionados operam incorretamente Mesmo atingindo fabricaccedilatildeo esmerada e atendendo aos padrotildees normativos a instalaccedilatildeo incorreta ocasiona a expulsatildeo do aparelho de apoio do berccedilo conforme Fig 13 (SIQUEIRA 2012) O dispositivo que estaacute sob funcionamento de rotaccedilatildeo induzida por cargas aplicadas na superestrutura em superfiacutecie com diferenccedila de niacutevel (Fig 14) como em um tabuleiro com declive ndash compensaccedilatildeo da forccedila centriacutefuga ndash encontro calccedilo ou berccedilo desnivelados e tambeacutem detritos de concreto (Fig 15) resultam em uma tensatildeo de rotaccedilatildeo adicional no apoio prejudicando a estrutura por natildeo distribuir as cargas de modo uniforme (NUERNBERG SILVA 2013)

Figura 13 ndash Expulsatildeo do dispositivo de seu berccedilo

Fonte Adaptado Siqueira e Silva 2009

Figura 15 ndash Detritos de concreto

Fonte Adaptado de Gomes Monteiro e Vitoacuterio 2017

Figura 14 ndash Superfiacutecie com diferenccedila de niacutevel

Fonte Adaptado de Nuernberg e Silva 2013

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A falta de paralelismo das superfiacutecies do dispositivo e do fundo da viga pode incentivar uma maacute distribuiccedilatildeo do carregamento exigindo mais de uma determinada parte do apoio do que do restante possibilitando desenvolvimento de bojamentos laterais das camadas individuais de elastocircmero surgindo fissuras ou rasgamentos (SIQUEIRA 2012)

Com a progressatildeo do uso de vigas preacute-moldadas e protendidas mais esbeltas fadadas a atravessar longos vatildeos em obras de arte elas satildeo simplesmente assentadas sobre aparelhos de apoio fretado de neoprene quando estatildeo em estaacutegio de transiccedilatildeo ou serviccedilo Devido a sua flexibilidade o dispositivo pode ocasionar colapso da estrutura por meio de instabilidade lateral quando em estaacutegio de preacute-serviccedilo no momento em que a estrutura natildeo tem viacutenculo que impossibilite o tombamento da viga (CARDOSO LIMA2016)

Quando os dispositivos natildeo desempenham a sua funccedilatildeo ocasionam fissuras e deslocamentos nas extremidades dos apoios da estrutura (Fig 16 17 e 18) conforme a Figura 16 um exemplo de apoio isostaacutetico comumente chamado de dente de articulaccedilatildeo (SANTOS et al 2017)

Figura 16 ndash Fissuras nas extremidades dos apoios da estrutura

Fonte Adaptado de Santos et al 2017

Figura 17 ndash Fissura e deslocamento na extremidade do apoio

Fonte Adaptado de Santos et al 2017

Nenhuma estrutura eacute perene no entanto sua vida uacutetil global eacute maior do que a vida uacutetil do dispositivo decorrendo de reparaccedilatildeo ou substituiccedilatildeo do mesmo ao longo da operaccedilatildeo da obra (BRANCO PAULO 2012)

5 Metodologias para dimensionamento

O dimensionamento do aparelho de apoio fretado de neoprene pode se basear por metodologias de diferentes autores como Basler e Witta (1967) DIN 4141-14 (1985) Pfeil (1988) EN 1337 (2005) Marchetti (2007) e por seus proacuteprios fabricantes ndash levando em consideraccedilatildeo possiacuteveis falhas na fabricaccedilatildeo e na aplicaccedilatildeo ndash demonstrando soluccedilatildeo diferente para caacutelculos de flambagem (NUERNBERG SILVA 2013)

Figura 18 ndash Deslocamento na extremidade do apoio

Fonte Adaptado de Santos et al 2017

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6 Principais patologias

As patologias do dispositivo aparecem regularmente expostas em seu periacutemetro (SIQUEIRA SILVA 2009) As causas determinantes da inutilidade precipitada do aparelho de apoio satildeo causas endoacutegenas e exoacutegenas como assentamento irregular em superfiacutecies deformadas apoio agindo com deslocamentos rotaccedilotildees e cargas maiores do que os previstos agressividade imprevista do meio ambiente em que estaacute situado ataques por produtos quiacutemicos reduccedilatildeo de vida uacutetil e mau assentamento no berccedilo (DIOacuteGENES et al 2014)

Um estudo feito em uma ponte sobre a Lagoa de Roteiro em Alagoas com quase 20 anos de existecircncia com traccedilado horizontal retiliacuteneo perpendicular ao fluxo da lagoa sistema construtivo em concreto armado e protendido transferindo os esforccedilos da superestrutura para mesoestrutura atraveacutes de aparelhos de apoio fretado de neoprene apresentou dispositivos dos encontros desgastados com medidas originais alteradas bem como desenvolvimento de vegetaccedilatildeo em alguns deles (SILVA et al 2018)

Estruturas de concreto estatildeo suscetiacuteveis a deformaccedilotildees adicionais por esforccedilos solicitantes externos indiretos de origem teacutermica caso a variaccedilatildeo exata natildeo seja assumida em projeto A deformaccedilatildeo teacutermica excessiva altera o volume da peccedila dilatando o concreto e elevando as tensotildees nos aparelhos de apoio fretado de neoprene excedendo o potencial de deformaccedilatildeo do elastocircmero projetado inicialmente (NUERNBERG SILVA 2013)

Em estruturas que possuem sessatildeo longitudinal em rampa excessiva os dispositivos deformam-se ateacute alcanccedilar seu limite ao aumentar de temperatura levando ao deslizamento da estrutura a favor da gravidade intensificando o deslizamento nos aparelhos de apoio mais baixos Quando a estrutura contrai devido agrave reduccedilatildeo de temperatura o deslizamento seraacute maior nos aparelhos de apoio mais altos (NUERNBERG SILVA 2013)

Conforme o DNIT as extensotildees longitudinais que apresentam rampa moderada ou nivelada natildeo seratildeo influenciadas pela gravidade pois o deslizamento seraacute causado por instabilidade no coeficiente de atrito entre o neoprene com o concreto anomalias construtivas oscilaccedilatildeo de incidecircncia solar em toda a extensatildeo da peccedila etc O ldquorastejamentordquo (Figura 19) eacute consequente do movimento progressivo capaz de deslocar a estrutura em relaccedilatildeo agrave mesoestrutura e infraestrutura As deformaccedilotildees relativas agraves variaccedilotildees de temperatura satildeo superiores agraves projetadas impossibilitando ao aparelho de apoio fretado de neoprene reter as deformaccedilotildees excessivas (NUERNBERG SILVA 2013)

Figura 19 ndash ldquoRastejamentordquo da estrutura

Fonte Adaptado de Nuernberg e Silva 2013

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Aparelhos de apoio fretado de neoprene uma revisatildeo

O fato da estrutura do aparelho de apoio fretado de neoprene estar esmagada e ressecada impede que seja feito reparo de modo que o seu mau funcionamento pode ocasionar problemas estruturais (Fig 20) sendo necessaacuterio realizar uma inspeccedilatildeo especializada visto que os danos no aparelho de apoio podem ter sido originados por esforccedilos excessivos da estrutura (SILVA CAMPOS SANTOS FILHO 2017)

Figura 20 ndash Dispositivo esmagado

Fonte Adaptado de Silva Campos e Santos Filho 2017

A ausecircncia de detalhamento pertinente agrave vedaccedilatildeo das juntas de dilataccedilatildeo em pontes pode colaborar para uma maacute execuccedilatildeo no projeto e consequentemente gerar imperfeiccedilotildees que permitam a infiltraccedilatildeo de aacutegua atacando as armaduras e danificando os aparelhos de apoio conforme a Fig 21 (DIOacuteGENES et al 2014)

Figura 21 ndash Falhas na junta de dilataccedilatildeo

Fonte Adaptado de Dioacutegenes et al 2014

7 Serviccedilo de manutenccedilatildeo e substituiccedilatildeo

Uma manutenccedilatildeo regular nas pontes visa manter os aspectos financeiros estruturais funcionais e de durabilidade em toda a sua vida uacutetil iniciando a partir do processo de construccedilatildeo identificando em tempo haacutebil os danos que venham a surgir para reparar os que evoluem ao longo da vida uacutetil das estruturas (GOMES MONTEIRO VITOacuteRIO 2017)

Quando natildeo efetuadas as accedilotildees de manutenccedilatildeo em tempo aacutegil como determinam as inspeccedilotildees rotineiras especiais e extraordinaacuterias os danos consequentemente se agravam elevando geometricamente os custos de manutenccedilatildeo das regiotildees danificadas Ao efetuar as accedilotildees pertinentes agrave manutenccedilatildeo em tempo haacutebil a atividade forneceraacute subsiacutedios ao planejamento e realizaccedilatildeo dos trabalhos de manutenccedilatildeo diminuindo custos com recuperaccedilatildeo ou reforccedilo estrutural (GOMES MONTEIRO VITOacuteRIO 2017)

Como exemplo relevante da falta de manutenccedilatildeo relativa a complicaccedilotildees construtivas em obras de arte com ocorrecircncia no Brasil nos anos 90 especificamente na cidade de Satildeo Paulo a Ponte dos Remeacutedios

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construiacuteda em 1968 proacutexima de completar 30 anos sem passar por manutenccedilatildeo por negligecircncia tinha seus aparelhos de apoio danificados aleacutem de problemas construtivos ocasionando um custo para recuperaccedilatildeo de R$ 62 milhotildees como tambeacutem outro custo avaliado em R$ 25 milhotildeesdia pois foi preciso paralisar a rodovia transversal Marginal Tietecirc sendo perto de um custo de uma nova ponte (GOMES MONTEIRO VITOacuteRIO 2017)

Em conformidade com DNIT os aparelhos de apoio de qualquer material e tipologia devem ser inspecionados de forma que sejam observados sua condiccedilatildeo e seu desempenho (SANTOS et al 2017)

Aproveitar o aparelho em sua atividade ou substituir dependeraacute da inspeccedilatildeo e da verificaccedilatildeo e dos potenciais comprometimentos da estrutura destacando a importacircncia em aproveitar o material uma vez que a troca tem como consequecircncia fatores adicionais como a interdiccedilatildeo da ponte (MACHADO SARTORTI 2010)

A realizaccedilatildeo de manutenccedilatildeo e inspeccedilatildeo natildeo deve exceder um periacuteodo quinquenal Devido a campanhas anuais os aparelhos de apoio fretado fixos e deslizantes de neoprene da Ponte Rio-Niteroacutei foram monitorados recebendo inspeccedilotildees por ano e a cada cinco anos para acompanhar seu comportamento (SIQUEIRA SILVA 2009)

Antes da pesquisa de ensaios agrave compressatildeo em campo e em laboratoacuterio com dispositivos em verdadeira grandeza e em corpos de prova reduzidos em uso por 42 anos que tinha em vista constituir paracircmetros teacutecnicos de necessidade da substituiccedilatildeo com base em dados teacutecnicos experimentais conclusivos a substituiccedilatildeo dos mesmos era uma incoacutegnita feita de modo empiacuterico (SIQUEIRA SILVA 2009)

A monitoraccedilatildeo enfatizou que a substituiccedilatildeo dos dispositivos somente deve ser feita quando ocasionar defeitos criacuteticos das estruturas que se apoiam no dispositivo ou que suportam o mesmo (SIQUEIRA SILVA 2009)

Vale ressaltar que os ensaios referidos na extinta NBR 97831987 para recebimento desses dispositivos ponderam a qualidade de dispositivos receacutemconcebidos natildeo servindo para controlar qualidade do aparelho de apoio em serviccedilo levando em conta somente indicadores numeacutericos como referecircncia (SIQUEIRA SILVA 2009)

Constata-se que o comportamento dos apoios que tiveram descarte nos periacutemetros foram inferiores aos de verdadeira grandeza apenas os bojamentos comuns oriundos das solicitaccedilotildees impostas O bojamento natildeo se trata de uma anomalia preocupante que possa acelerar a degradaccedilatildeo do dispositivo no entanto eacute o sinal de que o material estaacute chegando ao seu estado limite de uso mediante as deformaccedilotildees Nos ensaios foi mostrado que os desempenhos dos corpos de prova reduzidos tornam falsos seus resultados comparados aos de verdadeira grandeza pois os dispositivos com dimensotildees originais suportam ateacute 15 MPa sem qualquer alteraccedilatildeo de sua estrutura e 10 MPa com ampliaccedilatildeo das descontinuidades Jaacute os dispositivos reduzidos apresentavam perda de adesatildeo borracha-accedilo com 15 MPa aleacutem do rasgamento do elastocircmero (SIQUEIRA SILVA 2009)

O problema maior estaacute no instante em que o dispositivo deve ser retirado da estrutura para a colocaccedilatildeo de um novo Uma monitoraccedilatildeo proporciona o acompanhamento e estudos teoacutericos e praacuteticos podem orientar quanto agrave necessidade de troca dos aparelhos de apoio garantindo o bom funcionamento da estrutura (SIQUEIRA SILVA 2009)

O alto niacutevel de complexidade para a substituiccedilatildeo do aparelho de apoio eacute resultante do limitado espaccedilo e acessibilidade para a execuccedilatildeo do serviccedilo interdiccedilatildeo e elevaccedilatildeo visto que pontes satildeo usadas continuamente e natildeo podem ser interditadas com grande frequecircncia Com base nas dificuldades e dos gastos derivados da substituiccedilatildeo foi estipulada uma toleracircncia para os antigos aparelhos de apoio pois uma vez que as estruturas estatildeo operando de forma isolada e seu desempenho natildeo estaacute sendo prejudicado por danos oriundos do dispositivo a falta de trincas e fissuras na regiatildeo do apoio poderatildeo delongar a substituiccedilatildeo mediante verificaccedilotildees estruturais e inspeccedilatildeo minuciosa Segue o processo (MACHADO SARTORTI 2010)

bull Inspeccedilatildeo visual nas faces acessiacuteveis do aparelho de apoiobull Aparelhos que em alguns anos de atividade apresentam pequenas fissuras de 2 a 3 mm tanto em

profundidade quanto em cumprimento satildeo admissiacuteveis

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Aparelhos de apoio fretado de neoprene uma revisatildeo

bull Averiguar a correta vulcanizaccedilatildeo do aparelho de apoio atentando para a visibilidade e oxidaccedilatildeo das chapas de accedilo fretantes

bull Se a estrutura apresentar deslocamento eacute preciso medir os acircngulos entre as superfiacutecies das estruturas em contato com o dispositivo

bull Medir as alturas nas arestas e nos pontos centrais do aparelhobull Medir suas distorccedilotildeesbull Verificar se houve deslocamento de sua posiccedilatildeo inicialbull Verificar a presenccedila de substacircncias nocivas ao elastocircmerobull Averiguar se haacute juntas de dilataccedilatildeo defeituosas na superestrutura

O DNER indica que a substituiccedilatildeo deve ser em conformidade com o projeto executivo Esse termo integra quando necessaacuterio o projeto de recuperaccedilatildeo ndash projeto executivo de recuperaccedilatildeo sendo necessaacuterio desviar o traacutefego antes de iniciar os serviccedilos soacute podendo regressar apoacutes a conclusatildeo do mesmo Para a substituiccedilatildeo existem fatores e recomendaccedilotildees (MACHADO SARTORTI 2010)

bull Operaccedilatildeo de macaqueamentobull Como obrigatoriedade as juntas de dilataccedilatildeo devem estar limpas antes de iniciar os procedimentos

de macaqueamentobull Eacute preciso liberar a estrutura dos aterros para substituir apoios extremos removendo uma faixa do aterro

de cabeceira com o consecutivo preenchimento do solo-cimento e consolidando com compactaccedilatildeo manual

bull A laje de aproximaccedilatildeo (transiccedilatildeo) torna difiacutecil a substituiccedilatildeo impedindo o acesso por estar ligando o tabuleiro ao terrapleno Em casos como este eacute necessaacuterio demolir a laje para possibilitar os procedimentos e reconstruir apoacutes finalizar o procedimento

bull Agrave medida que a estrutura eacute tirada do apoio tecircm de ser introduzidos calccedilos ou equipamentos de autotravamento com o objetivo de evitar acidentes ocasionados por eventual perda de pressatildeo

bull Posterior agrave substituiccedilatildeo a maneira de operaccedilatildeo precisa ser inversa com remoccedilatildeo gradual dos calccedilos reduccedilatildeo lenta uniforme e constante das pressotildees ateacute que a estrutura se posicione perfeitamente sobre os novos aparelhos de apoio

8 Conclusotildees

O aparelho de apoio fretado de neoprene pode simplificar e otimizar estruturas mantendo a estabilidade ao tornaacute-la uma estrutura isostaacutetica e minorando a grandeza total da estrutura visando projetar estruturas mais econocircmicas O projeto desse dispositivo corresponde com as normas usadas em projetos de estruturas poreacutem sua vida uacutetil eacute menor do que a vida uacutetil global da estrutura Um dos fatores que mais contribui para isto eacute a sua incorreta instalaccedilatildeo Esses dispositivos satildeo capazes de operar em viacutenculos que apresentam perda de capacidade portante e tecircm sido desenvolvidos com base em estudos que buscam dados de ensaios com o propoacutesito de garantir melhorias na fabricaccedilatildeo no projeto na aceitaccedilatildeo e rejeiccedilatildeo e ao determinar paracircmetros teacutecnicos que certifiquem sua substituiccedilatildeo Eacute fundamental que se leve em consideraccedilatildeo a esconsidade do aparelho de apoio com relaccedilatildeo agrave instabilidade lateral de vigas preacutemoldadas e protendidas que satildeo assentadas sobre aparelhos de apoio fretado de neoprene quando estatildeo em estaacutegio de transiccedilatildeo ou serviccedilo Eacute necessaacuterio atentar para a importacircncia da concessatildeo de rodovia apesar das criacuteticas sobre pedaacutegios nas rodovias privatizadas diante da vantagem desse modelo de privatizaccedilatildeo instituir um programa de manutenccedilatildeo de pontes e viadutos

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Sobre o autor

Rian de Oliveira LanGraduaccedilatildeo em Engenharia Civil pela Universidade Candido Mendes (2018) Atualmente eacute quotista e responsaacutevel teacutecnico na Lan Engenharia Ltda Tem experiecircncia na aacuterea de engenharia estrutural

Recebido em 29022020Aceito em 09042020