GUILHERME ALBERTO SERAFIM GUSTAVO ARLINDO ALTHOFF
SISTEMAS INÉDITOS ADOTADOS PARA AS OBRAS DE RESTAURAÇÃO E REABILITAÇÃO DA PONTE HERCÍLIO LUZ
Palhoça 2017
GUILHERME ALBERTO SERAFIM GUSTAVO ARLINDO ALTHOFF
SISTEMAS INÉDITOS ADOTADOS PARA AS OBRAS DE RESTAURAÇÃO E REABILITAÇÃO DA PONTE HERCÍLIO LUZ
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade do Sul de Santa Catarina como requisito parcial à obtenção do título de Engenheiro Civil
Orientador: Prof. Acácio Garibaldi S. Thiago Filho
Palhoça 2017
Dedicamos o presente trabalho a nossa família, em especial aos nossos pais, amigos e orientador que estiveram sempre presentes e nos orientado nas nossas vidas e caminhada acadêmica.
AGRADECIMENTOS
Agradecemos primeiramente as nossas famílias pelo suporte continuo e incondicional a escolha de nossa carreira como Engenheiros Civis.
Agradecemos ao nosso professor e orientador Engenheiro Acácio Garibaldi S. Thiago Filho por ter nos aceitado como orientandos e por nos dar total atenção sempre que precisamos no decorrer da graduação.
Agradecemos aos nossos colegas e amigos que sempre estenderam a mão em casos de necessidades, e estimularam ainda mais nossa vontade de elaborar o presente trabalho.
Eu, Gustavo Arlindo Althoff, deixo um agradecimento em especial a minha família e namorada por terem me apoiado desde o início da graduação, que mesmo em momentos difíceis puderam estar me auxiliando no decorrer desses cinco anos.
Eu, Guilherme Alberto Serafim, agradeço todo apoio dado pela equipe do DEINFRA das obras da Ponte Hercílio Luz e ao corpo técnico das empresas participantes, agradeço a minha família que esteve comigo nos momentos mais difíceis dessa caminhada dando total apoio.
E por fim, agradecemos a Deus por toda saúde e paciência que nos foi dada, possibilitando que nos vencêssemos mais uma etapa de nossas vidas com muito sucesso.
“Para transformar nossas vidas, temos de adaptar nossa mente. Nossos modelos mentais determinam o que somos capazes de ver e fazer. ” (ROBERTH GUNTHER).
RESUMO
Famoso cartão postal da grande Florianópolis, símbolo do Estado de Santa Catarina, patrimônio histórico, arquitetônico e artístico tombado pelo IPHAN, a Ponte Hercílio Luz que é a única no mundo com tais características, construída entre 1922 e 1926, que ao longo dos seus 91 anos passou por várias intervenções e interdições do tráfego, finalmente está sendo reabilitada e restaurada. O presente trabalho apresenta aos métodos utilizados para reabilitação e restauração da Ponte, no intuito de trazê-la a funcionamento novamente. Esses métodos utilizados são novos no Brasil, como por exemplo, a transferência de carga, que é um sistema bem complexo devido ao estado que a Ponte se encontra, feito através do içamento do vão central, porém é o método, estudado e analisado, mais simples para a reforma da Ponte.
Palavras-chave: Ponte Hercílio Luz. Restauração do Patrimônio. Transferência de Carga. Estrutura Metálica.
ABSTRACT
The famous postcard of the great Florianopolis, symbol of the state of Santa Catarina, the historical, architectural and artistic heritage of IPHAN, the Hercílio Luz Bridge, which is the only bridge in the world with such characteristics, built between 1922 and 1926, its 91 years has undergone various interventions and traffic interdictions, is finally being rehabilitated and restored. The present work refers to the methods used for rehabilitation and restoration of the Bridge, in order to bring it back to work again. These methods are new in Brazil, for example, the transfer of cargo, which is a very complex system due to the state that the bridge is made through the lifting of the central span, but the method, studied and analyzed, is simpler for the reform of the Bridge.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1– Construção da Ponte Hercílio Luz ... 15
Figura 2-Construção da Ponte Hercílio Luz ... 16
Figura 3-Modelos de escolha para construção da Ponte Hercílio Luz ... 16
Figura 4- Ponte Hercílio Luz ... 17
Figura 5-Ponte Silver Bridge em Ohio. ... 18
Figura 6-Colapso da Silver Bridge em 1967. ... 18
Figura 7-Retirada do Pavimento Asfáltico. ... 19
Figura 8-Ponte Hercílio Luz em Maio de 2017. ... 20
Figura 9-Barras de olhal Ponte Hercílio Luz... 21
Figura 10-Distribuição de carregamento de Trem-tipo ... 21
Figura 11- Ponte 25 de Abril - Portugal ... 22
Figura 12 - Esquema da fogueira e macaco hidráulico ... 23
Figura 13-Esquema da Fogueira. ... 24
Figura 14-Gráfico tensão-deformação ... 27
Figura 15-Processo de fabricação de perfil soldado ... 29
Figura 16-Processo básico de soldagem MIG/MAG ... 33
Figura 17-Soldagem a arco elétrico com eletrodo revestido. ... 34
Figura 18 - Projeção da ponte e planta com numeração dos alinhamentos dos macacos para operações de elevação. ... 37
Figura 19 - Esquema da fogueira dos calços ... 37
Figura 20 - Calço superior. ... 38
Figura 21- Ação do apoio e do macaco hidráulico na face inferior do calço. ... 39
Figura 22 - Tensões de Von Mises com aplicação da carga na zona do macaco. ... 40
Figura 23 - Posição deformada com a ação dos macacos. ... 40
Figura 24 - Tensão de von Mises para a ação do apoio. ... 41
Figura 25 - Posição deformada para a ação do apoio. ... 41
Figura 26-Elevação geral das estruturas auxiliares superiores ... 48
Figura 27 - Classificação dos eletrodos revestidos para aços carbono ... 50
Figura 28 - Partes constituintes de uma broca ... 51
Figura 29 - Plataforma elevatória com braço articulado ... 52
Figura 30 - Vigas longitudinais de apoio das EAS do vão pênsil ... 53
Figura 32 - Vista frontal da Torre TB15 com a disposição dos contraventamentos do eixo
transversal ... 55
Figura 33 - Travamento parafusado entre torres. ... 56
Figura 34 - Sistema de estaimento das EAS ... 57
Figura 35 - Vista das travessas e apoio dos macacos ... 58
Figura 36 - Disposição do método de montagem ... 59
Figura 37 - Torres auxiliares superiores dos viadutos de acesso lado ilha ... 60
Figura 38 - Montagem da torre TB04 com plataforma de 16m ... 61
Figura 39 - Sistema de travamento longitudinal das EAS ... 62
Figura 40 - imagem representativa de um strain gage ... 64
Figura 41 - Monitoramento estrutural ... 66
Figura 42 - Estaiamento Provisório. ... 67
Figura 43 - Cavalete de apoio para as barras de olhal. ... 68
Figura 44 - Central master de monitoramento ... 69
Figura 45 - Esquema hidráulico para elevação da ponte. ... 69
Figura 46 - Dispositivo de alívio de tensão do cabo pendural para permitir o corte ... 71
Figura 47 - Sequência de desmontagem dos cabos pendurais. ... 72
Figura 48 - Detalhe do cabo pendural após o corte ... 73
Figura 49 - Suporte de apoio das barras de olhal no topo das EAS do vão pênsil ... 74
Figura 50 - Dispositivo de corte para as barras de olhal ... 75
Figura 51 - Sequência de desmontagem das barras de olhal ... 76
Figura 52 - Dispositivo de remoção dos pinos das barras de olhal ... 77
Figura 53 - Esquema hidráulico para abaixamento do vão central. ... 78
Figura 54 - Ilustração da movimentação da treliça a fase 4. ... 79
Figura 55 - Sequência de desmontagem das barras de olhal da treliça do vão pênsil ... 79
Figura 56 - Diagonais a reforçar durante a transferência de carga. ... 81
Figura 57 - Esquema do plano transversal entre montantes do lado Norte e Sul. ... 81
Figura 58 - Fogueira. ... 86
Figura 59 - Fogueira. ... 87
Figura 60 - Calço tubular externo e calço superior. ... 88
Figura 61 - Calços tubulares externos e internos. ... 89
Figura 62 - Elevação de 100mm na etapa 02 da fase 01 ... 90
Figura 63 - Detalhe dos macacos hidráulicos e calços tubulares ... 90
LISTA DE ABREVIATURAS PHL – Ponte Hercílio Luz
EAS – Estruturas auxiliares superiores EAI – Estruturas auxiliares inferiores TD – Teixeira Duarte
PRT – Procedimento de trabalho
Pilones – Torres principais da Ponte Hercílio Luz
Fogueiras – Locais onde foram colocados os macacos hidráulicos e os calços para o procedimento de transferência de carga.
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 -Teor de carbono em cada classe ... 28
Tabela 2 - Aços patináveis fabricados no Brasil ... 29
Tabela 3-Força Máxima (F) em toneladas, estimada por alinhamento de macaco (A). Inclui treliça, barra de olhal e EAS. ... 36
Tabela 4 - Resistência elástica do apoio. ... 39
Tabela 5 - Grupos de macacos hidráulicos ... 44
Tabela 6 - Forças de elevação. ... 45
Tabela 7- Distribuição dos sensores nas estruturas da Ponte Hercílio Luz... 65
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ... 12 1.1 OBJETIVOS ... 12 1.1.1 Objetivos Gerais ... 12 1.1.2 Objetivos específicos ... 13 1.2 PROBLEMÁTICA ... 13 1.3 METODOLOGIA ... 13 1.4 JUSTIFICATIVA ... 14 2 REVISÃO BIBLIOGRAFICA... 15 2.1 HISTÓRICO ... 15
2.2 REABILITAÇÃO DA PONTE HERCÍLIO LUZ ... 21
2.3 TRANSFERÊNCIA DE CARGA ... 23
2.3.1 Transferência de Carga na Ponte Hercílio Luz ... 24
2.4 ESTRUTURA METÁLICA ... 25
2.4.1 Vantagens e desvantagens do aço estrutural ... 25
2.4.2 Propriedades dos aços estruturais ... 26
2.4.3 Tipos de aços estruturais ... 27
2.4.3.1 Aço-Carbono ... 27
2.4.3.2 Aços de baixa liga ... 28
2.4.4 Perfis Soldados ... 29
2.4.5 Ligações ... 30
2.4.5.1 Ligações com conectores ... 30
2.4.5.1.1 Conexões parafusadas ... 30
2.4.5.1.2 Rebites ... 31
2.4.5.2 Ligações soldadas ... 31
2.4.5.2.1 Tipos soldagem ... 32
2.4.5.2.2 Defeitos na solda ... 34
3 TRANSFERÊNCIA PRÉVIA DE CARGA ... 35
3.1 EQUIPAMENTOS E FERRAMENTAS ... 35
3.1.1 Equipamentos: ... 35
3.1.2 Ferramentas: ... 35
3.2 PESSOAL: ... 35
3.3.1 Solução Adotada... 36 3.3.2 Fogueiras. ... 37 3.3.3 Calços Superiores: ... 38 3.3.3.1 Modelo de Cálculo ... 38 3.3.3.2 Resultados ... 39 3.3.4 Calços Exteriores. ... 42
3.3.4.1 Verificação ao Esforço Axial. ... 42
3.3.4.2 Verificação ao Esforço Transversal. ... 42
3.3.5 Calços Interiores: ... 43
3.3.5.1 Verificação ao Esforço Axial. ... 43
3.3.5.2 Verificação ao Esforço Transversal. ... 43
3.4 PREPARAÇÃO DOS HIDRÁULICOS. ... 43
3.5 CONTROLE DE CARGA E TOPOGRÁFICO. ... 46
3.5.1 Controle de Carga. ... 46
3.5.2 Controle Topográfico. ... 46
4 ESTRUTURAS AUXILIARES SUPERIORES ... 48
4.1 MATERIAIS ... 48
4.1.1 Materiais permanentes ... 49
4.1.1.1 Chapas e perfis de aço ... 49
4.1.1.2 Parafusos ... 49
4.1.2 Materiais consumíveis ... 50
4.1.2.1 Eletrodo de solda ... 50
4.1.2.2 Brocas, Discos de corte e de rebarbar ... 51
4.2 OPERAÇÃO DE MONTAGEM ... 52
4.2.1.1 Vão pênsil ... 52
4.2.1.2 Preparação dos trabalhos ... 52
4.2.1.3 Montagem das estruturas ... 53
4.2.2 Viadutos de acesso ... 58
4.2.2.1 Montagem das estruturas ... 59
5 TRANSFERÊNCIA DE CARGA ... 63
5.1 SISTEMA DE MONITORAMENTO ... 64
5.1.1 Sistema de monitoramento da Ponte Hercílio Luz ... 65
5.1.1.1 Disposição dos extensômetros ... 65
5.2.1 Estaiamento provisório ... 66
5.2.2 Elevação da Ponte ... 67
5.2.2.1 Sistema hidráulico ... 68
5.2.2.2 Operação de elevação ... 70
5.2.2.2.1 Resultados da operação de elevação ... 70
5.3 FASE 02 - DESMONTAGEM DO CABOS PENDURAIS ... 70
5.3.1 Procedimento de corte ... 72
5.4 FASE 03 – ELEVAÇÃO DA CATENARIA... 73
5.4.1 Desmontagem das barras de olhal ... 75
5.5 FASE 04 – ABAIXAMENTO ... 77
5.6 FORÇAS INTERNAS NA ESTRUTURA DA PONTE DURANTE A TRANSFERÊNCIA DE CARGA. ... 80
6 CONCLUSÃO ... 82
REFERÊNCIAS ... 83
ANEXOS ... 85
ANEXO A – FOGUEIRAS ... 86
ANEXO B – DETALHES DE EQUIPAMENTOS UTILIZADOS PARA TRANSFERÊNCIA DE CARGA ... 90
1 INTRODUÇÃO
No ano de 2017 a Ponte Hercílio Luz comemora 91 anos desde a sua inauguração, a ponte que é um marco histórico na vida dos catarinenses está a 16 anos interditada devido ao rompimento de uma das barras de olhal, elemento esse que faz parte da sustentação do vão pênsil da ponte.
A sua construção foi um marco para a sociedade da época. A tamanha complexidade da estrutura foi um desafio para a engenharia da década de 20. Nenhuma das peças de projeto eram fabricadas no Brasil, então todos os elementos precisaram ser importados.
Ao longo dos anos a estrutura foi sofrendo com a agressividade do meio em que se encontra e vários dos elementos da estrutura foram sendo danificados. Como sua estrutura é de aço o efeito da névoa salina atingiu fortemente a mesma, fazendo com que elementos corroídos fossem substituídos.
O processo de restauração e reabilitação visa reintegrar esse monumento histórico a sociedade catarinense. A necessidade de mais uma passagem entre ilha e continente fez engrandecer esse processo, em meio aos constantes congestionamentos, a Ponte Hercílio Luz pode absorver parte do fluxo de carros diário que passa pelas pontes Pedro Ivo Campos e Colombo Sales.
Alguns processos inéditos foram adotados para a restauração e reabilitação da Ponte Hercílio Luz. O mais complexo deles será a transferência de carga de toda a estrutura para as estruturas auxiliares inferiores. Entretanto houve a necessidade de se executar serviços complementares para facilitar trabalhos posteriores a transferência de carga. Estruturas auxiliares superiores facilitarão a troca das barras de olhal.
Serão apresentados os serviços que serão executados em meio a esse processo exemplificando os métodos de execução e soluções adotadas.
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 Objetivos Gerais
1.1.2 Objetivos específicos
- Descrever a execução da primeira fase da transferência de 20% da carga da ponte Hercílio Luz, para a estrutura auxiliar inferior (estrutura provisória).
- Apresentar a execução da montagem das estruturas auxiliares superiores (EAS) da barra de olhal.
- Descrever a transferência de carga total da Ponte Hercílio Luz.
1.2 PROBLEMÁTICA
Para a realização da troca das barras de olhal, e da treliça do vão central da Ponte Hercílio Luz, foram executadas estruturas na parte inferior do vão central, para que possa ser executada a transferência de carga da ponte para estas estruturas. O processo de transferência de carga consiste em aliviar as tensões nos elementos estruturais presentes no vão central, possibilitando a troca dos mesmos. Para que o alívio das tensões ocorra, a estrutura do vão central será erguida através de macacos hidráulicos, fazendo com que as tensões das barras de olhal sejam residuais. A transferência de carga da Ponte Hercílio Luz será dividida em 10 fases, divididas em duas etapas, onde a primeira irá aliviar 20% do peso do vão central, possibilitando a construção das estruturas auxiliares superiores. A segunda etapa consiste em erguer o vão central, até que o peso do mesmo seja transmitido completamente para a estrutura inferior. A altura total para que haja apenas tensões residuais é de aproximadamente 55 cm.
As estruturas auxiliares superiores foram feitas para que sejam suportadas as barras de olhais, e feita a troca das mesmas. Essas estruturas pesam em torno de 440 toneladas e serão montadas no vão pênsil da Ponte Hercílio Luz.
Com um tipo de aço moderno desenvolvido pela USIMINAS, as barras de olhal serão totalmente trocadas, as 360 barras que sustentam a estrutura da ponte são pontos críticos da obra. Assim esse elemento recebe grande atenção no projeto da nova geometria adotada.
1.3 METODOLOGIA
A pesquisa será realizada em visitas de campo, observando o passo-a-passo da execução dos trabalhos relacionados, analisando juntamente com projetos geométricos e de montagem. Notas técnicas que detalham os processos de execução servirão de fontes de
pesquisa. Serão utilizadas bibliografias de estruturas metálicas, detalhando as propriedades do aço.
Também será feito questionamentos a profissionais capacitados da área, como engenheiros e encarregados de campo, aliando a parte teórica e prática.
A análise dos resultados obtidos será feita através de meios fotográficos, e também com relatórios emitidos pela empresa de execução.
1.4 JUSTIFICATIVA
Além da Ponte Hercílio Luz ser um patrimônio histórico para Santa Catarina, é considerada o principal cartão postal do estado. A mesma ainda irá absorver boa parte do trânsito das pontes vizinhas, Pedro Ivo e Colombo Salles, reduzindo o movimento de veículos que se encontra atualmente. A Ponte Hercílio Luz é um grande marco histórico no contexto de Engenharia, pois é uma ponte com um longo vão pênsil, totalmente em aço, construída na década de 20, onde a tecnologia não apresentava um grande avanço na área de Engenharia Civil.
A restauração da Ponte Hercílio Luz visa reintegra-la a sociedade, fazendo com que, tenha o objetivo de melhorar a mobilidade urbana de Florianópolis.
Para reabilitação da Ponte Hercílio Luz se faz necessária a troca das barras de olhal, e para isso, tem-se um caminho crítico, no qual é necessária a transferência de carga do vão pênsil para as estruturas auxiliares inferiores. Em caráter preparatório para a execução da troca das barras de olhal é necessário a construção de torres auxiliares superiores, que servirão de apoio para as barras de olhal. Para isso foi necessário a execução da primeira fase da transferência de carga para as Estruturas Auxiliares Inferiores.
2 REVISÃO BIBLIOGRAFICA
2.1 HISTÓRICO
A Ponte Hercílio Luz foi idealizada pelo ex. governador Eng. Hercílio Pedro da Luz, devido às dificuldades da travessia marítima entre o continente e a ilha de Santa Catarina. Antes da ponte ser construída o transporte era realizado por meio de catraias, que eram barcos que faziam a travessia entre ilha e continente. Em dias de clima ruim, o mar ficava revolto e a travessia tornava-se perigosa.
Figura 1– Construção da Ponte Hercílio Luz
Fonte: http://www.deinfra.sc.gov.br/jsp/informacoes_sociedade/ponte_HercilioLuz.jsp.
A ponte teve seus trabalhos iniciados na década de 1920, primeiramente com uma escolha entre engenheiros americanos e europeus que haviam apresentado propostas para a ponte a ser construída.
O projeto inicial da ponte foi concebido pelo engenheiro norte-americano David Barnard Steinman das empresas associadas Robinson & Steinman, U.S.A. Consulting Engineers e executada pelas empresas associadas Byington & Sundstrom.
Figura 2-Construção da Ponte Hercílio Luz
Fonte:http://www.deinfra.sc.gov.br/jsp/informacoes_sociedade/ponte_HercilioLuz.jsp.
Primeiramente foi apresentado a concepção de três modelos para a ponte a ser construída. O escolhido trata-se do modelo que foi o mais econômico e mais leve onde as barras de olhal incorporam a treliça no vão central, fazendo parte da corda superior da treliça. O segundo modelo seria o mais comum para pontes pênseis, de pontes como a Golden Gate Bridge, no estado da Califórnia nos Estados Unidos da América. O terceiro conceito apresentado seria uma ponte treliçada mais comum em pontes ferroviárias.
Figura 3-Modelos de escolha para construção da Ponte Hercílio Luz
A Ponte Hercílio Luz chamar-se-ia de Ponte da Independência, mas no ano de 1924 o então governador do estado e idealizador da ponte, o Eng. Hercílio Pedro da Luz, estava com a saúde muito debilitada, sendo assim foi construída uma pequena réplica em madeira para que o mesmo pudesse inaugura-la, sabendo que a então ponte iria se chamar Ponte Hercílio Luz.
Figura 4- Ponte Hercílio Luz
Fonte: http://www.deinfra.sc.gov.br/jsp/informacoes_sociedade/ponte_HercilioLuz.jsp.
Inaugurada no dia 13 de maio de 1926, a Ponte Hercílio Luz foi um marco atrativo para a cidade de Florianópolis, e o estado de Santa Catarina.
Em 1967 uma ponte similar a ponte Hercílio Luz, Silver Bridge, localizada sobre o rio Ohio nos Estados Unidos, veio a colapso deixando 46 vítimas. Devido a esse incidente, o ao governo de Santa Catarina foi alertado para que fizesse inspeções na estrutura da ponte. Em 1981 o IPT - Instituto de Pesquisa Tecnológicas de São Paulo S/A, realizou estudos em toda Ponte Hercílio Luz, constatando diversos defeitos de dobras, devido à conformação mecânica do material. Assim no dia 22 de janeiro de 1982 a ponte teve seu trânsito interrompido.
Figura 5-Ponte Silver Bridge em Ohio.
Fonte: http://freepages.family.rootsweb.ancestry.com/~deadrelatives/bridgephotos.html Figura 6-Colapso da Silver Bridge em 1967.
No dia 15 de março de 1988 foi reaberta para trafego de pedestre, bicicletas, motocicletas e veículos de tração animal.
Em 1990 foi apresentado pelas empresas Cerne Engenharia, e Projeto e Construtora Roca Ltda., o Relatório da Primeira Etapa da Análise da Viabilidade de reabertura ao tráfego da Ponte Hercílio Luz.
Em 04 de Julho de 1991, foi novamente interditada para qualquer tipo de tráfego, e retirado o pavimento asfáltico, gerando assim um alivio de 400 toneladas, não sendo reaberta para o tráfego até os dias de hoje.
Figura 7-Retirada do Pavimento Asfáltico.
Fonte: http://www.deinfra.sc.gov.br/jsp/informacoes_sociedade/ponte_HercilioLuz.jsp
Em 04 de agosto de 1992, o então Prefeito Municipal de Florianópolis, Antônio Bulcão Vianna, assina o Decreto nº 637/92, tombando a Ponte Hercílio Luz como Patrimônio Histórico, Artístico e Arquitetônico do Município de Florianópolis.
Em 13 de maio de 1997, o então Governador do Estado de Santa Catarina, Paulo Afonso Evangelista Vieira, através do Decreto nº 1.830, homologa o Tombamento da Ponte Hercílio Luz, de propriedade do Estado de Santa Catarina / DER/SC, localizada no Município de Florianópolis.
Em 15 de maio de 1997, foi assinado o Decreto nº 2.070, no qual o Governo do Estado de Santa Catarina declara de utilidade pública para fins de aquisição por doação ou desapropriação, amigável ou judicial, os imóveis compreendidos na área de entorno da Ponte Hercílio Luz.
A ponte, como marco histórico, não poderia ser deixada apenas como patrimônio histórico, com isso no dia 24 de março de 2005, o governador do estado de Santa Catarina, Luiz Henrique da Silveira, junto com sua equipe técnica, apresentou um resumo do Projeto de
Reabilitação da Ponte Hercílio Luz, onde foi estabelecido um prazo para o lançamento do edital para execução das obras de reabilitação da Ponte.
No dia 15 de dezembro de 2005 o DEINFRA iniciava a abertura do Edital de Concorrência Internacional nº 24, onde o consórcio entre as empresas ROCA e TEC foi vencedora do certame. A execução do contrato foi iniciada em 17 de fevereiro de 2006, com um encerramento previsto para o dia 05 de agosto de 2008, fechando a primeira fase da obra.
Ao fim da primeira fase da obra, foi aberto o Edital de Concorrência Internacional para a segunda fase da obra, onde o consócio vencedor foi Florianópolis Monumento. As obras iniciaram em 2009.
No ano de 2014, o governo do estado de Santa Catarina, devido ao não cumprimento do contrato firmado com o Consórcio Florianópolis Monumento, anuncia a rescisão unilateral do contrato.
Em fevereiro de 2015, membros do governo do estado embarcam em viajem para os Estados Unidos, e se reúne com a American Bridge para realização da etapa final da obra.
Após isso, foi realizado pela EMPA, do grupo Teixeira Duarte, o contrato denominado “Ponte Segura” que visava o termino das estruturas auxiliares inferiores.
Foi decidido então que a empresa Teixeira Duarte, iria realizar a etapa final da obra. A obra foi iniciada em abril de 2015.
No ano de 2017, a ponte Hercílio Luz completa 91 anos e a reabilitação segue conforme contrato firmado em 2016, novamente com a empresa Teixeira Duarte. Segundo contrato, deve ser finalizado no ano de 2018 com a ponte com 100% de funcionamento.
Figura 8-Ponte Hercílio Luz em Maio de 2017.
2.2 REABILITAÇÃO DA PONTE HERCÍLIO LUZ
O ponto crítico em torno da Ponte Hercílio Luz é a recuperação do vão pênsil sustentado pelas barras de olhal – conjunto de quatro barras semelhantes a correntes de bicicleta, o vão foi originalmente projetado para uso ferro rodoviário.
Figura 9-Barras de olhal Ponte Hercílio Luz
Fonte: GEROLLA, Giovanny. Plano Pênsil at al. 2011
O novo projeto de reabilitação da Ponte Hercílio Luz prevê que a ponte receba o carregamento normativo atual, que se trata de um carregamento TB-45 que segundo a NBR7188-2013:
A carga móvel rodoviária padrão TB-45 é definida por um veículo tipo de 450 kN, com seis rodas, P = 75kN, três eixos de carga afastados entre si em 1,5m, com área de ocupação de 18,0 m², circundada por uma carga uniformemente distribuída constante p = 5 kN/m².
Figura 10-Distribuição de carregamento de Trem-tipo
Visando diminuir o peso da estrutura global da PHL serão utilizadas placas gradeadas, que além de mais leves, facilitam a manutenção por serem parafusadas.
Figura 11- Ponte 25 de Abril - Portugal
Fonte: https://www.rtp.pt/noticias/pais/construcao-da-ponte-25-de-abril_es938173
A espessura de alguns elementos estruturais foi reduzida devido ao elevado estado de corrosão da estrutura e, consequentemente, ao aumento do nível de tensão. Por essa razão, vários elementos estruturais terão que ser substituídos, tais como barras de olhal, selas, bases de pilones, cabos pendurais, deck e alguns elementos de treliça. (CARVALHO, FAKURY E VILELA, 2016)
Segundo o livro Elaboração de projeto de engenharia para reabilitação da Ponte Hercílio Luz, Florianópolis/SC- Relatório final é citado da seguinte forma:
A peça, ou parte desta será reforçada ou substituída se a tensão máxima calculada sobre a seção reduzida da peça corroída passar de mais de 10% da tensão limite fixada pela norma AASHTO. No caso onde a tensão máxima calculada sobre a seção reduzida não ultrapassa de 10% da tensão limite fixada pela norma AASHTO, os reforços são desnecessários.
A infraestrutura da PHL teve que ser restaurada completamente, devido a não ter conhecimento do estado que se encontra e também se adequar as referências normativas atuais, como já citado anteriormente. Os blocos de fundação das torres dos viadutos de acesso passaram por mudança de conceito, comparados aos originais de 1926.
O maciço de ancoragem-ilha passará por reforços e o maciço do continente será integralmente refeito, a execução deste será ponto crítico nas obras de restauração e reabilitação, levando praticamente nove meses para sua construção total.
Para a execução de um processo de reabilitação seguro foi concebida a solução do vão pênsil ser apoiado por uma estrutura auxiliar inferior. Esta solução tornou a reabilitação
da PHL segura, uma vez que toda a estrutura do vão pênsil está apoiada sobre estas estruturas auxiliares inferiores. Como cita SANTO, et al., 2017.
A estrutura auxiliar é formada por dezesseis pilares submersos de sustentação, que terminam em estruturas de aço, em forma de V, sobre os quais se apoia uma treliça metálica que servirá de base de apoio para a ponte. (...), toda essa estrutura auxiliar, assim como as outras partes a serem substituídas, foram montadas nos três canteiros de obras localizados nas cabeceiras da ponte, e transportadas por três balsas e vários rebocadores.
A estrutura auxiliar inferior também facilitou os trabalhos para o processo de restauração do vão pênsil, servindo como andaime.
2.3 TRANSFERÊNCIA DE CARGA
O processo de transferência de carga de estruturas visa transferir a carga da estrutura requerida para outra estrutura, aliviando as tensões na estrutura principal para uma estrutura secundária.
Esse processo é feito através de macacos hidráulicos ligados a uma bomba hidráulica, fazendo com que todos os macacos de cada nó sejam erguidos em conjunto, gerando um processo uniforme.
Figura 12 - Esquema da fogueira e macaco hidráulico
Esse processo de macaqueamento hidráulico é usado para outros fins, como por exemplo, a troca de aparelhos de apoio em ponte de concreto e aço, também para conter o recalque diferencial de uma estrutura, seja ela de aço, concreto ou madeira.
Porém, se o intuito do macaqueamento for de reforma ou reparo de algum elemento presente na estrutura, onde o mesmo está sofrendo algum tipo de tensão seja de compressão ou tração, como em estruturas metálicas, o processo é conhecido como transferência de carga.
2.3.1 Transferência de Carga na Ponte Hercílio Luz
A ponte, devido aos desgastes naturais e a falta de manutenção preventiva durante seus mais de 90 anos, apresenta elementos estruturais com um nível elevado de corrosão. Devido a isso, um grande número de elementos do vão central da ponte devem ser trocados por peças novas, para que essa troca seja realizada, deverá haver o processo de transferência de carga do vão central.
Figura 13-Esquema da Fogueira.
Fonte: dos Autores.
O processo de transferência de carga irá ocorrer em duas fases, onde a primeira fase irá aliviar apenas 20% do peso próprio do vão central e possibilitar a construção de estruturas auxiliares superiores para futuras trocas de elementos estruturais da treliça e das
barras de olhais. Na segunda fase o peso próprio do vão central, mais o peso próprio das estruturas auxiliares superiores, serão transferidos totalmente para as estruturas auxiliares inferiores, possibilitando então a troca das barras de olhais e dos elementos que compõem a treliça.
Para realização da transferência de carga foi construída uma treliça espacial apoiada em quatro blocos, cada bloco com quatro estacas no mar, onde o peso do vão central ficará apoiado completamente sobre essas estruturas auxiliares.
2.4 ESTRUTURA METÁLICA
Estrutura é a parte ou conjunto das partes de uma construção que se destina a resistir a cargas. Cada parte portante da construção, também denominada de elemento estrutural, deve resistir aos esforços incidentes e transmiti-los a outros elementos através dos vínculos que os unem(...). (DIAS,2011).
As estruturas metálicas tem indicadores de sua utilização em escala industrial a partir de 1750. No início de sua fabricação no ano de 1812, sendo que o grande avanço na fabricação de perfis em larga escala ocorreu com a implantação das grandes siderúrgicas. (PINHEIRO, 2008).
Para Margarido (2007) uma das obras pioneiras em aço Brasileira é a própria Ponte Hercílio Luz, sua estrutura é formada por elementos estruturais compostos.
Segundo o Instituto Aço Brasil a indústria do aço no Brasil é representada por 30 usinas distribuídas por 10 estados brasileiros sendo algumas delas: ArcelorMittal, Aperam, CSN, CSP, Gerdau, Sinobras, Usiminas e Votorantim.
2.4.1 Vantagens e desvantagens do aço estrutural
Como vantagens do aço, é possível citar:
Fabricação de estruturas com precisão, possibilitando alto controle de qualidade nos produtos.
Obras limpas, e execuções mais rápidas
Possibilidade de reaproveitamento de materiais em estoque, ou até mesmo, sobras de obras.
Como desvantagens, é possível citar:
Limitação de execução em fábrica, em função do transporte até o local de sua montagem final.
Necessidade de tratamento superficial das peças contra oxidação.
Necessidade de mão-de-obra e equipamentos especializados para a sua fabricação.
2.4.2 Propriedades dos aços estruturais
Existem mais de 3500 tipos diferentes de aços e cerca de 75% foram criados nas últimas duas décadas. FONTE
As propriedades mecânicas fazem parte das características mais importantes dos aços, uma vez que os projetos são baseados nas suas propriedades. A definição dessas propriedades é dada por Dias (1997, p. 71).
As propriedades mecânicas definem o comportamento dos aços quando sujeitos a esforços mecânicos e correspondem às propriedades que determinam a sua capacidade de resistir e transmitir os esforços que lhes são aplicados, sem que se rompam ou tenham deformações excessivas.
A relação entre a tensão aplicada e a deformação resultantes pode ser acompanhada pelo gráfico tensão-deformação. Os parâmetros obtidos nesse ensaio são construídos submetendo o material a uma força de tração. Sendo essa força medida por cálculo de carga com o auxílio de um extensômetro, que mede a deformação, que é acoplado ao corpo de prova.
Figura 14-Gráfico tensão-deformação
Fonte: http://etec-mecatronica.weebly.com/tecnologia-materiais-mecanicos.html
Neste gráfico é possível determinar a tensão última ou tensão de ruptura, fu.
E(IGUAL GRÁFICO), a tensão de escoamento, fy. Essas duas propriedades são as mais
analisadas na execução de projetos em aço estrutural.
2.4.3 Tipos de aços estruturais
Os aços estruturais são fabricados conforme as características mecânicas e/ou químicas desejáveis no produto final. A escolha do tipo de aço a ser utilizado em uma estrutura será determinante no dimensionamento dos elementos que as compõe. (PINHEIRO, p. 6, 2005.)
A seguir apresentaremos dois dos aços estruturais mais utilizados em estruturas de aço.
2.4.3.1 Aço-Carbono
Os aços-carbonos são os tipos mais usados, nos quais o aumento de resistência em relação ao ferro puro é produzido pelo carbono e, em menor escala, pelo manganês. (PFEIL E PFEIL. p.10, 2000).
Aço-carbono é aquele que contém elementos de liga em teores residuais máximos admissíveis (Cr = 0,30%, Ni = 0,30%, Al = 0,30%, B = 0,0008% e Cu = 0,40%), com teores de Si e Mn obedecendo aos limites de 0,60% e 1,65%, respectivamente. (DIAS, p. 77, 1997).
Tabela 1 -Teor de carbono em cada classe
Baixo carbono C< 0,15%
Moderado 0,15%<C<0,29%
Médio Carbono 0,30%<C<0,59%
Alto Carbono 0,6%<C<1,7%
Fonte: PFEIL E PFEIL, Estruturas de aço, dimensionamento prático, 7 ed. Rio de Janeiro, 2000, p. 10.
O aumento do teor de carbono no aço faz com que a sua resistência seja aumentada, porém diminui a sua ductilidade.
Um dos principais aços-carbono utilizados é o ASTM A36 que apresenta um limite de escoamento fy = 250 MPa e um limite de resistência a ruptura fu = 400-500 MPa.
2.4.3.2 Aços de baixa liga
Para Pfeil e Pfeil (2000), os aços de baixa liga são aços-carbono acrescidos de elementos de liga (cromo colúmbio, cobre, manganês, molibdênio, níquel, fósforo, vanádio, zircônio), os quais melhoram algumas das propriedades mecânicas.
A adição de elementos em pequenas quantidades cria uma barreira que evita à corrosão do aço.
Para Dias (1997), criou-se o grupo de aços patináveis, que tem como características maior resistência a corrosão atmosférica aliada a resistência mecânica adequada.
Dias (1997) cita que:
Os aços patináveis são fabricados com baixo teor de carbono – inferior a 0,25% - com teor total de elementos de liga a 2,0% e com limite de escoamento igual ou superior a 300 MPa, de forma que se obtenha, além de resistência mecânica, ductilidade, tenacidade e soldagem satisfatória e maior resistência à corrosão. Esses aços, quando expostos ao clima desenvolvem em sua superfície uma camada de óxido compacta e aderente que funciona como barreira de proteção contra o prosseguimento do processo corrosivo, possibilitando assim a utilização sem qualquer revestimento.
Tabela 2 - Aços patináveis fabricados no Brasil
Fabricante Tipos de aço
Belgo Mineira ASTM A588
COSIPA
COS-AR-COR-400, COS-AR-COR 400E, COS-AR-COR-500, ASTM A 242, ASTM
A588
CSN CSN-COR 420, CSN-COR 500
Açominas Gerdau ASTM A588
USIMINAS USI-SAC 300,USI-SAC 350, USI-FIRE 350, ASTM A242, ASTM A588
CST ASTM A242
V&M VMB 250 COR,VMB 300 COR, VMB 350 COR
Fonte:http://www.cimm.com.br/portal/material_didatico/6340-acos-de-alta-resistencia-e-baixa-liga#.WTQM_WjyvIU.
2.4.4 Perfis Soldados
Os perfis soldados são fabricados através do corte, composição e soldagem de chapas planas de aço, permitindo fabricar aços de diversas dimensões.
Figura 15-Processo de fabricação de perfil soldado
Fonte: http://perfilsoldado.com.br/
A norma brasileira NBR 5484 padroniza os perfis soldados em 3 séries: Perfis CS – Colunas soldadas
Perfis VC – Vigas soldadas
Para Pfeil e Pfeil (2000), esses perfis compostos são evidentemente mais caros que os laminados simples. Seu emprego se justifica para atender as conveniências de cálculo como, por exemplo, em colunas ou estacas onde se deseja momento de inércia elevado nas duas direções principais.
2.4.5 Ligações
As conexões são executadas mediante soldagem ou parafusamento. Antigamente, eram feitas também ligações rebitadas, que deixaram de ser utilizadas em virtude de sua baixa resistência mecânica, da necessidade do emprego de mão-de-obra especializada, da instalação lenta, e da dificuldade de inspeção. (DIAS, p.101, 1997).
2.4.5.1 Ligações com conectores
O conector é um meio de união que trabalha através de furos feitos nas chapas. Em estruturas usuais, encontram-se os seguintes tipos de conectores: rebites, parafusos comuns e parafusos de alta resistência. (PFEIL E PFEIL, p.51, 2008).
2.4.5.1.1 Conexões parafusadas
Os parafusos são formados por três partes: cabeça, fuste e rosca. Apesar de serem identificados pelo diâmetro nominal, a sua resistência à tração é função do diâmetro efetivo, sendo a área efetiva a área da seção transversal que passa pela rosca, valendo cerca de 75% da área nominal. (DIAS, p. 101, 1997)
2.4.5.1.1.1 Parafusos comuns
Os parafusos comuns são, em geral, forjados com aços-carbonos de teor de carbono moderado. Eles têm numa extremidade uma cabeça quadrada ou sextavada e na outra uma rosca com porca. (PFEIL E PEFEIL, p.51. 2000).
Os parafusos comuns têm baixa resistência mecânica, sendo mais empregado o tipo fabricado conforme a especificação americana ASTM A307, com 41,5 kN/cm² de
resistência a ruptura por tração. A instalação desse tipo de parafuso é feita com chave manual comum e sem controle de torque. (DIAS, p.102, 1997)
Nesse tipo de parafuso não se pode considerar a resistência por atrito entre as chapas em contato. Através disso é permitido a movimentação entre os elementos conectados. As maiores utilizações são em peças secundárias, tais como guarda-corpos, corrimãos, terças e elementos poucos solicitados.
2.4.5.1.1.2 Parafusos de alta resistência
Os parafusos de alta resistência são feitos com aços tratados termicamente. O tipo mais usual é o ASTM A325, de aço-carbono temperado. Eles podem ser instalados com esforços de tração mínimos garantidos, que podem ser levados em conta nos cálculos. (PFEIL E PFEIL, p. 53. 2000).
Dias (1997) explica que:
Por causa da maior resistência, é necessário um menor número de parafusos por ligação e em consequência chapas de ligação menores, do que resulta economia de aço. Esse tipo de parafuso deve ser instalado com controle de torque, após o aperto inicial com chave comum.
O controle de torque pode ser feito por meio da força, por meio de torquímetros ou via controle de deformação. O controle de torque permite admitir o atrito entre as chapas, proporcionando maior rigidez à ligação e impedindo a movimentação das partes conectadas.
2.4.5.1.2 Rebites
Pfeil e Pfeil explicam que os rebites são:
Os rebites são conectores instalados a quente, o produto final apresentando duas cabeças. Pelo resfriamento, o rebite aperta as chapas entre si; o esforço de aperto é, entretanto, muito variável, não se podendo garantir um valor mínimo a considerar nos cálculos. Consequentemente, os rebites são calculados pelos esforços transmitidos por apoio do fuste nas chapas e por corte na seção transversal do fuste 2.4.5.2 Ligações soldadas
A America Welding Society (AWS) (apud THIAGO, 2012, p.199) define soldagem como:
Soldagem é o processo de junção de materiais que produz a coalescência dos materiais mediante o aquecimento deles a temperatura apropriada com ou sem
aplicação de pressão ou com aplicação apenas de pressão e com ou sem o uso do material.
Segundo Pfeil e Pfeil (2000), o material fundido deve ser isolado da atmosfera para evitar formação de impurezas na solda. Sendo que o isolamento pode ser feito de diversas maneiras.
a) Eletrodo revestido – o revestimento é consumido juntamente com eletrodo, transformando-se parte em gases inertes, parte em escória;
b) Arco submerso em material granular – o eletrodo é um fio metálico sem revestimento, porém o arco voltaico e o metal fundido ficam isolados pelo material granular.
Não se pode limitar a soldagem apenas para a união de partes metálicas, todavia pode-se utilizar para recuperação de peças.
2.4.5.2.1 Tipos soldagem
Para Dias (1997):
Os tipos de soldagem mais comuns são: soldagem de filete, em que o metal de solda é colocado externamente aos elementos a serem conectados, e soldagem de entalhe ou penetração, em que metal de solda é colocado entre os elementos. Esta última é esteticamente mais agradável, pois a soldagem reconstitui a seção da peça conectada e também minora os efeitos de esforços alternados, que podem causar fadiga do material.
2.4.5.2.1.1 Solda MIG/MAG
A soldagem a arco gás metal é um processo de união de peças metálicas, que é produzida pelo aquecimento destas com um arco elétrico, estabelecido entre um eletrodo metálico nu consumível, e a peça de trabalho. (MARQUES, p. 213, 20082)
Marques (2002) também explica a definição de MIG/MAG.
A soldagem MIG/MAG é um processo normalmente semiautomático, em que a alimentação de arame eletrodo é feita mecanicamente, através de um alimentador motorizado, e o soldador é responsável pela iniciação e interrupção da soldagem, além de mover a tocha ao longo da junta. A manutenção do arco é garantida pela alimentação continua de arame eletrodo e o comprimento do arco é, em princípio, mantido aproximadamente constante pelo próprio sistema, independentemente dos movimentos do soldador, dentro de certos limites.
Figura 16-Processo básico de soldagem MIG/MAG
Fonte: Fortes (2005)
As vantagens apresentadas na soldagem MIG/MAG são determinadas pela alta taxa de deposição e alto fator de trabalho do soldador, grande versatilidade quanto ao tipo de material e espessuras aplicáveis.
2.4.5.2.1.2 Solda elétrica
Segundo Oliveira e Mendonça (2008), na solda elétrica o arco elétrico é fundamental, sendo este a passagem da corrente elétrica de uma ponta para outra do eletrodo, desde que seja mantido entre eles um afastamento conveniente. Esse afastamento, chamado de comprimento do arco, deve ter aproximadamente o diâmetro do núcleo do eletrodo. O calor intenso produzido pelo arco elétrico funde a ponta do eletrodo e a parte da peça tocada por este, formando a solda. Nas soldagens, a corrente elétrica pode ser obtida por meio de: máquina de solda geradora, máquina de solda transformadora ou máquina de solda retificadora.
Na solda elétrica, a tensão faz com que a corrente elétrica permaneça no eletrodo mesmo após ser interrompido o contato com a peça, fazendo com que o arco elétrico se mantenha. O arco produz alta temperatura, fundindo o material do eletrodo e da peça, formando a solda.
2.4.5.2.1.3 Solda com eletrodo revestido
Segundo S.Thiago Filho (2012), a soldagem com eletrodos revestidos (shielded metal arc welding) é um processo de união de metais que se estabelece com a formação de um arco voltaico, o qual gera calor, propiciando a junção pela adição de material do eletrodo.
Figura 17-Soldagem a arco elétrico com eletrodo revestido.
Fonte: ESAB (2005) 2.4.5.2.2 Defeitos na solda
As soldas podem apresentar uma grande variedade de defeitos, onde podemos citar alguns deles a seguir, segundo PFEIL e PFEIL (2000).
a) Fusão incompleta - decorrem em geral de insuficiência de corrente; b) Porosidade – retenção de pequenas bolhas de gás durante o resfriamento; c) Inclusão de escória – usual em soldas feitas em várias camadas, quando não se
remove totalmente a escória em cada passe;
d) Fissuras – as fissuras na solda podem ser causadas por resfriamento rápido do material.
3 TRANSFERÊNCIA PRÉVIA DE CARGA
O procedimento de transferência prévia da carga estabelece a primeira fase do processo de transferência total de carga e é, basicamente, o apoio da estrutura do vão pênsil sobre as estruturas auxiliares inferiores provisórias.
3.1 EQUIPAMENTOS E FERRAMENTAS
Para o procedimento acontecer utilizaram-se dos seguintes equipamentos, ferramentas e pessoal:
3.1.1 Equipamentos:
- 26 Macacos Hidráulicos – 50 ton - 4 Centrais hidráulicas
- Mangueiras
- Calços Superiores – Capacidade = 84 ton
- Calços tubulares D12” abertos – Capacidade = 100 ton - Calços tubulares D6” – Capacidade = 100 ton
- Chapas de diversas espessuras - Fogueiras
3.1.2 Ferramentas:
Para monitoramento das peças:
- Manómetros de centrais de bombeamento - Trena 3.2 PESSOAL: - Engenheiro Mecânico - Encarregado - Mecânico Montador – 4 - Ajudantes – 10
3.3 PROCESSO DE TRANSFERÊNCIA INICIAL DE CARGA.
Para início do processo de transferência prévia da carga, o primeiro passo foi o levantamento topográfico da ponte. Com isso foram feitas verificações da altura livre entre a estrutura auxiliar inferior provisória e a corda inferior da ponte através de medições com a trena quando a temperatura da ponte for mínima, onde há retração no aço, o que implica que o tabuleiro esteja a uma cota superior. Para essa verificação, uma equipe de quatro pessoas teve que realizar esta medição partindo do vão central em direção às margens nos alinhamentos norte e sul.
3.3.1 Solução Adotada.
No dimensionamento das estruturas de transmissão da ação do macaco hidráulico para a corda inferior, através do calço superior, foram consideradas as ações apresentadas pelo projetista sumarizadas para os 27 alinhamentos, como mostra a tabela a seguir. Os calços foram dimensionados para a ação vertical máxima, segundo projeto, de 84 toneladas.
Tabela 3-Força Máxima (F) em toneladas, estimada por alinhamento de macaco (A). Inclui treliça, barra de olhal e EAS.
A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 F 21 84 80 68 65 63 61 52 32 29 29 29 29 29 29 29 29 29 32 52 61 63 65 68 78 81 20
Fonte: Nota Técnica – Sistema de Elevação, n° PHL.TD.011.NT001.
O sistema de elevação desenvolvido é constituído pelos calços superiores, o macaco hidráulico, os calços tubulares inferiores e exteriores e a fogueira com barrotes de madeira para um apoio adequado da ponte sobre a Estruturas auxiliares inferiores. Estes elementos serão comentados a seguir.
O sistema de calços proposto composto por uma cola única, alinhada com o nó da diagonal e o nó das EAI permite agilizar o processo de transferência de carga o que favorece a análise de resultados das células de carga utilizadas no monitoramento.
Figura 18 - Projeção da ponte e planta com numeração dos alinhamentos dos macacos para operações de elevação.
Fonte: Nota Técnica – Sistema de Elevação, n° PHL.TD.011.NT001.
3.3.2 Fogueiras.
Fogueiras são os locais onde ficam os macacos hidráulicos, onde serão utilizados os calços superiores e calços tubulares. Esses calços tubulares estão divididos em dois grupos, onde o grupo um são os calços exteriores, e o grupo dois os interiores.
Figura 19 - Esquema da fogueira dos calços
Fonte: PRT n° 007 – Ver. 01 – Apoio inicial do vão central na ESP – Estrutura de Sustentação Provisória inferior – documento TD n°: 182/PJ.056_2016
3.3.3 Calços Superiores:
Os calços superiores são elementos responsáveis pela transmissão do esforço do macaco hidráulico ao apoio à corda inferior. Foi importante a realização de um estudo de modo a promover uma distribuição de tensões uniforme na corda inferior.
Devido ao formato geométrico em forma de caixão, a corda inferior possui uma fraca resistência à aplicação de uma carga pontual centrada no seu eixo, com isso foram dimensionados calços superiores para que a carga aplicada pelos macacos hidráulicos fosse distribuída para a corda inferior.
Para o dimensionamento do calço superior, foi adotado uma carga de 840 kN, gerada de acordo com a força máxima estimada no macaco e no apoio, majorada com o coeficiente de segurança igual a 1.50.
3.3.3.1 Modelo de Cálculo
A geometria do calço superior foi conseguida através da combinação de perfilados que permitam criar um elemento com inércia elevada comparativamente a chapas espessas, sem um aumento significativo do peso. Com os valores de cálculo obtidos foram feitas a seleção dos perfis a serem utilizados, e a largura mínima da mesa para cobrir todos os elementos inferiores, foi feito um estudo em elementos finitos para melhorar a posição dos enrijecedores que melhoram a distribuição da carga centrada do macaco e do apoio para as almas da corda inferior. O modelo consiste na soldagem em caixão de duas vigas W200x46.1 com os enrijecedores em chapa de 9.5 e 12.5 mm, ambas em aço ASTM A572 Gr 50. Para a realização dos cálculos de elementos finitos, foi utilizado o software Solidworks.
Figura 20 - Calço superior.
Fonte: PRT n° 007 – Ver. 01 – Apoio inicial do vão central na ESP – Estrutura de Sustentação Provisória inferior – documento TD n°: 182/PJ.056_2016
A ação do apoio e do macaco hidráulico foi aplicada na face inferior do calço, pois assim é possível simular no modelo a planicidade das zonas de contato. A figura abaixo identifica a aplicação desta condição. O valor do deslocamento foi determinado até se atingir o valor da força vertical de projeto na face superior do calço (Fn = 1260 kN). Os valores utilizados estão presentes na tabela abaixo. Na mesma superfície foi aplicada a força de atrito existente pela transmissão dos esforços do vento.
Figura 21- Ação do apoio e do macaco hidráulico na face inferior do calço.
Fonte: PRT n° 007 – Ver. 01 – Apoio inicial do vão central na ESP – Estrutura de Sustentação Provisória inferior – documento TD n°: 182/PJ.056_2016
Tabela 4 - Resistência elástica do apoio. Resistência Elástica do apoio
(kN/m) Deslocamento
prescrito (mm)
Normal Corte
Macaco 0.43
Apoio 0.19
Fonte: PRT n° 007 – Ver. 01 – Apoio inicial do vão central na ESP – Estrutura de Sustentação Provisória inferior – documento TD n°: 182/PJ.056_2016
3.3.3.2 Resultados
Segundo MISES, Von(1913, p. 06), “o critério denominado de critério de escoamento por energia de distorção, define que o escoamento tem início quando a energia de distorção atinge um valor crítico B, constante para um dado material sob condições definidas e independente do estado de tensões”.
Segundo a análise de tensões de Von Mises, foi possível verificar estruturalmente a adequabilidade dos calços. A tensão máxima de Von Mises no calço é de 345 MPa e igual
10 10
10 10
ao limite de escoamento do material. A figura abaixo apresenta os resultados para a aplicação da carga no apoio.
Figura 22 - Tensões de Von Mises com aplicação da carga na zona do macaco.
Fonte: PRT n° 007 – Ver. 01 – Apoio inicial do vão central na ESP – Estrutura de Sustentação Provisória inferior – documento TD n°: 182/PJ.056_2016
A deformação da estrutura é mostrada na figura abaixo, onde apresenta um deslocamento máximo de 0.43 mm.
Figura 23 - Posição deformada com a ação dos macacos.
Fonte: PRT n° 007 – Ver. 01 – Apoio inicial do vão central na ESP – Estrutura de Sustentação Provisória inferior – documento TD n°: 182/PJ.056_2016
A carga aplicada pelo apoio na face do calço é aplicada numa região anelar e as tensões de Von Mises na peça têm a distribuição apresentada na figura abaixo. A tensão ocorre pontualmente na alma do perfil com o valor de 245 MPa, valor inferior à tensão de escoamento do material.
Figura 24 - Tensão de von Mises para a ação do apoio.
Fonte: PRT n° 007 – Ver. 01 – Apoio inicial do vão central na ESP – Estrutura de Sustentação Provisória inferior – documento TD n°: 182/PJ.056_2016
A deformação devido a aplicação da carga com o macaco hidráulico está representada na figura abaixo com valor máximo de 0.25mm, inferior à ação do macaco hidráulico.
Figura 25 - Posição deformada para a ação do apoio.
Fonte: PRT n° 007 – Ver. 01 – Apoio inicial do vão central na ESP – Estrutura de Sustentação Provisória inferior – documento TD n°: 182/PJ.056_2016
3.3.4 Calços Exteriores.
São os calços onde a estrutura da ponte fica apoiada, tendo um formato de perfil tubular de 12” SCH 120, que apresenta uma espessura de 25.4 mm com um rasgo longitudinal de 180 mm, que foi por onde os macacos hidráulicos e os calços para o mesmo foram introduzidos. Para estes calços, foi realizado um ensaio experimental com tubos semelhantes para a carga axial máxima de 250 ton. Durante o ensaio a estrutura apresentou bons resultados, pois não ocorreram qualquer deformação plástica do elemento.
3.3.4.1 Verificação ao Esforço Axial.
A seleção do tubo apropriado foi feita considerando a capacidade máxima dos macacos de 100 ton, e comprimento máximo de 1.50 metros.
Considerando um comprimento de encurvatura Le = 0.5 x 1.5 = 0.75 m, a força axial máxima é de 420 ton, que representa um coeficiente de segurança de 4.2.
Para o cálculo da inércia, considerou-se o momento principal de inércia mais desfavorável para o tubo com abertura.
3.3.4.2 Verificação ao Esforço Transversal.
Durante a elevação e apoio da treliça sobre os calços tubulares, todas as estruturas estarão sujeitas à ação do vento sendo os esforços resultantes desta ação transmitidos através dos calços para as estruturas auxiliares inferiores. Devido a isso, foi verificado o esforço axial e transversal máximo em cada nó.
Para esta verificação, foi adotado um tubo com a mesma inércia da menor inércia do calço aberto, em que Ixx = 14587 cm4, e o comprimento máximo do calço de 150 cm, que
traduz a pior situação.
Durante o processo de transferência inicial de carga, o coeficiente de segurança será sempre superior a 1.5 conforme considerado. A situação dimensionada consiste na carga máxima e comprimento máximo do processo, contudo, essas duas varáveis não acontecem simultaneamente, logo quando tivermos a carga máxima o comprimento será inferior, e quando o comprimento for máximo a carga será inferior, aumentando o coeficiente de segurança. Devido à resistência dos calços tubulares serem superiores aos esforços atuantes a deformação dos mesmos é desprezável.
3.3.5 Calços Interiores:
Os calços interiores fazem parte do grupo dois, que serviram de apoio para o macaco hidráulico e é constituído por uma coluna de perfis tubulares que permitem o encaixe perfeito entre eles, de diâmetro 6” SCH 160, com espessura de 18.26 mm. O dimensionamento do mesmo foi realizado para a ação do macaco hidráulico de 100 ton, sendo um esforço aplicado axialmente. Mas devido a presença de vento constantemente, foi verificado a resistência a esse esforço que gera uma carga horizontal na peça. Para a verificação quanto a carga de vento, foi utilizado uma velocidade do vento máxima de 80 km/h nos calços dos alinhamentos 2 e 26.
3.3.5.1 Verificação ao Esforço Axial.
A seleção do tubo apropriado para as panelas foi feita considerando a capacidade máxima dos macacos de 100 ton, e comprimento máximo de 1.50 metros.
Considerando um comprimento de encurvatura Le = 0.5 x 1.5 = 0.75 m, a força axial máxima é de 191 ton, que representa um coeficiente de segurança de 1.9.
3.3.5.2 Verificação ao Esforço Transversal.
Durante a elevação e apoio da treliça sobre os calços tubulares, todas as estruturas estarão sujeitas à ação do vento sendo os esforços resultantes desta ação transmitidos através dos calços para as estruturas auxiliares inferiores. Devido a isso, foi verificado o esforço axial e transversal máximo em cada nó.
Devido à resistência dos calços tubulares interiores serem superiores aos esforços atuantes a deformação dos mesmos é desprezável.
3.4 PREPARAÇÃO DOS HIDRÁULICOS.
As bombas hidráulicas que ergueram os macacos hidráulicos, foram posicionadas em quatro diferentes grupos, conforme tabela abaixo.
Tabela 5 - Grupos de macacos hidráulicos Central hidráulica Alinhamentos Força elevação máxima (kN) A 2 a 8 105 B 9 a 14 84 C 15 a 19 84 D 20 26 105
Fonte: PRT n° 007 – Ver. 01 – Apoio inicial do vão central na ESP – Estrutura de Sustentação Provisória inferior – documento TD n°: 182/PJ.056_2016
Para a primeira elevação da ponte, os macacos foram posicionados nos alinhamentos de 2 a 26, sendo primeiro os nós pares, respeitando as forças máximas teóricas de elevação, correspondente a 20% do peso da treliça. O procedimento ocorreu na parte da noite, pois é quando a ponte apresenta temperaturas mínimas e elevação máxima. Abaixo a tabela das forças de elevação nos nós:
Tabela 6 - Forças de elevação. A Força 1ª elevação (kN) Força 2ª elevação (kN) 1 - - 2 105 - 3 - 53 4 105 - 5 0 53 6 105 - 7 0 53 8 105 - 9 0 42 10 84 - 11 0 42 12 84 - 13 - 42 14 84 - 15 - 42 16 84 - 17 - 42 18 84 - 19 - 42 20 105 - 21 - 53 22 105 - 23 - 53 24 105 - 25 - 53 26 105 - 27 -
Fonte: PRT n° 007 – Ver. 01 – Apoio inicial do vão central na ESP – Estrutura de Sustentação Provisória inferior – documento TD n°: 182/PJ.056_2016
Após a elevação da estrutura, foram colocados os calços exteriores e chapas de diversas espessuras.
Na segunda elevação, os macacos hidráulicos foram reposicionados para os alinhamentos 3 a 25, ou seja, para os nós ímpares com exceção dos nós número 1 e número 27. Após a elevação dos pontos nos alinhamentos ímpares, os nós foram calçados com os calços tubulares externos e com chapas metálicas de diversas espessuras, eliminando as folgas existentes.
Com os nós pares e ímpares elevados, e calçados, com os calços tubulares, conseguiu-se uma distribuição das forças praticamente uniforme, em três zonas distintas da
treliça. Concomitantemente, foram feitas verificações para avaliar a forma descrita pelo tabuleiro e efetuar alguma eventual correção posicionando dois macacos hidráulicos sob os nós de um alinhamento e realizando a correção pontual.
Com o processo pronto, foi novamente registrado por topógrafos o deslocamento do topo dos pilones e analisado os resultados. Essa verificação topográfica foi feita para comparar com os modelos numéricos desenvolvidos.
Com a transferência prévia de carga, que ao fim da execução, aliviou 20% do peso do vão central, os macacos e as bombas hidráulicas foram guardados para a próxima etapa da transferência de carga.
3.5 CONTROLE DE CARGA E TOPOGRÁFICO.
A fim de obter um controle sobre a estabilidade da ponte, foram feitos os seguintes controles: de Carga e Topográficos.
Esses controles são realizados mensalmente por uma equipe especializada na área afim de obter dados precisos para o avanço dos trabalhos de reabilitação da PHL.
3.5.1 Controle de Carga.
Esse controle teve como objetivo verificar o aumento de carga na estrutura da ponte devido à montagem das EAS.
Os registros de carga são feitos de quatro a oito vezes por dia, onde há variação de temperatura, o que altera a posição da ponte, devido a dilatação térmica da estrutura. As temperaturas variaram de 17°C a 32°C no decorrer de todo o tempo de monitoramento.
3.5.2 Controle Topográfico.
Esse controle teve como objetivo verificar a estabilidade da ponte, observando cada nó, do lado sul e do lado norte, devido à montagem das EAS.
Verificou-se que com o passar do dia, devido a variação de temperatura, a estrutura apresenta certa diferença de comportamento, ou seja, quando mais alta a temperatura mais baixa ela fica, e quando mais baixa a temperatura mais alta ela fica. Essa variação de altura chega a +-20 cm.
Devido a presença das EAS, verificou-se que não houve uma movimentação considerável do vão central.
4 ESTRUTURAS AUXILIARES SUPERIORES
Devido a necessidade de haver apoios para a troca das barras de olhal que resistam as cargas do peso próprio dessas barras, foram dimensionadas torres, denominadas de EAS - Estruturas auxiliares superiores, afim de facilitar os trabalhos. Conforme Dias (1997), estrutura é a parte ou conjunto das partes de uma construção que se destina a resistir cargas. Essas torres foram montadas no vão central e nos viadutos de acesso da Ponte Hercílio Luz.
Cada torre recebe uma nomenclatura de acordo com a posição em que está locada, conforme a Figura 26.
Figura 26-Elevação geral das estruturas auxiliares superiores
Fonte: Desenho RMG_2830.200.16176.10 Projeto executivo – Estrutura sustentação provisória para a troca dos tirantes e olhais – Elevação geral- Resumo de peso geral.
4.1 MATERIAIS
O material da estrutura das EAS é o aço que segundo Dias (1997, P.59) é uma liga metálica constituída basicamente de ferro e carbono, obtida pelo refino de ferro-gusa. JÁ FOI DITO
Na construção das EAS serão utilizados materiais permanentes e materiais consumíveis, que são:
Os materiais permanentes são aqueles que fazem parte da estrutura das torres auxiliares superiores, como perfis e parafusos. Estes ficaram até o momento das desmontagens das EAS.
ser reutilizados em um momento posterior, nas EAS serão utilizados eletrodos para solda, brocas e discos de corte/rebarbar.
4.1.1 Materiais permanentes
As estruturas metálicas das EAS possuem variados tipos de chapas e perfis metálicos conforme são indicados em projeto. Os tipos de perfis encontrados na construção das torres são ASTM A572 Gr 50 ou ASTM A36.
Para as ligações serão usados parafusos em classe A325 e para os pavimentos serão utilizadas madeiras.
As especificações dos materiais serão apresentadas na sequência.
4.1.1.1 Chapas e perfis de aço
Sendo os perfis do tipo soldados que segundo Dias (1997, P.87), são aquele obtidos pelo corte, composição e soldagem de chapas planas de aço, permitindo grande variedade de formas e dimensões de secções.
Os aços ASTM A572 Gr50 são aços estruturais de baixa liga e alta resistência mecânica, com limites de escoamento fy = 345 MPa e fu = 450 MPa. Já o aço ASTM A36 é
classificado como aço de média resistência mecânica com limites de escoamento fy = 250
MPa e fu = 400 MPa.
4.1.1.2 Parafusos
Os parafusos empregados nas ligações da estrutura são parafusos do tipo A325-N, esses parafusos são de alta resistência.
Neste tipo de parafuso (N) a rosca do parafuso está no plano de corte, isto é, a rosca está no plano de cisalhamento do parafuso. (PINHEIRO, 2005)
De acordo com Dias (1997, p. 102) o parafuso A325-N possui resistência à ruptura de 82,5 kN/cm², para parafusos com diâmetro menor ou igual a 25,4 mm e resistência à ruptura de 72,5 kN/cm² para parafusos com diâmetros maiores que 25,4 mm.
4.1.2 Materiais consumíveis
4.1.2.1 Eletrodo de solda
Será utilizado eletrodo para a conexão das peças.
A soldagem utilizando eletrodo consiste em um arame de aço consumível coberto com um revestimento que se funde sob ação do arco elétrico gerado entre a sua extremidade livre e a peça a ser soldada. (DIAS, 1997).
Para as ligações serão utilizados eletrodos do tipo AWS E7018, a nomenclatura segue um padrão regido pela American Welding Society (AWS).
A simbologia de soldagem é apresentada na figura abaixo:
Fonte: Apostila de eletrodos revestidos – ESAB
Os eletrodos E7018 são a versão mais moderna do eletrodo de baixo hidrogênio. A adição de quantidades consideráveis de pó de ferro ao revestimento resulta num arco suave e com menos respingos. (FORTES, 2005).
A classificação do eletrodo E7018 é especificada da seguinte forma: Um eletrodo (letra E);
Um limite de resistência mínimo de 70 ksi (485 MPa); Soldabilidade em todas as direções;
Baixo hidrogênio com adição de pó de ferro;
4.1.2.2 Brocas, Discos de corte e de rebarbar
Brocas são elementos que serão utilizados para execução de furos onde serão colocados os parafusos de ligação das estruturas.
As brocas são ferramentas utilizadas para confecção de furos, possuem em geral de 2 até 4 arestas de corte. O ângulo de ponta das brocas varia de 90º a 150º, conforme a dureza do material a ser furado, sendo o ângulo de ponta mais comumente encontrado é o de 120º. (S.THIAGO FILHO, 2012).
A figura a seguir mostra as principais partes de uma broca:
Figura 28 - Partes constituintes de uma broca
Fonte: S.THIAGO
Os discos servem para fazer acabamentos nas peças metálicas assim como também cortes necessários quando solicitados.
4.2 OPERAÇÃO DE MONTAGEM
4.2.1.1 Vão pênsil
Para a montagem das torres EAS foi necessária toda a recuperação do tabuleiro do vão pênsil da PHL e do apoio inicial da ponte sobre a estrutura de apoio provisória inferior.
4.2.1.2 Preparação dos trabalhos
O preparo dos trabalhos consiste no estudo dos acessos dos materiais ao local de trabalho, meios de elevação, sequência de montagem e o planejamento da equipe para a montagem
O acesso do material de montagem das estruturas será feito por balsas até as bases das gruas e depois será içada através das gruas e colocadas no tabuleiro do vão pênsil da PHL. O trabalho de montagem das estruturas terá o auxílio de uma plataforma elevatória com braço articulado, a qual facilitará com que os operários cheguem aos pontos de maior altura das estruturas. A plataforma se movimenta por um trilho que foi colocado no tabuleiro do vão central da PHL.
Fonte: Dos autores (2017)
