IDENTIFICAÇÃO DOS PARÂMETROS A CONSIDERAR NA INSPECÇÃO
DOS PRINCIPAIS TIPOS DE APARELHOS DE APOIO APLICADOS NA
REDE RODOVIÁRIA PORTUGUESA
Luís R. Freire Mestrando em Cons-trução IST Lisboa Jorge de Brito Professor Associado com Agregação IST Lisboa SUMÁRIO
Existem diferentes parâmetros a considerar na inspecção dos aparelhos de apoio, sendo alguns comuns a todos os tipos de aparelhos de apoio, em função da verificação do estado real de funcionamento da estrutura junto dos seus elementos constitutivos e outros específicos a cada tipo de aparelho de apoio, relacionados com o seu modo de actuação e com as caracte-rísticas intrínsecas dos seus materiais constituintes.
Palavras-chave: aparelhos de apoio, anomalias, inspecção, controlo, manutenção, desempe-nho, parâmetros comuns e específicos.
1. INTRODUÇÃO
Para se analisar as anomalias existentes nos aparelhos de apoio, tem de se ter presente que estes dispositivos têm como função transmitir às estruturas portantes da ponte rodoviária, for-madas normalmente pelos pilares e encontros ou, em casos específicos, por outras zonas da estrutura, as acções devidas ao tabuleiro e às sobrecargas que sobre ele actuam.
Usualmente, existem numa ponte rodoviária vários alinhamentos de aparelhos de apoio, verifi-cando-se que as ligações por eles asseguradas se caracterizam pela existência de pelo menos um deslocamento bloqueado e outro permitido.
comportamento estrutural da ponte rodoviária.
Os aparelhos de apoio correntes transmitem as cargas verticais, sem qualquer deslocamento relativo nessa direcção, senão o resultante da sua própria deformação sob o efeito das forças transmitidas que se pode considerar, normalmente, como insignificante, da ordem de poucos milímetros, perante a acção das cargas de exploração consideradas em projecto. Face a trans-portes especiais de dimensões muito consideráveis, deverá este efeito ser devidamente conta-bilizado e verificada a reacção dos aparelhos de apoio, em particular, e a ponte rodoviária, em geral, logo após a passagem deste tipo de veículos.
Nas direcções horizontais, o aparelho de apoio pode permitir, em face da sua concepção, os deslocamentos da estrutura com esforços parasitas muito fracos, caso a sua manutenção seja devidamente assegurada, ou por outro lado transmitir os respectivos esforços bloqueando os deslocamentos ou permitindo-os somente numa direcção.
Os aparelhos de apoio correntes permitem as rotações, dentro de certos limites, ao redor de pelo menos um dos eixos paralelos, à sua superfície de contacto com a estrutura.
Chabert e Seantier em “Maintenance et Réparation des Ponts” indicam que “o bom comporta-mento da estrutura segundo o modelo previsto é condicionado pelo bom funcionacomporta-mento dos aparelhos de apoio. Reciprocamente, um funcionamento anormal da estrutura conduz, quase sempre, à existência de problemas nos aparelhos de apoio”.
Na prática, verifica-se que as disfunções mais graves de uma estrutura, e nomeadamente dos aparelhos de apoio, são normalmente resultantes da conjunção de vários factores desfavorá-veis.
2. CONTROLO E MANUTENÇÃO DE APARELHOS DE APOIO
Os aparelhos de apoio são dispositivos fundamentais para definir o comportamento da estrutu-ra. A manutenção do seu correcto funcionamento, dentro dos parâmetros definidos pelo projec-tista e pelo fabricante, é uma tarefa relevante na gestão da obra de arte, devendo, por essa razão, ser implementado um controlo e manutenção eficazes do conjunto de aparelhos de apoio.
2.1 Controlo dos aparelhos de apoio
A inspecção ou observação dos aparelhos de apoio não se pode restringir ao espaço onde estão colocados. É necessário identificar o funcionamento geral da obra de arte e verificar a compatibilidade com o comportamento actual dos aparelhos de apoio.
A regularidade da vigilância e dos cuidados além de prolongar significativamente a vida útil dos aparelhos de apoio, melhora também o seu desempenho de todos os dias. Permite também que sejam tomadas medidas atempadas de reparação “in-situ” que garantem a preservação do
aparelho de apoio e evitam a necessidade da sua precoce mudança, com todos os encargos, dificuldades e incómodos que tal provoca.
De forma a permitir conferir o desempenho dos aparelhos de apoio durante a sua vida útil, são internacionalmente preconizados os seguintes controlos a efectuar [5]:
• existência de pontos de referência nos aparelhos de apoio, para permitir a medição dos movimentos horizontais e de rotação;
• os pontos extremos admissíveis dos movimentos devem ser marcados nos indicadores de movimento;
• os aparelhos de apoio devem ser legíveis de uma posição facilmente acessível.
Segundo o instituto regulador francês, deve ser constituído um registo ou quadro identificativo do aparelho de apoio. Os objectivos da sua criação são os seguintes [5]:
• enumerar as informações normalmente necessárias para projectar os aparelhos de apoio de uma estrutura particular;
• garantir que os aparelhos de apoio sejam projectados e construídos de modo a evitar os efeitos desfavoráveis do aparelho de apoio na estrutura, sob a incidência de todas as acções previstas;
• deve ser acompanhado de desenho ou quadro mostrando a implantação dos aparelhos de apoio, com marcas de identificação, com um corte transversal e com os detalhes de todas as prescrições de montagem.
São propostos os seguintes tópicos constituintes do registo [5]: • nome da estrutura;
• marca e referência do aparelhos de apoio;
• enumeração com quantificação por tipos de aparelhos de apoio; • material de assentamento;
• pressão média de contacto teórica;
• efeitos das cargas de cálculo para as combinações mais desfavoráveis; • deslocamentos segundo as várias direcções do movimento;
• rotação máxima admissível no Estado Limite de Serviço (ELS), mais taxa máxima de cisa-lhamento para os aparelhos de apoio de elastómero;
• dimensões máximas;
• movimento admissível sob o efeito das cargas variáveis; • reacção admissível ao deslocamento no ELS;
• reacção admissível à rotação no ELS; • tipo de fixação necessária;
• prescrições particulares.
Para se efectuar uma boa gestão do parque de obras de arte, é essencial estabelecer-se um eficaz sistema de inspecção e diagnóstico. Para esse efeito, a observação periódica das obras de arte, de acordo com uma planificação organizada e com critérios rigorosamente estabeleci-dos, é fundamental. Dessa forma, conseguir-se-á rastrear, caracterizar e classificar as
anoma-lias existentes e definir prioridades nas intervenções de reabilitação a implementar.
Pelo anteriormente referido, é fulcral a existência de um sistema, eficaz e prático, de inspecção e diagnóstico de anomalias, com manuais de inspecção implementados, para cada tipo de obras de arte, de forma a garantir uma linguagem e métodos de observação marcadamente comuns e objectivos.
2.2 Manutenção dos aparelhos de apoio
Os aparelhos de apoio, como elementos mecânicos móveis sujeitos a grandes esforços, necessitam de vigilância e manutenção periódicas para assegurar a sua total operacionalidade. Nalguns casos, a alteração das premissas de projecto, tais como o aumento da carga e da velocidade de circulação dos veículos, as recargas suplementares do pavimento rodoviário ou a deterioração dos sistemas e equipamentos integrantes da obra de arte como, por exemplo, o sistema de drenagem obstruído ou deficiente e as juntas de dilatação com perda de estanquei-dade, provoca graves problemas de deterioração nos aparelhos de apoio. Estas mudanças deverão ser verificadas, registadas e acompanhadas pelos responsáveis pela manutenção. Outros problemas graves podem advir da falta de pequenos trabalhos de manutenção, nomea-damente da limpeza das mesas de assentamento, nas quais a acumulação considerável de detritos pode impedir ou restringir o movimento do aparelho de apoio, da deficiente drenagem da mesa de apoio que pode levar à acumulação de água junto ao aparelho de apoio, da não execução de reparações no revestimento anticorrosivo que pode conduzir a corrosão intensa das partes metálicas do aparelho de apoio ou da falta de lubrificação das partes móveis que aumenta consideravelmente a resistência ao movimento.
É comummente aceite que os custos dos cuidados básicos de manutenção são consideravel-mente inferiores aos custos de reparação provocados pela sua inexistência.
3. TIPOS DE APARELHOS DE APOIO DAS PONTES RODOVIÁRIAS PORTUGUESAS Os diferentes tipos de aparelhos de apoio apresentam funcionamentos e comportamentos característicos, proporcionando o aparecimento de anomalias específicas. Nesse sentido, a classificação dos aparelhos de apoio é importante na identificação das anomalias que lhes são inerentes.
Os aparelhos de apoio podem classificar-se de acordo com vários critérios. Usualmente, a sua classificação é efectuada a dois níveis.
Em primeiro lugar, agrupam-se os aparelhos de apoio de acordo com o seu material constituin-te predominanconstituin-te ou com a sua caracconstituin-terística de funcionamento mais relevanconstituin-te, sendo os prin-cipais tipos de aparelhos de apoio, existentes nas pontes rodoviárias portuguesas em serviço, os seguintes:
• articulações de betão; • aparelhos de apoio metálicos;
• aparelhos de apoio de neoprene cintado; • aparelhos de apoio de panela;
• aparelhos de apoio de tracção.
Devido à pequena expressão quantitativa dos aparelhos de apoio de tracção, estes não serão tidos em conta nesta comunicação.
O segundo nível de classificação considera o seu funcionamento perante os deslocamentos que permite.
Nesse âmbito, são usualmente indicados três tipos de aparelhos de apoio: • aparelhos de apoio fixos;
• aparelhos de apoio unidireccionais; • aparelhos de apoio multidireccionais.
4. PARÂMETROS DE INSPECÇÃO DOS PRINCIPAIS TIPOS DE APARELHOS DE APOIO Os aparelhos de apoio são dispositivos primordiais na determinação do comportamento em serviço das obras de arte. A existência de anomalias consideráveis no seu funcionamento reflecte-se no desempenho geral da ponte rodoviária, introduzindo modificações significativas no modo de funcionamento projectado para a estrutura, podendo atingir-se a incapacidade de serviço.
A necessidade de verificação das suas anomalias e do estabelecimento do seu real estado de conservação é, pelo anteriormente exposto, uma das componentes básicas dos sistemas de inspecção e diagnóstico de pontes rodoviárias.
Subsistem diferentes parâmetros a considerar na inspecção dos principais tipos de aparelhos de apoio. Existem parâmetros comuns a todos os tipos de aparelhos de apoio que se devem à verificação do estado real de funcionamento da estrutura junto dos seus elementos constituti-vos, nomeadamente o tabuleiro, os pilares, os encontros e as juntas de dilatação, ou de pro-blemas relacionados com deficiente instalação ou inexistente manutenção.
Em contraponto, existem parâmetros específicos a cada tipo de aparelho de apoio, devidos ao seu modo de actuação e às propriedades intrínsecas dos seus materiais constituintes. Da aná-lise do conjunto de todos os parâmetros resultará o diagnóstico do estado de conservação dos aparelhos de apoio.
Desta forma, conclui-se que uma inspecção rigorosa dos aparelhos de apoio deverá, necessa-riamente, incluir uma prévia análise geral do funcionamento e/ou comportamento instalado na estrutura da ponte rodoviária, verificando-se um conjunto de parâmetros comuns a todos os aparelhos de apoio. Segundo Chabert e Seantier [1], devem verificar-se os seguintes
parâme-tros na estrutura:
• anomalias ao nível do tabuleiro, encontros e pilares, na vizinhança dos aparelhos de apoio, como por exemplo o aparecimento de qualquer tipo de fissuração (Figura 1);
Figura 1: Fissuras verticais repartidas por todo o muro do encontro
• falta de nivelamento nos diferentes módulos constituintes da junta, tanto longitudinal como transversalmente (Figura 2);
Figura 2: Desnivelamento tanto transversal como longitudinal duma junta de dilatação • deficiente paralelismo na abertura das juntas de dilatação, ou seja, abertura com valores
não constantes, a abrir ou a fechar, ao longo do seu desenvolvimento; • emissão de ruídos anormais aquando da passagem de veículos; • abertura excessiva das juntas (Figura 3);
• deformação ou desnivelamento ao longo dos guarda-corpos ou passeios da obra de arte (Figura 4).
Seguidamente deverá ser verificada e analisada a zona envolvente do alinhamento dos apare-lhos de apoio, mormente os seguintes parâmetros:
Figura 3: Abertura excessiva da junta dilatação
Figura 4: Deformação do guarda-corpos e desnível acentuado no passeio
• limpeza e desobstrução da mesa de assentamento, não devendo existir qualquer tipo de detritos ou resíduos da construção, tais como restos de cofragem, betão, cortiça ou poliestireno, que provoquem resistência ao movimento dos aparelhos de apoio (Figura 5);
Figura 5: Obstrução da mesa de assentamento impossibilitando o deslocamento • desobstrução das folgas das consolas onde se apoiam as juntas de dilatação, a toda a
Figura 6: Estrutura do tabuleiro "encostada" à estrutura do encontro
• inexistência de ancoragens provisórias do tabuleiro ao encontro móvel, provenientes da fase construtiva (Figura 7);
Figura 7: Cabos de fixação do tabuleiro ao encontro colocados não foram desactivados • contaminação por águas de drenagem, sais anti-congelantes, lodos ou lamas, graxas ou
óleos descofrantes e nas pontes metálicas por excesso de pintura (Figura 8).
Figura 8: Infiltrações abundantes na mesa de assentamento
O estado de conservação das bases de assentamento merece um especial cuidado na sua observação. Nesta fase, aconselha-se a verificação dos seguintes parâmetros:
• nas bases de assentamento em betão armado, deve verificar-se especificamente a exis-tência de armaduras à vista e os sinais de corrosão (Figura 9);
Figura 9: Corrosão com perda de secção das armaduras na base de assentamento superior • em todo o tipo de base de assentamento, deve verificar-se a sua deterioração,
nomeada-mente a existência de fissuração ou fendilhação, deformações, delaminação, afundamen-to e perda de material (Figura 10);
Figura 10: Desagregação lateral do plinto inferior
• em todo o tipo de base de assentamento, deve verificar-se a existência de defeitos no contacto com o aparelho de apoio e a planura da sua superfície (Figura 11);
Figura 11: Falta de apoio lateral da base do aparelho de apoio
• deve-se verificar se existe desunião entre a base de assentamento e o aparelho de apoio e entre este e a estrutura que suporta (Figura 12);
Figura 12: Perda de contacto da face superior com a estrutura
• deve-se verificar o estado das cunhas ou calços, quando existam, e eventuais defeitos de horizontalidade, nomeadamente nas estruturas de aço ou mistas.
Dada a grande variedade de aparelhos de apoio com características de funcionamento muito díspares e materiais diferenciados, algumas das anomalias que apresentam são exclusivas ao tipo de aparelho em presença. Seguidamente, nomeiam-se os parâmetros específicos a exa-minar nos principais tipos de aparelhos de apoio.
Articulações de betão
• integridade do betão na proximidade das secções estranguladas, nomeadamente a exis-tência de fissuras, fendas, delaminação do betão de recobrimento e perda de secção nos cantos dos estrangulamentos;
• estado de corrosão das armaduras, através da existência de pontos de ferrugem ou armaduras à vista;
• rotura ou esmagamento; • inclinação excessiva; • encurvadura.
Aparelhos de apoio metálicos:
• estado de deterioração das superfícies de contacto e de deslizamento;
• grau de corrosão dos diferentes elementos constituintes do aparelho de apoio, incluindo placas de deslizamento e guias ou batentes;
• estado da protecção anticorrosiva; • estado de conservação das soldaduras;
• posição e eventual deformação do(s) rolete(s) e pêndulos;
• existência de fissuras, gripagem (entendida como aderência por falta de lubrificação) ou rotura frágil de alguma peça constituinte, incluindo as placas de deslizamento e as guias ou batentes;
• falta de paralelismos dos roletes;
• capacidade de rotação ou deslocamento horizontal ultrapassada; • escorregamento dos roletes;
• arqueamento da placa de deslizamento. Aparelhos de neoprene cintado:
• deslizamento relativo entre as diversas camadas;
• falta de aderência entre as camadas do elastómero e as chapas metálicas internas; • rotura ou traços de oxidação das chapas metálicas internas;
• corrosão nas partes metálicas externas do aparelho de apoio; • existência de fissuras ou fluência no elastómero;
• compressão excessiva ou irregular ao nível das camadas de elastómero;
• capacidade de rotação ultrapassada que pode provocar o desligamento das zonas de contacto da estrutura;
• distorção excessiva do aparelho de apoio; • verificação do estado da protecção anticorrosiva; • deterioração das guias e batentes;
• não ultrapassagem da capacidade de deslocamento; • aderência da folha de teflon ao seu suporte; • arqueamento da placa de deslizamento. Aparelhos de pote ou panela:
• estado de deterioração do pote ou panela: sem fissuras, soldaduras impecáveis e sem deformação da tampa ou pistão;
• estado da protecção anticorrosiva;
• estado de conservação da junta de selagem entre o pistão e a panela; • extrusão do elastómero pela panela;
• existência de corrosão ou rotura nas restantes partes metálicas do aparelho de apoio, incluindo placas de deslizamento, guias e batentes;
• extrusão ou escorregamento da folha de teflon; • espessura da folha de teflon;
• folga disponível para os diversos deslocamentos; • folga mínima e máxima entre a tampa e a panela;
• capacidade de deslocamentos tanto de rotação como horizontais ultrapassada;
• inexistência de calços enviesados aquando o tabuleiro apresenta uma pendente longitudi-nal ou transversal;
• defeito de paralelismo entre as placas de fixação inferior e superior.
5. CONCLUSÔES
As consequências importantes para o conjunto da obra de arte, provocadas pelas anomalias nos aparelhos de apoio, justificam uma atenção particular aquando da realização de qualquer tipo de inspecção a uma ponte rodoviária, em que se pretenda estabelecer um diagnóstico do seu estado de conservação. Todavia, existe ainda alguma falta de prática e desconhecimento sobre esta matéria, motivada por uma bibliografia diminuta e pouco divulgada e por uma tardia implementação de sistemas integrados de inspecção e diagnóstico de pontes rodoviárias.
No estabelecimento do estado de conservação do componente aparelhos de apoio da ponte rodoviária, terá de ser tido em consideração que, independentemente do tipo de aparelho de apoio, do tipo de estrutura e das condições das mesas de assentamento, é fundamental a veri-ficação da compatibilidade entre os deslocamentos reais, medidos no local, e os deslocamen-tos teoricamente expectáveis no projecto da obra de arte. Para esse efeito, aquando da cons-trução ou reabilitação da obra de arte e respectivo conjunto de aparelhos de apoio, deverá ser implementado um eficaz sistema de controlo dos aparelhos de apoio.
6. AGRADECIMENTOS
Agradece-se a colaboração da Estradas de Portugal, E.P.E., sem a qual não teria sido possível elaborar a presente comunicação, nomeadamente na disponibilidade demonstrada pela Área de Coordenação das Obras de Arte e Estruturas Especiais.
7. REFERÊNCIAS
[1] Chabert, A.; Seantier, J. “Surveillance et entretien des appareils d’appui” em Maintenance et Réparation des Ponts. Presses de l’École Nationale des Ponts et Chaussées, 1997, p. 565-596.
[2] Leonhardt, F. Construções de concreto. Centro do Livro Brasileiro, 1979. [3] Bangash, M. Prototype bridge structures: analysis and design. Thomas Telford. [4] Lee, D. et al. Bridge bearings and expansion joints. London. E & FN Spon., 1994. [5] Formation Les appareils d’appui structuraux: la mise en application des normes
euro-péennes. SA Ponts Formation Edition. 2005.
[6] Centre des Techniques d’Ouvrages d’Art Appareils d’appui à pot de caoutchouc - utilisa-tion sur les ponts, viaducs et structures similaires. Service d’Études Techniques des Rou-tes et AutorouRou-tes, 2000, 58 p.
