Modelo virtual de simulação visual da construção de pontes executadas por lançamento incremental - PDF
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João Pedro de Figueiredo Bennert
1 Modelo virtual de simulação visual da construção de pontes executadas por lançamento incremental Octávio Manuel Leite Peres Martins Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil Júri Presidente: Professor Pedro Guilherme Sampaio Viola Parreira Orientador: Professora Alcínia Zita Sampaio Vogal: Professor José Joaquim Costa Branco de Oliveira Pedro Abril de 2009
3 Agradecimentos Ao meu filho, Diogo, pela inspiração. À minha família, pelo apoio. Aos meus amigos, pelo incentivo. À minha orientadora, Professora Alcínia Sampaio, pela disponibilidade e rigor. A todos os professores que, ao longo da minha formação, contribuíram com o seu saber. i
5 Resumo Para facilitar a compreensão das várias etapas inerentes à construção de tabuleiros de pontes pelo método de lançamento incremental, realizou-se uma aplicação de simulação visual através da modelação e programação, em ambiente de realidade virtual, das fases e dos elementos intervenientes no processo construtivo. A aplicação de simulação foi concebida de modo a permitir o acesso directo a qualquer etapa do processo construtivo em que se baseia, podendo esta ser visualizada a partir de qualquer ponto no interior do cenário virtual, facilitando assim a sua compreensão. A consulta da aplicação pode ser estabelecida através da visualização de uma página na internet. Nesta dissertação, referem-se os principais aspectos do processo construtivo por lançamento incremental de tabuleiros de betão armado, definem-se os pressupostos do caso de estudo a utilizar, e com o apoio de ferramentas de programação em ambiente virtual é programada a construção virtual do tabuleiro. Palavras-chave: simulação visual, realidade virtual, ponte, construção, lançamento incremental. iii
7 Abstract To facilitate understanding of the various phases involved in the incremental launching usage method, it was made an application of visual simulation through programming and three-dimensional modeling in virtual reality environment of the elements involved in construction. The application of visual simulation was designed to allow direct access to any stage of the constructive process in which it is based and may be viewed from any point within the virtual scene, thus facilitating their understanding. The access to the application can be established through a web page placed on the Internet. In this dissertation, the main aspects of the constructive process by incremental launching of prestressed concrete bridge are mentioned, the assumptions of the case study to use are defined, and with the support of tools for programming in the virtual environment the construction of the virtual deck is planned. Keywords: visual simulation, virtual reality, bridge, construction, incremental launching. v
9 Índice 1. Introdução Objectivos Organização Processos construtivos de tabuleiros de betão armado pré-esforçado Cavalete apoiado sobre o terreno Estrutura tubular Torres e asnas Cimbre autolançável Cimbre móvel superior Cimbre móvel inferior Construção por avanços sucessivos Construção de pontes por lançamento incremental Síntese histórica Campo de aplicação Vantagens e desvantagens Secção transversal Análise longitudinal Pré-esforço Equipamentos Equipamento de lançamento Aparelhos de apoio Nariz metálico Ciclo semanal de trabalhos Estaleiro Criação do modelo virtual Introdução à realidade virtual Caso de estudo Software utilizado Descrição do processo Modelação geométrica e caracterização dos elementos Programação do modelo interactivo Conclusões e desenvolvimentos futuros Conclusões Desenvolvimentos futuros vii
11 Lista de figuras Figura 1 Estrutura tubular. Viaduto sobre a Ribeira do Seda, IC Figura 2 Cavalete apoiado sobre o terreno. Fases de construção [1] Figura 3 Sistema de prumos de alta capacidade HD 200 [www.peri.pt, 2008] Figura 4 - Viaduto de Cornellá, Espanha [www.ulma-c.com, 2009] Figura 5 Cimbre autolançável superior [www.berd.eu, 2008] Figura 6 Cimbre autolançável inferior [www.berd.eu, 2008] Figura 7 Linha de alta velocidade, Tailândia [www.vsl.pt, 2008] Figura 8 Construção do tabuleiro a partir do pilar [1] Figura 9 Construção do tabuleiro a partir de um tramo já construído [1] Figura 10 Construção do tabuleiro a partir de um encontro [8] Figura 11 Construção do tabuleiro recorrendo a técnica mista [1] Figura 12 Métodos de construção de tabuleiros de pontes encontro [8] Figura 13 Viaduto Itztalbrücke, Alemanha, 2007 [www.abdnb.bayern.de, 2008] Figura 14 Viaduto Schwarzbachtal, Alemanha, 1998 [www.structurae.de, 2008] Figura 15 - Comparação de tabuleiros com secção variável longitudinalmente Figura 16 - Secção tipo de um tabuleiro executado por lançamento incremental [12] Figura 17 - Pormenor de ligação da alma com o banzo inferior [10] Figura 18 Cofragem e escoramento para as duas fases de betonagem [9] Figura 19 - Calor de hidratação em dois pontos interiores da secção [13] Figura 20 - Divisão do comprimento de uma ponte em segmentos [10] Figura 21 - Diagrama de momentos no tabuleiro durante o lançamento [12] Figura 22 - Envolvente do diagrama de momentos durante o lançamento [12] Figura 23 Pré-Esforço centrado. Representação em corte vertical longitudinal do tabuleiro [10]. 30 Figura 24 Pré-esforço excêntrico. Corte longitudinal [10] Figura 25 Armaduras ordinárias, secção transversal [11] Figura 26 Barras móveis puxadas por aparelhos hidráulicos ancorados no encontro [11] Figura 27 - Dispositivo de tracção com eixo vertical [9] Figura 28 - Sequência da operação de lançamento do equipamento hidráulico [9] Figura 29 Lançamento do primeiro segmento Figura 30 Corte longitudinal de um apoio de lançamento [10] Figura 31 - Pormenor da almofada de lançamento [11] Figura 32 - Pormenor de uma guia lateral [11] Figura 33 - Corte transversal de um nariz metálico [11] Figura 34 - Ancoragem de ligação do nariz metálico [11] Figura 35 - Chegada ao pilar [www.amikpon.net/a89/bergeres.html, 2008] Figura 36 - Planta de estaleiro [9] Figura 37 - Posição da área de pré-fabricação e do equipamento de lançamento [10] Figura 38 - Área de pré-fabricação [10] Figura 39 Cofragem de fecho do tabuleiro [is-beton.epfl.ch, 2008] ix
12 Figura 40 Os três I s da realidade virtual [17] Figura 41 Primeiro HMD patenteado em 1960 [www.mortonheilig.com/inventorvr.html, 2009].48 Figura 42 Alguns exemplos de Head-Mounted Display [www.inition.co.uk, 2009] Figura 43 Luva sensorial [www.vrlogic.com/html/immersion, 2009] Figura 44 DesignWorld consiste na união de um mundo virtual (esquerda) com uma ferramenta de projecto que permite a comunicação entre utilizadores (direita) [22] Figura 45 Três fases de visualização de uma aplicação que representa a construção de uma parede dupla de alvenaria [23] Figura 46 Construção virtual de uma ponte pelo método dos avanços sucessivos [23] Figura 47 Vista longitudinal da ponte a ser executada no modelo virtual Figura 48 Secção transversal do tabuleiro Figura 49 Esquema do software utilizado Figura 50 Referencial adoptado para a modelação e programação dos objectos Figura 51 Elemento vertical que compõe o cimbre Figura 52 Cimbre exterior da área de prefabricação do tabuleiro Figura 53 a) paralelepípedo intacto; b) paralelepípedo com um furo Figura 54 Armaduras e bainhas de pré-esforço Figura 55 Constituição de uma das vigas que compõe o nariz metálico Figura 56 Nariz metálico Figura 57 Fases de concepção do terreno envolvente, 3ds Max Figura 58 Terreno envolvente concebido em 3ds Max Figura 59 a) Encontro; b) Suporte temporário do nariz metálico Figura 60 Ambiente de trabalho do programa EON Studio TM Figura 61 Nó do tipo Place : a) chegada; b) partida Figura 62 Selecção e edição dos nós do tipo cgmaterial e panorama Figura 63 Espaço envolvente do modelo virtual Figura 64 Nós responsáveis pelo movimento do rio durante a visualização da aplicação Figura 65 Sequência de acontecimentos no modelo virtual Figura 66 Sequência inicial. Aproximação à área de estaleiro Figura 67 Colocação das vigas metálicas transversais sobre a fundação do estaleiro Figura 68 Sequência de montagem do cimbre exterior Figura 69 Colocação das vigas de madeira e placas de cofragem sobre o cimbre exterior Figura 70 Colocação das vigas longitudinais do nariz metálico Figura 71 Montagem do nariz metálico Figura 72 Colocação do equipamento hidráulico na parte frontal do nariz metálico Figura 73 Centros de rotação do equipamento hidráulico: a) pistão exterior; b) pistão interior; c) base Figura 74 Colocação das armaduras e betonagem do banzo inferior e almas do primeiro segmento Figura 75 Montagem do escoramento interior para a execução do banzo superior do segmento. 79 Figura 76 Colocação das armaduras e betonagem do banzo superior do tabuleiro x
13 Figura 77 Remoção dos apoios temporários do nariz metálico e descofragem do segmento Figura 78 As 4 fases de operação do equipamento de lançamento: posição inicial; levantar; empurrar; baixar e recolher Figura 79 Localização do nariz metálico após o avanço do primeiro segmento Figura 80 Montagem do escoramento interior para execução do 2º segmento Figura 81 Descofragem do segundo segmento Figura 82 Deformação do tabuleiro e nariz metálico, no instante de chegada ao 1º pilar Figura 83 Instante de chegada do tabuleiro ao primeiro pilar Figura 84 Instante anterior e posterior à conclusão do avanço do 2º segmento Figura 85 Instante de chegada ao encontro Figura 86 Desmontagem do estaleiro, conclusão do encontro e execução de aterro Figura 87 Colocação dos apoios definitivos Figura 88 - Execução dos acabamentos e vista panorâmica Figura 89 Pontos de animação para a aproximação ao estaleiro Figura 90 Curvas de posição x, y e z da câmara em função do tempo (3ds Max ) Figura 91 Tabela de coordenadas do nó keyframe cam01_001 (Eon Studio TM ) Figura 92 Propriedades do nó tipo place Figura 93 Sistema de eixos utilizados pelo sistema EON Figura 94 Menu de eventos Figura 95 Nó script que pára todos os eventos que possam estar a ocorrer Figura 96 Nó do tipo timesensor xi
15 1. Introdução As principais empresas construtoras a nível nacional e mundial utilizam na execução de obras de arte diversos métodos na construção da superstrutura. Cabe a cada empresa, ao inovar a sua própria tecnologia, apresentar propostas concorrenciais aos desafios a que se submetem. Tal facto, a par do inegável aumento do conhecimento dos diversos materiais de construção, contribui para um crescimento de novas técnicas disponíveis no mercado da construção. Como refere Reis, o processo construtivo tem de ser tomado em consideração desde as primeiras fases do projecto [1]. Ou seja, sendo algo tão condicionante, e por isso envolvendo diversas equipas técnicas que dele dependem, o seu conhecimento ao pormenor é bastante importante. A construção de tabuleiros de pontes pelo método de deslocamentos sucessivos, embora exista desde a década de 60 [2], não teve até à data, grande adesão das empresas portuguesas. Como possíveis causas desta escassez de utilização em território nacional têm-se os condicionamentos estéticos, o elevado investimento feito em equipamento que utiliza outros processos construtivos ou a não existência de projectos que o promovam. Nesse sentido, a presente dissertação pretende constituir uma contribuição para a divulgação de informação disponível relativa ao método construtivo por lançamento incremental de tabuleiros de betão armado préesforçado. A recolha de fontes de informação para o estudo e entendimento deste processo construtivo foi baseada principalmente nos vários livros escritos por alguns dos impulsionadores e seguidores deste método, de referir, Fritz Leonhardt, Bernhard Gohler, Brian Pearson e Marco Rosignoli Objectivos Com este trabalho espera-se contribuir, não só com o resultado escrito da pesquisa dos principais pormenores que envolvem o processo construtivo em causa, mas também com um registo de simulação visual de todo o método. A mais-valia de projectos relacionados com a criação de ambientes virtuais, no campo da compreensão dos diferentes acontecimentos que envolvem um qualquer processo construtivo, é inquestionável. De facto, na ocorrência de dúvidas relativamente a qualquer processo para os quais existem poucas fontes de pesquisa ou cuja visualização na imaginação seja difícil, as alternativas baseadas na modelação tridimensional são bem recebidas. No entanto, haverá que ponderar se os meios empregues e o tempo dispendido compensarão os fins, ou seja, se valerá a pena mover os recursos necessários para conceber aplicações como a que foi 1
16 realizada no âmbito desta dissertação. A utilização prática do modelo virtual criado não foi ainda testado, mas pensa-se que terá aceitação como documento didáctico de apoio à exposição das temáticas relacionadas com o tema. O modelo ficará disponível em para que possa ser acedido por alunos e docentes da escola e de outras instituições relacionadas com a Engenharia Civil. Adicionalmente constitui um objecto informático adequado ao ensino à distância baseado em plataformas e-learning. Embora existam, e tenham sido consultadas, várias fontes bibliográficas que permitiram entender o modo de utilização do processo construtivo em causa, a sua correcta compreensão nem sempre foi conseguida de modo rápido, devido a alguma complexidade revelada pelos equipamentos e acessórios utilizados. Neste âmbito, as simulações visuais em ambiente virtual revelam-se uma ferramenta de auxílio ao entendimento do modelo desenvolvido. Com a simulação desenvolvida, os técnicos ou formandos interessados em conhecer o processo construtivo de pontes lançadas por avanço incremental, terão hipótese de num curto espaço de tempo, visualizar o método em questão. A aplicação em realidade virtual será dirigida, não só a profissionais que de forma directa ou indirecta estejam relacionados à construção de obras de arte, mas também ao ensino, como ferramenta de aprendizagem. A tecnologia de realidade virtual (RV) tem vindo a ser aplicada como um complemento à modelação 3D, conduzindo a uma melhor comunicação entre os intervenientes no processo, seja na formação seja na actividade profissional [3]. O modelo virtual criado destina-se a utilizadores com um grau de formação diferenciado exigindo determinadas particularidades que por vezes colidem. Assim, foram abordados acontecimentos que para o profissional de nível avançado não contribuem com informação adicional, e por isso, foi definido no modelo um mecanismo de avanço rápido passando determinados pormenores menos relevantes. Por outro lado, para o utilizador de conhecimentos incipientes, é importante apresentar todo o funcionamento do processo desde o início, para facilitar a sua compreensão durante todas as etapas. À data do início desta dissertação, o autor não tinha qualquer experiência com a programação orientada a objectos num ambiente de realidade virtual. Já a parte de modelação tridimensional não se pode considerar que seja uma novidade para um estudante de Engenharia Civil. Não é objectivo deste documento fornecer um tutorial detalhado sobre como conceber, em detalhe, uma aplicação virtual de simulação visual de um processo construtivo de pontes. Devido ao grande número de acções e comandos que se utilizaram, e ao código programático que resultou de todo o trabalho, a sua transcrição para esta peça bibliográfica seria impraticável. Relatam-se, no entanto, as situações mais críticas que ocorreram durante a produção da aplicação, o seu 2
17 planeamento, e as considerações a ter em conta quando se decide conceber um modelo deste tipo Organização O desenvolvimento do trabalho de investigação que conduziu à escrita deste texto assentou em duas fases. Numa primeira etapa efectuou-se uma pesquisa bibliográfica de forma a analisar e a aprender os aspectos que se pretenderam reproduzir com um grau de detalhe adequado ao tipo de trabalho que se pretende apresentar. A segunda, refere-se à aplicação dos conhecimentos adquiridos na concepção de um modelo virtual ilustrativo do processo. Além do capítulo introdutório este documento apresenta mais 4 capítulos: - No segundo capítulo é efectuado um levantamento dos processos construtivos fundamentais utilizados em pontes, onde foram avaliadas as suas vantagens, desvantagens e as principais características; - Uma análise mais detalhada do processo construtivo em questão é feita no terceiro capítulo; - O quarto capítulo engloba a produção visual e programática do modelo. Inicialmente é feita uma introdução à realidade virtual seguida de um apanhado de todos os pressupostos que se estabelecem para o modelo estrutural e envolvente. São referidas as fontes dos objectos utilizados, enquadradas as opções tomadas e são analisadas e seleccionadas as ferramentas disponíveis aplicadas na execução do modelo. Finalmente, é relatado o processo de modelação executado; - No último capítulo são apresentadas as conclusões e são indicados alguns dos possíveis desenvolvimentos futuros. 3
19 2. Processos construtivos de tabuleiros de betão armado pré-esforçado Os processos de construção têm uma enorme influência sobre a selecção da secção transversal do tabuleiro e, consecutivamente, da solução estrutural [2], a qual deverá verificar os cinco objectivos: Funcionalidade, Segurança, Durabilidade, Economia e Estética, inerentes a qualquer obra. Talvez em nenhuma das obras do domínio da engenharia de estruturas, o processo construtivo condicione tanto a sua concepção como acontece no caso das pontes [1]. A elaboração de um projecto de uma estrutura especial, como o caso das obras de arte, resulta de um processo iterativo, baseado na análise das diversas variáveis e comparações das opções possíveis. O projectista tem de atender às condicionantes locais (topografia, geotecnia e hidráulica), aos requisitos do traçado geométrico da via (rodoviário ou ferroviário) e aos aspectos de carácter económico e prazos [4]. Adicionalmente deve conhecer as técnicas construtivas a que pode recorrer no local e analisá-las sob o ponto de vista técnico e económico em função das condicionantes da obra em estudo. Importa referir que na construção actual, observa-se uma maior harmonia entre tempo-economia, devido à pré-fabricação, uma vez que já existem soluções que permitem a construção de pontes em tempo reduzido, com um custo bastante atractivo. Este capítulo não pretende detalhar exaustivamente todos os meios disponíveis para a construção de tabuleiros de pontes, mas apenas descrever os principais processos actualmente utilizados e discutir a sua aplicabilidade, vantagens e desvantagens. Assim, neste capítulo descrevem-se os processos de cavalete apoiado sobre o terreno, cimbre autolançável e avanços sucessivos. Nesta descrição consultou-se essencialmente Reis [1], Leonhardt [2], e Calgaro [5]. A construção por deslocamentos sucessivos, ocupará o capítulo seguinte onde será desenvolvido com um maior pormenor Cavalete apoiado sobre o terreno A execução do tabuleiro com cavalete apoiado sobre o terreno é o método mais tradicional, devido à sua fácil execução e economia, sendo o processo mais antigo da construção de pontes [6]. Contudo, esta solução é adequada apenas em situação de rasantes baixas, até cerca de 20m [1], e sempre apoiado com o cavalete sobre um terreno firme. O método permite executar diversos tipos de secções transversais podendo o tabuleiro ser uma laje nervurada, uma laje vigada ou um caixão, de altura constante ou variável. 5
20 Inicialmente, a estrutura de suporte era concebida através de prumos de madeira pouco espaçados entre si. Mais tarde, essa estrutura artesanal foi substituída pelo uso de elementos metálicos, trazendo vantagens ao processo, tais como, maior resistência e maior capacidade de reutilização dos materiais. Esta transição originou o aparecimento de várias empresas especializadas na área, que se encarregam do projecto, cálculo, fornecimento, montagem e desmontagem do escoramento como, por exemplo, Peri, Doka, ULMA, etc. Os elementos metálicos podem ser divididos em dois grupos quanto à sua natureza e composição: - A estrutura pode ser constituída por prumos tubulares definindo apoios contínuos, onde os esforços originados nos elementos são predominantemente axiais; - O sistema pode ser constituído por torres e asnas. Neste caso, são originados dois conjuntos de esforços, axiais nas torres e de flexão nas asnas Estrutura tubular A estrutura tubular é formada por uma malha de prumos metálicos contraventados por travessas, também metálicas, conectadas através de braçadeiras de fácil instalação e remoção de modo a garantir uma firme ligação entre os dois elementos. A diminuição do afastamento entre as travessas horizontais resulta no aumento da capacidade de carga de cada elemento vertical, embora limitada pela capacidade resistente do prumo à compressão. O projectista pode, adicionalmente, considerar a hipótese de contraventar, não só na direcção horizontal, mas também segundo a diagonal quando entender que poderá haver risco de encurvadura dos prumos, ou a possibilidade de haver deslocamentos horizontais relativos que, a ocorrerem, podem provocar o colapso de toda a estrutura. Os elementos constituintes deste sistema são: bases, prumos verticais, elementos horizontais de travamento, elementos verticais de travamento e acessórios. A Figura 1 ilustra a utilização de uma estrutura tubular. A fotografia incluída foi retirada do site, de uma empresa especializada em cofragens e cavaletes. Dada a simplicidade de montagem e a polivalência da sua aplicação, é um dos processos mais utilizados para a construção de viadutos de pequena dimensão, tais como passagens superiores e inferiores, e, naturalmente, muitas das empresas de construção têm um grande armazenamento deste tipo de equipamentos. 6
21 Figura 1 Estrutura tubular. Viaduto sobre a Ribeira do Seda, IC13. À semelhança das torres e asnas, os cavaletes podem ser totais, ou parciais, consoante a extensão da obra, o prazo e a existência de materiais em armazém para a execução do tabuleiro. Quando não seja possível executar o cavalete em toda a extensão do tabuleiro por este ser demasiado elevado, este pode ser concebido de modo a proporcionar uma optimização dos ciclos de betonagem. Consequentemente, um melhor aproveitamento do cavalete e do pré-esforço deve ser estudado e aplicado em conformidade. A Figura 2 ilustra uma solução optimizada para uma betonagem tramo a tramo, uma vez que é efectuado o prolongamento de cada fase de betonagem até à distância ao apoio de 1/4 a 1/5 do vão, de modo a serem minorados os momentos positivos gerados a meio vão [1]. 1ª Fase - Betonagem do 1º Tramo 2ª Fase - Betonagem do 2º Tramo Ancoragem de continuidade Figura 2 Cavalete apoiado sobre o terreno. Fases de construção [1]. 7
22 As vantagens apontadas para este sistema são essencialmente: - Facilidade de utilização; - Não exigir mão-de-obra especializada; - Garantia de reutilização uma vez que os materiais são ligados por encaixe; - Versatilidade do equipamento nas obras de escoramento. A ligação entre os prumos e a fundação é estabelecida através de bases metálicas, que podem ser apoiadas directamente no terreno, ou através de palmetas de madeira que garantam a distribuição das cargas verticais na maior área possível. Um aspecto importante a considerar é que toda a área de terreno que suportará esta estrutura provisória corresponde aproximadamente à área do tabuleiro do viaduto a construir. Poderá compreender-se, por isso, que se trata de uma área razoavelmente extensa, e, dada a grande heterogeneidade da superfície do terreno é impossível garantir que toda essa área de assentamento tenha a mesma capacidade resistente em todos os pontos de aplicação da carga proveniente dos prumos. Esta é a causa mais relevante que pode contribuir para eventuais incidentes ou acidentes que podem ocorrer na construção de obras deste tipo. O descuido deste factor pode resultar em duas falhas na obra, por ordem decrescente de gravidade: - Se a elevada deformação do terreno for pontual, o prumo que lhe deu origem acompanha o terreno, libertando a ligação entre a sua parte superior e a cofragem do tabuleiro, causando assim o reajustamento da distribuição de forças nos prumos envolventes, tendo estes agora, que suportar mais carga do que aquela para a qual estavam dimensionados. Esta situação pode provocar o colapso total do tabuleiro através de um efeito dominó ; - Se a deformação do terreno ocorrer progressivamente numa área que envolva vários prumos, estes, mais uma vez acompanham a deformação do terreno, originando uma deformação inicial no tabuleiro. Se esta situação não for detectada durante a fase construtiva, então, no tempo de vida da estrutura e devido aos efeitos da fluência e retracção, a deformação tende a aumentar mais do que seria normal em estruturas deste tipo Torres e asnas Relativamente a torres e asnas, a sua grande vantagem é a de permitir vãos com gabarit livre, sendo por isso bastante utilizado na construção de passagens superiores e inferiores. As asnas são constituídas por perfis e tubos de aço, podendo ser treliçada ou em viga de alma cheia. As torres são constituídas por conjuntos de tubos também de aço, com alturas variáveis para que o seu conjunto 8
23 possa ter a dimensão necessária para a obra que se pretende realizar. Refere-se em seguida um outro sistema de torres, para o qual retirou-se alguma informação da página da empresa especializada Peri, já referida. O sistema HD200, que se representa na Figura 3, consiste na utilização de prumos de alumínio com capacidade de carga de 200kN. Devido ao seu baixo peso e fácil manuseamento, permite uma rápida montagem de cada secção de prumos. O segmento mais comprido, com 2.70m pesa apenas 29kg e todo o sistema é de montagem manual. Mesmo com uma carga aplicada de 20 toneladas, o procedimento do seu ajuste em altura é realizado com a ajuda apenas de um aparafusador eléctrico de forma fácil e controlada. Figura 3 Sistema de prumos de alta capacidade HD 200 [www.peri.pt, 2008]. Relativamente ao sistema tubular, o sistema de torres e asnas exige um maior cuidado com a transmissão de cargas ao solo, porque obviamente a tensão aplicada sobre este, é maior. Justifica-se, assim, que por vezes seja necessária a execução de fundações provisórias em betão que sirva de fundação para as torres deste equipamento. A fundação provisória pode ser directa ou indirecta, por exemplo, com estacas moldadas no terreno de betão armada ou estacas cravadas de madeira ou betão de alta resistência Cimbre autolançável A origem do cimbre autolançável deve-se à necessidade da construção de viadutos extensos que pudessem ser executados livremente sem qualquer imposição no que respeita ao tipo de terreno ou à altura do tabuleiro. O cimbre pode ser utilizado para suportar a betonagem in-situ da laje do tabuleiro, ou apenas para elevar e suspender peças pré-fabricadas 9
24 (viga de lançamento). É apropriado para a execução de obras de grande comprimento, de eixo rectilíneo ou com uma pequena curvatura [2]. Os comprimentos de cada tramo devem ser equivalentes, com valores de 30 a 60m, podendo atingir 70m [1]. No caso de existirem tramos de diferentes comprimentos, é necessário criar um apoio auxiliar para o(s) tramo(s) de tamanho superior. O tabuleiro é geralmente vigado, em caixão ou nervurado. No caso de secção em caixão, o ideal é que seja efectuado com recurso a peças pré-fabricadas, porque quando betonado em obra, é complexo movimentar a cofragem interior com esta solução, embora seja empregue com frequência. A base de funcionamento deste método consiste em apoiar o cimbre autolançável sobre os elementos definitivos (pilares e encontros), podendo também utilizar uma parte do tabuleiro já construído como suporte, como representado na Figura 4. Deste modo, o deslocamento do cimbre é realizado de tramo a tramo, através de mecanismos que fazem parte do mesmo. Para proporcionar a reutilização deste equipamento, a viga autoportante é constituída por vigas metálicas de alma cheia, em caixão ou treliçadas, de fácil montagem e desmontagem. Ao contrário de outros processos construtivos, este método não exige cuidados especiais ou alterações a nível do pré-esforço aplicado, por isso, o dimensionamento do pré-esforço é calculado como se de uma viga contínua se tratasse, excepto nos casos em que o apoio do cimbre é realizado na consola. Figura 4 - Viaduto de Cornellá, Espanha [www.ulma-c.com, 2009]. Analogamente ao cavalete apoiado sobre o terreno, as juntas localizam-se, nas secções onde os esforços de flexão sejam mínimos, ou seja, entre 1/4 e 1/5 do vão, evitando assim que ocorra um elevado momento positivo na secção de meio vão. 10
25 As vantagens principais a apontar neste método são: - Proporcionar uma rápida construção do tabuleiro. Um tramo com comprimento entre 30 e 50m, executado por um cimbre altamente mecanizado, com ciclos semanais para execução de um tramo do tabuleiro, podendo este período depender da complexidade da secção transversal. Com a pré-fabricação das armaduras podem atingir-se ciclos de 5 dias por tramo [7]; - Após a execução dos pilares, o tabuleiro pode ser construído sem qualquer limitação ao nível do solo. O estaleiro é o tabuleiro já construído e a frente de trabalho é o próprio equipamento, proporcionando deste modo uma plataforma segura, livre e desimpedida, sem o risco de interrupções originadas por excesso de tráfego, cheias, e outras limitações; - Possibilidade de optimização do processo, uma vez que se repetem vários ciclos de execução para cada tramo, podendo o cimbre sofrer alterações ou ajustes necessários para a progressão da obra. Como desvantagens podem enunciar-se as seguintes: - Embora este processo tenha um rendimento elevado a partir do momento em que o cimbre se torna totalmente operacional, haverá que adicionar o tempo de transporte e o tempo de montagem/desmontagem do equipamento; - O elevado custo de aquisição deste equipamento, faz com que só se justifique para obras de grande extensão ou que a sua reutilização noutras construções se verifique [1]. Por vezes, mesmo considerando a reutilização, devem ser contabilizadas as despesas de adaptação. Em função da localização da viga portante em relação ao tabuleiro podem ser considerados dois tipos: cimbre superior e cimbre inferior Cimbre móvel superior No sistema de cimbre móvel superior, a viga portante situa-se sobre o tabuleiro. Na fase de arranque, o cimbre é montado atrás do encontro de partida (situação favorável) e avançado para o primeiro tramo através do encontro, ou, no caso de espaço condicionado, a montagem terá de ser feita com recurso a um escoramento apoiado sobre o solo (situação desfavorável). A suspensão da cofragem é garantida através de tirantes, e o seu posicionamento durante a fase de lançamento do cimbre depende da altura livre sob o tabuleiro. Assim as duas situações possíveis para a movimentação da cofragem são: - Se a altura livre for suficiente, a cofragem é solta de um dos lados e rodada sobre a outra extremidade; 11
Simulação virtual da construção de ponte pelo método de lançamento incremental
Simulação virtual da construção de ponte pelo método de lançamento incremental Octávio Peres Martins Alcínia Zita Samapio Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura, Instituto Superior Técnico, ICIST