Rolamentos de ponte: tipos, funções, instalação e manutenção

A articulação da ponte e a especificação dos rolamentos são aspectos essenciais da engenharia de pontes, garantindo a longevidade e funcionalidade das pontes. Este guia completo investiga a importância desses elementos, seus diversos tipos, critérios de seleção e melhores práticas de manutenção e instalação.

Compreendendo a articulação e os rolamentos da ponte

A articulação na engenharia de pontes refere-se ao projeto estratégico e à colocação de suportes e mancais que permitem os movimentos e rotações necessários. Isto evita tensões indevidas tanto na superestrutura como na subestrutura, garantindo que as pontes possam adaptar-se a diversas forças e movimentos sem danos.

Como funciona o rolamento da ponte?

Os rolamentos da ponte funcionam transferindo as cargas da superestrutura da ponte para a subestrutura, acomodando ou restringindo os movimentos relativos. Esses movimentos podem incluir expansão e contração térmica, bem como movimentos causados por cargas de tráfego e forças do vento. Os rolamentos permitem que a ponte flexione e se mova sem causar danos estruturais, mantendo a integridade e longevidade da ponte.

O que é ponte de rolamento livre?

Uma ponte de rolamento livre é um tipo de ponte onde os rolamentos permitem o movimento em múltiplas direções sem restrições significativas. Esses mancais, muitas vezes mancais elastoméricos ou deslizantes, permitem que a superestrutura da ponte se expanda, contraia e gire livremente em resposta a mudanças térmicas, variações de carga e outras forças. Este projeto é normalmente usado onde a estrutura precisa acomodar grandes movimentos e rotações sem impor restrições significativas.

Que material é usado para rolamentos de pontes?

Os rolamentos da ponte são feitos de uma variedade de materiais, escolhidos com base no tipo de rolamento e nos requisitos específicos da ponte. Os materiais comuns incluem:

• Borracha e Aço: Utilizado em rolamentos elastoméricos, aliando flexibilidade e resistência.
• Politetrafluoretileno (PTFE): Um material de baixo atrito usado em superfícies deslizantes de potes e rolamentos autocompensadores.
• Aço inoxidável: Freqüentemente usado em rolamentos autocompensadores por sua resistência e resistência à corrosão.
• Bronze e materiais compósitos: Ocasionalmente usado em rolamentos especializados por suas propriedades exclusivas.

Tipos e funções de rolamentos de ponte

Os rolamentos são vitais na transferência de cargas da superestrutura da ponte para a subestrutura, ao mesmo tempo que acomodam ou restringem os movimentos relativos. Existem vários tipos de rolamentos, cada um adequado para diferentes configurações e requisitos de pontes:

• Rolamentos elastoméricos: São compostos por camadas de borracha separadas por placas de aço, comumente utilizadas em pequenas estruturas. Eles lidam com movimentos através de deformação por cisalhamento e são economicamente eficientes para aplicações com pequenos movimentos longitudinais, transversais e rotacionais.
• Rolamentos de panela: Consistem em um disco de elastômero confinado dentro de um cilindro de aço, permitindo movimentos rotacionais significativos. Eles também podem acomodar movimentos translacionais quando uma superfície deslizante é incluída.
• Rolamentos esféricos: Usados para grandes rotações, esses rolamentos empregam uma superfície esférica, geralmente revestida com PTFE, e combinada com uma superfície de aço inoxidável. Eles são mais caros devido à usinagem necessária e são normalmente usados em estruturas principais.
• Rolamentos oscilantes: Permitindo a rotação em torno de um único eixo, os rolamentos oscilantes fornecem restrição torcional em torno de um eixo ortogonal à linha de contato. Eles são frequentemente usados em pontes ferroviárias onde a carga de impacto é alta.
• Rolamentos guia: Isso garante que a estrutura mantenha o caminho correto de expansão/contração sem suportar cargas verticais, o que é útil em estruturas fortemente inclinadas ou com vários vãos.

Principais considerações para rolamentos de pontes e projeto de articulação

Fatores Ambientais e de Carga

1. Mudanças de temperatura: Tanto mudanças uniformes quanto diferenciais de temperatura podem induzir movimentos e tensões significativas nas estruturas de pontes.
2. Encolhimento do concreto: A retração dos componentes de concreto, como a laje do tabuleiro, deve ser acomodada para evitar tensões indevidas.
3. Ações Permanentes: Cargas mortas e cargas mortas sobrepostas exercem forças contínuas que precisam ser gerenciadas.
4. Ações Variáveis: As cargas de tráfego são uma ação variável primária que os rolamentos devem acomodar.
5. Cargas verticais e horizontais: Ambos os tipos de cargas influenciam a escolha e o projeto dos rolamentos.
6. Acordos de Apoio: Qualquer movimento ou assentamento de suportes pode induzir forças e movimentos adicionais que os rolamentos precisam suportar.
7. Ações Acidentais: Os impactos de colisões de veículos ou outros acidentes exigem consideração no projeto do rolamento.

Acomodação de movimento em rolamentos de pontes

Os rolamentos devem acomodar movimentos permanentes (irreversíveis) e transitórios (reversíveis). Isso garante que a ponte possa se adaptar a diversas condições sem acumular tensões que possam causar danos.

Gerenciamento de rotação em rolamentos de pontes

As rotações em torno dos eixos longitudinais e transversais nos apoios devem ser levadas em conta. Essas rotações podem ser acomodadas nos mancais ou resistidas por eles. Em alguns casos, a rotação em torno de um eixo vertical, associada à flexão do plano, também deve ser considerada, embora normalmente seja mínima.

Deslocamentos horizontais em rolamentos de pontes

Os deslocamentos horizontais surgem de mudanças gerais no comprimento estrutural e na flexão. A colocação adequada dos rolamentos é crucial para gerenciar esses deslocamentos, evitando tensões indevidas e garantindo a integridade estrutural.

Otimizando Arranjos de Articulação com Rolamentos de Ponte

Limitando Rolamentos e Juntas de Expansão

Reduzir o número de rolamentos e minimizar os movimentos a serem acomodados pelas juntas de dilatação diminui as responsabilidades de manutenção. Esta abordagem simplifica a estrutura e aumenta sua longevidade.

Evitando a elevação nos rolamentos da ponte

É essencial evitar a elevação nas posições de apoio, especialmente em estruturas distorcidas. O uplift pode complicar o projeto e aumentar os custos, por isso deve ser evitado sempre que possível.

Restrições Mecânicas em Rolamentos de Pontes

Restrições mecânicas são necessárias para gerenciar as forças horizontais e garantir que a expansão e contração térmica ocorram corretamente. Estas restrições devem ser colocadas estrategicamente para controlar eficazmente os movimentos.

Flexibilidade em pontes multi-vãos com rolamentos de ponte

O uso de pilares delgados que permitem compartilhamento de carga e flexibilidade evita restrições de movimento em estruturas com vários vãos. Esta consideração de projeto aumenta a capacidade da estrutura de se adaptar a diversas forças e movimentos.

Esquemas detalhados de articulação para rolamentos de pontes

Pontes de vão único

1. Articulação Flutuante: Em pontes pequenas com forças horizontais menores, o tabuleiro pode “flutuar” sobre rolamentos elastoméricos. Esses rolamentos acomodam todos os movimentos por deformação por cisalhamento.
2. Articulação de Ponto Fixo: A maioria das pontes exige restrições mecânicas para gerenciar as forças horizontais. Rolamentos potenciômetros e rolamentos guiados (unidirecionais) são usados para controlar movimentos, com rolamentos fixos lidando com forças longitudinais.

Decks contínuos de vários vãos

Para vãos mais longos, a magnitude dos movimentos aumenta. A colocação do rolamento fixo no centro da ponte garante que a expansão térmica seja distribuída uniformemente, reduzindo o estresse na estrutura. O projeto do cais deve levar em conta as forças horizontais resultantes das ações de frenagem e aceleração.

Plataformas de pontes curvas com rolamentos de ponte

Os tabuleiros curvos podem ser guiados radialmente a partir de um ponto fixo ou tangencialmente ao raio de curvatura. A orientação radial requer geometria precisa para os rolamentos, enquanto o alinhamento tangencial orienta efetivamente a plataforma em torno das curvas, acomodando forças horizontais com rolamentos de guia específicos.

Juntas de Expansão em Mancais e Articulação de Pontes

As pontes modernas utilizam juntas de dilatação para gerir os movimentos, evitando fissuras locais e mantendo a integridade estrutural. A especificação adequada dessas juntas é crucial, semelhante aos rolamentos, para garantir a acomodação eficaz do movimento e a minimização da manutenção.

Especificação e instalação de rolamentos de ponte

Preparação do cronograma de rolamentos para rolamentos de pontes

O projetista da ponte deve preparar um cronograma detalhado de rolamentos, listando forças, movimentos e características de desempenho. Essas informações ajudam o projetista do rolamento a determinar os valores do projeto e as especificações completas.

Considerações de instalação para rolamentos de ponte

Os rolamentos devem ser instalados com orientação precisa e ajustes de temperatura para acomodar movimentos completos de expansão e contração. Podem ser necessárias placas cônicas para alinhar as superfícies de apoio com a geometria final da ponte.

Manutenção e Inspeção de Rolamentos de Pontes

Projeto para acessibilidade em rolamentos de pontes

Os rolamentos devem ser projetados para fácil inspeção, manutenção e substituição. Isso inclui fornecer acesso, meios para aliviar a carga e espaço físico para extração e inserção de novos rolamentos.

Galerias de pilares para rolamentos de pontes

Nos encontros, as galerias facilitam a inspeção e manutenção dos rolamentos. Estas galerias proporcionam o acesso e o espaço necessários para trabalhar nos rolamentos sem modificações estruturais significativas.

Conclusão

A articulação da ponte e a especificação dos rolamentos são fundamentais para a funcionalidade e longevidade das pontes. Ao compreender e implementar projetos otimizados e práticas de manutenção, os engenheiros podem garantir que as pontes permaneçam seguras, duráveis e eficientes nos próximos anos. A articulação adequada permite que as pontes se adaptem a várias forças e movimentos, enquanto rolamentos bem escolhidos transferem cargas de forma eficaz e acomodam os deslocamentos e rotações necessários. Através de projeto, instalação e manutenção meticulosos, a integridade e o desempenho das estruturas de pontes podem ser significativamente melhorados.