TÍTULO: Tabuleiros de pontes em vigas prémoldadas. continuidade Aspectos de projeto e construção.

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1 TÍTULO: Tabuleiros de pontes em vigas prémoldadas protendidas com continuidade Aspectos de projeto e construção. AUTOR(ES): Mauricio Fernando Pinho; Paulo de Araújo Regis; Ézio da Rocha Araújo. ANO: 2011 PALAVRAS-CHAVE: Pontes; Fluência; Retração; Redistribuição de esforços. e-artigo: Av. Brigadeiro Faria Lima, 1993 cj. 61 São Paulo/SP fone: (11) abece@abece.com.br

2 Tabuleiros de pontes em vigas pré-moldadas protendidas com continuidade Aspectos de projeto e construção. Bridge decks with precast prestressed girders made continuous Design and construction aspects. Resumo (1) Mauricio Fernando Pinho; (2) Paulo de Araújo Regis; (3) Ézio da Rocha Araújo. (1) Mestrando em Engenharia Civil, UFPE, mauriciopinho@superig.com.br (2)DSc., Professor Adjunto, UFPE, pregis@ufpe.br (3)DSc, Professor Adjunto, UFPE, ezio@ufpe.br A construção de pontes e viadutos com tabuleiros de vigas pré-moldadas protendidas e lajes concretadas no local é um dos métodos mais utilizados em todo o mundo para construção de pontes com vãos de até 40 metros. No Brasil a prática usual é a de se utilizar vigas pré-moldadas simplesmente apoiadas formando vãos isostáticos independentes. Neste tipo de concepção são colocadas juntas sobre os apoios ou utilizadas lajes de continuidade. Nos Estados Unidos e Europa há mais de 30 anos este tipo de solução vem sendo substituída pelo uso de vigas pré-moldadas com continuidade estrutural. Esta técnica apresenta vantagens em relação ao comportamento da estrutura, custos de construção e manutenção, além de proporcionar obras de melhor qualidade estética. Por outro lado, as pontes com continuidade exigem mais cuidados nas fases de projeto e construção. A execução em etapas e a evolução do sistema estrutural do tabuleiro, tanto na direção transversal como na longitudinal, implicam na redistribuição das tensões ao longo do tempo. O objetivo deste trabalho é apresentar uma visão do estágio atual deste tipo de obra abrangendo os principais aspectos de projeto e os sistemas de ligação utilizados na sua construção. Palavra-Chave: 1. Pontes; 2. Fluência; 3. Retração; 4. Redistribuição de esforços. Abstract The construction of bridges and viaducts with precast prestressed concrete girders with cast in place slabs is one of the methods most used to build bridges with spans until to 40 meters. In Brazil, the practice is to use precast beams simply supported forming independent spans. In this type of conception is necessary to use joints or continuity slabs over the intermediary supports. In the United States and Europe for over 30 years this type of solution is being replaced by the use of precast prestressed concrete girders with structural continuity. This technique has advantages in relation to the behavior of the structure, costs of construction and maintenance and provides better aesthetics. However bridges with continuity require more care during design and construction. The construction in stages and evolution of the structural system, both in transverse and in longitudinal direction, involve stress redistributions over time. These redistributions are caused by time-dependent deformations due to creep and shrinkage in the concrete structure. The objective of this paper is to present an overview of the current stage of this type of bridges covering the aspects of design and the systems of connection used in its construction. Keywords: 1. Bridge; 2. Creep; 3. Shrinkage; 4. Forces Redistribution. ANAIS DO 51º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC0057 1

3 1 Introdução A utilização de vigas pré-moldadas de concreto para construção de pontes teve início na década de 30 do século passado. Contudo esta técnica teve seu grande desenvolvimento a partir da década de 50 com o avanço da tecnologia da protensão e o desenvolvimento dos sistemas de transporte e montagem das estruturas (Figura 1). A técnica de construção de pontes em vigas pré-moldadas se difundiu rapidamente em função das diversas vantagens que apresenta, dentre as quais podemos destacar: Melhor controle da execução tanto para as vigas pré-fabricadas como para as prémoldadas no canteiro de obras; Otimização obtida na utilização das formas em função do reaproveitamento e do uso de seções padronizadas; Redução dos prazos de execução com a execução das vigas simultaneamente com a infraestrutura; Eliminação dos cimbramentos, o que é especialmente vantajoso no caso de obras sobre cursos d água. Figura 1 Primeira Ponte do Galeão Rio de Janeiro 1948 (Mondorf 2006) A utilização de elementos pré-moldados para a construção de vigas de pontes pode ser feita através de segmentos denominados aduelas ou através de vigas inteiras. O primeiro processo normalmente é economicamente viável para pontes de grandes vãos devido ao elevado custo dos equipamentos utilizados para movimentação das aduelas. As vigas pré-moldadas inteiras geralmente são utilizadas para vãos de até 40 metros por limitação dos equipamentos de transporte e movimentação. Nos Estados Unidos é usual a utilização de vigas pré-fabricadas para construção de vãos maiores de 40 metros, mas isto implica na execução de emendas nas vigas. Nestes casos as vigas são fabricadas com armaduras pré-tensionadas e colocadas sobre apoios provisórios. A emenda é feita com cabos pós-tensionados enfiados em bainhas previamente posicionadas. Neste trabalho são abordadas as pontes de vigas pré-moldadas protendidas executadas com o tamanho do vão. ANAIS DO 51º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC0057 2

4 O tipo de seção transversal adotado nas vigas pré-moldadas depende de diversos fatores: tipo de protensão (pré ou pós-tensão), equipamentos a serem utilizados para o transporte e movimentação, local da execução (fábrica ou canteiro), sistema de execução da laje, etc. Na figura 2 são apresentados algumas das seções transversais usualmente adotadas. Para vãos a partir de 15 metros, e principalmente para vigas executadas no canteiro, as seções em I são as mais utilizadas. Figura 2 Algumas seções usuais de vigas pré-moldadas de pontes rodoviárias 2 Processo construtivo das pontes em vigas pré-modadas O processo construtivo usual consiste na colocação das vigas pré-moldadas protendidas sobre os apoios por um dos vários processos disponíveis (treliças de lançamento, guindastes, etc.). Nesta etapa as vigas poderão estar com protensão total ou parcial dependendo da concepção adotada no projeto. A protensão total nem sempre é possível em função das elevadas tensões de compressão que ocorrem nas vigas sem carregamento. Em seguida é feita a concretagem da laje constituindo-se dessa forma uma estrutura composta. Para dispensar o uso de formas são utilizadas lajes pré-moldadas de pequena espessura (pré-lajes) apoiadas nas mesas das vigas. As pré-lajes podem funcionar como parte da seção resistente da laje, incorporando a armadura transversal inferior, ou apenas ter função de formas para suportar o concreto fresco da laje. Nos casos onde é prevista uma segunda etapa de protensão para as vigas, esta é realizada quando o concreto da laje atinge resistência adequada. Na figura 3 é apresentada uma seção transversal típica de uma ponte rodoviária com vigas pré-moldadas e laje moldada no local. LAJE MOLDADA NO LOCAL PRÉ-LAJE VIGA PRÉ-MOLDADA Figura 3 Seção transversal típica de ponte rodoviária em vigas pré-moldadas A ligação transversal entre as vigas pré-moldadas (longarinas) é feita por intermédio da laje e de transversinas. Nos últimos anos muitos projetistas têm deixado de adotar ANAIS DO 51º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC0057 3

5 transversinas internas nos vãos porque a sua contribuição para a rigidez transversal do tabuleiro é pequena e a sua execução apresenta dificuldades construtivas. 2 Tabuleiros de vãos isolados As pontes em vigas pré-moldadas foram inicialmente projetadas e construídas com vãos isostáticos separados por juntas localizadas sobre os apoios. O dimensionamento destas estruturas é relativamente mais simples uma vez que as deformações impostas têm menor influência sobre o seu comportamento. Do ponto de vista da construção também é uma solução simples e rápida. Contudo as juntas no tabuleiro representam um problema para os órgãos proprietários das pontes em função dos elevados custos de manutenção, além de causarem desconforto para o tráfego (Figura 4). O mau funcionamento das juntas frequentemente provoca infiltrações que são uma das maiores causas de deterioração das pontes rodoviárias (Pritchard 1994). (a) Figura 4 Juntas estruturais em elastômero: (a) deteriorada; (b) em substituição (fotos do autor). (b) A partir de pesquisas realizadas nas décadas de 60 nos Estados Unidos e 80 no Reino Unido sobre a deterioração causada nas pontes e viadutos pela infiltração nas juntas, este tipo de concepção passou a ser evitado nos países mais desenvolvidos. Os departamentos de transporte da maioria dos estados americanos adotam preferencialmente pontes sem juntas (Hastak et al, 2003). Uma pesquisa realizada pelo Department of Transport (DTp) no Reino Unido em 200 pontes no final da década de 1980 indicou que a infiltração nas juntas era a principal causa de corrosão nas armaduras dos tabuleiros e infraestruturas (Pritchard, 1992). Em razão disso a Highways Agency através da BA 42/96 recomenda que pontes com extensão de até 60 metros e esconsidades de até 30º não tenham juntas, inclusive nos encontros (pontes integrais). No Brasil atualmente ainda é relativamente comum se observar o projeto de pontes de múltiplos vãos com juntas sobre todos os apoios. ANAIS DO 51º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC0057 4

6 3 Tabuleiros de vãos isolados com lajes de continuidade Uma solução utilizada para se evitar o uso das juntas é a construção de vãos simplesmente apoiados unidos por uma laje de continuidade. Desta forma a laje fica contínua em toda extensão da obra, podendo ter algumas juntas no caso de pontes muito extensas. O dimensionamento dos vãos é feito de maneira independente uma vez que os momentos fletores que ocorrem nos apoios são insignificantes para as vigas devido à pequena rigidez da laje em relação a estas. A laje de continuidade é dimensionada para a carga direta das rodas e para os momentos que surgem nela devido à rotação das vigas nos apoios em função dos carregamentos nos vãos e das deformações impostas. Para minimizar estes momentos a laje tem sua espessura reduzida e separada das vigas até uma determinada distância das suas extremidades. Na Figura 5 é apresentado um detalhe típico de laje de continuidade. MATERIAL COMPRESSÍVEL LAJE MOLDADA NO LOCAL TRANSVERSINA APARELHOS DE APOIO VIGA PRÉ-MOLDADA Figura 5 Laje de continuidade ligando vãos isolados Este tipo de solução é muito pouco utilizado nos Estados Unidos, mas é largamente utilizada em países da Europa e no Brasil desde a década de 80. No Reino Unido a Highways Agency (2001) através da BA 57/01 recomenda este tipo de ligação ou a continuidade das vigas como veremos adiante (Figura 8). Uma parte dos projetistas e autores entende que esta é a melhor alternativa em função da sua simplicidade e do seu baixo custo, mas outros entendem que estes fatores não justificam a não utilização da continuidade. Para Menn (1990) a laje de continuidade está sujeita à fissuração, podendo se tornar um ponto de infiltração na estrutura. O mesmo autor também entende que o uso de duas linhas de aparelhos de apoio dificulta o içamento da superestrutura para eventuais trocas. ANAIS DO 51º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC0057 5

7 4 Tabuleiros com continuidade nas vigas Nos Estados Unidos desde a década de 60 as pontes em vigas pré-moldadas protendidas são construídas com continuidade estrutural entre os vãos. Desde então diversos sistema de conexão têm sido utilizados: ligações metálicas, protensão e armaduras passivas. Atualmente praticamente a totalidade dos departamentos de transporte dos estados americanos utiliza este procedimento nas suas pontes pré-moldadas (Hastak et al., 2003). Figura 6 Ponte em vigas pré-moldadas com continuidade (foto do autor) A ponte mais extensa construída com este sistema é Kingsport Bridge no estado americano do Tennessee, inaugurada em A ponte é dupla, possui 29 vãos e um comprimento total de 820 metros sem juntas (Figura 7). Nas extremidades foram previstas juntas entre a superestrutura e os encontros. Em um levantamento realizado por Burdette et al. (2003) vinte anos após a inauguração da obra foi constatado que o estado geral da obra era muito bom. Os autores consideraram as fissuras no fundo das vigas na região dos apoios (Figura 7-c) e as fissuras entre as vigas e as transversinas sem maior importância estrutural. Estas fissuras são causadas pelo momento positivo devido à restrição das deformações diferidas, como veremos a adiante. Segundo os autores o único problema grave detectado foi motivado por infiltrações nas juntas dos encontros. ANAIS DO 51º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC0057 6

8 30,5cm MÁX. 14,00m 23cm 137cm 1,07m 25cm 7,6cm 13,42m prestressed beam prestressed beam 0,91m 2,29m 7,27m 2,29m 25mm bituminous fiberboard 23cm 3-25mm x.53m dowel bars at each beam 4,60m (a) 91cm (b) (c) (d) Figura 7 Kingsport Bridge, Tennessee, EUA: (a)seções; (b) esquema da conexão; (c) detalhe de fissura na região da conexão - momento positivo; (d) vista geral, (Burdete et al., 2003). No Reino Unido, em função dos problemas detectados na década de 80, mencionados no item anterior, foi elaborado um estudo pelo DTp e pelo Transport and Road Research Laboratory (TRRL) para a indicação de soluções para a continuidade de tabuleiros em vigas pré-moldadas. Este estudo foi baseado em pontes já existentes e que apresentavam bom desempenho, sem deterioração significativa na região dos apoios (Pritchard, 1992). As soluções indicadas neste estudo foram incorporadas pela Highways Agency à sua recomendação de projeto BA 57/01 - Design for Durability e estão apresentadas na Figura 8. ANAIS DO 51º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC0057 7

9 Figura 8 Conexões de continuidade recomendados pela BA-57/01 Os tabuleiros com continuidade nas vigas apresentam vantagens em relação aos construídos com vãos isolados: A eliminação das juntas representa uma substancial economia nos serviços de manutenção e restauração ao longo de todo o período de vida útil da obra. Esta vantagem é maior nos países de clima frio onde o uso de sal para descongelamento dos pavimentos agrava este problema; A continuidade estrutural aumenta a capacidade de redistribuição de esforços no estado limite último. Isto é particularmente vantajoso no caso de ocorrerem cargas excepcionais e de obras situadas em regiões sujeitas a ações sísmicas; Embora os esforços totais finais atuantes nas vigas, quando computada a fluência devida à protensão e retração diferencial, sejam quase os mesmos daqueles calculados para a hipótese de vãos isolados, é possível se conseguir uma redução no consumo dos materiais desde que o projeto seja bem concebido. A simplificação dos pilares com a possibilidade de eliminação da travessa de apoio das vigas também pode contribuir para a redução dos consumos; As pontes em vigas pré-moldadas com continuidade apresentam uma melhor estética do que aquelas construídas com vãos isolados. Apresentam maior esbelteza, os vãos entre topos de vigas são eliminados e as travessas sobre os pilares podem ser evitadas; Apresentam pista de rolamento mais uniforme evitando o desconforto para o tráfego causado pela juntas estruturais. ANAIS DO 51º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC0057 8

10 Por outro lado o processo construtivo requer mais cuidados na sua execução, principalmente se for utilizada protensão no dispositivo de continuidade. Também o tempo de execução pode ser um pouco mais demorado do que no sistema de vãos isolados, caso sejam utilizados apoios provisórios para suportar as vigas durante a execução das transversinas. As pontes com vigas pré-moldadas com continuidade também são relativamente mais complexas na etapa de projeto quando comparadas às pontes com vãos isolados. Como são estruturas construídas em estágios, a seqüência de execução e as mudanças que ocorrem com o sistema estrutural devem ser levadas em conta na avaliação dos esforços e dimensionamento. Da mesma forma que ocorre nas pontes com juntas, a seção transversal também sofre alterações pois inicialmente têm-se vigas isoladas e depois um tabuleiro formado por vigas, laje e transversinas, ocorrendo evolução de tensões nos elementos estruturais. Por sua vez a continuidade das vigas restringe as rotações devido à fluência (protensão e peso próprio) e à retração diferencial entre a laje e as vigas que ocorreriam nas suas extremidades caso estas estivessem simplesmente apoiadas. Assim, ao longo do tempo, desenvolvem-se momentos fletores positivos devidos à protensão e negativos devidos ao peso próprio (fluência) e à retração diferencial entre a laje e as vigas (Figura 9). L L VIGA PRÉ-MOLDADA PILAR APOIOS PROVISÓRIOS A B C (a) DESLOCAMENTO LIVRE DEVIDO À MA2 MB2 FLUÊNCIA MC2 DEFORMADA DA VIGA PARA PESO PRÓPRIO + PROTENSÃO MA2 (b) MB2 DESLOCAMENTO LIVRE DEVIDO À RETRAÇÃO DIFERENCIAL M C2 (c) Figura 9 Momentos fletores devidos ao impedimento das rotações: (a) esquema estrutural; (b) fluência; (c) retração diferencial (adaptado de Pritchard, 1992). As estimativas dos efeitos da fluência e da retração apresentam um alto grau de variabilidade independentemente do modelo adotado. Além disso, mesmo que a idade prevista para o estabelecimento da continuidade seja especificada no projeto, há sempre ANAIS DO 51º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC0057 9

11 grande probabilidade de mudanças no cronograma durante a construção, alterando o comportamento evolutivo previsto para a estrutura. Em função da variabilidade esperada para o comportamento da estrutura tem-se verificado que não há vantagem na realização de cálculos rigorosos devendo-se adotar um detalhamento construtivo que atenda à essa variabilidade. 4.1 Continuidade com armaduras passivas O sistema de continuidade para vigas pré-moldadas com utilização de armaduras passivas é método mais popular entre os projetistas, principalmente nos Estados Unidos. O processo também é o de mais simples execução e o de menor custo. Neste tipo de conexão a armadura positiva e a armadura da alma são deixadas com um prolongamento para fora do topo das vigas (Figura 10). No processo construtivo em uma primeira etapa as vigas pré-moldadas são posicionadas no seu local definitivo sobre apoios provisórios que podem ficar no próprio pilar ou sobre estruturas auxiliares. Na segunda etapa são colocadas as armaduras da transversina e da laje e feita a concretagem destas peças. Como alternativa pode-se na segunda etapa executar a concretagem apenas da região da conexão e uma terceira etapa a concretagem do restante da laje. Com este procedimento reduz-se o valor do momento positivo que age sobre a viga isolada. Por outro lado há um aumento do valor do momento negativo na região da conexão e consequentemente da quantidade de armaduras. Em função disto esta seqüência de execução é mais aplicada quando a continuidade é feita com armaduras de protensão. PRÉ-LAJE LAJE ARMADURA SUPERIOR ESTRIBO VIGA PRÉ-MOLDADA APARELHO DE APOIO ARMADURA INFERIOR TRANSVERSINA Figura 10 Continuidade com armaduras passivas A rápida expansão deste processo construtivo nos Estados Unidos levou a Portland Cement Association (PCA) a desenvolver os primeiros trabalhos experimentais sobre o assunto no início da década de 60 (Newhouse, 2005). Foram realizados ensaios para verificar o comportamento das conexões para os momentos negativos e positivos sob a ação de cargas estáticas e cíclicas nas situações de serviço e rutura. ANAIS DO 51º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC

12 Para os momentos negativos foram utilizadas armações passivas na laje cujo resultado foi considerado satisfatório. Para os momentos positivos foram ensaiadas ligações com barras retas com uma cantoneira soldada que apresentaram bom comportamento e barras com dobras de 90 graus que não apresentaram um resultado não tão satisfatório. O relatório recomendou o aumento do raio de dobramento da armadura e que a distância entre o final da viga e a face do gancho seja pelo menos igual a vinte vezes o diâmetro das barras (Newhouse, 2005). Em 1969 a PCA publicou um boletim com um roteiro para o projeto de pontes prémoldadas protendidas com continuidade que se tornou um padrão nos Estados Unidos e ainda nos anos atuais é utilizado por um número considerável de projetistas, ficando conhecido como Método da PCA. O boletim indica como determinar a magnitude dos momentos que desenvolvem nos apoios internos devido à fluência e retração diferencial. Quando comparado a outros métodos o da PCA apresentada valores mais conservadores para os momentos devido à restrição das deformações diferidas (Newhouse, 2005). As expressões básicas do método são as seguintes: onde: M M s r t ( seb Ab e 2 ) 2 (Equação 1) 1 e ( M C M DL)(1 e ) M s( ) M LL (Equação 2) M s = momento básico de retração ε s = deformação diferencial de retração E b = módulo de elasticidade da laje A b = área da seção transversal do tabuleiro e 2 = distância do centróide da seção composta ao topo da viga M r = momento final devido à restrição das deformações M C = momento de restrição devido à fluência da protensão M DL = momento de restrição devido à fluência da carga permanente M LL = momento positivo devido à carga móvel com impacto Φ = coeficiente de fluência (obtido de ábaco) O National Cooperative Research Program (NCHRP) no seu Relatório 322 (Oesterle et al., 1982), indica nas suas conclusões que as fissuras na região inferior da ligação independem do uso ou não da armação positiva. Como a continuidade é estabelecida com a viga tendo pouca idade os momentos positivos que se desenvolverão devido à restrição dependerão da quantidade de armação colocada na ligação. A presença da armadura positiva garante uma menor abertura das fissuras, mas aumenta o momento no meio do vão. Em função disso e das dificuldades construtivas este relatório recomendou a não utilização das armaduras positivas nas conexões ao contrário do indicado no Método da PCA. O NCHRP Report 322 foi um estudo analítico com base em um número limitado de parâmetros que, apesar de sua importância, não pode levou em conta o grande ANAIS DO 51º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC

13 = = número de fatores envolvidos nas conexões de continuidade e as sua recomendações quanto a não utilização da armadura positiva não foram seguidas. Realmente o momento no meio do vão é pouco alterado pela continuidade uma vez que o momento devido às restrições nos apoios praticamente anula o ganho obtido pela continuidade (Figura 11). No entanto, a armadura positiva é importante para limitar a abertura de fissuras pelos momentos positivos que ocorrem na seção do apoio devido à fluência da protensão, variações diferenciais de temperatura e às cargas móveis em vãos distantes. Além disso, também é necessária para se garantir uma armação mínima de tração ancorada na região dos apoios e para a resistência ao cortante na seção da junta de concretagem entre a viga pré-moldada e a transversina. PESO PRÓPRIO RESTRIÇÃO NOS APOIOS SOBRECARGA + + CARGA MÓVEL TOTAL (a) MOMENTO MÁXIMO NO MEIO DO VÃO (b) Figura 11 Momentos fletores: (a) tabuleiro com vãos isolados; (b) tabuleiro com continuidade. O NCHRP Report 519 (Miller et al., 2004) elaborado com base em estudos numéricos e experimentais também indicou que o momento no vão independe da quantidade de armadura positiva adotada nos apoios. O estudo também indicou que a fissuração devida ao momento positivo não afeta a continuidade. Foi verificado que a armadura positiva deve ser dimensionada para um momento igual a 1,2 M cr, onde M cr é momento positivo de fissuração para a seção composta da viga, adotando-se a resistência do concreto da transversina. Quantidades de armadura acima desta não são eficientes, além de congestionarem a zona de ligação. O estudo também indica que para vigas onde a continuidade ocorre com idade superior a 90 dias os momentos positivos devidos às deformações diferidas são praticamente nulos (Figura 12). ANAIS DO 51º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC

14 Figura 12 Evolução dos momentos fletores devidos ao impedimento das rotações em função da idade da protensão da viga quando estabelecida a continuidade (Miller et al., 2004). O valor de 1,2 M cr para o dimensionamento da conexão positiva também foi verificado no trabalho de Newhouse (2005) e em seguida incluído na última edição da AASTHO LFRD Bridge Design Specifications (2007), sendo o dimensionamento da conexão positiva dado por: M n 1, 2M cr ( 0,9) (Equação 3) a a M n Aps f ps( d p ) As f s ( d s ) (Equação 4) 2 2 onde: A ps = área da armadura de protensão f ps = tensão do aço de protensão d p = distância da fibra comprimida extrema ao centróide da armadura de protensão a = profundidade do bloco comprimido A s = área da armadura passiva f s = tensão da armadura passiva d s = distância da fibra comprimida extrema ao centróide da armadura passiva. Com relação à armadura para os momentos negativos na conexão pouca importância tem se dado na literatura internacional. Os poucos trabalhos que analisaram o seu funcionamento concluíram que os resultados experimentais corresponderam àqueles teoricamente esperados. No entanto, por questões econômicas, tem havido um interesse em se estabelecer a continuidade em vigas com idades mais avançadas, pois desta forma aumenta-se o valor do momento negativo e diminui-se o positivo no vão. Assim o momento negativo também deve ser objeto de um cuidadoso dimensionamento de forma a se evitar a fissuração na laje do tabuleiro. ANAIS DO 51º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC

15 4.2 Continuidade com pós-tensão A continuidade das vigas pré-moldadas pode ser efetivada através da utilização de póstensão. Neste tipo de ligação, como nos demais sistemas, a primeira etapa de protensão deve ser suficiente para suportar o peso próprio da viga e da laje com as transversinas. A pós-tensão de continuidade pode se dar através de cabos dispostos ao longo de toda a extensão da ponte ou apenas nos trechos sobre os apoios. No caso da pós-tensão se dar ao longo de toda a obra os cabos de continuidade são enfiados nas bainhas deixadas previamente nas vigas e são protendidos após a concretagem da laje e transversinas. Esta técnica, além possibilitar o controle de tensões sobre apoios, tem como vantagem o fato de permitir um efeito de protensão sobre todo o conjunto da estrutura. A armação para o momento positivo na região da ligação usualmente é feita por intermédio de armaduras passivas. Para pontes com muitos vãos, para minimizar as perdas por atrito, os cabos de continuidade são protendidos por trechos (geralmente a cada dois vãos) e unidos com acopladores (ancoragens de continuidade). Na Figura 13 é apresentado um esquema deste tipo de ligação. (a) (b) Figura 13 Continuidade com pós-tensão ao longo de toda a extensão da ponte: (a) esquema longitudinal da armação principal da viga; (b) detalhe da extremidade da viga (Menn, 1990) ANAIS DO 51º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC

16 No caso de pós-tensão aplicada apenas na região dos apoios podem utilizados cabos ou barras do sistema Dywidag dispostos na laje moldada no local. No caso dos cabos são utilizadas unidades de pequena potência uma vez que o espaço para alojamento das ancoragens é reduzido devido à pequena espessura da laje. Este sistema é vantajoso em relação ao da pós-tensão em toda a extensão quando as vigas pré-moldadas têm alma com espessura muito reduzida para instalação dos cabos. Neste processo, após a montagem das vigas pré-moldadas, primeiramente é concretado o trecho da laje sobre os apoios onde estão colocadas as armaduras ativas. Após a aplicação da protensão é feita a concretagem do restante da laje. Um esquema deste sistema de continuidade está apresentado na Figura 14. LAJE MOLDADA NO LOCAL (2ª ETAPA) LAJE MOLDADA NO LOCAL (1ª ETAPA) ARMAÇÃO DE PROTENSÃO VIGA PRÉ-MOLDADA APARELHO DE APOIO TRANSVERSINA APOIOS PROVISÓRIOS 5 Conclusões Figura 14 Continuidade com pós-tensão na região dos apoios A utilização de vigas pré-moldadas protendidas com continuidade apresenta como principais vantagens o aumento da segurança estrutural e a redução dos custos de manutenção da estrutura ao de toda a sua vida útil. As pontes executadas com esta técnica demandam mais cuidados nas etapas de projeto e planejamento da construção assim como a utilização de mão de obra mais especializada na fase de execução da continuidade das vigas. As conexões feitas exclusivamente com utilização de armaduras passivas são as mais utilizadas por serem de execução mais simples e de menor custo. Em função da variabilidade dos momentos devidos à restrição nos apoios das deformações por fluência e retração relativa podem ser dispensados cálculos rigorosos adotando-se um detalhamento construtivo que atenda esta variabilidade. No caso de vigas que podem ser fabricadas com uma antecedência mínima de 90 dias antes de executada a continuidade os efeitos da restrição das deformações diferidas podem ser desprezados. Dessa forma são evitadas possíveis fissuras na região inferior da conexão e reduzidos os momentos finais no meio do vão. ANAIS DO 51º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC

17 6 Referências AASHTO - American Association of State Highway and Transportation Officials, LRFD Bridge Design Specifications, Washington, DC (2007) Burdette, E. G; Goodpasture, D.W., Deatherage, J.H., A Half-Mile of Bridge Without a Joint, Concrete International, Vol. 25, Nº 2, ACI, Hastak, M., Mirmiran, A, Miller, R.A., Castrodale, R.; Shah, R., State of Practice for Moment Connections in Prestressed Concrete Girders Made Continuous, Journal of Bridge Engineering, Vol. 8, Nº 5, ASCE, Reston, VA, Menn,C., Prestressed Concrete Bridges, Birkhäuser Verlag AG, Berlin, Miller, R.A., Castrodale, R., Mirmiran, A.; Hastak, M., NCHRP Report 519 Connection of Simple-Span Precast Concrete Girders for Continuity, Transportation Research Board, Washington, DC, Mondorf, P.E., Concrete Bridges, Taylor and Francis, New York, 2006 Newhouse, C.D., Design and Behavior of Precast, Prestressed Girders Made Continuous An Analytical and Experimental Study, Virginia Polytechnic Institute and State University (Doctoral Thesis), Blacksburg, VA, Oesterle, R.G., Glikin, J.D.; Larson, S.C., NCHRP Report 322 Design of Precast Prestressed Bridge Girders Made Continuous, Transportation Research Board, Washington, DC, 1989 Pritchard, B., ed., Continuous and Integral Bridges, Proceedings of the Henderson Colloquium Towards Joint-Free Bridges, British IABSE Group, Cambridge 1993, E&FN SPON, London, Pritchard, B., Bridge Design for Economy and Durability Concepts for New, Strengthened and Replacement Bridges, Thomas Telford Ltd., London, 1992 The Highways Agency, BA 42/96 The Design of Integral Bridges, Design Manual for Roads and Bridges Volume 1 Highway Structures: Approval Procedures and General Design, London, The Highways Agency, BA 57/01 Design for Durability, Design Manual for Roads and Bridges Volume 1 Highway Structures: Approval Procedures and General Design, London, ANAIS DO 51º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC