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Manutenção e recuperação das juntas de dilatação em pontes e viadutos

Engenharia

Análise das principais juntas de dilatação e seus tipos usuais em OAE, relacionando inspeção, critérios de dimensionamento, patologias e manutenção.

índice

  1. 1. RESUMO
  2. 2. INTRODUÇÃO
    1. 2.1 Objetivos
      1. 2.1.1 Objetivo geral
      2. 2.1.2 Objetivos específicos
    2. 2.2 Metodologia
  3. 3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
    1. 3.1 Dilatação Térmica
    2. 3.2 Histórico do uso das juntas de dilatação
    3. 3.3 Critérios para dimensionamento das juntas de dilatação
    4. 3.4 Tipologia das juntas de dilatação para pontes e viadutos
    5. 3.5 Patologias em juntas de dilatação
    6. 3.6 Técnicas de inspeção de OAEs
    7. 3.7 Manutenção e recuperação das juntas de dilatação em pontes e viadutos
  4. 4. DESENVOLVIMENTO
    1. 4.1 Dilatação Térmica
      1. 4.1.1 Dilatação Linear
      2. 4.1.2 Dilatação Superficial
      3. 4.1.3 Dilatação Volumétrica
    2. 4.2 Histórico do uso das juntas de dilatação
    3. 4.3 Critérios de dimensionamento de juntas de dilatação
      1. 4.3.1 Translação horizontal na direção do eixo Ux da ponte.
      2. 4.3.2 Cálculo dos movimentos das juntas de expansão.
      3. 4.3.3 Translação horizontal na direção Uy da seção transversal.
      4. 4.3.4 Translação vertical Uz.
      5. 4.3.5 Rotação em todo o eixo φx da ponte.
      6. 4.3.6 Rotação em torno do eixo φy.
      7. 4.3.7 Rotação em torno do eixo φz.
      8. 4.3.8 Efeitos da Retração.
      9. 4.3.9 Efeitos térmicos.
    4. 4.4 Tipologia das juntas de dilatação de pontes e viadutos
      1. 4.4.1 Junta Aérea
      2. 4.4.2 Junta Aberta
      3. 4.4.3 Junta Enterrada
      4. 4.4.4 Junta de Concreto Modificado
      5. 4.4.5 Junta com Material Elástico
      6. 4.4.6 Junta de Compressão
      7. 4.4.7 Junta de Perfil Elastomérico
      8. 4.4.8 Junta Banda Flexível
    5. 4.5 Patologias em juntas de dilatação
      1. 4.5.1 Tipos de patologias em juntas de dilatação
      2. 4.5.2 Impermeabilidade e drenagem
      3. 4.5.3 Movimento
      4. 4.5.4 Conforto de Utilização
      5. 4.5.5 Fixação
      6. 4.5.6 Geometria
      7. 4.5.7 Fissuras no pavimento
      8. 4.5.8 Transição para o pavimento
      9. 4.5.9 Principais causas de patologias nas juntas de dilatação
      10. 4.5.10 Erros de projeto e dimensionamento
      11. 4.5.11 Soluções para as patologias
    6. 4.6 Inspeção de pontes e viadutos
      1. 4.6.1 Tipos de Inspeção
      2. 4.6.2 Inspeção cadastral
      3. 4.6.3 Inspeção rotineira
      4. 4.6.4 Inspeção especial
      5. 4.6.5 Inspeção extraordinária
      6. 4.6.6 Inspeção das Juntas de dilatação
      7. 4.6.7 Metodologia da Inspeção
      8. 4.6.8 Técnicas de inspeção e diagnóstico
    7. 4.7 Manutenção e recuperação das juntas de dilatação em pontes e viadutos
    8. 4.8 Estudo de Caso
  5. 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
  6. 6. REFERÊNCIAS BIBIOGRÁFICAS

1. RESUMO

As pontes e viadutos são nomenclaturas pertencentes às OAEs e estruturas utilizadas para transpor o tráfego de veículos, pessoas e trens. Com o objetivo de vencer um vão, seja este composto por cursos d’água, no caso de pontes, ou composto por vales e depressões, neste caso viadutos. Assim como qualquer estrutura, as pontes e viadutos estão suscetíveis a sofrer muitas ações, como frenagens e acelerações, empuxo de terra, pressão d’água e variação de temperatura. Isto posto, para que estas ações sejam resistidas pelas pontes e viadutos, são designados elementos com o propósito de diminuir os impactos destas ações, e para amenizar os impactos de variação de temperatura são projetadas as juntas de dilatação.

As juntas de dilatação são elementos que não apresentam características estruturais, entretanto, são de grande importância para o funcionamento pleno de uma OAE. São posicionadas sobre os tabuleiros, e definem as transições entre eles. Devemos ressaltar que as juntas de dilatação, são elementos que estão posicionados na superfície dos tabuleiros, e grande parte dos tipos estão expostas as ações dos veículos, trens, pedestres e intemperismo.

Este trabalho final de graduação em Engenharia Civil, tem como foco demonstrar o início do uso de juntas de dilatação em pontes e viadutos, explicitar as características e aspectos dos principais tipos de juntas usuais. Sendo assim, iremos apresentar o desenvolvimento de inspeção de pontes e viadutos, com foco nas técnicas empregadas para a análise das juntas de dilatação e atribuindo estas técnicas as possíveis anomalias que possam apresentar. E por fim, buscaremos esclarecer as opções existentes para solucionar as possíveis patologias de forma exequível economicamente.

Palavras chave: Juntas de dilatação; Manutenção em Ponte e viadutos; Inspeção de OAEs;

ABSTRACT

The bridges is nomenclature belonging to Special Art, and structures that is used to transpose the vehicle traffic, people and trains, with the purpose to overcome a valley, be this composed by water courses, or compose just with a dry valley. As well any structure, the bridges is susceptible to suffer many actions, as braking and acceleration, water pressure, and temperature variation, then, to those actions be resisted by the bridges, are designed elements to decrease the impacts of the actions, and to decrease the impacts of the temperature variation are designed  the joints.

The Bridge’s joints, is an element that not present structural characterizes, however, are very important to the bridge’s complete operations. The joints is positioned over the bridge’s deck and is the responsible to define the transitions between the decks. We have to emphasize that joints is positioned on the bridge’s deck surface, and the most part are exposed to actions by vehicles, trains, people and weathering.

This academic work of Civil Engineering graduation, has the focus to demonstrate the first use of the joints in bridges, and evince the characterizes and aspects of the main usual types, then, we will present the bridge’s inspection, with focus in the techniques to analyze, and the techniques to identify the anomalies that could be present. Lastly, we will clarify the existing options to solve the possible pathologies of form economically executable.

Keywords: Expansion Joints; Bridge maintenance; Bridge’s inspections;

2. INTRODUÇÃO

As juntas de dilatação são elementos de grande importância para a constituição de OAEs. São responsáveis pela amenização das movimentações provenientes dos fenômenos de variação de temperatura. Assegurando que estas movimentações sejam contidas apenas em seus componentes para transmitir os esforços ao restante das partes constituintes de pontes e viadutos. Gerando aos usuários das OAEs maior segurança e mantendo o exercício pleno da função destas.

O emprego das juntas de dilatação foram se tornando cada vez mais perceptíveis em pontes e viadutos, através de verificação das ações da variação de temperatura nos diferente materiais em que são utilizados para compor a estrutura das pontes e viadutos. Em pontes que eram constituídas por pedras e madeira, não havia a necessidade do uso das juntas de dilatação, visto que, os esforços provenientes da variação de temperatura sobre as OAEs eram considerados insignificantes e não ofereciam riscos aos usuários. Com o passar do tempo, o emprego do aço na estrutura de pontes ferroviárias, foi verificado que a incidência dos esforços de dilatação térmica era danosa e significante, foi constatado que o uso das juntas de dilatação se tornou necessário e essencial para o pleno funcionamento de pontes e viadutos.

Com o aumento das tecnologias e o grande tráfego de veículos, apesar das inovações, aspectos de inspeção e manutenção do sistema de juntas de dilatação não apresentaram grandes evoluções. Sem grandes evoluções nesses quesitos, as juntas de dilatação têm se tornado cada vez mais suscetíveis ao surgimento de anomalias e patologias, e consequentemente convergindo no aumento de incidência danosa aos elementos pertencentes a ponte. Por meio destes fatos, é conveniente que seja realizado um estudo aprofundado referente as manutenções e métodos de recuperação de juntas de dilatação de pontes e viadutos.

2.1. Objetivos

2.1.1. Objetivo geral

Obter e promulgar conhecimentos em infraestrutura, dando foco em dispositivos elaborados e aplicados com o objetivo de absorver a movimentação proveniente da dilatação garantindo o conforto e prolongando a vida útil do tabuleiro. Da mesma forma, realizar a análise das principais juntas de dilatação e seus tipos usuais em OAE, relacionando inspeção, critérios de dimensionamento, patologias e manutenção. Desenvolvendo o estudo com base nos principais autores, utilizando fontes atuais de diversos países.

2.1.2. Objetivos específicos

Esclarecer questões pertinentes ao fenômeno físico causador da chamada dilatação térmica, explicitando a sua importância para o estudo e bom funcionamento das estruturas

Apresentar fatos históricos estudados sobre o emprego das juntas durante o avanço tecnológico das construções de grande porte pelo mundo.

Bem como, conhecer os métodos e critérios para o correto dimensionamento, para escolha das tipologias mais usuais de juntas e caracterizar suas instalações.

Igualmente, abordar desde as principais anomalias danosas até o bom funcionamento das juntas e seus elementos, que ocasionalmente prejudicam o exercício pleno e a durabilidade das demais estruturas que compõem as obras de arte especiais.

Da mesma forma, catalogar e identificar as principais técnicas de inspeção, assim como os tipos patológicos provenientes do meio ambiente e das formas de uso.

Assim como, demonstrar as possíveis soluções economicamente exequíveis para sanar as principais deteriorações presentes em juntas de dilatação.

2.2. Metodologia

A concepção desta monografia concebida através do estudo erudito, relacionando os conhecimentos abordados em livros, normas, artigos e pesquisas acadêmicas de diversas nacionalidades, englobando diversas perspectivas de estudo do tema abordado. Por meio dessas diferentes óticos, pudemos realizar comparações entre métodos executados em países que apresentam climas, culturas e estudos diferentes ao nosso. Sendo assim, o conhecimento obtido por meio das literaturas internacionais, nos introduziu a diferentes realidades, tornando-o mais abrangente e com maior critério.

De forma empírica, por meio do estudo de campo, constatamos sua utilização em pontes e viadutos, com isso foi possível identificar diversos conhecimentos obtidos durante o estudo teórico, nos proporcionando experiência devido o acompanhamento da execução de manutenção de juntas de dilatação em uma ponte submetida ações prejudiciais provenientes do intemperismo e desgaste por uso. Não obstante, a visita técnica nos possibilitou ter a oportunidade de coletar informações por meio de entrevistas com profissionais que lidam no dia-a-dia com situações que envolvem o conteúdo deste trabalho acadêmico.  

Mediante estudo erudito e empírico, foi elaborado e estruturado didaticamente questões relacionadas ao tema proposto. Esta dissertação tem como embasamentos as principais literaturas atuais para a análise e conhecimento das juntas de dilatação. Ademais, utilizando imagens à busca de conhecimentos de autoria própria em sua maioria, foi exemplificado diversas situações pertencentes à busca de conhecimento sobre as juntas de dilatação, buscando demonstrar que grande parte do cenário desses dispositivos está presente de alguma em nosso cotidiano. Para complementação houve a inserção de tabelas e gráficos, que com a finalidade de proporcionar maior esclarecimento das informações, tornando textos e exemplos mais compreensíveis.

3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

3.1. Dilatação Térmica

Gaspar (2010), afirma que a dilatação térmica pode ser definida como o aumento das dimensões de um corpo, através da elevação de temperatura. Sendo assim, o autor destaca que o fenômeno da dilatação pode ocorrer com quase todos os materiais conhecidos, e ressalta que materiais em estado líquido, sólido e gasoso, podem ser submetidos ao fenômeno da dilatação térmica.

Ramalho, Ferraro e Toledo (2007), definem de forma clara, que quando há um aumento de temperatura, os corpos também aumentam suas dimensões e que este fenômeno é denominado como a dilatação térmica. Afirmam também, que a dilatação térmica é resultante do aumento da agitação das partículas que fazem parte do corpo. O aumento da agitação das partículas provoca colisões entre as mesmas, ocasionando um aumento da divisão entre elas. Além disso, ressaltam que quando há a diminuição das dimensões de corpos, e esta diminuição é proveniente da diminuição da temperatura do ambiente, pode ser denominada como contração térmica.

Calçada e Sampaio (2012), explicam que quando um corpo é aquecido, geralmente ocorre o aumento de suas dimensões. Isto acontece por conta do aumento da distância entre as moléculas ou átomos, provenientes do acréscimo de agitação térmica. Ainda ressaltam que o estudo da dilatação térmica de corpos em estado sólido é experimental, e para que haja uma facilidade na compreensão, este assunto costuma-se ser dividido em três e de acordo com o número de faces que irão ser estudadas. Sendo assim, definem que quando há o estudo de uma única dimensão, este é definido como dilatação linear. Quando o estudo é direcionado a duas dimensões, é denominado dilatação superficial, e caso sejam estudas três dimensões, é definido como dilatação volumétrica ou cúbica.

3.2. Histórico do uso das juntas de dilatação

A parte histórica das juntas é de grande importância, pois, com os erros cometidos anteriormente os pesquisadores e estudiosos conseguiram compreender e criar fórmulas para lidar com o fenômeno físico da dilatação térmica. Assim hoje em dia temos soluções concretas para lidar com as adversidades que a dilatação pode causar.

Assim como, descreve Rambeger (2002), a importância do estudo histórico do uso das juntas de dilatação, se dá por conta da análise dos critérios de dimensionamento aplicados antigamente. Além disso, o aprendizado com o surgimento de um elemento de grande relevância para ponte e viadutos, demonstra que a ausência deste em diversas estruturas feitas na história da humanidade, pode ter culminado na deterioração destas.

Ferreira (2013), compartilha da mesma opinião exposta por Ramberger (2002), e afirma que o estudo da história das juntas é de grande valia para o desenvolvimento de novas tecnologias para as juntas de dilatação. Além do mais, ressaltou os defeitos que eram encontrados incialmente quando começou o emprego do sistema de juntas em pontes. Lembrou que estes passaram a ser estudados, e aplicados para que novas juntas não voltassem a apresentar estas anomalias.

3.3. Critérios para dimensionamento das juntas de dilatação

Chen, Wai-Fah, Duan e Lian (2000) relatam que as juntas de dilatação devem acomodar os movimentos produzidos pelas peças de concreto, descrevem como pontos importantes os efeitos de encurtamento e alongamento, pós-tensionamento, variação térmica, carregamento móveis e permanentes, vento e cargas sísmicas. O foco principal é nas fórmulas da variação tanto de encurtamento quanto de temperatura, apresentando de maneira sucinta e elucidativa o método de se alcançar numericamente os resultados físicos consequentes dessas variações. Cabe incluir o ressalto de que é deixado bastante claro pelos autores a questão da singularidade de cada tipo de construção e situação, definindo diferentes aspectos primordiais e mesmo assim colocáveis em prática de maneira específica para cada situação.

Em concordância ao que Ramberger (2002) expõe, o movimento das juntas de dilatação dependem do tamanho da ponte e do posicionamento dos aparelhos de apoio, no caso do estudo de Ramberger (2002), a movimentação das peças componentes da ponte, como rotação e translação, tanto transversalmente como longitudinalmente, são severamente mais evidenciadas e demonstradas, apontando a importância do conhecimento no que se refere aos movimentos físicos em cada eixo da peça, para que assim se possa ter uma maior congruência com o que realmente acontece quando se tem uma ponte funcionando.

Já WSDOT (2018) prefere abordar o assunto de maneira a se preocupar com a perfeita instalação da junta, indicando os efeitos mais comuns que ocorrem nessa parte da estrutura e fazendo com que seja elaborada a questão de maneira descritiva, com foco nos materiais utilizáveis em toda estrutura e que modificam o funcionamento que é exigido da junta de dilatação.

3.4. Tipologia das juntas de dilatação para pontes e viadutos

Este conteúdo tem como objetivo apresentar os tipos de juntas de dilatação, que serão utilizadas em pontes e viadutos. Também veremos suas principais características, pois elas são de grande importância para entendermos sua aplicação em determinados ambientes. Tendo em vista que a sua forma de trabalhar e os esforços que a mesma consegue suportar, podemos afirmar que tem uma notável relevância para a vida útil de grandes estruturas.

Ferreira (2013), ressalta que as juntas de dilatação são compostas por diversos elementos, e podem ser constituídas de diferentes materiais. Além disso, podem ser classificadas através da movimentação e configuração das mesmas para a realização do fechamento do vão. Esclarece também que a natureza das juntas de dilatação de pontes e viadutos há uma grande dependência do material em que é constituída.

Ramberger (2002), afirma que as juntas de dilatação, independentemente de sua constituição, devem apresentar uma baixa emissão de sons e oferecer aos usuários de pontes e viadutos suavidade durante a passagem de veículos, trens e pedestres.  Ainda destaca que as juntas devem apresentar resultados satisfatórios, e que estejam de acordo com os requerimentos do Estado Limite Último (ELU).

3.5. Patologias em juntas de dilatação

As juntas de dilatação, tem uma grande importância para o funcionamento pleno de pontes e viadutos. Podemos afirmar que, é um elemento que não apresenta função estrutural, entretanto, quando não apresenta um desempenho de forma adequada a sua função, pode desencadear em diversas anomalias estruturais em OAEs.

De acordo com Ferreira (2013), as patologias presentes em juntas de dilatação em pontes e viadutos, podem provocar novas patologias ao em torno das juntas, e em outros elementos de pontes e viadutos. Sendo assim, por conta de as juntas de dilatação serem elementos que geralmente estão em contato direto com veículos e pedestres, o surgimento de anomalias em sua composição, pode interferir no exercício pleno da função de pontes e viadutos, podendo causar grande incômodo aos usuários, ou até a interdição da passagem de veículos e pessoas.

O DNIT (2010), ressalta que a importância de realizar o estudo de patologias de juntas de dilatação, também implica na prevenção de ocorrer patologias em outros elementos de pontes e viadutos. Desta forma, ressalta que a estanqueidade das juntas de dilatação, é uma das ações importantes para que a estrutura não seja submetida a infiltração de água em seus elementos, e que consequentemente seja protegida de uma provável corrosão nas armaduras.

Segundo Souza e Ripper (1998), a falta de estanqueidade de juntas de dilatação, traduzindo na infiltração de água em outros elementos das pontes, pode desencadear na danificação de armadura e apoios. Além disso, em casos de pontes e viadutos construídas em concreto protendido, a entrada de água em cabos, pode causar corrosão e em consequência uma possível ruptura dos cabos.

De acordo com o estudo de caso de Laner (2001), grande parte e de pontes e viadutos em Porto Alegre ressalta sofrem com as anomalias de umidade e infiltração em juntas de dilatação. Além disso, de acordo com os levantamentos de Laner (2001), estas patologias são um dos principais agentes desencadeadores de anomalias em outros elementos de pontes e viadutos de Porto Alegre. Demonstrando a importância do estudo de anomalias presentes em juntas de dilatação de pontes e viadutos.

3.6. Técnicas de inspeção de OAEs

O estudo sobre como são executadas as inspeções de Obras de Arte, é de grande importância para compreendermos quais são os parâmetros adotados pelos inspetores na determinação da manutenção nas juntas de dilatação de pontes e viadutos. Os inspetores devem estar atentos a alguns fatores, que serão determinantes para delegar a manutenção das juntas de dilatação. As juntas de dilatação devem ser inspecionadas de modo visual. Para Lima e Brito (2007), outra técnica destacável para a identificação de danos é a inspeção auditiva, que pode auxiliar o inspetor a identificar componentes soltos das juntas.

Segundo Ramberger (2002), os inspetores devem analisar os seguintes parâmetros: Vedação das juntas, rachaduras nos elementos metálicos que compõem as juntas de dilatação, danos em proteções anticorrosivas e obstrução ou danos no sistema de drenagem. É relevante que a verificação destes parâmetros seja realizada não só no pavimento da pista de rolamento, mas também em acostamentos. Além disto, a compreensão do exercício de inspeção em Obras de Arte é relevante para analisarmos a regularidade das inspeções e suas tipologias.

De acordo com o DNIT (2004), a inspeção rotineira, responsável por identificar possíveis anomalias em grande parte dos elementos de pontes e viadutos, é realizada em períodos adequados, e geralmente são adotados intervalos de 1 a 2. Sendo assim, é recomendável que concessões de rodovias e o Estado responsável pela administração das vias, adotem um padrão de intervalo para a realização da inspeção rotineira.

3.7. Manutenção e recuperação das juntas de dilatação em pontes e viadutos

Ferreira (2013) apresenta de forma breve alguns métodos aplicáveis no que se refere ao alongamento de vida útil e de durabilidade do sistema de juntas, porém sem ser criterioso ou detalhista, apenas indicando as ações possíveis para obter um bom rendimento advindo das juntas de dilatação.

No que se refere ao designado por Chen, Wai-Fah, Duan e LIAN (2000), a proposta de manutenção é dada por meio de um conselho para que os fabricantes de juntas, os calculistas e os instaladores tivessem um maior contato para ampliar a base de conhecimento sobre o funcionamento das juntas e expandir de maneira tecnológica, para obter desempenhos cada vez melhores. É dito que, os calculistas e o pessoal de manutenção das juntas devem enviar um feedback para os fabricantes e que, segundo Chen, Wai-Fah, Duan e Lian (2000), a comunicação é a chave para aumentar a vida útil e durabilidade dos dispositivos.

4. DESENVOLVIMENTO

4.1. Dilatação Térmica

Podemos definir a dilatação térmica como um fenômeno. Este ocorre quando há o aumento das dimensões de um corpo, seja este em estado sólido, líquido ou gasoso, por conta da elevação de temperatura. A ocorrência deste fenômeno pode ser explicada como o aumento da agitação das partículas de um corpo proveniente do aumento de temperatura. Sendo assim, esta elevação da agitação de partículas provoca um maior distanciamento entre elas, e consequentemente um acréscimo na divisão entre as partículas, resultando no aumento das dimensões deste corpo.

O estudo da dilatação térmica tem grande importância na engenharia, ainda mais em um país tropical como o Brasil, onde uma estrutura pode ser sujeita a uma grande variação térmica em apenas em um dia, por conta da notável amplitude térmica presente em boa parte dos estados brasileiros. Sendo assim, estruturas que apresentam grandes dimensões, o aumento da agitação de suas partículas originado pelo o aumento de temperatura, implica em um aumento significativo de suas dimensões, tornando necessário o estudo íntegro dos efeitos da dilatação térmica em grandes estruturas.

Assim como descreve Ramalho, Ferraro e Toledo (2007), para que haja uma padronização didática no ensinamento do fenômeno da dilatação térmica, ocorre a divisão deste assunto em três diferentes categorias. Esta classificação ocorre por meio do número de dimensões se um corpo que serão estudadas. Desta forma, é definido que o estudo da dilatação térmica em apenas em uma dimensão de um corpo (comprimento), é denominada dilatação linear. Caso o estudo seja direcionado para duas dimensões de um corpo (comprimento e largura), este é nomeado como dilatação superficial, e por fim se o estudo for dedicado as três dimensões de um corpo, é chamado de dilatação volumétrica ou cúbica.

4.1.1. Dilatação Linear

A dilatação linear estuda o fenômeno da dilatação térmica em apenas uma dimensão de um corpo sólido. Desta forma, o estudo é direcionado apenas na variação de comprimento do corpo em análise. É muito usual que as literaturas descrevam e exemplificam a dilatação linear de um corpo sólido por meio de experiências com barras. O motivo desta metodologia é a maior clareza na visualização do fenômeno.

A dilatação linear pode ser definida através de uma consideração empírica classificada como simples, se comparadas com outras constatações físicas. Sendo assim podemos definir a dilatação linear com a seguinte expressão matemática:

\(L=L0\times\alpha\times∆t\)

onde:

L= Comprimento do corpo final (m);

L0 = Comprimento do corpo inicial (m);

α  = Coeficiente de dilatação linear (1.10^-6 °C^-1);

t = Variação de temperatura (°C).

Figura 1 - Efeitos da dilatação térmica linear em uma barra.

Fonte: IFRS, 2016.

O coeficiente de dilatação linear (α), é definido para cada material, e varia de acordo com o intervalo de temperatura estudado. Sendo assim, geralmente as tabelas com coeficientes de dilatação linear apresentam a temperatura pela qual se referem, pois, o coeficiente de dilatação de um sólido só é constante dentro de um intervalo de temperatura definido.

Tabela 1 - Coeficientes de dilatação linear.

Coeficientes de dilatação linear*

Material

α (1.10^-6 °C^-1)

Alumínio

24

Cobre

17

Concreto

12

Ferro

12

Vidro

9

* Valores definidos para a temperatura de 20°C.

Fonte: Cordeiro, Gomes e Osório, 2019.

4.1.2. Dilatação Superficial

Assim como a Dilatação linear, a dilatação superficial é uma das padronizações didáticas, destinadas para o ensinamento do fenômeno da dilatação. Sendo assim a dilatação superdicial é o estudo dos efeito da dilatação térmica térmica em duas dimensões de um corpo sólido. Desta forma, o estudo da dilatação superficial é voltado para a análise da varição do comprimento e da largura do corpo em observação. Assim como, Calçada e Sampaio (2010) descrevem, a dilatação superficial de um corpo sólido, pode ser considerada como a análise da superfície de um corpo sólido.

Para exemplificarmos a ação da dilatação superficial, iremos tomar como exemplo uma placa de metal, submetida ao aumento de temperartura. A lei da dilatação superficial determina que a váriação da área do corpo em estudo quando submetida ao aumento de temperatura, sofre uma variação de seu área proporcional á area incial. Sendo assim, uma placa metálica com área inicial (Ai), submetida ao fenômeno da dilatação, terá uma variação de sua área (ΔA), que implicarã em uma área final (Af).

Figura 2 - Efeitos da dilatação térmica superficial em uma placa metálica.

Fonte: Villaruel, 2014.

A dilatação superfical pode ser descrita matematicamente com a seguinte expressão:

\(∆A=Ai×β×∆t \)

onde:

A  = Variação da área do corpo (m²);

Ai  = Área inicial (m²);

β  = Coeficiente de dilatação superficial (1.10^-6 °C^-1);

t  = Variação de temperatura (°C).

Bem como a dilatação térmica linear, a resultante da dilatação térmica superficial também é dependente do material que é composto o corpo em estudo, assim sendo, para a definicçãoda variação da área do corpo em analise, devemos considerar o coeficiente dedilatação superficial (β), referente ao material do corpo observado.

O coeficiente de dilatação pode ser definido como duas vezes o coeficiente de dilatação linear.

\(\beta=2\times\alpha\)

Sabendo disto, para o cálculo de variação da área de um corpo poderá ser utilizado a tabela 1, se atentando a multiplicar por dois os coeficientes presentes para que atendam a expressão matemática que apresenta a variação da área do corpo.

4.1.3. Dilatação Volumétrica

A dilatação térmica volumétrica de um sólido, pode ser definida como o aumento de todas as dimensões de um corpo, por conta do aumento da temperatura. Sendo assim, devemos ressaltar que este fenômeno também pode acontecer em corpo líquidos. Como ressalta Haliday, Resnick e Walker (2016), o fenômenos da dilatação volumétrica é o único dentre os fenômenos de dilatação térmica, que faz sentido ocorrer em corpos líquidos. Sendo assim, podemos definir a dilatação volumétrica de um sólido através da seguinte expressão matemática:

 \( ∆V=V0×γ×∆t\)

onde:

V = Variação do volume do corpo (m³);

V0  = Volume inicial (m³);

γ  = Coeficiente de dilatação volumétrica (1.10^-6 °C^-1);

t  = Variação de temperatura (°C).

Figura 3 - Corpo sólido submetido aos efeitos da dilatação volumétrica.

Fonte: Adaptado de Física Resolvida, 2015.

Assim como, o coeficiente de dilatação superficial (β), o coeficiente de dilatação volumétrica (γ) também poderá ser obtido através da tabela 1, referente a coeficientes de dilatação linear. Sendo assim, para que o coeficiente de dilatação volumétrica seja obtido deve ser calculado através da seguinte expressão matemática:

\(\gamma=3\times\alpha\)

Para os corpos sólidos, a tabela 1 referente aos coeficientes de dilatação é suficiente para a determinação dos três tipos de dilatação térmica existentes em corpos sólidos. Pois como pudemos observar nos capítulos destinados a dilatação térmica linear e dilatação térmica superficial, o coeficiente de dilatação linear (α) pode ser extraído da tabela 1, e o coeficiente de dilatação superficial (β) também é proveniente da tabela 1, entretanto, deve atender ser multiplicado por dois para poder ser utilizado.

A dilatação térmica volumétrica em corpos líquidos, segundo Gaspar, 2010 deve ser estudada considerando o líquido em um recipiente, pois de acordo com autor, não é possível realizar o estudo da dilatação térmica volumétrica de um corpo líquido, sem a presença de um recipiente.

É válido ressaltar que o estudo da dilatação térmica volumétrica em um corpo líquido pode ser dividido em duas classificações. A dilatação real de um corpo líquido consiste na análise de um líquido em um recipiente, submetido a variação de temperatura. Sendo assim, há ação do fenômeno da dilatação nos dois corpos, e é levado em conta a variação de volume dos dois corpos em estudo. Já a dilatação aparente, o corpo líquido será inserido em um recipiente e será submetido a variação de temperatura, entretanto, a variação do volume do recipiente em que o corpo líquido que está sendo analisado não é considerado, apenas a variação do volume do corpo líquido é estudado.

Atualmente com o avanço da tecnologia, e do surgimento de novas materiais, as tabelas destinas a explicitar os coeficientes de dilatação volumétrica de líquidos aparente, deixou de ser utilizada, e tem sido cada vez mais comum o uso de tabelas apresentando os coeficientes de dilatação volumétrica de líquidos real.

Tabela 2 - Coeficientes de dilatação volumétrica de líquidos real.

Coeficientes de dilatação volumétrica de líquidos real

Material

γ (1.10^-4 °C^-1)

Água

1,3

Álcool etílico

11,2

Benzeno

10,6

Mercúrio

1,8

Petróleo

10

Fonte: Cordeiro, Gomes e Osório, 2019.

4.2. Histórico do uso das juntas de dilatação

Várias estruturas assim como ferrovias no passado se deterioraram devido ao mal dimensionamento ou/e execução das juntas de dilatação mal-acabada. Por exemplo, a ponte Amílcar Cabral, em João Landim, que liga Bissau a zona norte do país, concretamente região de Cacheu, está num estado avançado de degradação. Onde mais de 8 cm da junta está cortada, possibilitando ver o mar ao passar por cima da junta.

Assim como descreve Ramberger (2002), ao longo da história foi percebido por engenheiros civil e construtores de pontes, que não havia a necessidade de elementos adicionais para combater os esforços provenientes de dilatação térmica em pontes constituídas em sua totalidade por madeira e rochas, por conta que os esforços sofridos pela estrutura através da dilatação térmica, eram considerados insignificantes, e não resultavam em patologias para a estrutura das pontes.

Ramberger (2002), afirma ainda que as primeiras pontes que tiveram a introdução de sistemas de juntas, foram as pontes em aço destinadas para a passagem de trens. Com estudos e observações, foi possível constatar que a ação da dilatação térmica sobre o aço produzia esforços significantes na estrutura, e era necessário a adição de elementos que amenizassem estes efeitos sobre as pontes, sendo assim, foram desenvolvidas as juntas de dilatação.

Figura 4 - Vão da ponte Amilcar Cabral.

https://3.bp.blogspot.com/-JxPYYPDfOiM/WpWF8hHWawI/AAAAAAAAwJU/1YxDa4x4Nd8ZD6jIQprTkpg-FnNhf5bAwCLcBGAs/s400/PONTE-JOAO-LANDIM-RSM.jpg

Fonte: Conosaba, 2018.

Ferreira (2013), ressalta a evolução das juntas com o tempo, afirma que no início as juntas de dilatação não eram estanques, sendo assim, havia percolação de água sobre as juntas, e poderiam atingir os elementos da mesoestrutura das pontes. As primeiras juntas de dilatação estanques eram constituídas por placas de metal e envolvidas em borracha, e a partir destes sistemas houve uma evolução tecnológica no design e criação de novos tipos de juntas.

Ferreira (2013), ainda afirma que há grande importância da análise e estudo dos tipos de juntas de dilatação e suas evoluções, pois proporciona ao Engenheiro Civil maior sensibilidade no dimensionamento e escolha dos melhores sistemas de juntas aplicáveis a cada caso.

4.3. Critérios de dimensionamento de juntas de dilatação

Juntas de dilatação devem ser objetivamente dimensionadas para harmonizar as movimentações produzidas e transmitidas pelas peças de concreto, tal sistema suportará movimentos mecânicos como: Tração, Compressão, Recalque, Rotação, Cisalhamento e ações combinadas.

Movimentos causados por variados fatores físicos ocorrentes na estrutura, as três principais fontes dessas movimentações são, de acordo com WSDOT (2018), o encolhimento do concreto, incluindo variações térmicas e deformações de longo prazo. Esses são fatores criteriosos utilizados no desenvolvimento que leva ao correto dimensionamento dos dispositivos conhecidos como juntas de dilatação. Como Chen, Wai-Fah, Duan e Lian (2000) demonstram, por motivo de incertezas nas previsões, e no consequente aumento de custos, as movimentações sísmicas são, em grande parcela das situações, não incluídas nos cálculos para dimensionamento.

Segundo WSDOT (2018), no cálculo são levados em consideração os efeitos do tipo de superestrutura, comprimento do tabuleiro, condições da fixação entre a superestrutura e subestrutura, flexibilidade do pilar e tamanho total da ponte ou viaduto.

Em conformidade com o que Ramberger (2002) aponta, normalmente a forma do sistema de dilatação depende da translação horizontal ortogonal em relação à junta. Faz-se necessário considerar todas as translações e rotações para assegurar que os deslocamentos não irão, de modo algum, ultrapassar a força de resistência da junta instalada. Existem três formas de translação e três formas de rotação na junta, diferenciando-se por suas inclinações e direções.

Figura 5 - Movimentações.

Fonte: Günter Ramberger, 2002.

Estas movimentações resultantes de variados fatores, assim como, temperatura, deslocamentos devido a cargas externas, expansão, encolhimento do concreto e elementos da estrutura. É possível obter informações sobre as características desses deslocamentos e movimentações através das análises do sistema, por outro lado, movimentos oriundos de cargas externas dependem exclusivamente da localização dessas cargas. As deformações podem ser determinadas utilizando como base a linha de influência.

A linha de influência provinda deflexão é uma linha curva, devido a um carregamento que exerce força na direção do movimento considerado.

Figura 6 - Linha de influência translação.

Fonte: Günter Ramberger, 2002.

Figura 7 - Linha de influência rotação.

Fonte: Günter Ramberger, 2002.

4.3.1. Translação horizontal na direção do eixo Ux da ponte.

No estudo desenvolvido e demonstrado por Ramberger (2002), é discorrida a afirmativa de que ocorre o fenômeno de translação quando existe uma variação na temperatura, deformação por força normal e movimentação conduzida por dilatação ou encolhimento da ponte. Uma variação de temperatura na seção oposta causa apenas uma translação horizontal na junta. Cabe ressaltar que os coeficientes de dilatação térmica do aço e do concreto possuem grande semelhança numérica, fazendo com que tais atribuições de comportamentos sejam aplicáveis também em pontes compostas.

4.3.2. Cálculo dos movimentos das juntas de expansão.

Figura 8 - Dilatação e encolhimento uniforme.

Fonte: Günter Ramberger, 2002.

O cálculo do deslocamento térmico é expresso por:

\(U_{Xt.n}=\ \alpha t\times L\times∆t\)

O cálculo de Deformação e Encolhimento das pontes de concreto é dado por:

Deformação:

\(U_{XC.N}=\ -\frac{Nper}{Ec.Ac}\times\varphi\times L\)

Encolhimento:

\(U_{XS.N}=\ -\ \varepsilon_{cs}\times L\)

Onde:

φ  = coeficiente de deformação;

L = comprimento do vão;

Nper = força normal permanente;

Ec = módulo de elasticidade do concreto;

Ac = área do concreto; = coeficiente de encolhimento;

εcs = coeficiente de encolhimento;

De acordo com Ramberger (2002), possíveis contratempos podem vir a ser a mudança da localização do ponto de fixação ou localização desconhecida do ponto de fixação. Nas pontes arcadas a superestrutura geralmente é fixada na coroa do arco. Esse ponto de fixação é movido pela deformação do arco devido carregamentos assimétricos.

Ainda segundo Ramberger (2002), juntas de dilatação ocultas, ou seja, juntas escondidas, não visíveis externamente, são usadas geralmente em pontes de tamanho curto.  Se o ponto de fixação da junta estiver posicionado em pilares longos, tal junta atuará como um aparelho de apoio elástico horizontal. Consequentemente devido à movimentação na junta, acontecerá uma deformação plástica da camada de asfalto e a estrutura terá uma determinada rigidez. Existirá diferença de rigidez, apresentadas por juntas localizadas no pilar esquerdo e direito, e possivelmente uma deformação longitudinal pode conduzir ao aparecimento de fissuras na camada de asfalto sobre o pilar. Levando em consideração que a rigidez dessa junta é compatível, até mesmo equivalente, à rigidez do pilar, sendo assim o novo ponto de fixação é situado em uma posição adjacente à junta de dilatação não danificada.

Figura 9 - Mudança do ponto de fixação.

Fonte: Adaptada de Günter Ramberger, 2002.

Em caso de um ponto de fixação elástico, sucederá um acréscimo nas movimentações das juntas de dilatação, tais movimentações serão decorrentes em consequência das forças de aceleração e frenagem.

Ramberger (2002) relata que as rigidezes atuais dos pilares podem diferir da rigidez de projeto. Além do mais, se a ponte é fixada em mais de um pilar, o posicionamento do ponto de fixação ocasionalmente poderá divergir da localização anteriormente projetada.

Nas pontes compostas, retração e dilatação, que age apenas nas partes de concreto de seção transversal, levando precipuamente a diferentes deflexões que resultam em rotações sobre o eixo Y. Deformação pode ser considerada utilizando-se uma seção de área reduzida e, objetivamente idem, recorre-se ao uso de um momento de inércia reduzido, o encolhimento substituído por uma força elástica Nsh agindo na retração livre do concreto, Nsh  é uma força de compressão agindo nos componentes da seção transversal.

Figura 10 - Força de encolhimento equivalente.

Fonte: Günter Ramberger, 2002.

Nsh=  εcs x Ac x Ec

Onde:

εcs  = coeficiente de encolhimento;

Ac = área do concreto;

Ec = módulo de elasticidade do concreto para considerar dilatação.

Figura 11 - Deflexão sob carregamento.

Fonte: Günter Ramberger, 2002.

O deslocamento dos apoios relativos à deflexão sob carregamento é equacionado, correspondentemente a Ramberger (2002), da forma que será exposta a seguir, levando em consideração os fatores apresentados na figura anterior.

UXd.n= φ1xeunxeo

Os movimentos horizontais presentes nas juntas de dilatação também podem ser causados devido aos deslocamentos verticais oriundos dos apoios, ocasionados por situações atribuídas às fundações ou pela substituição dos aparelhos de apoio.

Figura 12 - Deslocamentos dos aparelhos de apoio.

Fonte: Günter Ramberger, 2002.

Seguindo os estudos de Ramberger (2002), para efetuar o cálculo que demonstra numericamente o deslocamento dos apoios, é utilizada a mesma formulação descrita previamente quando tratado sobre deflexão sob carregamento.

Se o ponto fixado estiver localizado em um pilar alto, deverão ser adicionadas movimentações devido a deformação desse pilar e é imprescindível a consideração dessa tal deformação na análise estrutural. As resultantes possíveis podem ser advindas de forças de aceleração, frenagem, e efeitos provenientes da temperatura, tanto uniformes quanto não uniformes.

4.3.3. Translação horizontal na direção Uy da seção transversal.

Levando em consideração o que expressa Ramberger (2002), o efeito de translação horizontal em uma direção cruzada é resultante se o ângulo entre a junta e a direção do movimento do aparelho de apoio não é 90º. A magnitude da movimentação é dependente da grandeza do movimento na direção do eixo da ponte e no seu ângulo.

Figura 13 - Demonstração de translação horizontal na ponte.

Fonte: Günter Ramberger, 2002.

Nesses casos, o cálculo da resultante da translação horizontal é realizado por:

UX= sin φ×Ueff

Uy= cos φ×Ueff

Figura 14 - Condições no rolamento.

Fonte: Günter Ramberger, 2002.

A equação designada para nessa situação específica demonstra-se a seguir:

\(U_y=\frac{U_x}{Tan\ \varphi\ }\)

4.3.4. Translação vertical Uz.

As translações verticais no eixo z aparecem geralmente quando ocorre substituição do aparelho de apoio e condições geométricas no pilar.

Figura 15 - Ponte oblíqua com aparelho de apoio horizontal.

Fonte: Günter Ramberger, 2002.

Equacionado por:

\(U_z=U_x\times\tan{\theta}\ \)

Figura 16 - Ponte com pequeno cantilever no pilar.

Fonte: Günter Ramberger, 2002.

Para obter o deslocamento nesse caso usa-se: 

\(U_z=Icant\times\varphi\)

Figura 17 - Deslocamento vertical do aparelho de apoio devido elevação por macaco hidráulico.

Fonte: Adaptado de Günter Ramberger, 2002.

Em situações de deslocamento realizado com o objetivo de substituir o aparelho de apoio, realizado por macaqueamento hidráulico, o tamanho desse deslocamento e intensidade de movimento é estritamente obtido através da observação e acompanhamento da altura em que o macaco hidráulico levantará a estrutura.

4.3.5. Rotação em todo o eixo φx da ponte.

Acontece quando se faz necessário à substituição de um dos aparelhos de apoio em algum dos lados da seção transversal da ponte, acontece o efeito de rotação no eixo φx. Entretanto, existe a possibilidade de se evitar tal movimento de rotação, apenas levantando toda a seção transversal uniformemente.

Figura 18 – Hasteado em um dos lados.

Fonte: Günter Ramberger, 2002.

4.3.6. Rotação em torno do eixo φy.

Dada deformação apresenta- se quando se há uma situação de carregamento vertical e temperatura não uniforme, o que ocasiona a rotação no eixo y. O correto controle do posicionamento das cargas consequentes do tráfego consegue ser feito através da determinação pela linha de influência.

Figura 19 - Representação detalhada de rotação devido deflexão.

Fonte: Günter Ramberger, 2002.

Figura 20 - Representação simples de rotação devido deflexão.

Fonte: Günter Ramberger, 2002.

4.3.7. Rotação em torno do eixo φz.

Diferentemente da rotação nos outros eixos, no eixo y ocorre uma movimentação causados por dois fatores, somados ou não, esses fatores são, primeiramente oriundos de uma ação na direção horizontal gerada através da variação de temperatura no ambiente, e o segundo fator são as cargas provenientes do vento.

Figura 21 - Deformação devida variação de temperatura.

Fonte: Adaptado de Günter Ramberger, 2002.

Figura 22 - Ação ocasionada pela variação de temperatura.

Fonte: Adaptado Günter Ramberger, 2002.

4.3.8. Efeitos da Retração.

Congruente ao especificado por Chen, Wai-Fah, Duan e Lian (2000), o cálculo correto do encurtamento como uma funcionalidade do tempo requer que sejam levados em consideração aspectos como: um ambiente de média umidade, a relação entre área e volume e os métodos de cura.

Pois, dispositivos de juntas de dilatação são geralmente instalados nos seus respectivos vãos em no mínimo 30 a 60 dias seguintes à concretagem da laje, e a junta somente tem início no auxílio às movimentações do concreto após ser devidamente instalada. Na maioria dos casos, esse encurtamento/dilatação pode ser suposto em aproximadamente 0.0002, Chen, Wai-Fah, Duan e Lian (2000), para carga normal no concreto em condição livre. Dado valor pode ser corrigido por condições limitadoras impostas pelos diversos tipos de superestrutura.

A equação a seguir expressa como se obtém a variação de retração:

\(∆retração=β×μ×L\)

Onde:

L= comprimento da estrutura sujeita à retração;

β= tensão última de encurtamento após instalação da junta de dilatação, estimado em 0,0002 na maioria dos cálculos;

μ= fator limitador de acordo com as limitações impostas pelos elementos da superestrutura instalados antes da concretagem da laje; 0,0 para vigas de aço, 0,5 para vigas pré-moldadas e protendidas de concreto, 0,8 para viga quadrada de concreto e viga T, 1,0 para lajes planas.

4.3.9. Efeitos térmicos.

De acordo com WSDOT (2018), as pontes são sujeitas a todas as formas de transferência de calor, seja por radiação, convecção ou condução. Cada maneira afeta os gradientes térmicos dos padrões de indução e deflexão gerados na superestrutura de uma ponte de formas diferentes. Influências climáticas variam conforme a geografia do ambiente resultando em diferentes valores da média de variação térmica durante os dias e noites. Inclusive, diferentes construções têm divergentes propriedades térmicas de “inércia”. Por exemplo, uma viga quadrada de concreto maciço responderá mais lentamente a um estímulo térmico imposto do que uma ponte constituída por uma viga de aço e diversos componentes da estrutura com dimensões esbeltas e materiais em aço.

Ainda segundo WSDOT (2018), variações na temperatura média das superestruturas fazem com que ocorra alongamento uniforme na peça ou encurtamento uniforme. O movimento médio uniforme devido ao efeito térmico é calculado utilizando a média máxima e mínima coerentes com os materiais utilizados na composição da ponte.

Chen, Wai-Fah, Duan e Lian (2000) denotam que para calcular as deformações, levando em considerações os valores térmicos de máxima e mínima, esses valores variam geograficamente de acordo com a localização da estrutura e os materiais utilizados na ponte e o tipo de ponte. A movimentação térmica dada em milímetro (mm), é calculada por:

\(∆temp=α×L×δT×1000 mm/m\)

onde:

L= comprimento da estrutura sujeita à dilatação;

α  = Coeficiente de dilatação térmica;

δT  = Variação da temperatura média da superestrutura em função do tipo e local da ponte.

4.4. Tipologia das juntas de dilatação de pontes e viadutos

As estruturas possuem vários elementos que encaixados formam uma ponte ou viaduto, cada uma dessas partes sofre expansão ou contração, essas variações se devem ao aumento da temperatura e forças atuantes nas mesmas, além do mais, devido os veículos automotores estarem se deslocando pela estrutura, acarreta uma movimentação, assim faz-se necessário que a junta de dilatação trabalhe de forma dinâmica e com alta variação. Desta forma as forças que a mesma deve suportar estão exemplificadas na imagem a seguir:

Figura 23 - Forças que as juntas de dilatação devem resistir.

Pforzheim, 1980.

As juntas podem ser verticais e horizontais. As Juntas verticais trabalharão com a movimentação em apenas uma direção a longitudinal, mas o sentido pode variar tanto para direita quanto para a esquerda, essa movimentação pode provocar fissuras na estrutura, por isso a junta é de fundamental importância nas edificações e em obras gerais, garantindo a qualidade da obra e a segurança dos usuários. As juntas horizontais trabalharão na direção vertical da estrutura, assim ela se movimenta tanto para a cima como para baixo.

Figura 24 - Representação de juntas verticais e horizontais.

Ebanataw, 2017.

Diversos tipos de juntas serão abordadas em nosso estudo, pois elas são essenciais para o pleno funcionamento de estradas, pontes e viadutos, além de serem utilizadas em estruturas de todo o mundo.

Cada junta possui suas peculiaridades, seu tempo de vida e sua forma, assim poderemos adquirir uma boa bagagem nesse estudo sobre juntas de dilatação, observando os diferentes modos de lidar com cada propriedade características das juntas, visto que tudo está em constante mudança em nosso mundo.

Como veremos na imagem a seguir, há diferentes tipos de juntas, cada uma delas é aplicável em uma determinada situação, dentre elas algumas estão entrando em desuso, devido ao avanço tecnológico e a novas formas de lidar com a dilatação das pontes e rodovias, pois algumas delas não se mostraram muito eficientes ou não tiveram uma duração satisfatória.

Figura 25 - Apresentação de alguns tipos das juntas de dilatação

Marques Lima, 2006.

4.4.1. Junta Aérea

As juntas aéreas que são as utilizadas em pontes e viadutos, possuem diversos requisitos de fundamental importância para garantir a segurança dos usuários e assim cumprir os requisitos feitos por norma. Elas devem atender os seguintes quesitos, listados por Ferreira (2013) em sua dissertação:

  • Ter a capacidade de realizar movimentos, que estes ocasionem danos a outros elementos;
  • Proporcionar uma boa qualidade na circulação de veículos e apresentar possíveis conforto para todos os usuários;
  • Manter um nível de resistência à derrapagem, que seja considerável e aceitável, ou que atenda o mínimo exigido pelos órgãos regulamentadores para a resistência a derrapagem em pavimentos;
  • Apresentar capacidade para suportar carregamentos estáticos e dinâmicos;
  • Ser estanque para poder oferecer uma proteção os aparelhos de apoios e elementos da infraestrutura;
  • Facilidade de fiscalização, manutenção e substituição de elementos suscetíveis à danos;
  • Resistência passível a deterioração momentânea
  • Emitir sons considerados baixos ou pequena vibração na passagem de veículos;
  • Proporcionar segurança durante a passagem de veículos e pedestres.

As juntas aéreas podem se encontrar em sua direção normal, ou pode estar colocada de forma obliqua, ou seja, com certa angulação.

Figura 26 - Junta de dilatação a 90° (Normal).

Fonte: Max Asphalt, 2019.

Figura 27 - Junta de dilatação com ângulo diferente de 90° (Obliqua).

Fonte: UNIONTECH, 2019

4.4.2. Junta Aberta

As juntas abertas possuem um reforço antes da canelura, elas ser constituídas em concreto, sendo as mesmas protegidas por um perfil metálico ou não.

Ela permite a passagem das intempéries, sendo pouco recomendadas para estruturas que exijam proteção nessas aberturas, pois com a passagem das intempéries pode-se ocorrer avarias as mesmas.

Em alguns casos é colocada uma membrana na parte de baixo da junta, para segurar detritos e direcionar a água.

O vão Máximo admissível a esta junta é de 6,5 cm, tendo sua vida útil na casa dos cinco anos.

4.4.3. Junta Enterrada

No pavimento asfáltico é feito o selamento para que os veículos possam passar normalmente. Na parte inferior abaixo do pavimento asfáltico é feita uma camada protetora e abaixo da camada protetora é colocado um bloco elastomérico, possuindo em ambas as suas extremidades um preenchimento flexível que possui uma camada protetora contra a água, por fim na canelura é colocado um suporte.

A junta enterrada tem uma vantagem muito significativa, pois ela fica imperceptível ao usuário, mas em alguns casos pode-se observar sua abertura nas estradas, sendo assim necessário o reforço do pavimento para que as cargas sejam dissipadas, o valor mínimo para essa espessura deve ser 8 cm.

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O comprimento máximo de uma junta enterrada não pode ser superior a 3 cm, este tipo de junta tem uma vida aproximada de 10 a 12 anos.

4.4.4. Junta de Concreto Modificado

Uma característica interessante desta junta é a substituição do manto asfáltico por um material elastômero que possui agregados silícios e basálticos. Esta estrutura tem um comprimento de 30 a 70 cm de largura. A mesma possui a camada flexível de encontro com o manto asfáltico e em sua parte inferior é colocada uma chapa metálica apoiada em um perfil de borracha.

Esta junta é destinada às estruturas de pequenas dimensões em que a canelura não seja superior a 2,5 cm, porém ela pode ser aplicada para todas as vias de trafego. Quando a junta é colocada de forma obliqua é aconselhável para este tipo uma angulação de aproximadamente 45°, assim evita-se danos na própria. O vão que esse tipo de junta suporta é de 4 cm e possui uma vida útil de 5 anos.

4.4.5. Junta com Material Elástico

Este tipo de junta cada vez mais vem sendo deixada de lado, que resumidamente é feita colocando um material elástico em seu vão, esses materiais podem ser (silicones, poliuretanos e entre outros), eles são colocados nas bordas da mesma, e o material elástico é colocado em seguida com o volume de acordo com o vão em cima de uma matéria flexível, podendo ser uma espuma ou algum material similar, que tem a função de apoiar o material em seu trabalho, servindo como uma fôrma para o material elástico, sendo que o material elástico deve ter uma espessura de 1,5 ou 2 cm de espessura e no máximo 7 cm de largura. A parte lateral de chegada pode ser executada em concreto ou perfis metálicos.

Esse tipo de junta possui uma vida útil de 5 anos e deve-se ser feito uma inspeção de 2 em 2 anos.

4.4.6. Junta de Compressão

A junta de compressão possui alvéolos feitos com borracha, esse material de borracha é colocado em contato com as bordas do vão. Para que não haja o desprendimento da borracha esta é colada com uma cola epóxi de alta resistência, também pode ser colocado perfis metálicos do tipo cantoneira para ajudar a resistir a força de compressão.

Esta junta pode ser utilizada em diversos tipos de estruturas, como edifícios, pontes, viadutos, barragens, esgoto e muitos outros.

A roca deste tipo de junta deve ser feita quando se perceber que a borracha foi deslocada de sua posição pré-estabelecida em projeto ou devido a sua perda de elasticidade. Sua vida útil é de 5 anos, seu vão máximo é de 5 cm e sua inspeção deve ser feita de 2 em 2 anos.

Figura 28 - Representação da junta de compressão.

Fonte: Ferreira, 2013,

4.4.7. Junta de Perfil Elastomérico

Essa junta nucleada, é constituída por 3 elementos, câmara nucleada, epóxi e pressurização. O material de neoprene é colocado entre as bordas vão e para manter o mesmo em seu devido lugar é colocada uma cola epóxi de alta resistência.

Este tipo de junta é utilizado em estruturas de comprimento médio, e apresenta resistência para todos os tipos de tráfego. Além disso, Ferreira (2013), considera este tipo de juntas como o mais impermeável do mercado.

Para que haja uma maior durabilidade é colocado um berço em concreto de alta resistência, e próximo da borda é feito um lábio polimérico, onde será colocado o perfil. Maiores detalhes da instalação deste tipo de junta, serão explicitados no capítulo destinado ao estudo de caso deste trabalho acadêmico.

Figura 29 - Junta de Perfil Elastomérico.

Fonte: Carvalho, 2014

4.4.8. Junta Banda Flexível

Esta junta funciona na união do elastômero a dois pontos fixos na borda da mesma por meio de elementos rígidos.

Deve apresentar uma amplitude máxima de cerca de 50 mm na horizontal e 10 mm na vertical com angulação de 30 a 40°, sendo assim, caracterizando-a como uma junta oblíqua. De acordo om Ferreira (2013), este tipo de junta tem um tempo médio de duração de 20 anos. E deve ser submetida a inspeção em um período de no máximo 6 anos. Além disso, quando ultrapassado o tempo médio de vida útil, esta junta deve ser submetida a inspeções com períodos menores, sendo recomendável 2 anos entre cada inspeção.

4.5. Patologias em juntas de dilatação

As juntas de dilatação estão entre os elementos de pontes e viadutos mais suscetíveis a sofrer patologia. O motivo se dá, por conta de que são elementos que geralmente estão em contato com os veículos em grande parte do tempo de seu funcionamento, ou seja, ao longo de sua vida útil as juntas de dilatação sofrem com os impactos provenientes das cargas dos veículos. Além disso, grande parte dos modelos de juntas de dilatação, estão sujeitas aos efeitos do intemperismo, que podem ser mais um agravante para o surgimento de patologias.

Como ressalta Ferreira (2013), apesar das juntas de dilatação não apresentarem funções estruturais para a composição de pontes e viadutos, as patologias presentes nas juntas, podem desencadear diversas complicações, inclusive por serem um componente da superestrutura, as patologias de juntas de dilatação podem provocar incomodo aos usuários durante a passagem dos veículos e trens, e dependendo da gravidade das patologias, podem provocar o impedimento da passagem de veículos e trens.

Tendo o conhecimento das consequências que as patologias de juntas de dilatação podem provocar sobre pontes e viadutos, é conveniente sempre que serem diagnosticadas patologias em juntas de dilatação, elas sejam submetidas a manutenção ou recuperação, e para podermos ter o conhecimento íntegro das técnicas de manutenção, devemos conhecer com plenitude as possíveis patologias que as juntas de dilatação podem sofrer.

4.5.1. Tipos de patologias em juntas de dilatação

As patologias de juntas de dilatação de pontes e viadutos, podem ser decorrentes de uma série de condições e aspectos. Para obtermos um parâmetro das maiores incidências de patologias em OAEs. Podemos realizar uma análise de um estudo realizado por Laner (2001), que retrata as maiores incidências de patologia em juntas de dilatação em pontes, viadutos e passarelas na cidade de Porto Alegre no estado do Rio Grande do Sul. Este estudo de caso apesar de ser de carácter regional, representa grande parte da realidade encontrada nas OAEs do Brasil.

Em seu estudo, Laner (2001), analisou no total 71 juntas de dilatação em viadutos, e outras 6 em pontes e 3 em passarelas. Posto isto, para exemplificar a porcentagem de incidência de anomalias presentes nestas juntas, realizou-se a construção de um gráfico que está retratado abaixo.

Figura 30 - Gráfico da Incidência de manifestações patológicas em juntas de dilatação em pontes, viadutos e passarelas de Porto Alegre - RS.

Fonte: Laner (2001).

Ao realizarmos a análise do gráfico, podemos observar que viadutos e pontes, apresentam uma porcentagem elevada de anomalias relacionadas a ressaltos, sujeira e infiltração. Estas manifestações patológicas são comuns em muitas das OAEs do Brasil, e grande parte está relacionada à falta de manutenção.

Para melhor análise das principais patologias, iremos classificá-las de acordo com os fatores causadores, explicitando as principais teorias dos autores que realizaram estudos das manifestações patológicas em juntas de dilatação.

4.5.2. Impermeabilidade e drenagem

Segundo Souza e Ripper (1998), um dos motivos da falta de estanqueidade das juntas pode ser atribuído a falta de detalhamento adequado para as juntas de dilatação de pontes. Portanto, a ausência de detalhamento nas vedações das juntas, implica em uma execução inadequada, que posteriormente implicará na passagem de água no estrado de pontes e viadutos, podendo atingir outros elementos que compõem as OAEs.

Ferreira (2013), acredita que a falta de impermeabilidade em juntas de dilatação pode ser proveniente de outras patologias, pois considera improvável que as juntas de dilatação e seus elementos de fixação sofram fraturas parciais de forma repentina. Consequentemente, afirma que a passagem de água pelas juntas de dilatação expõe o concreto, e consequentemente pode vir a expor os aparelhos de apoio à mesma ação.

4.5.3. Movimento

Durante o dimensionamento das juntas de dilatação de pontes e viadutos, é essencial que o projetista dimensione o espaçamento para a movimentação das juntas, como explicitado no capítulo 3.3 Critérios de dimensionamento das juntas de dilatação.

De acordo com Ferreira (2013), a restrição dos movimentos das juntas de dilatação, podem ser resultantes de vários fatores. Com isso, o autor evidencia como um dos fatores que impedem o movimento das juntas, o depósito de detritos entre as juntas. Estes detritos podem chegar até as juntas através dos efeitos de precipitações, movimentações de veículos e pessoas. Não obstante, ressalta que o impedimento da movimentação das juntas pode estar relacionado aos espaços, que podem apresentar dimensões consideradas com aberturas excessivas ou excessivamente fechadas, impossibilitando que o material designado para realizar a função não consiga executar de forma plena a movimentação.

Figura 31 - Crescimento de vegetação em juntas de dilatação em Boulevard Cônego Belisário Elias de Souza na cidade de Mauá – SP

Fonte: Cordeiro, Gomes e Osório, 2019.

Segundo Laner (2001), o impedimento do movimento das juntas de dilatação, também pode ser resultante pela presença da umidade nas juntas, juntamente com o efeito de colmatação provocado pelos detritos. Estas ações podem provocar desagregação das paredes das juntas, realizando a restrição dos movimentos das juntas.

4.5.4. Conforto de Utilização

É recorrente que durante a passagem de veículos sobre as juntas de dilatação em pontes e viadutos, os usuários sintam incômodo, por conta da condição das juntas. De acordo com Dornsife (2000), as juntas de dilatação devem ser elementos que proporcionem ao usuário uma dirigibilidade suave, ou seja, não devem oferecer resistência ao veículo durante a sua passagem. Portanto, para que ofereçam esta qualidade de funcionamento, não devem estar suscetíveis as patologias. Como visto no capítulo 3.5 Patologias em juntas de dilatação deste trabalho acadêmico, as patologias em juntas de dilatação, se não solucionadas, podem desencadear em novas anomalias, então Ferreira (2013), ressalta que o desconforto causado pelas juntas de dilatação durante a passagem dos usuários, pode ser proveniente de infiltração de água, e que pode evoluir para o crescimento de vegetação. Além disso, Ferreira (2013), afirma que a danificação dos selantes, podem ser uma das causas do surgimento de ruídos e falta de aderência dos veículos com a pista de rolagem.

Figura 32 – Quebra do pavimento próximo as juntas de dilatação no viaduto na Rodovia BR-116 Régis Bittencourt – SP.

Fonte: Cordeiro, Gomes e Osório, 2019

4.5.5. Fixação

A forma que uma junta de dilatação está fixada a estrutura da ponte é muito importante, pois esse aspecto garantirá a resistência esforços, e irá garantir conforto aos usuários durante a passagem. Quando há um desaperto, ou danificação na fixação da estrutura das juntas, o som emitido através da passagem de veículos, torna perceptível que há anomalias relacionadas à fixação das juntas de dilatação. Muitas vezes, a verificação por meio da técnica de inspeção visual desta anomalia é dificultosa, por conta que algumas juntas de dilatação não têm as fixações expostas.

4.5.6. Geometria

Este tipo de anomalia é bem frequente, e é caracterizada por cobrimento das juntas de dilatação com pavimento asfáltico. É comum que pontes e viadutos sejam submetidos a recapeamento, para adequar as pistas de rolamento a um bom padrão de conforto aos usuários, entretanto, podemos observar que durante este procedimento, pode ocorrer que o órgão responsável pelo recapeamento, efetue o recapeamento ao longo da pista de rolamento, e por cima das juntas de dilatação, desta maneira, este pavimento asfáltico sobre as juntas de dilatação impede a movimentação das mesmas. Consequentemente os esforços provenientes das juntas de dilatação irão realizar ação no pavimento asfáltico, que poderá sofrer fissuras e até aberturas.

Figura 33 - Pavimento Asfáltico sobre Juntas de dilatação em Viaduto Pedro Dell Antônia na cidade de Santo André – SP.

Fonte: Cordeiro, Gomes e Osório, 2019

Segundo Ferreira (2013), este tipo de patologia pode implicar o conforto do usuário das pontes e viadutos. Inclusive, a mesma poderá causar trepidações durante a passagem dos veículos, assim como, com as movimentações das juntas poderá ter sobressaltos no pavimento asfáltico, que poderão tornar suscetível ocorrências de acidentes graves.

4.5.7. Fissuras no pavimento

Esta patologia é caracterizada por apresentar fissuras crônicas no pavimento da pista de rolagem, e ocorre quando há a falta de um material elástico para atenuar os esforços das juntas de dilatação, ou como exemplificado no capítulo destinado as patologias de geometria, quando há o recapeamento do pavimento asfáltico sobre as juntas de dilatação limitando a movimentação das mesmas. Este tipo de anomalia é resultante, bem como não há emprego de juntas de dilatação, com isso, a movimentação das peças do tabuleiro proveniente pelo fenômeno da dilatação volumétrica, pode provocar fissuras no pavimento.

4.5.8. Transição para o pavimento

Este tipo de patologia ocorre por meio da danificação da camada de transição. Quando há anomalias neste elemento, poderá ocorrer avaria nos sistemas de fixação das juntas de dilatação e em suas bordas, podendo ocorrer fissuração nos lábios poliméricos, em casos de juntas que utilizam cantoneiras em suas bordas, poderá haver fissuras e até ruptura nas cantoneiras.

Figura 34 - Ruptura da transição do pavimento e dos lábios poliméricos das juntas de dilatação no viaduto da Rodovia BR-116 Régis Bittencourt – SP.

Fonte: Cordeiro, Gomes e Osório, 2019

Assim como descreve Ferreira (2013), a camada de transição tem uma grande importância na composição das juntas de dilatação, pois são os elementos responsáveis por realizar a integração entre as juntas e o tabuleiro, e de juntas com o pavimento de encontro. Logo é o elemento submetido aos esforços provenientes das juntas, e aos esforços provenientes do pavimento asfáltico, consequentemente as anomalias na transição para o pavimento podem ocasionar patologias no pavimento ou/e nas juntas de dilatação.

4.5.9. Principais causas de patologias nas juntas de dilatação

É comum que pontes e viadutos sejam suscetíveis a patologias e anomalias, visto que grande parte destas sãos provenientes do próprio tráfego de veículos transeuntes, e intemperismo. Então, podemos classificar estas patologias como naturais, por conta que ocorrem durante o exercício da função de pontes e viadutos, e são decorrentes do tempo de utilização. Como foi explicitado neste trabalho acadêmico, as juntas de dilatação são elementos que estão posicionados sobre o tabuleiro de pontes e viadutos, e são passíveis das cargas oriundas da movimentação de veículos, por este motivo se tornam um dos elementos que tem maior propensão a sofrer anomalias.

Para que haja uma redução dos danos provenientes das patologias é importante que as OAEs sejam submetidas a inspeções periódicas, como aclarado no capítulo destinado a inspeções. E para que as anomalias sejam corrigidas, é fundamental que sempre quando for identificada patologia nas estruturas, haja a execução de manutenção, assim, iremos destacar as principais causas de patologias em juntas de dilatação.

4.5.10. Erros de projeto e dimensionamento

Assim como em muitas das estruturas de concreto armado e em aço, é de grande importância que as fases de anteprojeto e projeto sejam executadas com rigor e de acordo com as normas. Ademais, devem ser revisadas por profissionais que não fizeram parte do projeto, para que haja uma avaliação concisa e evite possíveis falhas. E erros em no dimensionamento e projeto são determinantes para que não haja o funcionamento pleno das juntas de dilatação de pontes e viadutos.

O dimensionamento de juntas de dilatação realizado de maneira errônea, pode resultar em espaçamentos menores que os solicitados pelas estruturas, e consequentemente este erro poderá resultar nos outros tipos de patologias já citados anteriormente.

A falta de detalhamento em projeto também poderá resultar em erros na construção de juntas de dilatação. Assim como descrevem Souza e Ripper (1998), a falta de detalhamento nos elementos de vedação de juntas de dilatação de pontes, podem ocasionar a falta de estanqueidade do sistema de juntas e consequentemente a permeabilidade de água nos elementos da superestrutura e mesoestrutura.

4.5.11. Soluções para as patologias

Como pudemos observar há algumas patologias que são recorrentes em nosso dia-a-dia, entretanto as soluções que temos atualmente não satisfazem os problemas de forma rápida e não sanam os mesmos de maneira individual. Desta forma, é recomendável que seja executada a recuperação de forma completa, devemos ressaltar que a solução para qualquer tipo de patologia não é feita de forma individual, mas através da substituição de todo o sistema danificado por um sistema com peças novas e que seja executado de acordo com as etapas descritas no estudo de caso. A detecção e identificação de elementos patológicos por meio de inspeção é realizado somente para a constatação da real necessidade de substituição.

4.6. Inspeção de pontes e viadutos

As inspeções de Obras de Arte Especiais são fundamentais para garantir o pleno funcionamento de pontes e viadutos. São responsáveis por examinar de forma minuciosa cada elemento que compõe uma OAE, tendo como foco a avaliação da capacidade de carga, o conforto oferecido aos usuários, a segurança e a imposição de manutenções e eventuais recuperações. As inspeções em OAE, devem ser realizadas de forma organizada e metódica, de maneira a que todos os elementos previstos sejam inspecionados e registrados nas fichas de inspeção. Nas fichas de inspeção devem conter documentos fotográficos, que constem fotos de todas as vistas dos elementos da mesoestrutura e de elemento visíveis da infraestrutura. 

4.6.1. Tipos de Inspeção

De acordo com a ABNT NBR 9452:2016 Inspeção de pontes, viadutos e passarelas de concreto ― Procedimento, as inspeções em pontes podem ser classificadas em quatro inspeções diferentes, e são realizadas conforme estará descrito nos próximos capítulos. Devemos ressaltar que algumas literaturas consideram que existem cinco tipos de inspeções diferentes, como por exemplo na Norma DNIT 010/2004 Inspeções em pontes e viadutos de concreto armado e protendido – Procedimento.

4.6.2. Inspeção cadastral

A inspeção cadastral é a primeira realizada após a conclusão da obra ou após a modificação de itens sensíveis na OAE, como: reforços, alargamentos, acréscimos em seu comprimento e mudanças em seu sistema estrutural. Como apontado em seu próprio título, tem como função registrar todas informações relevantes as inspeções posteriores através da ficha cadastral, registro fotográfico, classificação da OAE, Desenhos (planta, Cortes transversais e longitudinais) e informações importantes adicionais para a inspeção.

4.6.3. Inspeção rotineira

As inspeções rotineiras têm como características principais ser programada e ser realizada em intervalos predeterminados, geralmente são adotados intervalos de 1 a 2 anos. Neste tipo de inspeção são realizadas observações visuais com ou sem o auxílio de equipamentos de possíveis evoluções de anomalias registradas em inspeções anteriores, assim como, a verificação da necessidade de manutenção/recuperação, e registro de novas ocorrências.

4.6.4. Inspeção especial

A inspeção especial deve quantificar todas anomalias presentes nos elementos acessíveis e aparentes de uma OAE, buscando realizar o diagnóstico e prognóstico da estrutura.

A inspeção deve ser realizada em uma frequência de cinco anos, podendo ser prorrogado para oito anos caso a obra apresente uma classificação de intervenção de longo prazo e tenha acesso total a seus elementos integrantes da intervenção rotineira.

4.6.5. Inspeção extraordinária

A Inspeção extraordinária é realizada a partir de uma exigência sem programação, que pode ser causada pelos seguintes fatores: Impacto de veículos, embarcações ou trens na obra, necessidade de avaliação criteriosa de algum elemento da OAE e possíveis danos referentes a natureza, como: inundações, sismos, vendaval e entre outros.

4.6.6. Inspeção das Juntas de dilatação

Neste capítulo, iremos nos dedicar a relatar como um inspetor rotineiro deve proceder a inspeção de juntas de dilatação, demonstrando pontos relevantes a se observar e realizar análises.

Assim como a maioria dos elementos que formam uma OAE, as juntas de dilatação devem ser inspecionadas de forma rotineira como descrito no capítulo 3.6.3 Inspeção rotineira, entretanto, por ser um elemento que geralmente é suscetível a eventuais manutenções e restaurações, deve ser inspecionado com uma maior cautela do que outros elementos.

Para a inspeção das Juntas de dilatação, o inspetor deve iniciar sua observação identificando o tipo das juntas, como descritas no capítulo 3.4 Tipologia de juntas de dilatação de pontes e viadutos, e realizar o registro no relatório de inspeção. Após a identificação das juntas é recomendável que seja realizado a medida da abertura das juntas, concomitantemente com o registro da temperatura ambiente com o horário e a data da realização da inspeção.

Além destas recomendações, o inspetor deve estar atento ao funcionamento das juntas de dilatação. Desta forma, deve realizar a verificação do funcionamento da junta, registrando se há acúmulo de detritos que podem prejudicar seu desempenho. Caso seja constatado o acúmulo de detritos nas mesmas, deve solicitar que seja realizada uma manutenção nas juntas de dilatação, como será descrito nos próximos capítulos.

O Inspetor deve estar atento também a capacidade de vedação das juntas de dilatação, pois a junta não pode estar sujeita a ter infiltrações de água e possíveis produtos químicos. Outrossim, o inspetor deve avaliar as juntas também quando há a passagem de veículos e trens, assim como descreve Ralph J.Dornsife (2000), as juntas de dilatação devem oferecer ao motorista uma sensação suave durante a passagem de seu veículo, isto posto, se o inspetor verificar possível desconforto aos usuários da ponte ou viaduto, deve comunicar a empresa ou órgão responsável pela manutenção das juntas de dilatação da OAE em inspeção.

É recomendável que a inspeção de juntas de dilatação de pontes e viadutos, seja realizada através de modo visual. Entretanto, Lima e Brito (2007) recomenda que as inspeções de juntas de dilatação sejam realizadas não somente através do modo visual, mas com o modo auditivo também. Lima e Brito (2007), ressalta que a inspeção auditiva é uma complementação da inspeção visual, pois identifica alguns parâmetros que através do modo visual, não é possível identificar claramente. Um exemplo claro, que devemos citar que a inspeção auditiva pode identificar, é se há elementos das juntas de dilatação soltas. Como dito, no parágrafo anterior deste capítulo, o inspetor deve observar a passagem de veículos sobre as juntas de dilatação, desta maneira, é recomendável que o inspetor ouça como a junta de dilatação reage a passagem de veículos pesados e realizar a comparação com os veículos leves.

4.6.7. Metodologia da Inspeção

A regularidade das inspeções é de grande importância para a execução plena da inspeção de juntas de dilatação de pontes e viadutos. Além de que, segundo o DNIT (2004), o profissional que obtém o título de inspetor, deve ser um Engenheiro Civil, com registro no CREA, sendo obrigatório que este esteja familiarizado com projeto de pontes, inspeção e o manual de inspeção. Deste modo, o inspetor deve ter um conhecimento prévio para a execução da inspeção, de maneira que consiga desempenhá-la com êxito. É importante ressaltarmos as qualificações exigidas para ser um inspetor, visto que, as metodologias utilizadas para a inspeção de juntas de dilatação de pontes e viadutos exigem estas qualificações para serem executadas.

Alguns autores designam parâmetros importantes para a metodologia de inspeção de juntas de dilatação de pontes e viadutos. Segundo Ramberger (2002) a inspeção deve ser feita de modo visual, e o período de execução da inspeção varia de acordo com a sensibilidade da construção. Ramberger (2002) afirma ainda que, antes da execução da inspeção, deve ser realizada uma limpeza, e caso a junta de dilatação seja composta por placas de coberturas, as placas devem ser removidas. De acordo com o Ramberger (2002), a inspeção de juntas de dilatação deve ser prevista pelos seguintes parâmetros:

  • Danos na proteção anticorrosiva;
  • Fissuras visíveis em componentes em metal, devido a fadiga;
  • Danos na selagem;
  • Trabalhabilidade nos elementos de ligação das juntas;
  • Danos ou obstrução no sistema de drenagem;
  • Verificação do pavimento adjacente a faixa de rodagem.

Outros autores como Marques Lima (2007), apresentam parâmetros para verificação da realização da inspeção de juntas de dilatação, que possuem similaridades com a de Ramberger (2002), entretanto, ressalta um parâmetro importante, que deve ser observado. Este parâmetro é a verificação do interior de pilares de transição ou de encontros, caso sejam possíveis de serem visitáveis.

O DNIT (2004), apresenta uma metodologia de inspeção de juntas de dilatação, considerada branda e rasa, se comparada com as metodologias discutidas neste trabalho acadêmico. A importância de analisarmos a metodologia apresentada pelo DNIT se dá pelo fato de ser um dos órgãos reguladores utilizados pelos inspetores, para a execução das inspeções no Brasil. De acordo com a norma do DNIT 010/2004 a inspeção de juntas de dilatação de pontes e viadutos em concreto armado e protendido, deve ser realizada através da verificação da capacidade de vedação e da junta de dilatação em sua totalidade. A Norma ainda prevê a verificação se há a presença de acúmulo de detritos na junta de dilatação.

A ABNT (2016), dispõe da mesma importância de análise da sua metodologia   para a inspeção de juntas de dilatação de pontes e viadutos se comparada com o DNIT, visto que, também é um órgão regulamentador utilizado pelos inspetores. A ABNT (2016) apresenta uma metodologia de inspeção de juntas de pontes, que busca realizar a inspeção dos elementos considerados acessórios de uma ponte de forma individualizada, desta forma, recomenda que assim como as juntas de dilatação, outros elementos como: Apoios, guarda-corpos, pavimentos e entre outros, sejam inspecionados de maneira individualizada. Segundo a ABNT NBR 9452:2016 Inspeção de pontes, viadutos e passarelas de concreto ― Procedimento, o inspetor deve estar atento às principias anomalias que as juntas de dilatações de pontes, viadutos e passarelas podem apresentar.  É possível verificar as anomalias descritas na ABNT NBR 9452, observando a parte II – Anomalias, referentes às juntas de dilatação.

4.6.8. Técnicas de inspeção e diagnóstico

É importante que se apresente as técnicas necessárias para a realização da inspeção, para que seja possível a identificação das anomalias de forma clara e bem definida. Assim sendo, é importante ressaltarmos que assim como relatado na maioria das literaturas, grande parte das anomalias presentes nas juntas de dilatação de pontes e viadutos, podem ser verificadas através da inspeção visual. Como dito no capítulo 3.2.6 Inspeção de Juntas de dilatação, é conveniente que o inspetor não se dedique integralmente a inspeção visual, pois para uma inspeção detalhada de juntas de dilatação, é necessário o emprego de outras técnicas além da técnica de observação.

Lima e Brito (2007), propuseram uma classificação em cinco categorias das técnicas que podem auxiliar na inspeção de juntas de dilatação. Dentro destas 5 categorias, estão distribuídas 13 técnicas de inspeção e diagnósticos. Para melhor disposição destas técnicas, iremos representá-las em forma de tabela, com uma breve descrição de cada técnica que poderá ser aplicada pelo inspetor.

Tabela 3 - Técnicas de Observação e Diagnóstico.

Técnicas de Observação e Diagnóstico

Classificação

Técnicas

Observação

Observação visual direta

Observação com equipamentos (Binóculos, máquina fotográfica e filmadora)

Auditiva

Verificação auditiva direta

Medição de ruído através do sonômetro

Percussão com martelo

Medição

Medição com trena

Medição com paquímetro

Medição com régua de folga

Medição com transferidor

Monitoração do espaçamento da junta

Mecânica

Estudo de amostra da junta

Teste com chave dinanométrica

Impermeabilidade e drenagem

Teste de estanqueidade

Fonte: Adaptado de Lima e Brito, 2007.

Como podemos observar na Tabela 1, o inspetor pode realizar a aplicação de diversas técnicas para a realização plena de uma inspeção. É importante que o inspetor tenha a ciência destas técnicas, e tenha o conhecimento de quando é conveniente aplicá-las, visto que, dependendo da técnica, é necessário a disponibilização de recursos para a sua execução.

4.7. Manutenção e recuperação das juntas de dilatação em pontes e viadutos

Objetivando manter um tempo de vida útil prolongado e boa funcionalidade das juntas de dilatação devidamente instaladas, é preciso manter um cronograma de ações periódicas de manutenção.

Porém, de tempos em tempos, é inevitável que o sistema de dilatação seja substituído, quando, por exemplo, os danos são visíveis, como destacamento de concreto, buracos na pista de rolamento e também deterioração do próprio material elastomérico, ocasionados por fadiga avançada.

Entretanto, existem maneiras para adiar a possível substituição, algumas iniciativas de manutenção preventiva auxiliam na conservação da estrutura. São ações variadas, de acordo com a tipologia da junta e de seu sistema, incluindo também o método de instalação.

É de pleno conhecimento que a umidade e infiltração são inimigas de qualquer estrutura de concreto, pois bem, uma das características mais importantes dos sistemas de juntas de dilatação é a estanqueidade, por isso uma limpeza do sistema de drenagem é coerente, objetivando melhores condições para o total e pleno funcionamento da junta.

Outro aspecto importante é manter os componentes durante o Máximo de tempo o mais próximo possível do aspecto de quando foram instalados, então é preferível que ocorra uma limpeza da junta, assim como o aperto de suas fixações, caso o tipo de junta em questão disponha de tais caracteres.

Por ser uma parte da estrutura suscetível a impactos de cargas móveis e intempéries, pode ocorrer que em alguma parte da selagem no comprimento da junta se solte, nesse caso deve-se recolocar as selagens que se soltarem, e analisar se no caso será necessário substituir ou não todo o sistema que compõe a junta.

Seguindo o mesmo raciocínio, deve-se identificar e substituir todos os componentes danificados ou perigosos, usando as selagens como exemplo, e discernir a respeito da capacidade do sistema de trabalhar de forma totalmente satisfatória.

Por fim, precedendo uma troca completa do sistema de juntas de dilatação, um dos métodos é inspecionar e caso necessário pode-se executar uma operação de reparação das bandas de transição, aproveitando boa parte da estrutura já instalada. Lembrando que apenas é possível tal reparação em casos específicos, dependendo da situação a alternativa mais confiável possa ser a substituição completa do sistema de juntas de dilatação Ferreira, 2013.

4.8. Estudo de Caso

O estudo de caso foi efetuado de maneira prática, através de uma visita técnica, acompanhada pelo supervisor da obra no dia 12 de março de 2019 entre às 09h00 da manhã e 17h00 da tarde, proporcionada pela Jeene Juntas e Impermeabilização Ltda., empresa responsável por executar a manutenção e fabricação de diversos sistemas de junções.

O objetivo deste estudo foi agregar conhecimento na área de manutenção, com acompanhamento supervisionado de um profissional experiente, hábil e instruído, somado à sua equipe, composta de 5 operários por obra, que tem pleno domínio do exercício da função. Pudemos constatar por meio da observação, o desenvolvimento, passo a passo, da remoção de uma estrutura de junção com manifestações patológicas e substituição por um novo sistema componente de uma junta, que se dá por: Berço, lábios poliméricos e a junta elastomérica em si.

A obra foi feita em uma seção da BR 116 - Régis Bittencourt, em um trecho da rodovia próximo à cidade de Miracatu - SP. Além disso, devemos ressaltar que a obra foi realizada em uma ponte.

Ao chegar na obra nos deparamos com o sistema de junção da seguinte forma, como visto na figura abaixo.

A primeira etapa é o fechamento de uma das faixas de rolamento para a efetuação do serviço contratado, levando em consideração que não pode ocorrer fechamento total da via. Prevendo a inserção da sinalização adequada, seguindo as normas de trânsito da região, para a garantia da segurança dos trabalhadores.

Figura 35 - Sistema de junções com manifestações patológicas.

 Fonte: Cordeiro, Gomes e Osório, 2019.

Pode ser observado a sobreposição do pavimento asfáltico sobre o berço e o lábio polimérico, devido à frenagem/aceleração dos veículos e também por decorrência durabilidade das juntas. Outro fator que pode ser atribuído é a execução da instalação.

Devido ao problema apresentado a empresa JEENE foi contratada para a realização da substituição deste sistema. Tendo objetivo de trazer maior conforto ao usuário da via, e melhor proteção para o exercício da movimentação das longarinas e tabuleiro de concreto, proporcionando maior durabilidade aos elementos da mesoestrutura e superestrutura da ponte.

Figura 36 - Resíduos da britagem da junta de dilatação.

Fonte: Cordeiro, Gomes e Osório, 2019.

A manutenção inicia-se com a britagem do lábio polimérico, berço e junta antiga, até que se exponha armadura do tabuleiro. Esta tem uma altura aproximada de 20 cm abaixo do pavimento. Em contrapartida, vale ressaltar que a falta da correta britagem nesta etapa da manutenção, pode ocasionar em desplacamento do berço e enfraquecimento do lábio polimérico.

Figura 37 - Exposição da armadura do tabuleiro.

Fonte: Cordeiro, Gomes e Osório, 2019.

Simultaneamente à britagem, um dos membros da equipe realiza a confecção de um gabarito em madeira de acordo com as dimensões, e critérios aplicáveis para colocação da nova junta elastomérica, especificado em projeto.

Figura 38 - Exemplo de gabarito em madeira para sistema de juntas.

Fonte: Cordeiro, Gomes e Osório, 2019.

A importância deste gabarito é fundamental para garantir algumas condições, como por exemplo: O alinhamento do material elastomérico, garantia da dimensão para aplicação do lábio polimérico e da junta e nivelamento para ser efetuada a correta concretagem do berço. Por outro lado, o alinhamento feito de forma incorreta pode ocasionar em esforços não previstos.

Ao término da britagem, é atribuída a um dos operários a função da retirada da escória pulverulenta residual. Que é feita por meio de um soprador de ar. Uma atenção deve ser tomada, pois este pó não deve ultrapassar os limites das faixas de rolamento trabalhadas, para que não atrapalhe as faixas utilizadas para o tráfego local.

Figura 39 - Retirada de resíduo pulverulento.

Fonte: Cordeiro, Gomes e Osório, 2019.

Como demonstrado na imagem, um dos métodos aplicáveis para se evitar a mudança de direção deste material pulverulento, o operário que está manuseando o soprador deve apontá-lo na direção oposta a pista liberada para o trânsito.

Após a retirada desse material, é colocada uma placa de isopor, dimensionada na espessura da junta, e posicionada no local que posteriormente será instalado a faixa elastomérica.

A placa é fixada entre uma estrutura metálica previamente colocada no local que foi britado, como forma de reforço a estrutura.

Figura 40 - Instalação da placa de isopor entre estrutura metálica.

Fonte: Cordeiro, Gomes e Osório, 2019.

Ao mesmo tempo em que era feita a instalação da placa de isopor, é realizada a betonagem do concreto que será colocado no berço. Este concreto deve apresentar alta resistência, ser auto adensável, é implementado um aditivo para reduzir o calor da reação exotérmica do concreto, e caso necessário, uma camada de aditivo após a concretagem, constituindo uma cura química. Além disso, deve ter a característica de secagem rápida e ser autonivelante. Sua composição deve prever 30% de brita, constituindo um traço de 1:1:3.

Figura 41 - Betonagem do concreto destinado ao berço.

Fonte: Cordeiro, Gomes e Osório, 2019.

Nesse ponto se atribui o gabarito, que é encaixado no isopor preparando assim a estrutura para a concretagem. É imprescindível que o gabarito esteja feito nas corretas dimensões para um bom encaixe.

Figura 42 - Atribuição do gabarito de madeira.

Fonte: Cordeiro, Gomes e Osório, 2019.

O operário realiza a fixação do gabarito à armadura de apoio, para que não haja deslocamento do gabarito durante a concretagem, garantindo o alinhamento. Esta fixação é realizada com o uso de uma chave turquesa. Deve ser umidificado o local da concretagem, para resfriamento e assim o ambiente está preparado para receber o concreto.

Figura 43 - Concretagem do berço.

Fonte: Cordeiro, Gomes e Osório, 2019.

Após a concretagem e nivelamento do berço, ocorre a retirada da parte superior do gabarito, e no isopor é feito um corte de nivelamento, desprezando a parte sobressalente. Sendo assim, é umidificado o concreto devido à alta temperatura do dia, evitando fissuras.

Em seguida ao nivelamento do isopor, um processo químico é realizado para retirar-lhe totalmente, adicionando-se gasolina para que o isopor derreta.

Figura 44 - Aplicação de gasolina sobre a placa de isopor.

Fonte: Cordeiro, Gomes e Osório, 2019.

Neste momento acontece a retirada do isopor e do gabarito restante. Obtendo assim, a hachura do lábio polimérico e o vão em que haverá a junta. Para a realização do acabamento da canelura da junta, o trabalhador utiliza uma esmerilhadora, para que assim seja feita a colocação do lábio.

Para a constituição do lábio polimérico, o operário executa a mistura com a adição dos seguintes elementos: resina RP 3980, resina RL 1990, agregado miúdo, endurecedor EL 1990 e endurecedor EP 3980. Esta mistura deve ser realizada com o auxílio de um misturador, para que não ocorra segregação e garanta a homogeneidade.

Figura 45  -Mistura para a constituição do lábio polimérico.

Fonte: Cordeiro, Gomes e Osório, 2019.

Com a mistura do lábio polimérico pronta, é colocado o isopor no vão da junta para manter a canelura. E assim, há a aplicação do lábio com o auxílio de uma colher de pedreiro. Esta aplicação exige ser feita de forma cuidadosa, e o operário deve passar álcool etílico na colher de pedreiro, para que haja maior trabalhabilidade e o lábio polimérico não se aglutine na ferramenta

Figura 46 - Aplicação do lábio polimérico.

Fonte: Cordeiro, Gomes e Osório, 2019.

Após a aplicação uma espera de cerca de 30 minutos para a retirada do isopor, O método da retirada do isopor é através do uso de gasolina, sendo o mesmo método que foi relatado neste capítulo deste trabalho acadêmico. Assim como relatado em alguns parágrafos acima, o operador realiza o acabamento do vão da junta por meio de uma esmerilhadora.

Figura 47 - Acabamento do vão da junta com o auxílio de esmerilhadora.

Fonte: Cordeiro, Gomes e Osório, 2019.

Novamente há o uso do soprador, para que as partículas pulverulentas provenientes da aplicação do lábio polimérico, sejam retiradas do vão da junta mantendo o cuidado com a finalidade as partículas não atinjam as faixas de rolagem em funcionamento.

Figura 48 - Acabamento do vão da junta com o auxílio de esmerilhadora.

Fonte: Cordeiro, Gomes e Osório, 2019.

 A preparação do vão para o recebimento da junta é encerrada após a aplicação de álcool nas bordas utilizando pincel. Enquanto isso é feita a mistura que dará origem ao aglutinante epóxi.

Na junta elastomérica é executado a medição de seu comprimento, para que apresente dimensões suficiente para percorrer o tabuleiro e chegar até um pouco além do topo do guarda-rodas. Nas duas extremidades há a colagem de uma borracha selante, e na extremidade destinada ao guarda rodas é realizado o furo no fechamento para inserção de um tubo de diâmetro pequeno, analogamente ao de uma câmara de uma bicicleta, que deve ser posicionado para a extremidade do guarda-rodas. Esse processo tem como objetivo preencher de ar o interior da peça, para ter uma melhor adesão ao canal do sistema que se destina, evitando assim o serpenteamento da junta posteriormente, mantendo assim seu total encaixamento na reentrância.

Com a mesma preparada, os operários aplicam epóxi no vão e nas laterais da peça elastomérica. Durante esta aplicação é feita a instalação no vão. A instalação é executada do centro da pista de rolamento em direção ao guarda-rodas. Deve-se ressaltar que a instalação da junta reside ao longo da faixa de rolamento, e entre o guarda rodas, como exemplificado nas figuras abaixo.

Figura 49 - Aplicação de epóxi na peça elastomérica.

Fonte: Cordeiro, Gomes e Osório, 2019.

Com a JEENE posicionada no vão destinado, inicia-se o enchimento da peça elastomérica por meio de uma bomba de ar com acionamento manual. Ao finalizar o enchimento da peça elastomérica, é instalado um prego no furo em que estava instalado o tubo de enchimento, para assegurar que o ar não se extravie.

Figura 50 - Instalação do prego em tubo de enchimento.

Fonte: Cordeiro, Gomes e Osório, 2019.

Após a instalação da junta é efetuada a limpeza da pista, guardados os devidos equipamentos e separados todos os tipos de resíduos gerados. Sendo assim, ocorre a operação de liberação da pista de rodagem de maneira imediata, permitindo a passagem dos veículos no trecho. Demonstrando que no momento da instalação da peça elastomérica, a junta já apresenta as resistências às movimentações.

Figura 51 - Diferença entre sistema novo e sistema antigo de juntas.

Fonte: Cordeiro, Gomes e Osório, 2019.

5. CONSIDERAÇÕES FINAIS

No presente projeto foram elaborados todos os aspectos envolvendo as juntas de dilatação, seus componentes e funcionalidades.  Não obstante, também foi incluído uma pertinente explicação sobre o fenômeno físico de dilatação térmica, presente em todos os materiais expostos às variações de temperatura.

Incluindo, de forma breve, a evolução do sistema de juntas de dilatação com o passar do tempo. Analisando que, somente algum tempo após ser percebido pelos engenheiros que era necessário um tipo de dispositivo para suportar a dilatação dos materiais, é que foi implementado a necessidade de estanqueidade, que hoje é uma de suas características essenciais.

Apesar da evolução das juntas, ainda é necessário se atrelar a alguns critérios existentes para a elaboração e escolha do tipo de junta e suas dimensões. Vale ressaltar, com veemência, que para cada situação, ambiente, posição geográfica e característica da construção, o projetista irá determinar qual a melhor opção de junta é escolhida e aplicada, levando em consideração as movimentações possíveis e as dimensões da estrutura.

São existentes hoje no mercado variadas opções tipológicas de juntas, mesmo apesar de alguns tipos serem mais usados que outros, essa variedade tipológica oferece ao projetista uma gama de possíveis soluções, em frente às circunstâncias de projeto em que se encontra.

Uma questão também importante é que, o sistema de dilatação é um dos componentes da ponte com maior suscetibilidade às patologias, por motivo de sofrer as cargas provenientes dos automóveis, incluindo as ações climáticas também ocorrentes. Algumas dessas patologias, se agravadas, pode gerar diversas complicações no bom funcionamento da ponte, algumas soluções são possíveis para se evitar tal situação, assim como operações de manutenção preventiva, inspeções periódicas e, se necessário, realizar a substituição de todo o sistema.

Comparativamente com a situação atual do país, é evidente que existe uma certa negligência no que diz respeito ao sistema de dilatação, pois, não existe um incentivo estudo aprofundado no tema, apesar de existir algumas empresas no mercado de grande qualidade e eficiência. Ainda observamos casos de completo desapego e descaso em relação ao conhecimento da importância dos dispositivos de dilatação, para melhorar tal situação é preciso que se entenda a necessidade de manter todos os elementos da estrutura com o melhor aproveitamento possível, para que assim não ocorram patologias que afetam os usuários que trafegam sobre as pontes e viadutos juntamente com a diminuição da recorrência de gastos por parte dos órgãos e empresas responsáveis pela estrutura e também entender que uma estrutura é tão forte quanto seu elemento mais fraco.

6. REFERÊNCIAS BIBIOGRÁFICAS

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Por

Alailson de Oliveira Cordeiro

Alan Gomes de Souza

Henrique Gabriel Osorio


Publicado por: Henrique Gabriel Osório

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