Cimbres Fixos - web.fe.up.ptprojfeup/cd_2010_11/files/CIV218_relatorio.pdf · Ilustração 4 -...

Projecto FEUP

2010

Cimbres Fixos

Obras de Arte – Grupo 218

David Freitas, Dora Ferraz, Gustavo Baptista,

Hugo Rodrigues, Hugo Serafim, Pedro

Carvalho

Responsável

Ana Vaz Sá

Monitor

Mário Maia

M E S T R A D O I N T E G R A D O E M E N G E N H A R I A C I V I L

Projecto FEUP

Relatório

Tema 3: Obras de Arte

Grupo 218

But which is the stone that supports the bridge?

Kublai Khan

Este relatório foi produzido no âmbito da disciplina “Projecto FEUP”, unidade

curricular transversal a praticamente todos os primeiros anos dos cursos da

Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto.

http://www.brainyquote.com/quotes/quotes/k/kublaikhan262411.html

Projecto FEUP – Obras de arte

Grupo 218

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Equipa Coordenador do Projecto FEUP

Coordenador do Projecto FEUP do MIEC

Francisco Piqueio ([email protected])

Responsável

Ana Vaz Sá ([email protected])

Monitor

Mário Maia ([email protected])

Identificação do grupo n.º 218

David Freitas ([email protected])

Dora Ferraz ([email protected])

Gustavo Baptista ([email protected])

Hugo Rodrigues ([email protected])

Hugo Serafim Ribeiro ([email protected])

Pedro Carvalho ([email protected])

mailto:[email protected]










Grupo 218

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Resumo

Os cimbres são estruturas temporárias de suporte cuja importância nas

obras-de-arte de Engenharia Civil é fulcral. Tal como na mitologia Grega, o Atlas

suporta o peso dos céus, os cimbres possibilitam (ou caso não se desenvolvam

cimbre adequados, inviabilizam) a construção de fantásticas estruturas.

O que são cimbres, quais os principais aspectos a ter em consideração no

desenvolvimento do projecto do cimbre, as precauções que se devem ter, as

normas que regulamentam os cimbres, e que tipos de cimbres existem, são

algumas das questões que serão desenvolvidas neste trabalho.

Aproveitamos ainda a sorte de nos localizarmos no Porto para estudar

algum dos seu património impar a nível mundial. Destacamos a construção do

cimbre da Ponte da Arrábida que ainda nos dias de hoje continua a ser um exemplo

revolucionário.


Grupo 218

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Agradecimentos

Silent gratitude isn't much use to anyone.

G.B. Stern

A nossa equipa quer agradecer sinceramente à responsável e ao monitor do nosso

projecto, respectivamente, Engenheira Ana Vaz Sá e Mário Maia, pela ajuda que nos

deram ao longo destas intensas semanas. Foram verdadeiros cimbres do nosso

trabalho, suportando-nos e não nos abandonando antes de atingirmos a

capacidade resistente pretendida.


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Índice

1. Introdução...................................................................................................................................... 2

2. Noções básicas ............................................................................................................................. 3

2.1 Documentação importante ............................................................................................. 5

3. Tipos de Sistemas de Cimbre .................................................................................................. 6

3.1 Cavalete apoiado sobre o terreno ................................................................................ 6

3.1.1 Estrutura tubular ....................................................................................................... 6

3.1.2 Torres e asnas ............................................................................................................. 7

3.2 Escoramento, Pós-escoramento e Pré-escoramento ............................................ 8

4. Material dos Cimbres ................................................................................................................. 9

5. Modelos de cimbre ao solo ....................................................................................................10

5.1 Prumos .................................................................................................................................10

5.2 Sistemas de cimbres em torre .....................................................................................11

5.3 Sistemas de cimbres modulares .................................................................................11

6. Dimensionamento .....................................................................................................................12

6.1 Dimensionamento de Estruturas temporárias de classe A ..............................13

6.2 Dimensionamento de Estruturas temporárias de classe B1 ...........................14

6.3 Estruturas temporárias de classe B2 ........................................................................14

7. Documentação Técnica (Informação escrita sobre os cálculos) .............................15

8. Montagem do cimbre ...............................................................................................................15

8.1 Descimbramento ..............................................................................................................17

9. Segurança .....................................................................................................................................17

10. Cimbre nas pontes no Porto .............................................................................................17

10.1 Ponte D. Maria ...................................................................................................................18


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10.2 Ponte da Arrábida ............................................................................................................18

10.3 Ponte S. João .......................................................................................................................19

10.4 Ponte do Freixo .................................................................................................................20

11. Utilização de Cimbres Fixos ..............................................................................................20

11.1 Como e em que condições se deve recorrer a um cimbre fixo? ......................20

11.2Quais os principais problemas associados a este método? ......................................23

12. Quais os fenómenos importantes a controlar / prevenir? ....................................25

12.1.1 Deformação/encravadura da estrutura do cimbre ....................................25

12.1.2 Estabilidade do cimbre ..........................................................................................25

12.2 Acção a ter em conta na montagem do cimbre .....................................................26

12.2.1 Acções directas .........................................................................................................26

12.2.2 Acções indirectas .....................................................................................................27

13. Conclusões ...............................................................................................................................28

14. Bibliografia e Referências ..................................................................................................29

1

Lista de tabelas, gráficos e figuras

Ilustração 1 - Atlas segurando os céus. ...................................................................................... 2

Ilustração 2 - Um exemplo de cofragem (Cofragem de Pilares LGR da ULMA) ........... 4

Ilustração 3 - Cunha de ligação (www.peri.pt) ......................................................................... 5

Ilustração 4 - Lajes com prumos de pós-escoramento .......................................................... 8

Ilustração 5 - Cimbre ao solo de tipo contínuo.......................................................................10

Ilustração 6 - Prumo de Alumínio ALUPROP (www.ulma-c.pt).......................................11

Ilustração 8 - Montagem de um cimbre ....................................................................................16

Ilustração 9 - Montagem do cimbre da Ponte da Arrábida ................................................18

Ilustração 10 - Na ponte S. João foram utilizados cimbre móveis. ..................................19

Ilustração 11 – 4 trabalhadores morreram enquanto outros 11 ficaram feridos

devido a um desabamento de um cimbre em Peniche. .......................................................23

Ilustração 12 – Desabamento do cimbre em “Dos Valire”. ................................................25


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1.

We build too many walls and not enough bridges

Isaac Newton

A importância do cimbre pode ser comparada à de Atlas que segura os céus

(Ilustração 1). O Homem desde cedo se sentiu obrigado a construir obras-de-arte

que facilitassem a sua mobilidade e deslocação até locais de difícil acesso devido à

existência de grandes vales ou rios. Acompanhando a necessidade de construir

estas estruturas apareceram os primeiros sistemas de cimbre.

A importância dos cimbres na construção de obras de arte, em especial nas

pontes, é crucial. Já no século XVIII considerava-se que, independentemente da

escolha dos materiais e da precisão dos aparelhos, o sucesso dos grandes arcos

dependia da construção do cimbre e da sua posterior desmontagem (Perronet

1987).

Ilustração 1 - Atlas segurando os céus.


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A viabilidade da edificação de uma ponte pode ser também dependente da

exequibilidade de um cimbre que sustente a sua construção. No Porto, no início do

século XIX, existiu um plano para construir uma ponte que ligasse a Porta do Sol à

serra do Pilar, no entanto, este plano foi abandonado devido à incapacidade técnica

da construção do cimbre (Cordeiro 2003).

Numa perspectiva económica, sempre muito importante, a concepção de um

cimbre pode representar uma parte substancial do valor da construção de uma

ponte (Menn 1990).

O cimbre ao solo foi o primeiro a surgir. Um cavalete era construído

previamente para depois suportar o tabuleiro da ponte durante o processo de

construção.

Posteriormente apareceu o cimbre autoportante, que era capaz de se

sustentar sem serem necessários apoios intermédios, o que foi de extrema

utilidade quando era requerida a execução de uma obra-de-arte sobre um vão

extenso.

O cimbre móvel foi o último a nascer, quando foi necessário fazer pontes

sobre vãos extremamente longos e muito altos aos quais o cimbre fixo não era

capaz de responder da melhor forma.

Inicialmente as estruturas de suporte eram concebidas através de prumos

de madeira pouco espaçados entre si. Mais tarde, essas estruturas tornaram-se

arcaicas, o que obrigou à sua substituição por elementos de metal, o que trouxe

diversas vantagens ao processo, tais como, maior resistência e capacidade de

reutilização dos materiais.

2.

Os cimbres são estruturas temporárias de suporte a cofragens tendo como

principal função suportar as cargas das estruturas, transferindo-as para pisos

inferiores ou para o solo enquanto as estruturas não adquirem a capacidade

resistente pretendida (Oliveira 2008). Podem ainda ter como função o suporte de

armazenamento temporário de materiais de construção e outros equipamentos

(EN 2004).


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As cofragens (Ilustração 2) podem ser comparadas a moldes que dão forma

e suporte ao betão até que este endureça o suficiente para se aguentar sem as

cofragens.

Na construção de pontes, os cimbres são principalmente utilizados para

impedir o movimento antes e depois da colocação do betão. São frequentemente

necessários guindastes adequados e outros dispositivos para ajustar e manter a

posição dos cimbre durante o despejo.

Os materiais normalmente utilizados na construção dos cimbres são metais

como o alumínio ou o aço, embora também possam ser utilizados outros materiais

como por exemplo a madeira.

A maioria das obras de arte como viadutos construídos recorrendo a

cimbres fixos tem uns comprimentos que atingem centenas de metros e uma altura

máxima na ordem dos 18 metros.

Um cimbre fixo deve ser dimensionado e construído para que seja capaz de

resistir a qualquer acção a que fique submetido durante a construção (vento,

abalos sísmicos, …). A sua existência ou remoção não pode causar danos na forma,

função, aspecto ou durabilidade da obra permanente.

Habitualmente, a maior parte destas estruturas é desmontável. São

realizadas com elementos com perfis de aço ou elementos tubulares que são

unidos por braçadeiras metálicas e ligadas a chapas de apoio podendo ter sistemas

Ilustração 2 - Um exemplo de cofragem (Cofragem de Pilares

LGR da ULMA)


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de rosca para regular o comprimento total. No topo podem ser providos de

forquilhas com ou sem rosca de nivelamento. Estes sistemas tornam mais fácil o

nivelamento e o descimbramento (Ilustração 3).

2.1 Documentação importante

Para estudo dos cimbres é de grande relevância a norma EN 12812. Esta norma

define(EN 2004):

Os requisitos de performance das estruturas;

As regras que devem ser consideradas no desenvolvimento de estruturas de

cimbre seguras;

Algumas informações úteis sobre fundações e, para quem necessita que os

cimbre suportem estruturas permanentes, indicando quem deve

desenvolver a sua concepção e implementação;

Não especifica:

Requisitos para cofragens, embora estes possam ser parte de um sistema de

cimbres, e de andaimes;

São ainda documentos importantíssimos:

German Standard-DIN 44210;

American Standard – ACI 347R, Guide to Formwork for Concrete;

Australian Standard-AS 3610, Formwork for Concrete;

Ilustração 3 - Cunha de ligação (www.peri.pt)


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British Standard-BS EN 1065, Adjustable Telescopic Steel Props.

3.

3.1.1 Enquadramento

Os tabuleiros das designadas obras de arte são executados frequentemente

com o recurso exclusivo a cimbre fixo. Nas obras de arte especiais, a expressão da

sua utilização reduz-se significativamente, não deixando contudo de ser o método

mais usado em viadutos até cerca de 500m de comprimento e uma altura máxima

na ordem dos 18 metros (Reis 2009). Os cimbres fixos são frequentemente

utilizados com a função de suster as cofragens que acolhem o betão, até este

endurecer e tornar-se autoportante. Nas obras de arte ditas especiais, a sua

utilização reduz-se substancialmente, visto que o cimbre fixo apresenta algumas

lacunas como veremos mais adiante.

O cimbre móvel habitualmente assenta apenas sobre as extremidades da

estrutura a ser construída.

Existem vários tipos de sistemas de cimbres que podem ser simples ou

complexos. A sua escolha depende das exigências de construção e das

características de cada sistema, tais como, o material de que é constituído, a altura

máxima e a capacidade resistente(Oliveira 2008).

3.1 Cavalete apoiado sobre o terreno

Este método é o mais tradicional, sendo económico e de fácil execução. É

uma solução adequada para situações em que a altura da estrutura é igual ou

menor que aproximadamente 20m e sempre sobre terreno firme. É constituído por

prumos metálicos que podem ser divididos em dois grupos quanto à sua natureza

e composição:

Estrutura tubular;

Torres e asnas.

3.1.1 Estrutura tubular

É um dos processos mais utilizados para a construção de viadutos de

pequenas dimensões, devido à sua simplicidade.


Grupo 218

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Esta estrutura é constituída por bases, prumos verticais, elementos

horizontais de travamento e acessórios (braçadeiras, apoios, por exemplo).

Este sistema é formado por uma malha de contraventados por travessas

metálicas articuladas por braçadeiras para assegurar uma firme ligação entre os

dois elementos. A menor distância entre as travessas horizontais provoca uma

maior capacidade de carga dos elementos verticais, ainda que condicionada pela

capacidade de resistência do prumo à compressão. O projectista pode também

contraventar na diagonal se entender que pode haver possibilidade de

encurvadura dos prumos ou risco de deslocamentos horizontais significativos que

poderiam levar ao colapso de toda a estrutura.

O sistema tubular pode ser total ou parcial, consoante o comprimento da

obra-de-arte a executar, o prazo e a disponibilidade dos materiais para uma maior

extensão da estrutura. Um melhor aproveitamento do cavalete de pré-esforço deve

ser estudado e aplicado em conformidade.

As vantagens desta estrutura são a facilidade de utilização, a não

obrigatoriedade de uma mão-de-obra especializada na montagem da estrutura, a

possibilidade de reutilização, já que os materiais são encaixados e uma grande

versatilidade dos materiais nas obras de escoramento.

3.1.2 Torres e asnas

A grande vantagem deste sistema é permitir vãos com uma altura livre,

sendo por isso bastante utilizadas na construção de passagens superiores e

inferiores.

As asnas são constituídas por perfis e tubos de aço, podendo ser em forma

de treliça ou de viga de alma cheia. As torres são constituídas por conjuntos de

tubos de aço, com diversas alturas, para que o seu todo possa ter a dimensão que a

obra a realizar exige.

Comparativamente à estrutura tubular, o sistema de torres e asnas requer

uma maior precaução com a transmissão de cargas ao solo, uma vez que a tensão

aplicada sobre estas é maior. Assim, é por vezes necessário executar fundações

provisórias em betão para sustentar esta estrutura de torres e asnas.


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3.2 Escoramento, Pós-escoramento e Pré-escoramento

Escoramento é um sistema de suportes verticais que são dimensionados e

colocados para suportar a carga de betão fresco e as cargas provenientes da

construção de uma forma segura. Os cimbres suportam directamente a cofragem e

transferem a carga do betão, a carga proveniente da construção, e da própria

cofragem para um suporte inferior, como uma laje a um nível inferior num edifício

ou ao solo (Oliveira 2008).

O pós-escoramento é utilizado quando o escoramento é utilizado num

edifício de vários pisos, o edifício parcialmente completo deverá suportar as cargas

de construção. Uma vez que

o piso abaixo do que está em

construção normalmente

não tem resistência

suficiente para suportar a

carga de construção, é

frequentemente necessário

transferir parte dessa carga

para suportes adicionais que

se encontram abaixo desse

piso (Ilustração 4) (Oliveira

2008).

Este pós-escoramento pode

ser feito de duas maneiras, “prumo a prumo” que consiste em colocar prumos em

toda a área da laje ou do elemento em construção; ou através de uma análise

rigorosa deste tipo de escoramento em locais específicos. A abordagem mais

conservativa é a primeira(Oliveira 2008).

O Pré-escoramento é utilizado quando a cofragem é removida antes de o

betão atingir a resistência para se suportar a ele próprio. Os suportes verticais são

colocados através da cofragem enquanto esta última é removida. O pré-

escoramento é utilizado para suportar betão fresco, que ainda não atingiu a

resistência pretendida. O pós-escoramento é usado para transferir cargas do

Ilustração 4 - Lajes com prumos de pós-escoramento


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escoramento e/ou pré-escoramento para a estrutura inferior evitando

deformações excessivas (Oliveira 2008).

A partir do momento em que o equipamento utilizado para o escoramento, pós-

escoramento e pré-escoramento é o mesmo, e não existe nenhum método para

reconhecer os diferentes propósitos em obra. É o tipo de utilização do

equipamento que identifica a sua função (Oliveira 2008).

4.

A escolha do material deve ser feita com base numa combinação das seguintes

variáveis: preço, segurança durante a obra e a qualidade pretendida para o

produto final (Oliveira 2008).

Actualmente parte significativa destas estruturas é realizada com elementos

desmontáveis. Perfis de aço ou elementos tubulares, em geral pintados e ou

galvanizadas, que podem ser unidos através de braçadeiras metálicas e ligadas a

chapas de apoio podendo ser providas de sistemas de rosca que permitem regular

o comprimento total. No topo podem ser providos de forquilhas com ou sem rosca

de nivelamento. Estes sistemas facilitam o nivelamento e o descimbramento.

A madeira, embora ainda utilizada em pequenas obras, começa a desaparecer. Os

mais utilizados são o alumínio e o aço que têm como vantagens a versatilidade

(facilidade e rapidez de colocação e ajuste), a durabilidade (isto porque podem ser

reutilizadas várias vezes) e economia a médio prazo. O alumínio é mais leve e por

consequente vantagem ser mais fácil de transportar embora seja mais caro

(Oliveira 2008). As ligações devem ser concebidas para que estas não possam ser

desconectadas sem intenção quando em uso (EN 2004).

As espessuras utilizadas nos componentes de alumínio ou aço não devem

ser inferiores a 2 mm (EN 2004). O alumínio possui maior capacidade resistente

que o aço, suportando mais carga por metro quadrado(Oliveira 2008) (Ilustração

6).

Um material que também começa a surgir é o FRP (Fiber Reinforced

Polymer).


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5.

Os sistemas de cimbres ao solo (Ilustração 5) ou a níveis inferiores poderão ser

classificados em três tipos. Esta classificação não depende do material em que são

constituídos mas do tipo da aplicação, da capacidade resistente e da altura máxima

admissível. Assim, os sistemas de cimbres ao solo ou a níveis inferiores dividem-se

nos três tipos seguintes(Oliveira 2008):

Prumos;

Sistemas de cimbres em torre;

Sistemas de cimbres modulares.

5.1 Prumos

Os prumos são elementos verticais independentes extensíveis, em aço que poderão

atingir alturas até 5m e ter uma capacidade resistente até 40 kN por prumo. A

capacidade resistente não se verifica na altura máxima porque à medida que se

aumenta o comprimento do prumo, diminui a capacidade resistente devido à

encurvadura. Assim, a resistência do prumo à altura pretendida e as acções que

solicitam o sistema vão definir o número de prumos por metro quadrado que serão

necessários montar. Os prumos em alumínio possuem sensivelmente a mesma

resistência para alturas semelhantes. O prumo é essencialmente utilizado para

realizar o escoramento, pré-escoramento e pós-escoramento de lajes (Oliveira

2008).

Ilustração 5 - Cimbre ao solo de tipo contínuo


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Existem prumos de alta capacidade resistente que suportam cargas até 200 kN.

Estes prumos, em alumínio, são constituídos por módulos, o que lhes permite

serem extensíveis e adequarem-se à altura de suporte pretendida (Oliveira 2008).

5.2 Sistemas de cimbres em torre

Os cimbres em torre são constituídos por bastidores e elementos diagonais de

contraventamento. Estes sistemas vão poder atingir uma altura superior à dos

prumos extensíveis e possuem uma capacidade resistente igualmente superior. A

altura máxima admissível para estes sistemas é de 22m e suportam um máximo de

62 kN por cada elemento vertical.

5.3 Sistemas de cimbres modulares

Os sistemas de cimbres modulares consistem num escoramento por filas de

bastidores onde o espaçamento entre estas vai depender da altura do sistema.

Estes sistemas poderão atingir alturas superiores a 20m com uma capacidade

resistente de 40 kN por cada elemento vertical. Contudo se o mesmo sistema de

cimbres modulares for constituído por alumínio poderá, para uma altura de 20m,

possuir uma capacidade resistente de 90 kN por cada elemento vertical.

Ilustração 6 - Prumo de Alumínio ALUPROP (www.ulma-c.pt)


Grupo 218

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6.

6.1.1 Dimensionamento de cimbres

Os aspectos a considerar no dimensionamento de cimbres, segundo a ACI 347-01 e

a EN 12812, são a estabilidade do sistema e a encurvadura dos elementos, para

evitar o colapso da estrutura, como se pode ver na Erro! A origem da referência

ão foi encontrada. (Oliveira 2008). Os cimbres devem ser dimensionados para

suportar todas as acções que lhes são transmitidas. Deve ser adoptada uma análise

rigorosa para determinar o número de lajes que devem ser escoradas e para

determinar as acções que vão ser transmitidas a cada laje e aos cimbres (Oliveira

2008).

Os aspectos e parâmetros a considerar pela ACI 347-01 para uma correcta análise

de dimensionamento são os seguintes:

Cargas estruturais do elemento a construir, incluindo cargas permanentes,

cargas distribuídas e cargas consideradas pelo projectista da construção

definitiva.

Cargas variáveis reduzidas e tolerâncias para as cargas de construção

incluídas pelo projectista;


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Cargas permanentes relativas ao peso do betão e da cofragem e, as cargas

variáveis relativas à construção, tais como, equipa de trabalho e

equipamento ou depósito de materiais;

Resistência do betão em causa, o período entre a colocação dos sucessivos

andares e a resistência do betão na altura em que lhe é exigido que suporte

cargas de escoramento;

Distribuição de cargas entre andares, cimbres de escoramento, pré-

escoramento e pós-escoramento;

Na altura da colocação do betão, desmontagem da cofragem, dos pós-

escoramento e do pré-escoramento, o vão da laje ou elemento estrutural

entre suportes permanentes também não deve ser ignorado assim como os

tipos de sistemas de cofragem, isto é, vão dos componentes horizontais da

cofragem e cargas dos cimbres individuais;

Tempo mínimo requerido para o betão ganhar presa.

A norma europeia divide o dimensionamento das estruturas provisórias nas

classes A, B1 e B2 que correspondem aos três grupos I, III e II respectivamente

definidos pela DIN 4421.

6.2 Dimensionamento de Estruturas temporárias de classe A

As estruturas temporárias de classe A são utilizadas em construções simples tais

como quando são utilizadas lajes e vigas. Assim para pertencerem ao grupo I ou

classe A é necessário que estas cumpram as seguintes características(EN 2004)

(Oliveira 2008):

A altura da parte inferior da estrutura não excede os 3.5m;

Os vãos e lajes não excedem 6m;

As cargas verticais uniformemente distribuídas não excedem 8 kN/m2;

As cargas verticais lineares uniformemente distribuídas que actuam nos

elementos horizontais não excedem 15,0 kN/m.

Para este grupo de estruturas os desenhos podem ser dispensados. A estabilidade

deverá ser verificada caso o projectista não possua a experiência necessária. Neste

caso, a estabilidade deve ser verificada com a consideração de um factor de

segurança de 1,5 (Oliveira 2008).


Grupo 218

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É recomendado que se utilize sistemas proprietários em uso. As resistências a

cargas verticais e horizontais são determinadas pela experiência e de boas práticas

(HSE 2001).

6.3 Dimensionamento de Estruturas temporárias de classe B1

O desenho deve estar de acordo com os standards de desenho de estruturas

Europeu definido em (EN 1990, ENV 1991 a ENV 1999) em conjunto com 9.1.1,

9.1.2.1, 9.1.3, 9.3.3 e 9.4.1 da EN 12812 (EN 2004).

Neste caso são impostos requisitos mais rigorosos através da modelação

computacional que simule o comportamento da estrutura solicitada por cargas

reais. Neste caso, todas as acções e imperfeições que afectem a determinação das

tensões que actuam nos componentes da estrutura deverão ser tidas em conta com

base na ENV 1993-1-1. Tal como na classe B2, deverão ser realizados desenhos que

incluam detalhes importantes e o dimensionamento completo em alçado e em

corte. Uma vez que esta análise é bastante rigorosa, tanto ao nível da resistência

dos elementos como das acções, não é utilizado coeficiente de segurança,

considera-se um valor igual a 1,0.

6.4 Estruturas temporárias de classe B2

A concepção destas estruturas deve estar de acordo com as cláusulas 5, 6, 7, 8 e 9,

com a excepção de 9.1.2.1, 9.3.3, 9.4.1, e com os standards Europeus relevantes

definidos nas séries Eurocode (EN 1990, ENV 1990 a ENV 1999). Onde existam

conflitos, as regras definidas no standard EN 12812 prevalecem(EN 2004).

Neste caso a resistência dos elementos, a estabilidade da estrutura e as suas

ligações deverão ser verificados por cálculo estatístico. Este cálculo poderá ser

realizado com base na EN 12812. Deverão ser realizados desenhos que apresentem

todas as configurações da estrutura, detalhes importantes e o dimensionamento

completo em alçado e em corte. Uma vez que a análise a realizar nesta classe é

mais rigorosa que a anterior, o coeficiente de segurança é reduzido para 1,15


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7.

Na fase de projecto dos sistemas de cimbres, a norma 12812, obriga a que seja

elaborado um documento com a informação escrita sobre os cálculos, de modo a

que se informe de todas as hipóteses assumidas, parâmetros considerados e

modelo adoptado. Nesta memória é definido o dimensionamento estrutural que

deve incluir os seguintes elementos(EN 2004):

A classe a que pertence a estrutura;

Uma descrição do conceito / ideia adoptada e de como a construção

temporária vai ser usada, em conjunto com uma definição da distribuição

das acções ao longo da estrutura até ao solo;

A lista de operações, por exemplo:

o Montagem;

o Betonagem / sequência de betonagem;

o Desmontagem;

o A definição da velocidade de betonagem.

A descrição do modelo adoptado para a análise estrutural, com uma nota

para todas as considerações tomadas;

Uma lista de todos os documentos referentes a cálculos;

Uma especificação para materiais e componentes;

Desenhos para identificar todos os componentes da construção temporária,

de forma a relacionar os cálculos e o cimbre utilizado.

8.

8.1.1 Montagem

O projecto do cimbre deve ter em conta:

O peso próprio do cimbre e cofragens;

O peso dos trabalhadores (sobrecargas de utilização);

A força do vento;

O peso do betão;


Grupo 218

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Forças devidas a acções horizontais acidentais devidas a desvios de

montagem (imperfeições geométricas);

As acções nos prumos devem ter em conta a deformação da estrutura do

cimbre. O travamento dos cimbres através de diagonais é fundamental. Os

travamentos deverão ser ligados em todos os prumos e perto dos nós.

A montagem dos cimbres (Ilustração 7) deve seguir desenhos detalhados e

deve ser realizada por pessoal especializado devendo ser objecto de controlo

independente do montador.

As cargas devem ser transmitidas aos prumos evitando excentricidades, no

topo e na base.

O apoio dos cimbres deve ser especialmente cuidado, sendo realizado

através de solipas de madeira e/ou lajes de betão, devendo assegurar-se a

capacidade do solo existentes e sempre que necessário deve proceder-se ao seu

Ilustração 7 - Montagem de um cimbre


Grupo 218

Página 17

saneamento. Quando necessário podem utilizar-se estacas de madeira ou de betão

para reforçar a capacidade de carga do solo. Se o terreno for inclinado é necessário

realizar banquetas ou introduzir dispositivos especiais de contenção do solo.

8.2 Descimbramento

O critério para definir a idade do betão que permite o descimbramento é o

de verificar que a estrutura com as acções actuantes apresenta a resistência

suficiente e não fica sujeita a deformações excessivas.

É necessário garantir o período de permanência das cofragens e do

escoramento.

9.

O standard EN 12812 assume que a concepção das estruturas temporárias

tem inevitavelmente imperfeições geométricas. O efeito destas imperfeições deve

ser incluído do projecto dos cimbres. Para ajudar o projectista, são feitas

estimativas da magnitude destas imperfeições para os vários tipos de estruturas

(HSE 2001).

Para cada uma das imperfeições e para uma variedade de tipos e classes de

cimbres várias fórmulas existem para determinar os valores das imperfeições a

usar no projecto.

Nunca se deve tomar por garantido a segurança e deve-se monitorizar

constantemente.

10.

O Porto tem um património ímpar a nível mundial em obras de arte. Vários

recordes foram alcançados em quase todas as pontes aqui construídas.

Se nas duas primeiras pontes: D. Maria e Luís I, parte da “engenharia” era

importada, nas restantes o génio Português deixou lugar na história, com especial

destaque para o Engenheiro Edgar Cardoso.


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10.1 Ponte D. Maria

A ponte D. Maria é um marco na história das obras de arte, o que lhe valeu o

Internacional Historic Civil Engineering Landmark award. No entanto esta ponte foi

construída sem recurso a cimbres.

10.2 Ponte da Arrábida

O estudo do cimbre para a construção da ponte foi um dos grandes desafios

do projecto. Este cimbre metálico, em arco de alma cheia, constituído por três

arcos (costelas) de aço com uma corda de 258m e flecha de 50m, ligados por

contraventamentos longitudinais e transversais das três costelas. A construção

durou 13 meses (Cordeiro 2003).

Uma vez completo serviu de cofragem inferior aos elementos essenciais da

ponte, as duas costelas do arco. Pronta a primeira, numa operação notável, o

cimbre inteiro foi empurrado lateralmente de modo a servir para a construção da

segunda aduela (Azeredo and Azeredo 2002).

Ilustração 8 - Montagem do cimbre da Ponte da Arrábida


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A montagem foi composta por três fases. Na primeira fase foram montados

os troços contíguos aos encontros, apoiados no tabuleiro dos viadutos por

intermédio de cabos metálicos (Cordeiro 2003).

Na segunda fase, o troço central, com cerca de 78m e 500t foi transportado

pelo rio até ao local da obra e içado até se apoiar nos extremos das consolas já

executadas (Cordeiro 2003) (Ilustração 8).

Finalmente, na terceira fase, as ligações de aço foram desconectadas e os

cimbres actuaram como um arco capaz de aguentar não só o seu peso (de 2000

toneladas), mas também o peso do cimbre, o peso morto do betão, e os efeitos do

vento e tremores de terra.

Uma vez concluída a primeira costela o cimbre foi deslocado para a segunda

costela. Esta operação com a designação de ripagem foi considerada a mais

complexa de toda a obra. Para tal foram concebidos dispositivos especiais de

manobra e caminhos de rolamento.

10.3 Ponte S. João

Na ponte de S. João, a técnica adoptada para a construção do tabuleiro foi a

dos avanços sucessivos, simultaneamente a partir dos dois pilares, recorrendo à

betonagem in situ de aduelas de comprimento variável entre os 5 e os 7,5m. Para o

efeito recorreu-se à utilização de cimbres móveis sendo o betão bombado a partir

da base de cada pilar (Ilustração 9).

Ilustração 9 - Na ponte S. João foram utilizados cimbre

móveis.


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10.4 Ponte do Freixo

Na ponte do Freixo, a técnica escolhida para a construção do tabuleiro foi a

dos avanços sucessivos recorrendo à betonagem in situ de aduelas de

comprimento variável entre 2,8 m e 5 m, com o recurso a cimbres móveis (Cruz

and Cordeiro).

11.

11.1 Como e em que condições se deve recorrer a um cimbre fixo?

Nas obras com um comprimento reduzido e com uma altura relativamente

baixa usa-se habitualmente um cimbre fixo por este ser normalmente mais

económico.

A utilização de cimbre fixo na construção de obras de arte envolve um

maior risco para a segurança dos trabalhadores, do que se fosse optado um

sistema de cimbre móvel, ou no sistema de construção através da pré-fabricação.

Com a utilização de um cimbre fixo o risco de queda em altura é muito elevado,

existindo ainda o risco de queda da estrutura.

Outra desvantagem do cimbre fixo é a necessidade de um maior número de

tarefas para o início da construção. A utilização de um cimbre fixo requer um

maior número de trabalhadores, relativamente a outros métodos. Embora em

construções com pequena extensão e com pequenos vãos é mais económico a

utilização de Cimbres fixos em detrimento de técnicas mais avançadas, que apenas

são rentáveis em grandes construções e com grandes desníveis do solo.

A elaboração de um projecto de uma estrutura especial resulta de um

processo de análise de diversas variáveis e opções possíveis. O projectista tem de

ter em conta as condicionantes do local (topografia, geotecnia e hidráulica) e os

aspectos económicos.

O cimbre fixo utiliza-se para realizar o escoramento de tabuleiros de pontes,

viadutos, passagens superiores e inferiores e suportar lajes de edifícios de grande

altura.

Aspectos e parâmetros a analisar na colocação do cimbre fixo:


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Cargas estruturais do elemento a construir, incluindo cargas permanentes,

cargas distribuídas e cargas consideradas pelo projectista da construção

definitiva;

Cargas variáveis reduzidas e tolerâncias para as cargas de construção

incluídas pelo projectista;

Cargas permanentes relativas ao peso do betão e da cofragem e, as cargas

variáveis

Relativas à construção, tais como, equipa de trabalho ou depósito de

materiais;

Resistência do betão em causa, o período entre a colocação dos sucessivos

andares e a resistência do betão na altura em que lhe é exigido que suporte

cargas de escoramento;

Distribuição de cargas entre andares, cimbres de escoramento, pré-

escoramento e pós-escoramento;

Na altura da colocação do betão, desmontagem da cofragem, do pós-

escoramento e do pré-escoramento, o vão da laje ou elemento estrutural

entre suportes permanentes também não deve ser ignorado assim como os

tipos de sistemas de cofragem, isto é, vão dos componentes horizontais da

cofragem e cargas dos cimbres individuais;

Tempo mínimo requerido para o betão ganhar presa.

Todo o sistema de cofragens e de cimbres deve ser bem planeado consoante a

complexidade e a grandeza da obra.

As considerações de dimensionamento são baseadas na EN 12812. A norma

europeia divide o dimensionamento de estruturas provisórias nas classes A, B1 e

B2 que correspondem aos 3 grupos I, III, II respectivamente definidos pela DIN

4421.

As estruturas temporárias pertencem ao grupo I ou classe A quando possuem

as seguintes características:

A altura da estrutura não excede 5,0 m;

Os vãos não excedem 6,0 m;


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As cargas verticais uniformemente distribuídas não excedem 8,0

kN/N/m2;

As cargas verticais lineares uniformemente distribuídas que actuam nos

elementos horizontais não excedam 15,0 kN/m.

Para este grupo de estruturas os desenhos podem ser dispensados. A

estabilidade deverá ser verificada caso o projectista não possua a experiência

necessária. Neste caso, a estabilidade deve ser verificada com a consideração de

um factor de segurança de 1,25.

No caso do grupo II ou da classe B2, a resistência dos elementos, a

estabilidade da estrutura e as suas ligações deverão ser verificados por cálculo

estático. Este cálculo poderá ser realizado com base na EN 12812. Deverão ser

realizados desenhos que apresentem todas as configurações da estrutura, detalhes

importantes e o dimensionamento completo em alçado e em corte. Uma vez que a

análise a realizar nesta classe é mais rigorosa que a anterior o coeficiente de

segurança a utilizar é reduzido para 1,15.

O grupo III ou classe B1 impõe os requisitos mais rigorosos através da

modelação computacional que simule o comportamento da estrutura solicitada por

cargas reais. Neste caso, todas as acções e imperfeições que afectam a

determinação das tensões que actuam nos componentes da estrutura deverão ser

tidas em conta com base na ENV 1993-1-1. Tal como na classe B2, deverão ser

realizados desenhos que incluam detalhes importantes e o dimensionamento

completo em alçado e em corte. Uma vez que esta análise é bastante rigorosa, tanto

ao nível da resistência dos elementos como das acções, não é utilizado coeficiente

de segurança, considera-se um valor igual a 1,0.


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11.2 Quais os principais problemas associados a este método?

But which is the stone that supports the bridge?

Kublai Khan

A utilização de cimbre fixo na construção de obras de arte envolve um

maior risco para a segurança dos trabalhadores do que num sistema de cimbre

móvel, ou num sistema de construção através da pré-fabricação. Com a utilização

de um cimbre fixo o risco de queda em altura é considerável.

Grande parte das tragédias que ocorrem associadas à construção de pontes

resulta do desmoronamento da estrutura do cimbre fixo. Infelizmente vários são

os exemplos que se podem encontrar desta situação. Um dos casos famosos

ocorreu na ponte de Sandö, na Suécia, no início dos anos 40. Até à construção da

ponte da Arrábida essa ponte detinha o recorde de maior corda do arco. Sandö foi

palco de uma tragédia quando o cimbre de madeira rompeu causando a morte a 17

trabalhadores. (Menn 1990).

Ilustração 10 – 4 trabalhadores morreram enquanto outros 11 ficaram feridos devido a um

desabamento de um cimbre em Peniche.

Mais recentemente, no dia 7 de Novembro do ano passado, cinco

trabalhadores morreram e seis ficaram feridos numa queda de 15 metros no túnel

“Dos Valire” nos Pirenéus apenas a alguns kilómetros a norte de Andorra

http://www.brainyquote.com/quotes/quotes/k/kublaikhan262411.html


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(Ilustração 11). Esta tragédia também teve como causa o desmoronamento do

cimbre (Record 2009).

Infelizmente podemos encontrar muitos outros casos e, mais perto de nós. Na

construção de um viaduto na A15 em Peniche (Ilustração 10), treze técnicos, na

maioria Engenheiros Civis, foram julgados, acusados da prática de um crime de

infracção de regras de segurança. Isto porque 4 trabalhadores morreram e 11

outros ficaram feridos devido ao colapso da totalidade do cimbre o que originou a

queda da cofragem e armaduras já colocadas, estimando-se que tenham desabado

28 toneladas de betão (TVI 2009). As causas são atribuídas a um “assentamento

diferencial da fundação excedendo a capacidade de redistribuição do cimbre” e

“uma deficiência localizada nos elementos do cimbre ou na sua montagem”. Outro

dos factores que foram apontados foi “a ausência de cuidados de compactação das

camadas de tratamento da fundação do cimbre e na técnica de nivelamento das

torres”(Caldas 2009).

Outra desvantagem da utilização de um cimbre fixo é a necessidade de se

desenvolver um maior número de tarefas para dar início a uma construção. A

utilização de um cimbre fixo requer um maior número de trabalhadores,

relativamente a outros métodos. Embora em construções com pequena extensão e

com pequenos vãos seja mais económico a utilização de cimbres fixos em

detrimento de técnicas mais avançadas, que apenas são rentáveis em grandes

construções e com grandes desníveis do solo. Voltando ao acidente que ocorreu em

Peniche as conclusões apontam também para um projecto não concebido da

melhor forma porque a deformabilidade dos apoios do cimbre não tinha sido

prevista(Caldas 2009).


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Ilustração 11 – Desabamento do cimbre em “Dos Valire”.

12.

There are no bridges in folk songs because the peasants died building them.

Eugene Chadbourne

Vários são os fenómenos que podem levantar problemas na utilização dos

cimbres. Alguns destes podem ser controlados enquanto outros apenas podem ser

prevenidos.

Na estrutura tubular, a ligação entre os prumos e a fundação é conseguida

através de bases metálicas, que podem ser apoiadas directamente no terreno, ou

através de palmetas de madeira que asseguram a distribuição das cargas verticais

na maior área possível.

12.1.1 Deformação/encravadura da estrutura do cimbre

A deformação da estrutura é a mudança de forma da estrutura do cimbre,

especialmente da curvatura da mesma devido a compressão da estrutura.

12.1.2 Estabilidade do cimbre

A montagem dos cimbres deve seguir desenhos detalhados, deve ser

realizada por pessoal especializado e objecto de controlo independente do


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montador. As cargas devem ser transmitidas aos prumos evitando excentricidades,

no topo e na base. O apoio dos cimbres deve ser especialmente cuidado, sendo

realizado através de solipas de madeira e/ou lajes de betão, devendo assegurar-se

a capacidade do solo existentes e sempre que necessário deve proceder-se ao seu

saneamento. Quando necessário podem utilizar-se estacas de madeira ou de betão

para reforçar a capacidade de carga do solo. Se o terreno for inclinado é necessário

realizar banquetas ou introduzir dispositivos especiais de contenção do solo.

Relativamente ao deslizamento, este deve ser resistido por meio do atrito

resultante do próprio peso, por um equipamento mecânico ou pela combinação de

ambos (Oliveira 2004).

O derrubamento deve ser resistido pelo próprio peso, lastros, fixação

mecânica ou a combinação dos três (Oliveira 2004).

12.2 Acção a ter em conta na montagem do cimbre

Estes fenómenos a que chamamos acções, tem de estudados aquando o

estudo do da colocação do cimbre. Existem dois tipos de acção, as acções directas e

as acções indirectas.

12.2.1 Acções directas

Estas acções são a que se aplicam directamente no cimbre em quanto este é

montado e quando esta a funcionar como suporte a estrutura em causa. Estas

ainda podem ser acções permanentes, acções variáveis impostas ou impostas de

curta duração, acção do vento e efeitos sísmicos.

12.2.1.1 O peso do cimbre

Este tem que ser capaz de suportar o peso do tabuleiro betonado e todos

trabalhadores em que nele trabalham. O cimbre é uma estrutura que tem um

sistema entravamento para as deslocações do mesmo.

12.2.1.2 O peso dos trabalhadores

Peso associado aos trabalhadores em que trabalham em cima da estrutura em

quando esta a ser betonada. Estes têm que seguir uma série de regras para a sua


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segurança e estas regras seguem uma rigorosa legislação como Lei 102/2009 de

10 de Setembro, na Lei 07/2009 e no DL 50/2005 de 25 de Fevereiro.

12.2.1.3 O peso do betão

Peso do betão utilizado na construção do tabuleiro a ele associado. Primeiro peso a

ser aplicado depois do peso do próprio cimbre.

12.2.1.4 Fundações

O suporte vertical das estruturas utilizadas sobre o solo deve estar apoiado em

bases suficientemente fortes para a carga. A camada superficial de terra (topsoil) e

materiais fracos nas bases devem ser removidos e a superfície compactada se

necessário.

A norma EN 12812 define quais os limites a serem impostos aos efeitos sísmicos.

Para isto é necessário considerar para esta acção a variabilidade da sua duração e

do seu conteúdo em frequências, que vão depender para uma mesma intensidade

de acção sísmica, dos valores da magnitude e da distância focal (Oliveira 2004).

12.2.1.5 A força do vento

Única força das acções directas que tem uma componente horizontal que pode

fazer com que o cimbre se desloque na horizontal.

12.2.2 Acções indirectas

As acções que resultam de factores indirectos que actuam no cimbre, estão

relacionadas com as condições a que o cimbre esta sujeito tais como a variação da

temperatura e assentamento da estrutura:

Forças devidas a acções horizontais acidentais devidas a desvios de

montagem (imperfeições geométricas)

Variação da temperatura - Quando as estruturas suportadas pelo cimbre

são de grande extensão, os efeitos da temperatura provocam um

movimento no mesmo.


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13.

Este foi um trabalho de deslumbramento e frustração. Deslumbramento

pela primeira abordagem que tivemos no mundo da Construção Civil.

Principalmente por termos entrado por uma porta tão fascinante como a das

obras-de-arte. A frustração, essa, foi entranhando-se em nós pela dificuldade que

tivemos em assimilar tanta informação técnica em tão pouco tempo. Mas não

desmoralizamos e, embora com consciência que muito poderia ainda ser feito,

metemos mãos à obra e nunca desistimos.

Percebemos a importância dos cimbres na construção das obras de arte,

com especial destaque para as pontes, e quais os principais factores a ter em conta

no desenvolvimento do projecto e na segurança.

Este trabalho foi-nos também muito útil pela introdução que tivemos na

análise de normas com especial destaque para a EN 12812. Temos consciência que

esta tarefa se irá repetir muitas vezes ao longo da nossa vida profissional.

Devemos ainda salientar que sentimo-nos todos muito orgulhosos por

pertencermos a uma cidade com tanto historial a nível mundial no que diz respeito

às obras-de-arte como as pontes e em estarmos numa Faculdade onde um génio

Engenheiro, Edgar Cardoso, se formou.


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14.

EN. 2004. Falsework - Performance requirements and general design (EN 12812).

HSE. 2001. Investigation into aspects of falsework.

Oliveira, Pedro Daniel Rocha. 2008. Regras para o dimensionamento de cimbres em

estruturas de betão armado.

Azeredo, Manuel de, and Maria Augusta Azeredo. 2002. <<As>> pontes do Porto

história de uma paixão a love story. [Porto]: FEUP Edições.

Caldas, Jornal das. 2009.

Cordeiro, Paulo J. S. Cruz and J. M. Lopes. 2003. Audacious and Elegant 19th Century

Porto Bridges.

Cruz, Paulo Jorge de Sousa, and José Manuel Lopes Cordeiro. As Pontes do Porto.

Menn, Christian. 1990. Prestressed concrete bridges. Basel Boston: Birkhauser Verlag.

Perronet, J R. 1987. Construire des ponts au <<XVIII=18>> siecle. Paris: Presses de

L'école Nationale des Ponts et Chaussées.

Record, Engineering News. 2009. Available from

http://enr.ecnext.com/coms2/article_bmsh091109PyreneesBrid.

Reis, Arnaldo. Planeamento da segurança na execução de Tabuleiros com recurso a

elementos Pré-Fabricados.

http://enr.ecnext.com/coms2/article_bmsh091109PyreneesBrid

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