Porto - Aduelas

CONSTRUO DE PONTES COM ADUELAS PR-FABRICADAS

TIAGO JOO DE SOUSA TARRATACA

Dissertao submetida para satisfao parcial dos requisitos do grau de

MESTRE EM ENGENHARIA CIVIL ESPECIALIZAO EM ESTRUTURAS

Orientador: Professor Doutor Antnio Manuel Ado da Fonseca

Co-Orientador: Professor Doutor Pedro lvares Ribeiro do Carmo Pacheco

JULHO DE 2009

MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL 2008/2009

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

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Reprodues parciais deste documento sero autorizadas na condio que seja mencionado o Autor e feita referncia a Mestrado Integrado em Engenharia Civil -2008/2009 - Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal, 2009.

As opinies e informaes includas neste documento representam unicamente o ponto de vista do respectivo Autor, no podendo o Editor aceitar qualquer responsabilidade legal ou outra em relao a erros ou omisses que possam existir.

Este documento foi produzido a partir de verso electrnica fornecida pelo respectivo Autor.

Construo de Pontes com Aduelas Pr-fabricadas

Ao meu av

Que o futuro no se encontre com dificuldades que ns prprios criamos por falta de ambio ao projectar

Jos Lus Escrio


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AGRADECIMENTOS

Expresso aqui uma palavra de agradecimento a todos os que directa ou indirectamente tornaram possvel a concretizao deste trabalho, em particular:

Ao Professor Doutor Ado da Fonseca, meu orientador cientfico, pela disponibilidade e apoio que sempre demonstrou.

Ao Professor Doutor Pedro Pacheco, meu co-orientador, pela permanente disponibilidade e apoio dado, bem como a qualidade das suas crticas, sugestes, oportunidades e incentivos que muito contriburam para a concretizao deste trabalho.

Ao Professor Doutor Joo Almeida, pelas trocas de impresso e bibliografia posta disposio.

Ao Eng. Carlos Bajo Pava, Ferrovial-Agromn, pela disponibilidade concedida para a partilha de conhecimento e experincia.

Ao Eng. Victor Manuel Barata e ao Professor Doutor Antnio Reis pelas trocas de impresso e conhecimento partilhado.

VSL Portugal, nomeadamente ao Eng. Romo Almeida, pelo fornecimento de elementos sobre os equipamentos construtivos e das vrias obras executadas.

Ao Professor Doutor Serra Neves, pela bibliografia posta disposio.

minha famlia, nomeadamente aos meus Pais, a forma como sempre me incentivaram e apoiaram no decorrer da minha formao humana e tcnica;

Ana, por todo o carinho, apoio e compreenso demonstrada ao longo do meu curso.

Aos meus colegas e amigos que me acompanharam ao longo destes anos.


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RESUMO

A presente dissertao incide fundamentalmente no estudo dos aspectos mais importantes associados a construo de pontes com aduelas pr-fabricadas.

Inicialmente apresentado um captulo que sistematiza o Estado-da-Arte da construo de pontes. So sistematizados os vrios processos de execuo de tabuleiros, apresentando-se as caractersticas particulares, campos de aplicao, vantagens e desvantagens referentes a cada processo.

So apresentadas as duas metodologias de pr-fabricao de aduelas mais frequentemente adoptadas e discutidas as respectivas vantagens e desvantagens. Nesse seguimento, analisam-se aspectos relacionados com o controlo geomtrico durante a pr-fabricao bem como durante a fase de montagem das aduelas. So abordados tambm aspectos relacionados com as operaes de manuseamento, armazenamento e transporte de aduelas.

No contexto das especificidades construtivas de pontes com aduelas pr-fabricadas so descritas aspectos referentes s juntas entre aduelas e ao sistema de pr-esforo longitudinal. tambm analisado o comportamento ssmico deste tipo de superestruturas. So discutidos, de uma forma mais pormenorizada, os vrios processos de execuo de tabuleiros. Ainda se apresenta, sucintamente, uma estrutura de custos referente aplicao desta tecnologia construtiva.

Seguidamente, analisam-se os principais mtodos de anlise estrutural e as respectivas aplicabilidades no processo de dimensionamento deste tipo de superestruturas. So tambm apresentadas as particularidades associadas ao processo de clculo e dimensionamento relativo s juntas entre aduelase ao sistema de pr-esforo longitudinal. Determinam-se ainda os vrios esforos gerados nas vrias fases construtivas referentes aos processos construtivos apresentados.

Finalmente, elabora-se uma plataforma de conhecimento que visa auxiliar o processo de tomada de deciso sobre qual mtodo execuo de tabuleiros adoptar. Nesse sentido, procede-se racionalizao dos vrios factores de deciso relevantes intervenientes nesse processo.

PALAVRAS-CHAVE: Concepo de pontes, aduelas pr-fabricadas, prefabricao, procedimentos construtivos, equipamentos construtivos.


v

ABSTRACT

This dissertation aims to study the most important aspects concerning precast segmental bridge construction.

In the beginning, one chapter, which summarizes the State-of-Art of bridge construction, is introduced. This chapter describes the different general process of deck execution, along with its main features, economical span ranges and the advantages and disadvantages related with each construction process.

The two most common methods used in the prefabrication of the segments are also presented, and each methods advantages and disadvantages are discussed. Following this subject, the different aspects related with geometry control during prefabrication and during the erection of the segments are analyzed. The features related with the handling, stocking and transportation of the segments are also addressed.

Concerning the specific traits of precast segmental bridge construction, the various aspects related with the segmental joints and the longitudinal prestressing system are described. Additionally, theseismic behaviour of this type of superstructures is also analysed. The different bridge erectionprocesses available in this construction technology are explained more thoroughly. Furthermore, asummarized cost structure about this kind of bridge construction technology is introduced.

Subsequently, the main structural analysing methods and its applicability in the design process of this type of superstructures are studied. Various details regarding structural calculation and design aspects of segment joints and of the longitudinal prestressing system are also presented. The different efforts due to the construction phases of the different existing erection processes are determined as well.

Finally, a support system, able to help the decision process of choosing which construction technology should be adopted is presented. This support system considers the different relevant conditioning factors, while rationalizing the different advantages and disadvantages.

KEYWORDS: Bridge conception, precast segments, prefabrication, construction proceedings, construction equipments.


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NDICE GERAL

AGRADECIMENTOS ................................................................................................................................... i

RESUMO ................................................................................................................................. iii

ABSTRACT ............................................................................................................................................... v

1. INTRODUO .................................................................................................................... 1 1.1. CONTEXTO E IMPORTNCIA DO TEMA ............................................................................................. 1 1.2. OBJECTIVOS ..................................................................................................................................... 1 1.3. ORGANIZAO DA DISSERTAO ................................................................................................... 2

2. ESTADO DA ARTE DA CONSTRUO DE PONTES ............... 3 2.1. INTRODUO .................................................................................................................................... 3 2.2. PROCESSOS DE EXECUO DE TABULEIROS BETONADOS IN-SITU .............................................. 3 2.2.1. CONSTRUO DE PONTES UTILIZANDO CIMBRE AUTO-LANVEL .......................................................... 3

2.2.1.1. Generalidades ............................................................................................................................. 3

2.2.1.2. Campo de aplicao .................................................................................................................... 4

2.2.1.3. Vantagens e desvantagens ......................................................................................................... 4

2.2.2. CONSTRUO DE PONTES UTILIZANDO AVANOS SUCESSIVOS ............................................................ 5

2.2.2.1. Generalidades ............................................................................................................................. 5

2.2.2.2. Campo de aplicao .................................................................................................................... 6

2.2.2.3. Vantagens e desvantagens ......................................................................................................... 6

2.3. CONSTRUO DE PONTES UTILIZANDO DESLOCAMENTOS SUCESSIVOS ..................................... 6 2.3.1. GENERALIDADES ............................................................................................................................... 6

2.3.2. CAMPO DE APLICAO ...................................................................................................................... 7

2.3.3. VANTAGENS E DESVANTAGENS .......................................................................................................... 8

2.4. PROCESSOS DE EXECUO DE TABULEIROS COM ADUELAS PR-FABRICADAS ......................... 8 2.4.1. GENERALIDADES ............................................................................................................................... 8

2.4.2. CONSTRUO POR ADUELAS PR-FABRICADAS TRAMO A TRAMO ......................................................... 8

2.4.2.1. Princpios de aplicao ............................................................................................................... 8

2.4.2.2. Lanadeira superior e inferior ..................................................................................................... 9

2.4.2.3. Cimbre ....................................................................................................................................... 10

2.4.3. CONSTRUO POR AVANOS SUCESSIVOS COM ADUELAS PR-FABRICADAS ....................................... 12


viii

2.4.3.1. Princpios de aplicao ............................................................................................................. 12

2.4.3.2. Elevao por grua .................................................................................................................... 12

2.4.3.3. Recurso a guincho de elevao ............................................................................................... 14

2.4.3.4. Lanadeira ................................................................................................................................ 15

2.4.4. CONSTRUO DE PONTES COM RECURSO A TIRANTES ...................................................................... 16

2.4.4.1. Princpios de aplicao ............................................................................................................. 16

2.4.4.2. Tirantes provisrios .................................................................................................................. 16

2.4.4.3. Tirantes definitivos .................................................................................................................... 17

3. ESPECIFICIDADES CONSTRUTIVAS DE PONTES DE ADUELAS PR-FABRICADAS ............................................................................. 19 3.1. METODOLOGIA DE PR-FABRICAO DE ADUELAS .................................................................... 19 3.1.1. GENERALIDADES ............................................................................................................................ 19

3.1.2. LINHAS CURTAS DE FABRICO ........................................................................................................... 19

3.1.3. LINHAS LONGAS DE FABRICO ........................................................................................................... 24

3.1.4. FACTORES DE DECISO RELEVANTES NA ESCOLHA DO MTODO DE PR-FABRICAO ........................ 26

3.1.4.1. Vantagens e desvantagens da linha curta de fabrico .............................................................. 26

3.1.4.2. Vantagens e desvantagens da linha longa de fabrico ............................................................. 26

3.1.4.3. Quadro sntese dos factores relevantes na escolha do mtodo .............................................. 27 3.2. CONTROLO GEOMTRICO DAS ADUELAS ..................................................................................... 27 3.2.1. GENERALIDADES ............................................................................................................................ 27

3.2.2. CONTROLO GEOMTRICO DURANTE A PR-FABRICAO ................................................................... 28

3.2.2.1. Controlo geomtrico durante a pr-fabricao com o mtodo linha curta de fabrico .............. 30

3.2.3. CONTROLO GEOMTRICO DURANTE A INSTALAO DAS ADUELAS ...................................................... 34

3.3. MANUSEAMENTO, PRODUO, ARMAZENAMENTO E TRANSPORTE DE ADUELAS ..................... 36 3.3.1. MANUSEAMENTO ............................................................................................................................ 36

3.3.2. PRODUO, ARMAZENAMENTO E TRANSPORTE DE ADUELAS ............................................................. 37

3.4. JUNTAS ENTRE ADUELAS PR-FABRICADAS ............................................................................... 39 3.4.1. GENERALIDADES ............................................................................................................................ 39

3.4.2. JUNTAS DE PRIMEIRA GERAO....................................................................................................... 39

3.4.3. JUNTAS DE SEGUNDA GERAO ...................................................................................................... 40

3.4.3.1. Juntas com resina epoxi ........................................................................................................... 41

3.4.3.2. Juntas secas ............................................................................................................................. 43


ix

3.5. SISTEMAS DE PR-ESFORO LONGITUDINAL ............................................................................... 44 3.5.1. GENERALIDADES ............................................................................................................................. 44

3.5.2. PR-ESFORO INTERIOR ................................................................................................................. 47

3.5.2.1. Disposies construtivas ........................................................................................................... 47

3.5.2.2. Vantagens e desvantagens ....................................................................................................... 47

3.5.3. PR-ESFORO EXTERIOR ................................................................................................................ 47

3.5.3.1. Disposies construtivas ........................................................................................................... 48


3.5.4. PR-ESFORO INTERIOR VERSUS PR-ESFORO EXTERIOR............................................................... 51

3.6. COMPORTAMENTO SSMICO .......................................................................................................... 51 3.6.1. ESPECIFICIDADES COMPORTAMENTAIS ............................................................................................. 51

3.6.2. ASPECTOS DE DIMENSIONAMENTO ................................................................................................... 51

3.7. PROCEDIMENTOS CONSTRUTIVOS ESPECFICOS DA CONSTRUO TRAMO A TRAMO .............. 52 3.7.1. LANADEIRA SUPERIOR DE ADUELAS ................................................................................................ 52

3.7.1.1. Procedimento construtivo .......................................................................................................... 54


3.7.2. LANADEIRA INFERIOR DE ADUELAS ................................................................................................. 60



3.7.3. CIMBRE .......................................................................................................................................... 63



3.8. PROCEDIMENTOS CONSTRUTIVOS ESPECFICOS DA CONSTRUO POR AVANOS SUCESSIVOS ................................................................................................................................................................ 65

3.8.1. LANADEIRA DE ADUELAS ................................................................................................................ 65



3.8.2. ELEVAO POR GRUA ..................................................................................................................... 78



3.8.3. ELEVAO COM RECURSO A GUINCHO .............................................................................................. 79




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3.9. PROCEDIMENTOS CONSTRUTIVOS ESPECFICOS DA CONSTRUO COM RECURSO A TIRANTES 3.9.1. TIRANTES DEFINITIVOS ................................................................................................................... 80

3.9.1.1. Procedimento construtivo ......................................................................................................... 80

3.9.1.2. Vantagens e desvantagens ...................................................................................................... 81

3.9.2. TIRANTES PROVISRIOS ................................................................................................................. 81

3.9.2.1. Procedimento construtivo ......................................................................................................... 81

3.9.2.2. Vantagens e desvantagens ...................................................................................................... 82

3.10. EQUIPAMENTOS CONSTRUTIVOS ............................................................................................... 82 3.11. ESTRUTURA DE CUSTOS ............................................................................................................. 85

4. SEGURANA E COMPORTAMENTO ESTRUTURAL ASPECTOS DE CLCULO E DIMENSIONAMENTO ...................... 89 4.1. DIMENSIONAMENTO LONGITUDINAL ............................................................................................. 89

4.1.1. MTODOS DE ANLISE .................................................................................................................... 89

4.1.1.1. Anlise elstica ......................................................................................................................... 89

4.1.1.2. Anlise plstica ......................................................................................................................... 89

4.1.1.3. Anlise no linear com modelao por elementos finitos ........................................................ 91

4.1.2. ESTADO LIMITE DE UTILIZAO ........................................................................................................ 92

4.1.2.1. Aspectos de dimensionamento ................................................................................................ 92

4.1.2.2. Normas e recomendaes ....................................................................................................... 93

4.1.3. ESTADO LIMITE LTIMO ................................................................................................................... 93

4.1.3.1. Aspectos de dimensionamento ................................................................................................ 93

4.1.3.2. Descrio do comportamento de uma superestrutura com modelao por elementos finitos 95

4.1.3.3. Normas e recomendaes ....................................................................................................... 97

4.2. JUNTAS ENTRE ADUELAS ............................................................................................................. 97

4.2.1. COMPORTAMENTO ESTRUTURAL DAS JUNTAS .................................................................................. 97

4.2.2. MODELOS DE DIMENSIONAMENTO .................................................................................................... 99

4.3. PR-ESFORO ............................................................................................................................. 102 4.3.1. ASPECTOS DE DIMENSIONAMENTO ................................................................................................ 102

4.3.2. PR-ESFORO INTERIOR .............................................................................................................. 102

4.3.3. PR-ESFORO EXTERIOR.............................................................................................................. 103

4.3.3.1. Tenso ltima de cabos de pr-esforo no aderentes ......................................................... 103

4.4. ESFOROS DURANTE A FASE CONSTRUTIVA ............................................................................ 105


xi

4.4.1. CONSTRUO TRAMO A TRAMO ..................................................................................................... 105

4.4.2. CONSTRUO POR AVANOS SUCESSIVOS ..................................................................................... 106

4.4.3. CONSTRUO POR TIRANTES ........................................................................................................ 109

5. FACTORES DE DECISO RELEVANTES NA ESCOLHA DO MTODO CONSTRUTIVO .............................................................................. 111 5.1. GENERALIDADES ......................................................................................................................... 111 5.2. APRESENTAO DOS FACTORES DE DECISO .......................................................................... 112 5.3. RACIONALIZAO DE VANTAGENS E DESVANTAGENS DO MTODO DE CONSTRUO POR ADUELAS PR-FABRICADAS ............................................................................................................... 113 5.3.1. FACTORES AMBIENTAIS ................................................................................................................. 113

5.3.1.1. Caractersticas do solo ............................................................................................................ 113

5.3.1.2. Topografia ............................................................................................................................... 113

5.3.1.3. Enquadramento ....................................................................................................................... 114

5.3.1.4. Clima ....................................................................................................................................... 115

5.3.2. FACTORES TCNICOS .................................................................................................................... 115

5.3.2.1. Sistema estrutural ................................................................................................................... 115

5.3.2.2. Recursos ................................................................................................................................. 116

6. CONCLUSES .............................................................................................................. 121 6.1. CONCLUSES .......................................................................................................................... 121 6.2. DESENVOLVIMENTOS FUTUROS ....................................................................................... 123

BIBLIOGRAFIA .................................................................................................................... 125


xii


xiii

NDICE DE FIGURAS

Fig.2.1. Vista geral da construo de uma ponte utilizando uma viga de lanamento superior. .......... 4

Fig.2.2. Esquematizao da construo por avanos sucessivos, com aduelas betonadas in-situ. ... 5

Fig.2.3. Construo de uma ponte por avanos sucessivos. ............................................................... 6

Fig.2.4. Esquematizao do processo de construo de pontes por deslocamentos sucessivos. ...... 7

Fig.2.5. Nariz de lanamento. ............................................................................................................... 7

Fig.2.6. Lanadeira superior de aduelas (Deep Bay Link, Hong Kong). ............................................... 9 Fig.2.7. Vista geral de uma lanadeira superior de aduelas (Deep Bay Link, Hong Kong). ............... 10 Fig.2.8. - Lanadeira inferior (West Rail, Hong Kong). .......................................................................... 10 Fig.2.9. - Cimbre ao solo (Deep Bay Link, Hong Kong). ........................................................................ 11 Fig.2.10. - Cimbre ao solo (Deep Bay Link, Hong Kong, 2004-2005).................................................... 11 Fig.2.11. - Cimbre auto-portante (West Rail, Hong Kong, 1999-2002). ................................................. 11 Fig.2.12. - Colocao da aduela 0 com recurso a uma grua (West Rail, Hong Kong ,1999-2002). ...... 13 Fig.2.13. - Colocao de uma aduela com recurso a uma grua (West Rail, Hong Kong, 1999-2002). . 13 Fig.2.14. Construo do viaduto Expo. ............................................................................................... 14

Fig.2.15. - Elevao de uma aduela com recurso a guinchos de elevao (West Tsing Yi, Hong Kong, 2004-2005). ............................................................................................................................................ 14 Fig.2.16. - Elevao da ltima aduela do tramo com recurso de guincho de elevao (West Tsing Yi, Hong Kong 2004-2005). ......................................................................................................................... 15 Fig.2.17. - Construo por avanos sucessivos com recurso a uma lanadeira superior (Shenzhen Western Corridor Project , Hong Kong). ................................................................................................ 15 Fig.2.18. - Construo por avanos sucessivos com recurso a uma lanadeira superior (Shenzhen Western Corridor Project, Hong Kong). ................................................................................................. 16 Fig.2.19. - Construo com recurso a tirantes provisrios. ................................................................... 16

Fig.2.20. Construo de uma ponte atirantada (Industrial Ring Road, Bangkok, 2005-2006). .......... 17 Fig.2.21. Vista geral da Ponte Europa, Coimbra (Maquete). .............................................................. 17 Fig.3.1. Esquematizao de uma clula de pr-fabricao. ............................................................... 20

Fig.3.2. Linha curta de pr-fabricao, Kisosasen Bridge, Japo. ..................................................... 20

Fig.3.3. Montagem da clula de pr-fabricao, ajuste da cofragem interior. .................................... 21 Fig.3.4. Esquematizao do processo pr-fabricao linha curta de fabrico. .................................... 21

Fig.3.5. Fase 1 - Processo pr-fabricao linha curta de fabrico. ...................................................... 22





xiv

Fig. 2.1. Vista geral da construo de uma ponte utilizando uma viga de lanamento superior. ........ 4

Fig.3.9. Esquematizao do processo de definio geomtrica, em planta e em perfil. ................... 24

Fig.3.10. Esquematizao do processo pr-fabricao linha longa de fabrico. ................................. 24

Fig.3.11. Esquematizao do processo de linha longa de fabrico. .................................................... 25

Fig.3.12. Processo de fabrico de linha longa Ponte Pakse - Laos. ................................................. 25

Fig.3.13. Esquematizao do processo de definio geomtrica na fabricao de aduelas em clulas de pr-fabricao....................................................................................................................... 31

Fig.3.14. Procedimento de controlo geomtrico na fase de pr-fabricao....................................... 32

Fig.3.15. Controlo geomtrico em planta Mtodo grfico. .............................................................. 33

Fig.3.16. Esquematizao do processo de controlo geomtrico. ...................................................... 33

Fig.3.17. Torre de controlo geomtrico. ............................................................................................. 34

Fig.3.18. Visualizao do dispositivo de apoio e controlo geomtrico das consolas, no topo do pilar. West Tsing Yi - Hong Kong (2004-2005). .............................................................................................. 35 Fig.3.19. Pormenor de um dispositivo de apoio. ................................................................................ 36

Fig.3.20. Colocao da ltima de aduela, para posterior betonagem in-situ das juntas - KCRC West Rail Hong Kong. .................................................................................................................................. 36

Fig.3.21. Esquematizao da aplicao do dispositivo de elevao nas aduelas. ............................ 37

Fig.3.22. Aduelas armazenadas atrs dos vos j completos. .......................................................... 37 Fig.3.23. Armazenamento de aduelas em vrias camadas. .............................................................. 38

Fig.3.24. Transporte de aduelas para o local de instalao............................................................... 38

Fig.3.25. Chave singular genrica. ..................................................................................................... 39

Fig.3.26. Evoluo das chaves de corte............................................................................................. 40

Fig.3.27. Segmento tipo de chaves mltiplas e detalhes das chaves de corte. ................................ 41

Fig.3.28. A aplicao de resina epoxi................................................................................................. 42

Fig.3.29. Vista de corte longitudinal com a esquematizao do sistema de pr-esforo temporrio. 43

Fig.3.30. Tecnologia construtiva usada inicialmente. ......................................................................... 43

Fig.3.31. Tecnologia construtiva utilizada na Bangkok Second Stage Expressway. ......................... 44

Fig.3.32. Banhas de pr-esforo interior numa aduela pr-fabricadas. ............................................ 45

Fig.3.33. Pr-esforo exterior dentro de uma seco caixo. Pormenor de um desviador. .............. 45

Fig.3.34. Traado dos cabos de pr-esforo na construo por avanos sucessivos. ..................... 46

Fig.3.35. Traado dos cabos de pr-esforo de continuidade. .......................................................... 46

Fig.3.36. Traado dos cabos de pr-esforo na construo tramo a tramo. ..................................... 46

Fig.3.37. Cabos de pr-esforo adicionais. ........................................................................................ 46

Fig.3.38. Traado de cabos de pr-esforo de baixa tenso no tabuleiro. ........................................ 47


xv

Fig.3.39. Exemplo de aduela sobre pilar com dispositivo de ancoragem. .......................................... 48

Fig.3.40. Vrias disposies de blocos de ancoragem. ...................................................................... 48

Fig.3.41. Modelo de escoras e tirantes (diafragma)............................................................................ 48 Fig.3.42. Exemplo de aduela com desviador de cabos de pr-esforo exterior. ................................ 49

Fig.3.43. Dimensionamento de um desviador de cabos de pr-esforo exterior. .............................. 49

Fig.3.44. Corte longitudinal onde se esquematiza o traado de um sistema de cabos de pr-esforo exterior no aderente. ............................................................................................................................ 49

Fig.3.45. Traado do pr-esforo exterior longitudinal na superestrutura. ......................................... 52

Fig.3.46. Aduelas suspensas numa lanadeira, Pennys Bay - Hong Kong (2003-2004). ................. 54 Fig.3.47. Construo tramo a tramo com recurso a lanadeira. ......................................................... 54

Fig.3.48. Activao da perna dianteira no pilar [N+1], Wat Nakorn Bridge, Bangkok, Thailand. ....... 55 Fig.3.49. Fixao do apoio dianteiro no pilar [N+1]. ........................................................................... 55 Fig.3.50. Instalao da ltima aduela. ................................................................................................ 55

Fig.3.51. Lanadeira superior de aduelas. .......................................................................................... 56

Fig.3.52. Esquematizao de um procedimento possvel de suspenso das aduelas. ..................... 56

Fig.3.53. Esquematizao de um vo suspenso. ............................................................................... 57

Fig.3.54. Dispositivo de suspenso das aduelas, Ampang Kuala Lumpur. ..................................... 58

Fig.3.55. Pr-esforo temporrio na laje superior e inferior do tabuleiro. ........................................... 58 Fig.3.56. Processo de empilhamento das aduelas, Bamdra Worli - India (2002-2006). .................... 59 Fig.3.57. Construo com uma lanadeira inferior, KCRC West Rail, Hong Kong. ........................... 60

Fig.3.58. Observao dos dispositivos de apoio nos pilares. ............................................................. 61

Fig.3.59. Colocao de uma aduela sobre uma lanadeira inferior.................................................... 61

Fig.3.60. Esquematizao da disposio das aduelas sobre uma lanadeira, antes da sua assemblagem. ........................................................................................................................................ 62

Fig.3.61. Esquematizao do processo de assemblagem tipicamente adoptado. ............................. 62

Fig.3.62. Visualizao das garas de apoio lanadeira, KCRC West Rail - Hong Kong. ................ 62

Fig.3.63. Lanadeira inferior com rotulas. ........................................................................................... 63

Fig.3.64. Esquematizao do processo tpico de construo com cimbres ao solo. ......................... 64

Fig.3.65. Vista geral da colocao das aduelas com recurso a uma grua - Deep Bay Link North Hong Kong. ............................................................................................................................................. 64

Fig.3.66. Vista geral da construo com recurso a cimbre, KCRC East Rail - Hong Kong. ............... 65

Fig.3.67. Vista geral de uma lanadeira de aduelas, Pakse Bridge - Laos. ....................................... 66

Fig.3.68. Esquematizao da operao de avano de uma lanadeira de grande extenso. ........... 66

Fig.3.69. Ponte ferroviria de alta velocidade perto de Avignon Frana. ........................................ 67


xvi

Fig.3.70. Mecanismos de adaptao de uma lanadeira a alinhamentos variveis. ......................... 67

Fig.3.71. Dispositivo de adaptao do mecanismo de apoio. ............................................................ 68

Fig.3.72. Posicionamento normal de colocao de aduelas. ............................................................. 68

Fig.3.73. Colocao da aduela 0 sobre o pilar. .................................................................................. 68

Fig.3.74. Preparao para o avano da lanadeira. .......................................................................... 69

Fig.3.75. Avano da lanadeira. ......................................................................................................... 69

Fig.3.76. Posicionamento de uma aduela na extremidade da consola. ............................................. 69

Fig.3.77. Esquematizao do processo construtivo por avanos sucessivos. .................................. 70

Fig.3.78. Procedimento tipo de aplicao de contra-flechas, na construo por avanos sucessivos. ............................................................................................. 70

Fig.3.79. Esquematizao do dispositivo de controlo geomtrico das consolas. .............................. 71

Fig.3.80. Vista em corte longitudinal, com pormenor do conjunto de macacos hidrulicos. ............. 72 Fig.3.81. Esquematizao de um processo de correces geomtrica, com recurso a um contra-peso. ...................................................................................................................................................... 73

Fig.3.82. Esquematizao da torre metlica estabilizadora. .............................................................. 74

Fig.3.83. Esquematizao de uma torre metlica estabilizadora. ...................................................... 74

Fig.3.84. Esquematizao de uma consola metlica estabilizadora. ................................................. 74

Fig.3.85. Aduela 0 apoiada num dispositivo metlico. ....................................................................... 75

Fig.3.86. Sistema de fecho da junta entre os tabuleiros em consola. ................................................ 76 Fig.3.87. Esquematizao do traado do pr-esforo. ....................................................................... 76

Fig.3.88. Combinao de pr-esforo temporrio e permanente na construo por consola (STAR Light Railway - Kual Lumpur). ............................................................................................................... 77 Fig.3.89. Instalao de aduelas com recurso a uma grua, Lai Chi Kok Viaduct Hong Kong. ......... 78

Fig.3.90. Esquematizao do processo construtivo com recurso a guinchos de elevao. .............. 79

Fig.3.91. Construo com guincho de elevao, Hong Kong Shenzhen Corridor Project. ............... 79 Fig.3.92. Tabuleiro com tirantes definitivos. ....................................................................................... 80

Fig.3.93. Esquematizao do processo de construo de uma ponte atirantada. ............................ 81

Fig.3.94. Esquematizao do processo construtivo com recurso a tirantes provisrios. .................. 81

Fig.3.95. Disposio exemplo da aplicao de um sistema de pr-esforo exterior, viaduto Vallon des Fleurs - Frana. ............................................................................................................................... 82

Fig.3.96. Capacidade de carga total e capacidade de elevao. ...................................................... 83

Fig.3.97. Deformada da consola da lanadeira. ................................................................................. 83

Fig.3.98. Fase de avano, com a lanadeira em consola. ................................................................. 84

Fig.3.99. Fase de colocao da aduela 0........................................................................................... 84

Fig.3.100. Fase de colocao de aduelas na frente da consola. ....................................................... 84


xvii

Fig.3.101. Colocao da armadura passiva constituinte de uma aduela. .......................................... 86

Fig.3.102. Prticos rolantes. ................................................................................................................ 86

Fig.3.103. Vista Geral de um parque de pr-fabricao e armazenamento de aduelas. ................... 87

Fig.3.104. Veculos de transporte de aduelas. .................................................................................... 87

Fig.4.1. Mecanismos de colapso plstico. .......................................................................................... 90

Fig.4.2. Mecanismo de colapso plstico. ............................................................................................ 90

Fig.4.3. Modelo de anlise plstica. .................................................................................................... 91

Fig.4.4. Modelao de um tramo, com pr-esforo exterior, por elementos finitos. ........................... 92

Fig.4.5. Modelo de elementos finitos - tenses e abertura de juntas. ................................................ 92 Fig.4.6. Abertura das juntas devido momentos flexo positivos e negativos. .................................... 92 Fig.4.7. Esquematizao dos locais sujeitos a elevados esforos de compresso. .......................... 94 Fig.4.8. Armadura transversal de suspenso Fonte: (Virlogeux,1993). ............................................. 95 Fig.4.9. Vo de ensaio da "Second Stage Expressway System in Bangkok, Thailand". .................... 96

Fig.4.10. Comparao entre o ensaio a escala real e os resultados numricos, do lado direito apresenta-se a distribuio das tenses a meio vo para um carregamento prximo da rotura. ......... 97

Fig.4.11. Esquematizao da sequncia do desenvolvimento das fissuras na juntas secas. ........... 99 Fig.4.12. Representao da rea efectiva de corte segundo o regulamento Alemo. ..................... 100

Fig.4.13. Ensaio experimental teste referente ao modelo da norma AASHTO. ............................... 100

Fig.4.14. Esquematizao dos vrios parmetros apresentados. .................................................... 101

Fig.4.15. Comparao entre os modelos de dimensionamento apresentados. ............................... 101

Fig.4.16. Diagrama de esforos numa estrutura com 4 tramos concludos. .................................... 105

Fig.4.17. Diagrama de esforo gerados aps estabelecer a continuidade com o novo tramo. ........ 106

Fig.4.18. Esquematizao do traado de pr-esforo aplicado na construo tramo a tramo. ....... 106

Fig.4.19. Distribuio dos esforos de flexo em [N+1] tramos concludos. .................................... 106 Fig.4.20. Esquematizao de um exemplo de uma situao de desequilbrio. ................................ 107

Fig.4.21. Diagrama de esforos de flexo na fase construtiva das consolas. .................................. 107

Fig.4.22. Esquematizao de uma etapa construtiva com uma lanadeira. .................................... 107

Fig.4.23. Diagrama de esforos de flexo na fase construtiva das consolas (com aco concentrada devido ao equipamento construtivo). ................................................................................................... 108 Fig.4.24. Diagrama de momentos numa superestrutura antes da betonagem da junta de fecho. ... 108 Fig.4.25. Diagrama de esquematizao do traado de pr-esforo. ................................................ 108

Fig.4.26. Diagrama de momentos numa superestrutura aps da betonagem da junta de fecho. .... 108 Fig.4.27. Aco da lanadeira sobre a superestrutura na fase de betonagem da junta de fecho. .. 109 Fig.4.28. Aco da lanadeira aps betonagem da junta de fecho (fase de avano). ..................... 109


xviii

Fig.4.29. Distribuio dos esforos de flexo em [N] tramos.. ......................................................... 109 Fig.4.30. Esforos de flexo devido ao primeiro tero do vo. ........................................................ 109

Fig.4.31. Esquematizao do procedimento construtivo com tirantes provisrios.. ........................ 110

Fig.4.32. Esforos de flexo gerados por um tramo completo. ........................................................ 110

Fig.4.33. Distribuio dos esforos de flexo em [N+1] tramos concludos. ................................... 110


xix

NDICE DE QUADROS (OU TABELAS)

Quadro 3.1. Linha curta de fabrico versus Linha longa de fabrico ..................................................... 27

Quadro 3.2. Sntese das etapas de clculo ........................................................................................ 29

Quadro 3.3. Diagrama de construo tramo a tramo com lanadeira superior .................................. 58

Quadro 5.1. Plano de obra de uma ponte com aduelas pr-fabricadas ........................................... 117

Quadro 5.2. Plano de obra de uma ponte com aduelas betonadas in-situ ....................................... 117


xx


xxi

SMBOLOS E ABREVIATURAS

- rea de ao de pr-esforo; - rea mnima de todas as chaves no plano de rotura [m2]; - rea entre chaves no plano de rotura [m2]; - rea efectiva de corte; - rea mnima de todas as chaves no plano de rotura; - rea da junta comprimida; - Largura da alma; - Largura efectiva da seco na zona de compresso;

- Largura das chaves;

- Distncia entre a fibra mais comprimida e o eixo neutro;

- Distncia da fibra mais comprimida ao centride do ao de pr-esforo;

- Mdulo de elasticidade do ao de pr-esforo;

- Tenso de rotura da armadura de pr-esforo;

- Resistncia caracterstica do beto aos 28 dias compresso;

- Tenso no pr-esforo aps perdas;

Tenso ltima do cabo de pr-esforo;

- Resistncia do beto compresso;

- Valor de caracterstico de compresso do beto aos 28 dias [MPa]; h Altura da seco a meio vo;

- Altura das chaves, com 6 ;

- Comprimento do cabo entre ancoragens;

! Comprimento total do cabo de pr-esforo;

" - Curvatura permitida pela seco;

#- Distncia da fibra mais comprimida ao eixo neutro, na seco a meio vo;

$ - Extenso de compresso do beto (3,5 ); $ - Deformao compresso da fibra externa;

% - Compresso mdia na zona da junta [MN]; % - Compresso mdia na zona da junta [MN]; & - Taxa de armadura de pr-esforo;

- Coeficiente redutor de deformao, dado pela seguinte equao;

' - Capacidade de rotao da seco a meio vo;


xxii

% - Incremento de tenso nos cabos de pr-esforo exterior;

($)*+, -./0 - Deformao do cabo no aderente, calculada integrando a deformao do beto ao nvel do cabo entre as ancoragens e dividindo pelo comprimento do vo; ($)*+, -,2.343563 - Deformao de um cabo aderente equivalente na seco de momento flector mximo;


1

1INTRODUO

1.1. CONTEXTO E IMPORTNCIA DO TEMA

A construo de pontes com aduelas pr-fabricadas teve incio na dcada de 60, tendo sido desenvolvida pela Engenharia Francesa. Desde ento tem sido caracterizada por um incessante desenvolvimento a vrios nveis, designadamente ao nvel das solues estruturais em que foi posta em prtica, dos mtodos e procedimentos construtivos adoptados e dos critrios de concepo.

A execuo de tabuleiros com aduelas pr-fabricadas para alm da vertente econmica, traz vantagens evidentes em termos de qualidade de execuo, de materiais e de tolerncias pois trata-se da produo em fbrica ou em condies especiais de estaleiro. A aplicao desta tecnologia em Portugal tem recebido, at recentemente, um entusiasmo limitado no meio tcnico. Isto deve-se sobretudo a dois factores: por um lado, a uma experincia e conhecimentos acumulados no projecto e execuo deobras de beto armado pr-esforado executadas in-situ e consequente disponibilidade de mo de obra experiente e equipamentos nessa rea, e, por outro lado, pelo relativamente baixo nvel de desenvolvimento da indstria de pr-fabricao em Portugal, no existindo um mercado estruturado e o know-how exigido por esta tecnologia.

1.2. OBJECTIVOS

Este trabalho constitui uma primeira contribuio para reduzir o quase vazio bibliogrfico que existe, a nvel nacional, sobre a temtica da construo de pontes com aduelas pr-fabricadas. Respondendo a essa necessidade, elabora-se, neste texto, uma sistematizao dos diversos aspectos relacionados com a realizao deste tipo de pontes, procurando, assim, contribuir para o estado de conhecimento desta tecnologia.

Nesse sentido procura-se criar uma plataforma de conhecimento tcnico que permita, para uma primeira apreciao validar/comparar este mtodo construtivo com outros mtodos mais frequentemente adoptados no nosso pas.

Intenta-se elaborar uma descrio das especificidades construtivas desta tecnologia, designadamente sobre a metodologia de pr-fabricao das aduelas, o controlo geomtrico nas vrias fases construtivas, o tipo de juntas e o sistema de pr-esforo longitudinal. Procura-se tambm abordar as particularidades desta tecnologia no que diz respeito ao comportamento e dimensionamento do tabuleiro aco ssmica. De uma forma detalhada, procura-se apresentar, analisar e discutir os vrios processos de execuo de tabuleiros, os equipamentos utilizados, bem como os aspectos relacionados com a segurana e comportamento estrutural deste tipo de superestruturas.


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Pretende-se ainda, com este trabalho, apresentar um texto sistematizado dos vrios factores integrantes do processo de concepo e dimensionamento de uma ponte de aduelas pr-fabricadas, abordando as vantagens e desvantagens associadas a esta tecnologia, bem como uma apresentao de uma estrutura simplificada de possveis custos.

1.3. ORGANIZAO DA DISSERTAO

O trabalho apresentado compreende seis captulos. Os captulos que sucedem ao presente captulo introdutrio, apresentam a cadncia que a seguir se expe.

No Captulo 2 apresenta-se um sinttico Estado-da-Arte da construo de pontes de pequena e mdia dimenso. Apresentam-se os vrios processos de execuo, designadamente de tabuleiros betonados in-situ, construo por deslocamentos sucessivos, execuo de tabuleiros com aduelas pr-fabricadas, e as respectivas caractersticas principais e campos de aplicao.

O Captulo 3 dedicado s especificidades construtivas de pontes com aduelas pr-fabricadas. Apresentam-se as vrias metodologias de pr-fabricao de aduelas, sendo tambm estudado o controlo geomtrico que se realiza na pr-fabricao e na instalao das aduelas. So sinteticamente tratados os aspectos de manuseamento, armazenamento e transporte de aduelas. Nesse captulo soainda abordados o elemento aduela no que diz respeito ao tipo de junta, s solues de pr-esforo longitudinal e suas respectivas vantagens e desvantagens bem como aos aspectos particulares no que ao comportamento ssmico das superestrutura diz respeito. Descrevem-se os procedimentos construtivos especficos da construo, tramo a tramo, por avanos sucessivos, e com recurso a tirantes, bem como as principais caractersticas e as vrias vantagens e desvantagens de cada processo construtivo. Abordam-se aspectos de dimensionamento e operacionalidade, relativos s lanadeiras de aduelas tipicamente usadas na construo tramo a tramo e por avanos sucessivos. Ainda se apresenta, de forma sucinta, uma estrutura de custos referentes aplicao desta tecnologia construtiva.

O Captulo 4 trata dos mtodos de anlise e das respectivas aplicabilidades no processo de dimensionamento deste tipo de superestruturas. Apresentam-se aspectos elementares de vrios regulamentos que abordam a esta matria. Abordam-se os aspectos de clculo e dimensionamento relativo s juntas entre aduelas, ao sistema de pr-esforo, e so analisados os esforos durante a fase construtiva.

Por fim, no Captulo 5 elabora-se uma plataforma de conhecimento que visa auxiliar o processo de tomada de deciso sobre qual mtodo de execuo de tabuleiros adoptar. Nesse sentido, procede-se racionalizao dos vrios factores de deciso relevantes que intervm nesse processo.


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2ESTADO DA ARTE DA CONSTRUO DE PONTES

2.1. INTRODUO

Um dos aspectos que mais condiciona o processo de concepo de uma ponte consiste na tomada de deciso sobre qual mtodo construtivo adoptar. Provavelmente, no domnio da engenharia de pontes, que esta deciso mais influencia a globalidade do processo de dimensionamento. Como tal, o processo construtivo de uma ponte tem de ser considerado e racionalizado logo nas primeiras fases do projecto.

A tomada de deciso sobre qual o mtodo construtivo a adoptar decorre de uma profunda anlise de vrios factores condicionantes como custo, facilidade de execuo, segurana durante a execuo da obra, tempo de execuo, capacidade tcnica do empreiteiro, etc.

O presente captulo versar, de uma forma superficial, sobre os vrios mtodos construtivos constantes no estado da arte em causa e ir referir algumas das suas particularidades, no sentido de possibilitar comparaes entre estes, nomeadamente no que concerne aos campos de aplicao, princpios de construo, esquemas construtivos gerais e principais vantagens e desvantagens. Ir dar-se relevo apenas s vrias solues indicadas para a construo de pontes de beto com vos superiores a 30 metros.

Os mtodos construtivos sero agrupados da seguinte forma:

Processos de execuo de tabuleiros betonados in-situ; Construo de pontes por deslocamentos sucessivos; Processos de execuo de tabuleiros com aduelas pr-fabricadas.

2.2 PROCESSOS DE EXECUO DE TABULEIROS BETONADOS IN-SITU

2.2.1 CONSTRUO DE PONTES UTILIZANDO CIMBRE AUTO-LANVEL

2.2.1.1 Generalidades

Correntemente na construo de pontes por este mtodo recorre-se a uma viga de lanamento metlica, que relativamente superestrutura da ponte poder ocupar uma posio superior ou inferior(Figura 2.1.). A viga de lanamento possui um sistema autnomo de avano (viga auto-lanvel) bem como dispositivos para apoio na parte do tabuleiro j construda ou nos apoios definitivos da obra (pilares e encontros) que permite que esta se desloque tramo a tramo autonomamente. Este procedimento possibilita vencer por exemplo rios e vales extensos sem a necessidade de recorrer a escoramentos ao solo.


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Fig.2.1. Vista geral da construo de uma ponte utilizando uma viga de lanamento superior.Fonte: (Ferraz, 1991).

As vigas de lanamento, que podem ser de alma cheia ou treliadas, so constitudas por uma viga portante longitudinal e um por dispositivo auxiliar que suporta as cofragens. Importa referir que, entre todos os mtodos apresentados nesta dissertao, este actualmente o mais utilizado em Portugal (Ferraz, 1991).

2.2.1.2 Campo de aplicao

O sistema de viga de lanamento aplicvel a tabuleiros contnuos com qualquer tipo de seco transversal.

O presente mtodo indicado, numa perspectiva econmica, para a construo de superestruturas de eixo rectilneo ou com pequena curvatura, com vos de considerveis dimenses e, tipicamente, de seco constante. Este sistema utilizado hoje em dia at vos da ordem dos 70 metros, sendo frequentemente utilizado para vos entre os 30 e os 55 metros. Segundo (Ferraz, 1991) a extenso ptima do vo est compreendida entre os 40 e os 50 metros. O comprimento de cada troo construdo , habitualmente igual ao comprimento de cada tramo, procurando localizar as juntas entre troos nas seces do tabuleiro de inverso de momentos (tipicamente a 1/4 ou 1/5 de vo) (Ferraz, 1991).

2.2.1.3 Vantagens e desvantagens do processo

Este mtodo apresenta, como principal vantagem a rapidez de execuo, permitindo executar um vo completo em cerca de uma semana. Este mtodo tambm permite a independncia do trabalho em relao ao solo decorrendo desse facto vrias vantagens. Pode-se tambm apontar a boa acessibilidade frente de trabalho facilitando a realizao das vrias tarefas construtivas.

No que concerne a desvantagens tem-se o elevado custo inicial associado aquisio, transporte e operao de montagem/desmontagem da viga de lanamento. Assim sendo, a sua aplicao s ser justificada em obras de considervel extenso ou quando existe a possibilidade de reutilizar o equipamento em obras semelhantes, possibilitando-se assim a amortizao dos vrios custos. Os


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projectistas que optam por este mtodo construtivo normalmente ficam condicionados pelo vo mximo exequvel pelos equipamentos utilizados.

2.2.2 CONSTRUO DE PONTES POR AVANOS SUCESSIVOS

2.2.2.1 Generalidades

Este mtodo caracterizado pelo facto de a construo do tabuleiro se proceder a partir dos seus apoios, atravs da betonagem in-situ de aduelas de modo equidistante de cada lado dos pilares, constituindo-se um par de consolas (Figura 2.2.). As aduelas apresentam um comprimento, em geral da ordem dos trs a seis metros (Figura 2.3.). medida que a construo progride os momentos negativos em cada consola aumentam, sendo por isso necessrio aplicar cabos de pr-esforo no topo das seces. Atravs destes cada aduela fica ligada antecedente com resistncia suficiente para se tornar autoportante e servir de apoio s aduelas seguintes. Tipicamente ter de suportar o peso prprio das aduelas a construir e as aces provenientes dos equipamentos necessrios construo da superestrutura (cofragens, carros de avano, etc.). Geralmente, a construo efectuada de um modo simtrico, a partir dos pilares, de modo a evitar o desenvolvimento de esforos de flexo nos pilares e fundaes. Importa referir que a betonagem das aduelas no necessariamente simultnea, o que faz com que as consolas gerem esforos (momentos) desequilibradores durante algumas fases do processo construtivo. Nessa situaes o equilbrio esttico poder ser alcanado, por exemplo, atravs do encastramento do tabuleiro nos pilares ou efectuando ligaes temporrias com cabos de pr-esforo vertical da superestrutura ao pilar.

Contudo a tcnica de avanos sucessivos tambm pode ser executada (Reis, 2002):

Assimetricamente a partir de um tramo j construdo, ou a partir de um encontro; Assimetricamente a partir de um pilar ou de um encontro mas recorrendo a uma tcnica

mista de avanos e cavalete apoiado sobre o terreno.

Fig.2.2. Esquematizao da construo por avanos sucessivos, com aduelas betonadas in-situ.Fonte: adaptado Veletzos (2007)


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Fig.2.3. Construo de uma ponte por avanos sucessivos.Fonte: VSL Internacional

2.2.2.2 Campo de aplicao

O mtodo construtivo por avanos sucessivos frequentemente utilizado para vos compreendidos entre os 70 e os 90 metros, contudo oferece boas condies de execuo de vos entre os 50 e os 150 metros (Ferraz, 1991). Este mtodo tecnicamente vantajoso para a construo de superestruturas com alinhamento curvo, com raios apertados.

Actualmente, com regularidade, alcanam-se ciclos construtivos de um par de aduelas em cada perodo de 5 a 10 dias de trabalho (em geral uma semana), por frente de trabalho (Mathivat, 1980).

2.2.2.3 Vantagens e desvantagens

As principais vantagens deste processo construtivo so a possibilidade de se dispensar cimbres e escoramentos, o recurso a menor quantidade de cofragens e o seu melhor aproveitamento ao longo da construo. Possibilita a construo em vrias frentes de trabalho e a mecanizao do processo,levando a uma eficiente rentabilizao da mo-de-obra (Ferraz, 1991).

Como desvantagens pode apontar-se a necessidade de se efectuar um rigoroso controlo geomtrico durante a construo, bem como, a complexidade da operao de avano da cofragem. (Ferraz, 1991).

2.3. CONSTRUO DE PONTES POR DESLOCAMENTOS SUCESSIVOS

2.3.1. GENERALIDADES

O mtodo dos deslocamentos sucessivos consiste na construo do tabuleiro, por troos sucessivos de 10 a 30 metros de comprimentos, geralmente apenas atrs de um dos encontros. A sua construo orientada segundo o eixo da obra, sendo posteriormente colocados na sua posio final atravs de umatranslao longitudinal. Esse processo de translao realizado por intermdio de um sistema de macacos hidrulicos, conforme se esquematiza na Figuras 2.4. e 2.5.


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Fig.2.4. - Esquematizao do processo de construo de pontes por deslocamentos sucessivos.Fonte: adaptado Veletzos (2007)

Fig.2.5. Nariz de lanamento.Fonte: (VSL Internacional)

2.3.2. CAMPO DE APLICAO

O sistema indicado sobretudo para a realizao de superestruturas de alinhamento recto em perfil e em planta ou com curvatura em planta e perfil constantes. Contudo tambm poder ser efectuado em obras com pequenas curvaturas variveis em planta, exigindo para tal aplicao de operaes adicionais, nomeadamente deslocamentos laterais.


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O mtodo em geral adequado para pontes extensas (tipicamente superior 150 metros). O comprimento de vo exequvel est normalmente compreendido entre 40 a 50 metros. Existem tcnicas que permitem aumentar o comprimento do tramo exequvel, nomeadamente o recurso a apoios auxiliares provisrios (Reis, 2002). Segundo Rosignoli (2002) comum produzir um segmento de 20 a 30 metros por semana.

2.3.3. VANTAGENS E DESVANTAGENS

As vantagens associadas a este mtodo advm sobretudo do facto de a rea sob o tabuleiro ficar livre de cimbres e de quase toda actividade da sua construo se localizar numa rea pequena, de fcil acesso e com condies de segurana e qualidade de fabrico prximas das que seriam obtidas numa instalao industrial de pr-fabricao (Ferraz, 1991). Pode-se tambm referir a rapidez de construo deste mtodo.

As principais desvantagens so as limitaes j referidas relativas ao perfil e geometria da superestrutura, a obrigatoriedade da seco do tabuleiro ser constante e a necessidade da realizao de um controlo geomtrico das vrias operaes com um elevado rigor.

2.4. PROCESSOS DE EXECUO DE TABULEIROS COM ADUELAS PR-FABRICADAS


A execuo de tabuleiros com aduelas pr-fabricadas surgiu como resultado da necessidade de se utilizar mtodos construtivos com elevado grau de rendimento, mecanizao e menor quantidade de mo-de-obra necessria. Desta forma torna-se possvel executar superestruturas em menores perodos de tempo e com menores custos.

Outra motivao que levou grande adopo desta tecnologia foi a sua boa adaptabilidade para construir em ambientes densamente urbanizados.

Actualmente esta tecnologia est bastante divulgada, sobretudo nos Estados Unidos da Amrica e na sia, onde tendencialmente a primeira soluo construtiva a adoptar em determinados tipos depontes. Em alguns pases pertencentes Europa (e.g. Espanha e Frana) tambm se recorre com alguma frequncia a esta tecnologia. Contudo num considervel nmero de pases, como por exemplo Portugal, esta tecnologia ainda se encontra pouco divulgada.

A execuo de pontes com aduelas pr-fabricadas surgiu no incio dos anos sessenta, tendo desde essa altura sofrido uma grande evoluo. De h mais de 40 anos para c, a construo de pontes e viadutos tem sido marcada pela associao de uma intensiva pr-fabricao de aduelas em seco caixo e a sua assemblagem atravs de poderosas lanadeiras, tirantes temporrios e definitivos, gruas e guinchos de elevao.

2.4.2. CONSTRUO POR ADUELAS PR-FABRICADAS TRAMO A TRAMO

2.4.2.1. Princpios de aplicao

Como consequncia das crescentes exigncias de construo de pontes e viadutos cada vez mais extensos, em perodos de tempo reduzidos e em zonas sensveis (e.g. reas densamente urbanizadas), o mtodo construtivo tramo a tramo, associado a uma intensiva pr-fabricao de aduelas, tem-se mostrado uma soluo muito eficaz na resposta a essas exigncias. Este tem sido posto em prtica


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sobretudo na construo de vos da ordem dos 40 a 50 metros, contudo j se realizaram vos at 70 metros.

A construo de pontes ou viadutos atravs deste mtodo construtivo consiste basicamente na construo tramo a tramo atravs de um processo que pode ser genericamente resumido da seguinte forma: as aduelas constituintes de cada tramo so posicionadas, estando temporariamente suspensas atravs de uma lanadeira ou um cimbre. Posteriormente lhes aplicado um sistema de pr-esforo longitudinal que assembla todas as aduelas, conferindo-lhes rigidez estrutural. Por fim, posiciona-se o tramo completo nos seus apoios definitivos. O sistema estrutural da superestrutura resultante poder ser de natureza simplesmente apoiada ou tornada contnua atravs de um sistema adicional de pr-esforo longitudinal.

Como indicado, existem vrias solues para pr em prtica este tipo de construo, sendo razovel enumer-las em duas tipologias: construo com recurso a lanadeira de aduelas (superior ou inferior) e construo com recurso a um cimbre autoportante ou um cimbre ao solo.

2.4.2.2. Lanadeira superior e inferior

Provavelmente o sistema mais comum de construo tramo a tramo o que envolve o uso de uma lanadeira numa posio superior relativamente superestrutura (Figuras 2.6. e 2.7.). A lanadeira posicionada sobre o vo a construir, apoiando-se nos pilares. Esta equipada por um guindaste que usado para colocar todas as aduelas nas respectivas posies finais, onde so suspensas por intermdio de tirantes verticais. Aps a assemblagem de todo o vo atravs de um sistema de pr-esforo, este pousado nos apoios definitivos, ficando a lanadeira desimpedida para se deslocar para o vo seguinte.

Fig.2.6. - Lanadeira superior de aduelas (Deep Bay Link, Hong Kong).Fonte: VSL Internacional


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Fig.2.7. Vista geral de uma lanadeira superior de aduelas (Deep Bay Link, Hong Kong).Fonte: VSL Internacional

A instalao de aduelas atravs de uma lanadeira inferior segue genericamente os mesmos passos quea lanadeira superior, contudo neste caso esta encontra-se numa posio inferior relativamente superestrutura. O sistema mais comum de aplicao deste mtodo inclui um par de vigas auto-lanveis, que se situam em ambos os lados do alinhamento do vo, suportando-se nos pilares adjacentes a este (Figura 2.8.). A elevao das aduelas faz-se, tipicamente, atravs de gruas ou de guinchos de elevao que as coloca sobre a lanadeira.

Fig.2.8. - Lanadeira inferior (West Rail, Hong Kong).Fonte: VSL Internacional

2.4.2.3. Cimbre

O recurso a cimbre ao solo (Figura 2.9 e 2.10) ou cimbre auto-portante (Figura 2.11) consiste provavelmente na soluo de construo tramo a tramo tecnicamente menos complexa. Esta soluo


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apresenta grande convenincia para projectos onde, devido ao nmero insuficiente de vos, no se justifica o elevado investimento de capital numa lanadeira. A colocao das aduelas sobre o cimbre fica a cargo, geralmente, de gruas mveis.

Fig.2.9. - Cimbre ao solo (Deep Bay Link, Hong Kong).Fonte: VSL Internacional

Fig.2.10. - Cimbre ao solo (Deep Bay Link, Hong Kong, 2004-2005); Fonte: VSL Internacional

Fig.2.11. - Cimbre auto-portante (West Rail, Hong Kong, 1999-2002).Fonte: VSL Internacional


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2.4.3. CONSTRUO POR AVANOS SUCESSIVOS COM ADUELAS PR-FABRICADAS

2.4.3.1 Princpio de aplicao

Geralmente este processo construtivo, de forma anloga aos tabuleiros constitudos por aduelas betonadas in-situ, indicado para longos vos (tipicamente superiores a 50 metros) ou para superestruturas com uma complexidade geomtrica superior (alinhamentos variveis em planta e perfil, curvaturas de raio reduzido e aduelas de geometria varivel).

Segundo Mathivat (1983) o vo mximo economicamente vivel de 150 metros, contudo segundo alguns outros autores, designadamente Fadn e Herrero (1995), a partir de vos da ordem dos 130 metros o grande peso das aduelas condiciona fortemente a versatilidade do processo construtivo.

O processo construtivo consiste basicamente na instalao sequencial de pares de aduelas pr-fabricadas simetricamente a partir de um pilar, sendo as vrias aduelas pr-fabricadas ligadas estrutura atravs de cabos de pr-esforo. Os tramos em consola so, numa fase final, ligados, a meio vo, atravs da betonagem de uma aduela de fecho e da aplicao de um sistema de pr-esforo adicional, alcanando-se assim a continuidade entre consolas.

Este mtodo construtivo teve a sua primeira aplicao em 1962, com construo da ponte Choisy-le-Roy, sobre o rio Sena (Frana). Esta foi construda com recurso a uma grua flutuante que instalava as aduelas de modo equidistante de cada lado dos pilares (Rodrigues, 1996).

Neste mtodo existem trs solues construtivas: recurso a grua, a guinchos de elevao e lanadeira de aduelas.

2.4.3.2. Elevao por grua

Consiste numa soluo bastante simples em que apenas necessria uma grua para elevarindividualmente cada aduela directamente na frente da consola (Figura 2.12 e 2.13.). logicamente um procedimento construtivo que requer baixo capital de investimento no que diz respeito ao equipamento de colocao de aduelas. Contudo este procedimento est fortemente condicionado por vrios factores como a altura da superestrutura, acessibilidade e condies de operao no local de obra.

Na construo da ponte Vasco da Gama, concretamente do Viaduto da Expo, foi adoptada esta metodologia construtiva (Figura 2.12.). O viaduto com 672 metros foi construdo a partir de aduelas pr-fabricadas colocadas de modo equidistante de cada lado dos pilares, com recurso a gruas instaladas em barcos. Os trabalhos foram dirigidos pela Campenon Bernard SGE (http://www.vinci.com).


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Fig.2.12. - Colocao da aduela 0 com recurso a uma grua (West Rail, Hong Kong ,1999-2002).Fonte: VSL Internacional

Fig.2.13. - Colocao de uma aduela com recurso a uma grua (West Rail, Hong Kong, 1999-2002).Fonte: VSL Internacional


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Fig.2.14. Construo do viaduto ExpoFonte: Campenon Bernard SGE

2.4.3.3. Recurso a guincho de elevao

Neste procedimento os dispositivos de elevao so colocados na parte superior da extremidade das consolas em construo e vo avanando medida que a superestrutura vai sendo construda (Figura 2.15 e 2.16.). Os dispositivos de elevao geralmente esto equipados com uma plataforma auxiliar situada ao nvel da superestrutura, como visvel na Figura 2.15., que facilita a aplicao do sistema de pr-esforo longitudinal e a eventual resina epoxi entre juntas.

Fig.2.15. - Elevao de uma aduela com recurso a guinchos de elevao (West Tsing Yi, Hong Kong, 2004-2005)Fonte: VSL Internacional


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Fig.2.16. - Elevao da ltima aduela do tramo com recurso de guincho de elevao (West Tsing Yi, Hong Kong 2004-2005).

Fonte: VSL Internacional

2.4.3.4. Lanadeira

Esta soluo consiste no uso de uma lanadeira que permite a instalao de aduelas, deslocando-se autonomamente de tramo em tramo. Tipicamente corresponde soluo construtiva mecanicamente mais complexa e com maior impacte visual (Figura 2.17.).

Habitualmente vem equipada com dois guinchos que permitem movimentar as aduelas. As actuais lanadeiras so capazes de operar numa grande variedade de vos e com variveis raios de curvatura. O fornecimento de aduelas lanadeira poder proceder-se pela superestrutura j executada ou atravs da elevao destas de um nvel inferior (solo ou barco) (Figura 2.18.).

Fig.2.17. - Construo por avanos sucessivos com recurso a uma lanadeira superior (Shenzhen Western Corridor Project , Hong Kong).

Fonte: VSL Internacional


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Fig.2.18. - Construo por avanos sucessivos com recurso a uma lanadeira superior (Shenzhen Western Corridor Project, Hong Kong).

Fonte: VSL

2.4.4 CONSTRUO DE PONTES COM RECURSO A TIRANTES

2.4.4.1 Princpio de aplicao

A construo de pontes com recurso a tirantes pode-se proceder de vrias formas designadamente com recurso a tirantes provisrios ou a tirantes definitivos.

2.4.4.2. Tirantes provisrios

O procedimento construtivo geral consiste na colocao sucessiva das aduelas por intermdio de uma grua (Figura 2.19.) ou de um guincho de elevao. A particularidade deste processo construtivo advm da forma como as aduelas so temporariamente pr-esforadas na sua posio final, que se procedeatravs de um sistema de cabos de suspenso e uma torre (Figura 2.19.). As aduelas encontram-se temporariamente assembladas atravs do referido sistema de tirantes at que o vo fique completo, altura em que se procede aplicao do pr-esforo longitudinal definitivo.

Fig.2.19. - Construo com recurso a tirantes provisrios.Fonte: Jacques (2004)


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2.4.4.3. Tirantes definitivos

Atravs da aplicao de tirantes possvel alcanar os grandes vos atravs da tecnologia de aduelas pr-fabricadas, nomeadamente vos superiores a 400 metros. Na Figura 2.20. pode-se observar a construo de uma ponte em que um dos vos principais tem um comprimento de 398 metros.

Segundo Madani (2006), o comprimento de vo econmico est compreendido entre os 150 a 450 metros.

A superestrutura poder ser dimensionada por exemplo considerando dois planos de tirantes com uma viga caixo em linha com cada plano. Tambm possvel considerar apenas um plano de tirantes com uma viga ou duas vigas caixo ligadas transversalmente por vigas em cada ponto de ancoragem de um tirante (fib Commission 6, 2004).

Fig.2.20. Construo de uma ponte atirantada (Industrial Ring Road, Bangkok, 2005-2006).Fonte: VSL Internacional

Em Portugal foi construda uma ponte atirantada com aduelas pr-fabricadas (contudo compsitas, no totalmente de beto). Foi a primeira ponte portuguesa de aduelas pr-fabricadas a ser dimensionada e construda tendo por base a tecnologia nacional (Reis, Oliveira, 2004).

Fig.2.21. Vista geral da Ponte Europa, Coimbra (Maquete).Fonte: (Reis, Oliveira, 2004)


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3ESPECIFICIDADES CONSTRUTIVAS DE PONTES DE ADUELAS PR-FABRICADAS

3.1. METODOLOGIA DE PR-FABRICAO DE ADUELAS


A construo de pontes com aduelas pr-fabricadas possui muitos pontos em que se superioriza construo por betonagem das aduelas in-situ, devido em grande parte s vrias caractersticas intrnsecas ao processo de pr-fabricao. Neste as aduelas podem ser produzidas em cenrios industriais, sobre um apertado controlo de qualidade. Para alm desta, existem muitas mais vantagens associadas a esta tecnologia, as quais sero oportunamente abordadas ao longo desta dissertao.

Originalmente, numa situao de construo por aduelas pr-fabricadas, o empreiteiro apenas tinha duas solues: pr-fabricava as aduelas no local da obra ou estabelecia a determinada distncia uma fbrica de aduelas. A escolha dependia principalmente das restries do local ou do peso das aduelas. O estaleiro de pr-fabricao era organizado como parte integrante de todo o projecto, incluindo os custos de instalao, operao e desmantelamento.

Actualmente em determinados pases, com o crescente desenvolvimento desta metodologia construtiva e crescente envolvimento da indstria da pr-fabricao, uma nova opo surgiu aos empreiteiros: apossibilidade de todas as questes operacionais serem adjudicadas a uma entidade prpria de pr-fabricao. Esta nova filosofia permitiu cortar custos, melhorar a qualidade de construo e oferecer um processo mais fivel com menores riscos associados (Palmer, 2004).

No que concerne tecnologia de pr-fabricao a adoptar existem, essencialmente duas solues: linhas longas de fabrico e linhas curtas de fabrico. A deciso sobre qual soluo adoptar est dependente, entre outros factores, da rea disponvel na proximidade da obra e das caractersticas geomtricas das aduelas. Adicionalmente, e porque so equipamentos que exigem um considervel investimento inicial, a soluo a adoptar recai muitas vezes, na tecnologia para a qual os empreiteiros j possuem os equipamentos necessrios e experincia acumulada.

3.1.2 LINHAS CURTAS DE FABRICO

A metodologia base deste processo consiste na fabricao de cada segmento nas chamadas clulas de pr-fabricao. Estas clulas so constitudas por um espao livre onde se betona, por cofragem exteriores ajustveis e por uma cofragem inferior movvel e ajustvel (Figura 3.1.) (Combault, 2004).


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Fig.3.1. Esquematizao de uma clula de pr-fabricao.Fonte: adaptado de VSL Internacional.

Fig.3.2. Linha curta de pr-fabricao, Kisosasen Bridge, Japo.Fonte: (VSL Internacional).


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Fig.3.3. Montagem da clula de pr-fabricao, ajuste da cofragem interior.Fonte: (VSL Internacional).

O processo de pr-fabricao ilustrado na figura 3.4. e pode ser descrito da seguinte forma (Rodrigues, 1996; Mathivat, 1980; Rotolone, 2007):

As aduelas so fabricadas individualmente num local fixo, usando moldes metlicos estacionrios com as dimenses apropriadas e betonando um segmento contra o anterior, de forma a obter-se uma junta conjugada. Aps a nova aduela betonada ter adquirido a resistncia suficiente (e.g. 15 a 20 MPa), a aduela completa no ciclo anterior, usada como aduela de contra-molde (cofragem numa das extremidades do actual processo), movida para o estaleiro e a aduela recentemente betonada deslocada para o seu local. A plataforma de apoio da aduela que foi para o estaleiro reciclada e colocada na zona de betonagem. O novo segmento que agora serve de contra-molde (cofragem) ajustado de acordo com o traado e alinhamento da superestrutura. As armaduras de reforo e todos dispositivos referentes ao pr-esforo so colocados na zona de betonagem. Posteriormente as cofragens so adaptadas e ajustadas contra a cofragem posterior (cofragem fixa) e o segmento contra-molde. Por fim, betonado novo segmento. Esta sequncia pode ser observada nas figuras 3.5. a 3.8.(Combault, 2004).

Fig.3.4. Esquematizao do processo pr-fabricao linha curta de fabrico.Fonte: adaptado de Combault (2004).


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A sequncia de um ciclo de fabrico pode ser observada, mais detalhadamente, nas seguintes figuras(VSL Internacional Ltd.):

Fig.3.5. Fase 1 - Processo pr-fabricao linha curta de fabrico.Fonte: (VSL Internacional).

i. Registo das caractersticas geomtricas da aduela produzida;ii. Remoo do sistema de cofragem.

Fig.3.6. Fase 2 - Processo pr-fabricao linha curta de fabrico.

Fonte: (VSL Internacional).iii. Remoo da aduela de contra-molde para a zona de armazenamento;

iv. Deslocamento da ltima aduela produzida para a posio de contra-molde e de seguida realizao dos necessrios ajustes geomtricos;


v. Reposicionamento do tabuleiro de betonagem com os devidos ajustes;vi. Instalao da armadura constituinte da aduela a fabricar;


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vii. Instalao do sistema de cofragem exterior;viii. Execuo da betonagem da aduela;

Toda a operao descrita pode-se processar num curto espao de tempo. Facilmente se alcanam rcios de produo de uma aduela por dia, por clula de produo. Normalmente este rcio definidopelo tempo de cura do beto de cada nova aduela (Combault, 2004).

O beto normalmente utilizado do tipo auto-compactvel. Ter de ser um beto com determinadas propriedades que lhe permita preencher correctamente todos os espaos, inclusive nos locais mais difceis, sem que seja necessrio efectuar a sua vibrao, no sentido de acelerar o seu processo de fabrico. Importa referir que, por vezes necessrio betonar aduelas com at 6 metros de altura, com bainhas de pr-esforo interior, o que acarreta cuidados especiais a esta operao. O beto sempre alvo de um ensaio prvio de fluidez.

Para superestruturas correntes comum prescrever uma resistncia compresso do beto a 12 horas de 20 MPa para ser descofrado e uma resistncia caracterstica aos 28 dias de 40 MPa. Por vezes, utilizam-se betes de resistncias compresso superiores, at 60 MPa.

Esta tecnologia consegue adaptar-se a vrios tipos de tabuleiros designadamente rectos, com alinhamentos curvos em planta e perfil, atravs de translaes e rotaes das aduelas que temporariamente servem de molde s aduelas a betonar (Figura 3.9.) (Rodrigues, 1996). Os equipamentos correntes permitem realizar raios mnimos de curvatura em planta da ordem 80 metros.

Para o correcto desenrolar do processo de pr-fabricao de uma superestrutura necessrio proceder a um rigoroso controlo geomtrico dos vrios segmentos que vo sendo fabricados, por forma a que se cumpra o alinhamento especificado no projecto. No subcaptulo 3.3 esta temtica ser aprofundada.


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Fig.3.9. Esquematizao do processo de definio geomtrica, em planta e em perfil.Fonte: adaptado de (VSL Internacional).

3.1.3 LINHAS LONGAS DE FABRICO

Este mtodo consiste numa longa plataforma de betonagem, que reproduz a face inferior do tabuleiro com a geometria apropriada (comprimento e perfil), onde cada segmento betonado numa posio fixa, enquanto uma mquina de betonagem (inclui cofragens exteriores, interiores) se movimenta longitudinalmente durante as sucessivas operaes, de aduela em aduela (Figura 3.10.) (Combault, 2004; Rodrigues, 1996). O comprimento deste equipamento geralmente igual a metade do comprimento total de um vo.

Fig.3.10. Esquematizao do processo pr-fabricao linha longa de fabrico.Fonte: adaptado de (VSL Internacional).


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Na figura seguinte pode-se observar uma sequncia de operaes tipo sobre a mesa de betonagem.

Fig.3.11. Esquematizao do processo de linha longa de fabrico.Fonte: adaptado de (VSL Internacional).

Fig.3.12. Processo de fabrico de linha longa Ponte Pakse - Laos.Fonte: (VSL Internacional).

Geralmente neste processo, o sistema de cofragens movimenta-se longitudinalmente aps o beto constituinte de cada aduela atingir uma resistncia compresso de aproximadamente 15 MPa. O transporte de cada aduela para armazenamento, onde se continuar a realizar o seu processo de cura,poder ser realizado quando estas atingirem uma resistncia da ordem dos 30 MPa. Posteriormente, antes de as transportar para o local da obra, aplicam-se jactos de areia (Sand Blasting) nas faces de colagem das juntas (Nair, Patil ,2004).


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3.1.4. FACTORES DE DECISO RELEVANTES NA ESCOLHA DO MTODO DE PR-FABRICAO

3.1.4.1 Vantagens e desvantagens da linha curta de fabrico

As principais vantagens deste processo so as seguintes (Rodrigues, 1996; Rotolone, 2007):

Requer menor espao para a instalao do dispositivo de pr-fabricao; Possibilidade de executar superestruturas com alinhamentos variveis em planta e perfil

sem grandes modificaes na configurao dos moldes, ao contrrio do que seria necessrio numa linha longa de fabrico;

Mais indicado para pr-fabricao de superestruturas de seco constante; Capacidade de controlar e ajustar com preciso cada segmento para curvas verticais ou

horizontais, como foi descrito; Possibilidade de identificar possveis erros geomtricos imediatamente

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