Sistemas Deslizantes (Sliding Systems)

 

Introdução

Referimos, na descrição de alguns dos tipos de aparelhos de apoio, que a associação de sistemas deslizantes à versão base fixa dos aparelhos proporcionava a acomodação de movimentos da estrutura superior, na direcção longitudinal, transversal ou mesmo em qualquer direcção.

Tais sistemas são, na generalidade, basicamente constituídos por um material polimérico que possui um coeficiente de fricção muito baixo, quando em contacto com uma superfície metálica suficientemente polida.

Os materiais poliméricos mais utilizados são o Politetrafluoretileno (PTFE) e o polietileno de ultra alto peso molecular (UHMWPE. O metal em contacto é um aço inoxidável muito polido, promovendo-se assim o mais baixo atrito e prevenindo-se também o aparecimento de fenómenos de corrosão.

Estes sistemas deslizantes podem permitir movimentos unidirecionais (longitudinais ou transversais), nos sistemas ditos deslizantes guiados, ou podem permitir movimentos em qualquer direcção, nos sistemas ditos deslizantes livres. A amplitude desses movimentos depende da dimensão dos aparelhos de apoio e também de aspectos construtivos, dependentes dos fabricantes.

O sistema deslizante é normalmente constituído por uma placa de polímero com 1,5 mm de espessura, fixada em geral num substrato de alumínio com 3 mm de espessura. A face superior do polímero deve ficar um contacto com uma placa em aço inoxidável muito polida, com 1,5 a 2 mm de espessura. Uma representação esquemática deste sistema deslizante na sua versão livre é mostrada na Figura 25.

Figura 25 – Sistema deslizante livre

 

Na Figura 26 são mostradas representações esquemáticas de versões de sistemas deslizantes guiados lateralmente e no centro.

Figura 26 – Sistemas deslizantes guiados

 

Os materiais poliméricos

Como já referimos são, habitualmente, o Politetrafluoretileno (PTFE) e o polietileno de ultra alto peso molecular (UHMWPE).

 

Politetrafluoretileno (PTFE)

A norma EN 1337:2004 – Structural bearings – Part 2: Sliding elements especifica alguns tipos de materiais a utilizar como deslizantes, tais como PTFE e compósitos deste polímero. Vamos contudo referir apenas o PTFE, que deve ser um material virgem, não regenerado e sem cargas. Para este material são definidas as seguintes propriedades (Quadro 17):

A norma AASHTO LRFD Bridge Construction Specification, 4th ed., 2017 estabelece as seguintes propriedades para o PTFE virgem (Quadro 18):

 

Polietileno de ultra alto peso molecular UHMWPE)

Este material é mais económico que o PTFE. Sendo menos conhecido, é também utilizado em menor escala. Possui, no entanto, propriedades muito interessantes, aproximando-se em muitas delas do PTFE. Senão vejamos:

  • Custo

Numa base de custos por unidade de peso, o PTFE é cerca de 4x mais caro que o UHMWPE. Contudo, e atendendo à grande diferença de densidades, o custo por unidade de volume do PTFE acaba por ser cerca de 9x mais caro que o UHMWPE. E, para efeito de aplicação em aparelhos de apoio é o volume e, portanto, o custo por unidade de volume que mais interessam.

  • Resistência à temperatura

A temperatura máxima de serviço do UHMWPE é de 82ºC; o PTFE pode operar a 260ºC. É manifestamente superior. No entanto, para o tipo de aplicação que estamos a tratar, 82ºC é uma temperatura de serviço muito aceitável. Esta característica constitui, portanto, apenas um pequeno senão.

  • Coeficiente de fricção

O coeficiente de fricção do PTFE em contacto com aço inoxidável polido é dos mais baixos entre dois materiais sólidos: é de 0,03 a 0,05. O UHMWPE apresenta um coeficiente de fricção, em contacto com aço inoxidável com idênticas características, que varia entre 0,10 e 0,12. Portanto, uma posição desfavorável relativamente ao PTFE. Em muitos tipos de aparelhos de apoio com sistemas deslizantes são exigidos coeficientes de fricção inferiores a 0,10.

  • Resistência ao desgaste

A resistência ao desgaste do UHMWPE é superior à do PTFE. Alguns fabricantes utilizam compósitos de PTFE com fibras de carbono ou de vidro ou uma carga de nano alumina para melhorar a resistência ao desgaste do PTFE. Melhoram, afinal, outras propriedades, pois que as propriedades mecânicas do PTFE são relativamente modestas.

  • Inércia química

A inércia química do UHMWPE é ligeiramente inferior à do PTFE; mas para aplicações em aparelhos de apoio esta diferença não tem qualquer significado.

Algumas propriedades do UHMWPE são mostradas no Quadro 19.

 

As normas EN 1337-Parte 2 e a norma AASHTO não contemplam a utilização de UHMWPE na execução de sistemas deslizantes. No entanto, alguns fabricantes utilizam este polímero nos seus sistemas. E com a utilização de agentes lubrificantes os resultados obtidos são muito satisfatórios e os sistemas deslizantes são bem mais económicos.

Muitos sistemas deslizantes que utilizam PTFE e com o objectivo de reduzir ainda mais as forças de atrito operam também com um lubrificante. Normalmente é um lubrificante com base silicone (óleo ou gordura de silicone).

A pressão em que operam os sistemas deslizantes tem influência no valor do coeficiente de atrito. Sistemas que operam com pressões da ordem de 30 MPa e com um coeficiente de atrito de 0,03.

Um dos aspectos negativos na utilização de PTFE é a sua resistência ao desgaste. Esta pode ser melhorada pela adição de cargas, como por exemplo fibras (fibras de carbono ou de vidro), partículas de nano alumina ou de bronze em pó. Estes materiais permitem operar com pressões mais elevadas. Obviamente que os valores dos coeficientes de atritos são sacrificados. Por este motivo, a maior parte dos fabricantes de aparelhos de apoio equipados com sistemas deslizantes utilizam PTFE virgem.

As placas de PTFE são ligadas a chapas de aço ou de alumínio; a sua ligação aos metais constitui um processo delicado. Envolve a utilização de agentes de ligação, tratamentos superficiais da placa de PTFE e também da placa de metal a ligar.

 

Chapa de aço inoxidável

Segundo a norma EN-1337-Parte 2, a face da chapa em contacto com o polímero, após polimento, deve apresentar uma rugosidade Ry5 inferior a 1 mícron, de acordo com ISO 4287. Ainda, de acordo com esta norma e a norma DIN 4762, o parâmetro DIN Rz é também especificado como Ry5. Na Figura 27 mostra-se o significado do parâmetro Rz.

 

Figura 27 – Parâmetro Rz: seu significado.

 

A chapa de aço deve, por outro lado, ter uma dureza Vickers compreendida entre 150 e 220, de acordo com a norma ISO 6158:2011 — Metallic and other inorganic coatings — Electrodeposited coatings of chromium for engineering purposes.