REABILITAÇÃO DA PONTE DO RIO DA PEDRA

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1 REABILITAÇÃO DA PONTE DO RIO DA PEDRA João Francisco Mendes Ferreira 1 (autor correspondente), Mestrado Integrado em Engenharia Civil, Hélio da Graça Simões 2 (autor), Licenciatura de Bolonha em Engenharia Civil, 1 Infraestruturas de Portugal, Gestão da Rede Ferroviária Estruturas Especiais, Praça da Portagem, Almada, Portugal Correio eletrónico: joao.fmferreira@infraestruturasdeportugal.pt 2 Infraestruturas de Portugal, Gestão da Rede Ferroviária Estruturas Especiais, Praça da Portagem, Almada, Portugal Correio eletrónico: helio.simoes@infraestruturasdeportugal.pt Sumário O presente artigo aborda a reabilitação de uma ponte metálica ferroviária, Ponte do Rio da Pedra, localizada ao PK 163,818 da Linha do Oeste, no concelho de Leiria, na sequência do descarrilamento de um comboio de mercadorias, com 238 metros e 835 toneladas. O tema é dividido em duas partes. A primeira, que se refere aos trabalhos e ações de reparação imediatos, devido aos danos causados pelo acidente, efetuados pela 2ª Brigada de Execução de Pontes. A segunda, que diz respeito à elaboração do projeto, que incluiu o levantamento detalhado de todos os danos da ponte, e consequente empreitada de reabilitação. Palavras-chave: Pontes Metálicas; Ferrovia; Ponte do Rio da Pedra; Linha do Oeste; Reabilitação. 1 INTRODUÇÃO Apresenta-se neste artigo a reabilitação da ponte metálica ferroviária do Rio da Pedra, Figura 1. Localizada no distrito de Leiria, freguesia de Regueira de Pontes, a obra de arte faz parte da Linha do Oeste e desenvolve-se entre os PK s e tendo um comprimento total de 46m. Figura 1 Ponte do Rio da Pedra A Ponte, construída em 1934, é constituída por dois tramos metálicos, independentes, simplesmente apoiados em encontros, do tipo cofre, e num pilar, do tipo parede, revestidos a cantaria. As vigas principais são treliças do tipo Warren (com montantes), que suportam um tabuleiro inferior constituído por um sistema de longarina carlinga. 1

2 A necessidade da reabilitação deveu-se ao descarrilamento de um comboio de mercadorias. Após as reparações imediatas, necessárias para repor a circulação, iniciou-se um trabalho de levantamento de todas as peças, que se mantiveram danificadas, de modo a definir a melhor abordagem para a sua reabilitação. Em Outubro de 2018 iniciou-se a empreitada de "SUBSTITUIÇÃO DE PEÇAS METÁLICAS NA PONTE DO RIO DE PEDRA, AO PK 163,818 DA LINHA DO OESTE, cujos trabalhos incidiram, sobretudo, na substituição de peças metálicas, na reposição de ligações rebitadas e no desempeno de algumas peças. 2 REABILITAÇÃO DA PONTE DO RIO DA PEDRA 2.1 TRABALHOS INICIAIS Após o descarrilamento do comboio decorreram os procedimentos para a remoção do material acidentado, que foram concluídos 24 horas após o acidente (Figura 2). Nessa sequência, deu-se início aos trabalhos de reparação (Figura 3 e Figura 4), necessários para reabrir a linha. O restabelecimento da circulação ferroviária foi conseguido em menos de 24 horas, após o início destes trabalhos (48 horas após o acidente), ainda que com uma limitação de velocidade de 10 km/h. Figura 2 Trabalhos de remoção do material acidentado Figura 3 Trabalhos de reparação da superestrutura da Ponte Figura 4 Trabalhos de reparação de via (soldadura aluminotérmica) Após o restabelecimento da circulação, decorreram, durante 2 semanas, outros trabalhos complementares que permitiram alterar a limitação de velocidade para 60km/h. No decorrer destes trabalhos substituíram-se goussets, contraventamentos horizontais do tabuleiro e peças do sistema de fixação das travessas de via, efetuando-se todas as ligações destas peças por parafusos que, posteriormente, seriam substituídos por rebites, aquando a realização da empreitada. 2

3 2.2 LEVANTAMENTOS E MEDIÇÕES Para a definição dos trabalhos a realizar foi necessário fazer vários levantamentos das anomalias existentes, desde peças a substituir, peças a desempenar e ligações rebitadas a repor. Os resultados dos trabalhos de medição são apresentados nas Figura 5 e Figura 6 e no Quadro 1. Figura 5 Desenho geral da zona intervencionada Figura 6 Peças a substituir 3

4 Quadro 1 Ligações rebitadas a executar Rebites Peças novas [un] Peças Existentes [un] Rebites diâmetros Rebites diâmetros 24 contrapunçoados Rebites diâmetros Para a execução dos trabalhos de substituição de algumas das peças da estrutura metálica da ponte (ex.: chapas do banzo superior das carlingas) foi necessário remover, previamente, a estrutura dos passeios de serviço (esta seria recolocada no final da empreitada) e os goussets de ligação entre os montantes e carlingas. 2.3 EMPREITADA DE REABILITAÇÃO DA PONTE DO RIO DA PEDRA A empreitada de reabilitação da Ponte do Rio da Pedra decorreu entre 31 de Outubro de 2018 e 15 de Fevereiro de Devido ao facto de se substituírem elementos metálicos estruturais e as respetivas ligações, a maioria dos trabalhos realizaram-se em regime noturno, sem circulação de comboios, através de suspensão temporária ou interdição de via. Foram intervencionados 10 painéis da estrutura, 8 no primeiro tramo e 2 no segundo. Para um controlo dos parâmetros geométricos da obra de arte foram realizados 2 nivelamentos altimétricos de precisão das marcas de nivelamento existentes. O primeiro antes do início dos trabalhos e o segundo após a conclusão dos mesmos. As marcas de nivelamento existentes nos elementos a substituir foram fixadas nos novos elementos, antes da execução do segundo nivelamento TRABALHOS DE VIA Para a realização dos trabalhos, foi necessário alterar, por mais de uma vez, a disposição das travessas de via, para desimpedir as zonas identificadas a reabilitar. De modo a garantir a segurança da circulação, respeitou-se, sempre, um afastamento máximo de 1,20 m entre travessas. Após o término de todos os trabalhos na estrutura (substituição, reabilitação e pintura) foram repostos todos os parâmetros geométricos da via, trabalho este acompanhado por elementos dessa especialidade ELEMENTOS ESTRUTURAIS Os trabalhos relacionados com as peças metálicas, já identificadas no sub-capítulo 2.2, consistiram no fornecimento e substituição das mesmas, incluindo a remoção e recolocação de outras peças metálicas da estrutura, necessária para a substituição das peças danificadas. Foi também realizado o desempeno de alguns elementos. O aço laminado empregue nas diversas peças metálicas da obra, foi o do tipo S355 J2. As peças foram fornecidas com uma demão de primário rico em zinco, aplicada após decapagem ao grau SA 2½, das normas suecas. Inclui também a decapagem ao grau ST3 e aplicação de uma demão de primário rico em alumínio nas superfícies de contacto dos elementos existentes. Todos os furos executados em oficina foram abertos com diâmetro 3 mm inferior ao diâmetro final, sendo posteriormente alargados para o diâmetro final, no local, encostando as peças novas contra as peças removidas, para que estas servissem de molde, garantido a furação igual à existente (Figura 7). 4

5 Figura 7 Abertura da furação ao diâmetro final Na montagem das peças foram aplicados parafusos de alta resistência (Figura 8), com o máximo diâmetro permitido pelos furos e com um binário de aperto correspondente a cerca de 70% da força de rotura do parafuso. Figura 8 Gousset montado com parafusos provisórios De acordo com os levantamentos realizados e tendo em conta a complexidade dos trabalhos inerente à sua substituição optou-se por desempenar as cantoneiras gerais superiores das carlingas (Figura 9) em 8 peças. A metodologia utilizada no desempeno das peças consistiu na aplicação de uma força, aplicada por equipamento hidráulico, sobre a zona empenada, previamente aquecida com recurso a chama de um maçarico oxiacetilénico. Para a correta execução do desempeno, sem provocar danos, procedeu-se ao aquecimento das peças de forma controlada mediante a utilização de um termómetro de infravermelhos. 5

6 Figura 9 Desempeno de uma cantoneira geral de uma carlinga Na execução deste trabalho foi tida especial atenção à temperatura a atingir nas peças, suficientemente alta para que no desempeno não surgissem fissuras e suficientemente baixa para não alterar as propriedades de resistência do aço, tendo-se trabalhado a aproximadamente REMOÇÃO E RECOLOCAÇÃO DO PASSEIO Este trabalho consistiu na remoção da estrutura do passeio e guarda-corpos, incluindo todas as suas ligações, e posterior recolocação. A execução do trabalho iniciou-se com a separação das chapas de folha de oliveira das longarinas de passeio, removendo a ligação soldada existente, seguindo-se o corte dos rebites que asseguravam a ligação das longarinas de passeio às carlingas. Na recolocação do passeio optou-se por fixar a chapa de folha de oliveira às longarinas através rebites pop estruturais aço/aço (Figura 10), zincados, com cabeça boleada, de diâmetro 6,5 mm e comprimento adequado para as espessuras dos elementos a fixar. Figura 10 Rebite pop estrutural A furação para aplicação dos rebites foi de diâmetro 6,6 mm, com um afastamento de 200 mm. Nota ainda para que o seu afastamento deverá sempre ser ajustado para que a cabeça do rebite fique completamente fora da gota. Nos casos em que não foi possível, desbastou-se a gota para que a cabeça do rebite ficasse completamente apoiada na chapa, permitindo o seu correcto funcionamento. 6

7 2.3.4 LIGAÇÕES REBITADAS As ligações rebitadas são semelhantes às aparafusadas, distinguindo-se destas por o rebite preencher a totalidade do furo das peças atravessadas. São ligações que preferencialmente trabalharão ao corte, podendo ainda trabalhar à tração ou numa combinação de ambas. A cravação de um rebite pressupõe a prévia montagem das peças a ligar, garantindo o exato alinhamento de todos os furos da ligação. Para isso, os furos poderão ser executados já com as peças no seu devido lugar, ou pré executados com diâmetro inferior e alargados ao diâmetro final por mandrilagem. Para a colocação e moldagem de um rebite (Figura 11), a cravação consiste na seguinte sequência de ações: aquecimento de um rebite (Figura 12) até a uma temperatura que permita uma melhor trabalhabilidade, cerca de 1200º a 1300ºC, controlado pela sua cor (rubro); colocação no furo com uma tenaz; fixação do rebite no furo através da aplicação de uma força na cabeça pré-moldada, com uma embutideira aplicada num macaco pneumático; aplicação de sucessivos impactos na extremidade do fuste do rebite, com um martelo pneumático de cravação, deformando-o até ao total preenchimento do furo, seguindo-se a moldagem da contra-cabeça; arrefecimento do rebite, até à temperatura ambiente, que provoca uma compressão dos elementos ligados, motivada pelo impedimento de redução de comprimento do fuste. Antes do início da cravação na estrutura, deverão ser sempre efetuados ensaios de cravação para aferir a capacidade da equipa e dos equipamentos utilizados (Figura 13). Figura 11 Forma inicial do rebite Figura 12 Aquecimento de rebites na forja 7

8 Figura 13 Rebite de ensaio cravado Para o correcto funcionamento da ligação, os rebites deverão preencher a totalidade do furo, garantindo-se que não permanece qualquer folga, e as cabeças deverão ser centradas e completas, garantindo um bom encosto sem fendas e carência de material, sendo que, no caso de os rebites serem contrapunçoados, as cabeças devem ser cuidadosamente rebarbadas, permitindo o encosto das peças (Figura 14). Para a cravação (Figura 15) de rebites em peças longas, a cravação deve realizar-se do meio da peça para as extremidades, e nunca de uma das extremidades para a outra. Sempre que existam duas ou mais fiadas de rebites, não deverá realizar-se uma seguida à outra, procurando-se, dentro do possível, realizá-las paralelamente. Figura 14 Rebite contrapunçoado (por rebarbar) Figura 15 Cravação de um rebite Na empreitada, os trabalhos relacionados com os rebites incluíram a remoção de rebites e de parafusos, existentes nas peças a substituir e nas necessárias remover para substituição dessas, bem como de todos os restantes parafusos existentes na estrutura (à exceção dos que fixam os aparelhos de apoio à estrutura metálica). Tal como mencionado no sub-capítulo 2.3.2, todos os furos executados em oficina foram abertos com um diâmetro 3 mm inferior ao diâmetro final, pelo que foi necessária a mandrilagem desses furos, imediatamente antes da cravação do respetivo rebite, para atingir os diâmetros indicados nas peças desenhadas. 8

9 As características mecânicas do aço utilizado nos rebites, confirmadas em ensaio dos próprios rebites ou de provetes deles extraídos, são: Tensão de rotura entre 370 e 440 N/mm 2 ; Tensão de cedência mínima de 220 N/mm 2. As características geométricas dos rebites utilizados foram as que se apresentam nas Figura 16, 17 e 18: Figura 16 Rebite Ø20 com cabeça esférica Figura 17 Rebite Ø24 com cabeça esférica Figura 18 Rebite Ø24 com cabeça contrapunçoada plana Os ensaios realizados, segundo as Normas NP s 191 e 192, foram: Determinação da composição química; Ensaio de tração; Ensaio de dobragem; Ensaio de esmagamento longitudinal ESQUEMA DE PINTURA Para a execução deste trabalho foram consideradas todas as superfícies das peças novas e as superfícies que apresentem danos na pintura dos restantes elementos da estrutura. A preparação de superfície a executar nas peças novas, em oficina, foi ao grau SA 2½ das Normas Suecas e a decapagem a executar em obra foi ao grau ST3 das Normas Suecas. O esquema base, para a pintura em fábrica, (decapagem ao grau SA 2½) foi o seguinte: 1 Demão de primário epóxi rico em zinco (teor de zinco na película seca> 80%) com 80 mícrons de espessura mínima; 1 Demão intermédia de epóxi poliamida de secagem rápida, com óxido de ferro micáceo, com 150 mícrons de espessura mínima; A espessura total mínima seca sempre igual ou superior a 230 mícrons. O esquema base a aplicar, para a pintura em obra, nas zonas decapadas ao grau ST3 das Normas Suecas, foi o seguinte: 1 Demão de primário epóxi de alumínio com 100 mícrons de espessura mínima; 1 Demão intermédia de epóxi poliamida com óxido de ferro micáceo, com 150 mícrons de espessura mínima; A espessura total mínima sempre igual ou superior a 250 mícrons. Em obra, as superfícies expostas, onde foram aplicadas um dos dois anteriores esquemas de pinturas, recebeu 1 demão de acabamento de poliuretano alifático, com 50 mícrons de espessura mínima. A cor final é a definida pelo RAL

10 3 CONCLUSÕES A obra foi concluída dia 15 de Fevereiro de 2019 em que todos os trabalhos de reabilitação foram realizados com sucesso. Foram substituídos cerca de 2700 kg de aço e cravados mais de 2000 rebites. Com a intervenção foi possível repor a velocidade de circulação para a da TVM (tabela de velocidades máximas), que no local é de 110km/h. É importante ainda referir que, atualmente, a arte da cravação de rebites está em vias de extinção, sendo rara a empresa com capacidade e conhecimento para a execução deste tipo de trabalhos. É assim de extrema importância a passagem de conhecimento que as Infraestruturas de Portugal se tem predisposto a realizar, para que a reabilitação de estruturas com este tipo de ligações continue a ser possível de executar. 4 REFERÊNCIAS Companhia dos Caminhos de Ferro Portugueses, Direcção de conservação, Divisão de Obras de Arte e Construção Civil, Pontes. MANUAL SOBRE PONTES V.12; Companhia dos Caminhos de Ferro Portugueses, Divisão de Via e Obras. CRAVAÇÃO E SOLDADURA; NP-191 Varões de aço para rebites (Dez 1959); NP-192 Recepção de rebites (Dez 1959); SVENSK STANDARD SIS SWEDISH CORROSION INSTITUTE 10