Restauração do pavimento do vão móvel da Ponte do Guaíba utilizando revestimento

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1 Restauração do pavimento do vão móvel da Ponte do Guaíba utilizando revestimento asfáltico com SBS+TLA trabalhos técnicos Luciano Pivoto Specht PPGEC/UFSM Universidade Federal de Santa Maria Thiago Vitorelo Concepa Concessionária da Rodovia Osório-Porto Alegre Fábio Hirsh Concepa Concessionária da Rodovia Osório-Porto Alegre Fernando Cronst Concepa Concessionária da Rodovia Osório-Porto Alegre Osvaldo Tuchumantel Betunel Eduardo Constante Bergmann ANTT Agência Nacional de Transportes Terrestres, UR/RS Haroldo Augusto Novis Mata ANTT Agência Nacional de Transportes Terrestres, UR/RS INTRODUÇÃO O transporte rodoviário é, sem dúvidas, uma das molas propulsoras da economia. Nos últimos anos o Brasil tem experimentado avanços importantes em diversas áreas e isso tem sobrecarregado e fragilizado o sistema rodoviário. O sistema de travessia do delta do Jacuí em Porto Alegre (entroncamento das BRs 116 e 290) é exemplo claro disso; ele é composto por um conjunto de 4 pontes no qual uma destas é a Ponte Móvel, que tem um vão metálico de 56m de comprimento que é içada para possibilitar o tráfego de navios na hidrovia. Foi construída em 1958 e o pavimento do deck metálico tem 5cm de espessura, o qual não pode ser alterada devido ao balanceamento dos contrapesos e do sistema de içamento. Nos últimos anos inúmeras intervenções têm sido feitas, mas sem sucesso devido principalmente a problemas de aderência e entrada de umidade na interface deck metálico/revestimento asfáltico. Este artigo descreve o projeto e a execução de um novo pavimento composto por três camadas, a primeira de adesivo asfáltico modificado por polímero aplicado a quente, uma camada impermeabilizante de 2cm com alto ter de ligante e uma capa de rolamento com 3cm, ambas executadas com asfalto modificado por polímero e adição de TLA (Trinidad Lake Asphalt). O revestimento foi aplicado em 3 etapas devido a restrições quanto ao interrupções do tráfego e da não existência de rotas alternativas. O comportamento do pavimento está sendo acompanhando desde sua execução. O transporte rodoviário é, atualmente, um dos fatores decisivos e condicionantes do desenvolvimento local e regional, principalmente em países como o Brasil em que a divisão modal e as opções históricas foram calcadas sobre o rodoviarismo. A região metropolitana de Porto Alegre é formada por 32 municípios e concentra 37% da população do estado do Rio Grande do Sul totalizando habitantes, sendo a quarta mais populosa do Brasil (SEPLAG, 2012). Os principais eixos rodoviários que servem a região metropolitana são o da BR 290 e da BR 116, que cortam no sentido leste oeste e sul norte, respectivamente. Vale mencionar também a BR 386 que se liga a 116 no municipio da Canoas. A Figura 1 ilustra o sistema rodoviário que serve a região metropolitana, destaca-se nesta Figura o trecho em sobreposição da BR 290 e 116 próximo a Eldorado do Sul. Esta região atravessa o delta do Rio Jacuí e o trecho é formado por uma série de 4 pontes, as quais a primeira (junto a Porto Alegre) é a ponte móvel. O trecho está sob concessão da CONCEPA Concessionária da Rodovia Osório-Porto Alegre. A ponte móvel é uma estrutura metálica de 56m de comprimento que é içada para possibilitar o tráfego de navios na hidrovia (Figura 2). Foi construída em 1958 e o pavimento do deck metálico é constituído de 5cm de espessura de camada asfáltica e não pode ser alterado devido ao balanceamento dos contrapesos e do sistema de içamento. Recentemente a ponte tem passado 24

2 PROJETO por um completo processo de restauração, que inclui rebalancemanto dos contrapesos e substituição de sistemas elétricos e mecânicos. Nos últimos anos inúmeras intervenções têm sido feitas mas sem sucesso devido principalmente a problemas de aderência e entrada de umidade na interface deck metálico/ revestimento asfáltico. Tais intervenções têm durado de 6 meses a um ano e a tentativa de uso de asfalto modificado SBS65/90 foi feita sem sucesso. A Figura 3 ilustra problemas recorrentes no pavimento sobre o deck metálico antes da restauração. Neste contexto, este artigo descreve o projeto e a execução de um novo pavimento para o deck metálico, composto de camadas executadas com asfalto modificado por polímero e adição de TLA (Trinidad Lake Asphalt). O projeto de restauração do pavimento da ponte móvel é parte integrante de um programa de ações de manutenção/ modernização da ponte móvel do Guaíba que incluem substituição de componentes elétricos e mecânicos, novo balanceamento, etc. Por se tratar de uma superfície móvel e com deck metálico algumas premissas de projeto tiveram que ser levadas em conta: a espessura do revestimento não poderia ser alterada devido ao balanceamento do sistema de içamento e a experiência acumulada pela concessionária indicava que as soluções convencionais teriam pouco êxito principalmente devido a problemas de aderência do revestimento com a superfície metálica. Infelizmente no Brasil experiências como esta ainda são incomuns e não documentadas; a referência de projeto foi o documento Evaluation of Trinidad Lake Asphalt Overlay Performance publicado pelo WDOT (Washington Figura 1 Sistema rodoviário que serve a região metropolitana de Porto Alegre. Figura 2 Esquema ilustrativo da ponte móvel. Figura 3 Superfície do pavimento antes da restauração. Revista Estradas N 17 Dezembro

3 trabalhos técnicos State Department of Transportation) em 2008 que trata da restauração da nova TNB - Takoma Narows Bridge nos EUA (WDOT, 2008). O Projeto da TNB, assim como da Ponte móvel do Guaíba, contempla a utilização de estrutura em aço tipo ortotrópicas. As estruturas metálicas ortotrópicas, que significa distintas propriedades elásticas em direções perpendiculares, caracteriza-se por vigas metálicas longitudinais suportando o deck. A grande vantagem, em comparação com as estruturas de concreto, é a redução do peso da estrutura que alivia pilares, tirantes, fundações, etc, reduzindo assim o custo da estrutura. As deflexões neste tipo de estrutura são muito maiores do que em estruturas de concreto e refletem em grandes deformações do revestimento as quais reduzem a vida de fadiga do revestimento. Pavimentos sobre estruturas ortotrópicas como decks de ponte são comumente resolvidos com três soluções: mastic asphalt, concreto asfáltico com asfalto modificado e asfalto epoxy. Com relação ao tipo de estrutura utilizada, o pavimento deve ter as seguintes propriedades: leveza, impermeabilidade, estabilidade, flexibilidade e resistência à derrapagem. Para se obter estas propriedades em recapeamentos de decks quatro camadas são requeridas: Bonding layer cola (liga) o sistema ao deck metálico; deve ser muito forte e proteger o deck da corrosão; Isolation layer transfere a carga do revestimento à muito mais rígida estrutura do deck. Para fazer isso deve ser flexível e resistente à fadiga. Deve ser capaz de manter a umidade longe do deck metálico; Adhesion layer liga a camada de rolamento às camadas inferiores; Wearing course a camada de revestimento deve ser capaz de resistir às cargas do tráfego e ter uma superfície regular e segura para os motoristas. No caso da TNB um concreto asfáltico com ligante modificado por polímero foi escolhido para pavimentar o deck ortotrópico. O sistema consiste em cinco camadas sendo os primeiros três o bonding, o isolation e o adesive, compreendendo o sistema de membrana de isolamento impermeável produzido pela empresa britânica Stirling Lloyd. O HMA cumpre o papel das últimas duas camadas sendo um sand HMA como base e um HMA denso no revestimento. Uma intensa pesquisa foi realizada no mercado brasileiro acerca da disponibilidade de produtos e prestadores de serviço que pudessem atender as possíveis demandas do projeto e a partir daí foi definido o seguinte projeto executivo, composto de três camadas, conforme segue: Camada de adesivo modificado por polímero SBS aplicada à quente desenvolvido especialmente para cumprir o papel de ligar as camadas superiores ao substrato metálico e de impermeabilizar e isolar o deck da ação da água; a taxa de aplicação deste adesivo deve estar entre 1,16 e 1,61 l/m². As propriedades deste ligante estão na Tabela 1. CARACTERÍSTICA ESPECIFICAÇÃO MÉTODO ENSAIO RESULTADO Ponto de Amolecimento, C 50 mín. NBR Penetração a 25 C, 100g, 5 seg, dmm NBR Viscosidade Brookfield a 135 C, 20rpm, cp 1500 máx NBR Viscosidade Brookfield a 150 C, 20rpm, cp 1000 máx NBR Viscosidade Brookfield a 177 C, 20rpm, cp 500 máx NBR Ponto de Fulgor, C 235 mín. NBR >235 Recuperação Elástica a 25 C, 20 cm, % 70 mín. NBR Tabela 1 Propriedades dos ligantes Stylink Hipen. Camada de mistura asfáltica base course constituída de agregados com tamanho máximo nominal de 4,75mm (#4) na faixa especificada pela Special Provisons SPNDF 005 (Figura 4 - a). O ligante utilizado foi produzido a partir de um ligante base Stylink PG (modificado com SBS) e adição de 25% de TLA (Trinidad Lake Asphalt) cujas propriedades estão apresentadas na Tabela 2. O projeto da mistura (através da metodologia Marshall com 75 golpes por face) indicou um teor de ligante de 10,1% para um volume de vazio de 0,7%, relação betume vazios 96,8% e vazios de agregados minerais de 23,6%, estabilidade de 828kg e fluência de 11mm. Esta camada tem 2cm de espessura e sua função fazer a transição entre o deck e a capa de rolamento. 26

4 Camada de mistura asfáltica top course constituída de agregados com tamanho máximo nominal de 12,7mm (#1/2) na faixa especificada pela Special Provisons SPNDF 005 (Figura 4 - b). O ligante utilizado foi o mesmo da base course. O projeto da mistura (através da metodologia Marshall com 75 golpes por face) indicou um teor de ligante de 4,8% para um volume de vazio de 4,0%, relação betume vazios 73,8% e vazios de agregados minerais de 15,0 %, estabilidade de 1957kg e fluência de 4,1mm. Esta camada tem 3cm de espessura e deve criar uma superfície regular e com textura adequada para proporcionar conforto e segurança aos usuários. A forma, bastante peculiar, das curvas granulométricas levou a uma exaustiva pesquisa na seleção dos agregados, que normalmente não são encontrados comercialmente, já que a especificação vetava o uso de areia natural. (a) (b) Figura 4 Curvas granulométricas das misturas: (a) Base Course; (b) Top Course CARACTERÍSTICA ESPECIFICAÇÃO MÉTODO ENSAIO RESULTADO Ponto de Amolecimento, C NBR Penetração a 25 C, 100g, 5 seg, dmm NBR Viscosidade Brookfield a 135 C, 20rpm, cp NBR Viscosidade Brookfield a 150 C, 20rpm, cp NBR Viscosidade Brookfield a 177 C, 20rpm, cp NBR Ponto de Fulgor, C Mín 235 NBR > 235 Recuperação Elástica a 25 C, 20 cm, % - NBR Temperatura de Mistura, C Temperatura de Compactação, C Tabela 2 Propriedades dos ligantes SBS TLA EXECUÇÃO A execução da substituição do pavimento aconteceu entre 11 e 15 de novembro de 2011; a impossibilidade de fechamento da ponte tornou necessária a execução por etapas, iniciando sempre após as 22 horas e sendo necessária a liberação até às 10h da manhã do dia seguinte. As etapas que envolviam este processam forma a demolição do pavimento antigo e limpeza do deck, a aplicação do adesivo e a pavimentação em duas camadas. Demolição e preparação do substrato A remoção do pavimento antigo tinha inicio às 22 horas e foi feita com martelete pneumático manual (recorte inicial) e com retroescavadeira e a remoção feita com uma pá carregadeira. Durante a remoção pode-se observar alguns pontos com elevada concentração de umidade sobre o deck metálico, o qual se encontrava íntegro e sem corrosão. Logo após a remoção foi procedida uma limpeza com o implemento de varrição da Bobcat. Em seguida uma nova limpeza com martelete e ferramentas manuais era feita, principalmente nas bordas e na região dos rebites metálicos. Por fim foi feito um jateamento com areia e uma varrição com ar comprimido. A Figura 5 apresenta uma seqüência de fotos ilustrativas deste processo e a Figura 6 detalhes da presença de umidade sobre o deck metálico. Revista Estradas N 17 Dezembro

5 trabalhos técnicos Figura 5 Relato fotográfico da preparação do substrato Figura 6 Presença de umidade sobre o deck metálico Figura 7 Relato fotográfico da aplicação do adesivo 28

6 Aplicação do Adesivo A aplicação do adesivo asfáltico foi executada à quente e de forma manual com rodos e vassouras; está opção foi tomada segundo as informações e procedimentos norte americanos; a temperatura de aplicação foi de 160 ºC. Foi feito um cálculo inicial da área e do peso de ligante em um recipiente (balde metálico) e feito o treinamento das equipes. Todas as ferramentas e equipamentos foram preparados com uma solução antiaderente (sem diluentes) para auxiliar a aplicação. A Figura 7 ilustra a aplicação do adesivo. A partir do peso total do adesivo gasto, chegou-se a uma taxa de aplicação de 1,52 l/m2 o que atende o especificado de 1,16 a 1,61 l/m². Uma tentativa de aquecer o deck metálico com maçarico foi feita, mas não obteve êxito. Aplicação das Camadas Asfálticas A aplicação das camadas asfálticas se deu em seqüência, uma camada de 2cm de base course e 3cm de top course. As massas foram produzidas em uma usina gravimétrica com capacidade de produção de 75 t/h com 3 silos frios. Na fase de preparação da usinagem foram necessários muitos ajustes para conciliar à produção devido à alta quantidade de finos intermediários inerentes a graduação da curva, e a baixa quantidade de material a ser produzido por operação continuada dentro de padrões de granulometria, teor de betume e temperatura muito bem controlados. A execução foi de muita complexidade por limitações operacionais e de segurança, devido intenso tráfego no local, não sendo permitido a interrupção de mais de uma faixa, e tempo para abertura ao tráfego. Complexidade técnica pois precisava ser executada numa operação contínua que não permitia erros com materiais dentro dos padrões exigidos e equipamentos trabalhando em sintonia, com agravante de realizar pequenas espessuras num substrato (placa metálica) que recebia na sua parte inferior toda corrente de ar frio pela disposição da ponte e da baixa temperatura ambiente (15ºC), e que a execução não podia exceder a espessura pela limitação do peso da estrutura, caso ocorresse a ponte não poderia ser mais içada. A aplicação se deu em uma vibroacabadora convencional (Terex VDA 600), tomando-se o cuidado de aquecer adequadamente a mesa, visto que apenas uma carga de massa era suficiente para pavimentar toda extensão da ponte (em uma faixa de tráfego); a compactação foi procedida com rolo chapa (CB 434D) e rolo pneumático (CAT PS360C). Entre as camadas não foi utilizada pintura de ligação e a camada superior foi aplicada logo na sequência da inferior. Especial cuidado foi tomado na preparação das superfícies que entrariam em contato com o adesivo (pneus de caminhão, pneus da vibroacabadora e rolos) de maneira a umedecê-las com emulsão antiaderente sem diluente. A Figura 8 apresenta um relato fotográfico da aplicação do revestimento e a Figura 9 o pavimento depois de pronto. Ambas as massas foram coletadas para moldagem de corpos de prova e submetidos a ensaios de Resistência à Tração e Módulo de Resiliência à 25ºC. Os valores de Rt para a camada de base (média de 4 cps) foi de 1,94 e o Mr de 4520MPa (média de 3 cps); para a camada de revestimento os valores foram 2,19MPa e 7905MPa para Rt e Mr, respectivamente. Este conjunto de valores é bastante adequado para a proposta do pavimento, visto que haverá uma camada mais deformável para absorver as tensões geradas pela movimentação do deck metálico e na superfície uma camada mais rígida e mais resistente às deformações permanentes. Revista Estradas N 17 Dezembro

7 trabalhos técnicos Figura 8 Relato fotográfico da aplicação das camadas de massa asfáltica 30

8 Avaliação da Macrotextura Em dezembro de 2011 foram feitos ensaios para avaliar a macrotextua do pavimento segundo a norma ASTM D que consiste em espalhar, com movimentos circulares de um dispositivo apropriado (espalhador de madeira com revestimento de borracha) na superfície do pavimento, um volume conhecido de areia ou microesferas de vidro (25000mm3 150mm3). Mede-se o tamanho da mancha em 4 direções, e então, com a média, calcula-se a altura da macrotextura, ou altura de areia. Foram realizados quatro ensaios cujos resultados foram 0,41, 0,43, 0,44 e 0,46 conduzindo a média de 0,44 mm, levando a classificação de textura média (entre 0,4 e 0,79mm) indicado para vias com velocidade de até 120km/h, o que atende plenamente aos requisitos do presente projeto. Figura 9 Imagem do pavimento restaurado CONCLUSÃO A utilização das técnicas inovadoras na execução do pavimento da ponte móvel utilizando um ligante modificado com SBS e TLA apresentou uma excelente alternativa, possibilitando a execução de misturas com granulometria e dosagem não convencional; do ponto de vista executivo o inconveniente encontrado foi a adequação da curva granulométrica da camada base course na usina gravimétrica. A técnica utilizada, já utilizada no exterior, e de maneira pioneira no Brasil, tanto do adesivo quanto do ligante utilizado nas misturas viabilizou a modernização do pavimento da ponte móvel do Guaíba. O desempenho funcional e estrutural do pavimento tem sido bastante satisfatório após um ano de tráfego, incentivando a aplicação de novos materiais e técnicas em situações em que os materiais convencionais não atendem as demandas e solicitações do incessante aumento do tráfego nas rodovias brasileiras. AGRADECIMENTOS O primeiro autor agradece ao CNPq pela bolsa PQ / REFERÊNCIAS AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. Standard test method for measuring pavement macrotexture depth using a volumetric technique. D In: ASTM Annual Book of ASTM Standards, Philadelphia, v 4.03, 3p SEPLAG SECRETARIA DE PLANEJAMENTO, GESTÃO E PARTICIPAÇÃO CIDADÃ. Atlas Socioeconômico Rio Grande do Sul. Disponível em (acesso em maio de 2012). WASHINGTON STATE DEPARTMENT OF TRANSPORTATION. Evaluation of Trinidad Lake Asphalt Overlay Performance. WA-RD p Revista Estradas N 17 Dezembro