INSPECÇÃO, DIAGNÓSTICO, CONSERVAÇÃO E MONITORIZAÇÃO DE PONTES. Paulo J. S. Cruz. Universidade do Minho

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1 INSPECÇÃO, DIAGNÓSTICO, CONSERVAÇÃO E MONITORIZAÇÃO DE PONTES Paulo J. S. Cruz Universidade do Minho

2 O ritmo de construção de pontes em Portugal nunca terá sido tão intenso!...

3 / / Idade < >100 Número Comp. (m) EIFFEL: FIVES-LILLE: CAIL & Cª: BRAINE-LE-COMTE: EMP. IND. PORTUGUEZA:

4 Regulamento Português para Projectos, Provas e Vigilância de Pontes Metálicas (1897): 21 pág. e 33 Art., dividido em 5 Cap.: O 1º dedicado às pontes a construir em caminhos de ferro, o 2º às pontes a construir em estradas e os 3 últimos às pontes existentes. Grande parte do seu conteúdo era dedicado a: gestão, conservação, inspecção e provas de carga (estáticas e dinâmicas).

5 Na última década o ritmo de construção de pontes em Portugal intensificou-se. As pontes existentes deterioram-se a um ritmo considerável. A falta de meios para uma conservação regular conduziu a casos de extrema degradação. A tradição da fiscalização rigorosa tem vindo a ser substituída pela mera verificação de não conformidades.

6 "Os males de que esta construção hoje enferma, constatados nesta e em subsequentes vistorias, e que - desde já convém dizer - são profundos, encontram justificação no desprezo a que forçosamente tem sido votada durante 34 anos de existência que possui, por falta de uma verba permanente destinada a cobrir a despesa exigida pela sua conservação contínua. Esta errada noção de economia vai conduzir agora a uma despesa elevada, se se quiser evitar a ruína completa duma tão importante e tão grandiosa obra de arte."

7 Não é um problema só de agora Relatório sobre o estado de conservação do tabuleiro inferior da Ponte Luís I (Maio de 1920).

8 Não é um problema apenas nacional U.S. 35 Silver Bridge (1928) mortos

9 A infra-escavação de pilares e encontros provocou o colapso de cerca de 600 pontes nos EUA nas últimas 3 décadas. 6.2% 18.8% Suscept. Desconh. Críticas Baixo risco 69.8% 5.2% Comparação com os valores observ. em 374 casos reais. y sd y 1 = 0.65 a 2.0 K 1 K 2 K 3 K 4 Fr y

10 1 st Int. Conf. on Bridge Maintenance, Safety and Management Barcelona July, 2002 International Association for Bridge Maintenance and Safety Structure and Infrastructure Engineering Maintenance, Management, Life-cycle design and Performance 2 nd Int. Conf. on Bridge Maintenance, Safety and Management Kyoto October, International Association for Bridge Maintenance and Safety

11 Assessment for Future Traffic Demands / Longer Lives

12 Geral Revisão Inspecção e diagnóstico Resistência e fiabilidade Monitorização Pontes existentes Reparação e reforço Pontes novas Divulgação SIXTH FRAMEWORK PROGRAMME

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14 INSPECÇÃO

15 Dentro dos programas de conservação de pontes, as inspecções assumem uma importância crucial, já que permitem obter os dados necessários para conhecer, em cada momento, o seu estado funcional, resistente e inclusivamente estético. A manutenção e a conservação de pontes baseiam-se, fundamentalmente, nos resultados obtidos nas actividades de inspecção (de inventário, de rotina, principais, especiais e subaquáticas).

16 Linhas Orient. de uma Política de Manut., Conserv. e Insp. de Pontes Rodoviárias Componentes Elementos Tipo Inspecção de Inventário Inspecção de Rotina Inspecção Principal Inspecção Especial Inspecção Subaquática Estudos Hidrológicos Trabalhos de Manutenção Trabalhos de Conservação Trabalhos de Reabilitação Estado de Conservação Nível de Deterioração Sistema de Gestão

17 Instruções para o projecto e const. de pontes pré-fabricadas

18 Instruções para o projecto e construção de pontes com continuidade integral Extensão < 8 km 3 PI s (L méd = 53 m) 8 viadutos (L méd = 290 m) 400 ml de Juntas = km AE 200 km /ano Cada 10 anos 50 M / ano

19 DIAGNÓSTICO

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25 PONTE DOCUMENTAÇÃO INSPECÇÕES CARACTERÍSTICAS ANOMALIAS Intensidade e extensão

26 PONTE DOCUMENTAÇÃO INSPECÇÕES CARACTERÍSTICAS ANOMALIAS MODELO 3D DA PONTE PROJECTADA MODELO 3D DA PONTE ACTUAL

27 PONTE DOCUMENTAÇÃO INSPECÇÕES CARACTERÍSTICAS ANOMALIAS MODELO 3D DA PONTE PROJECTADA MODELO 3D DA PONTE ACTUAL ENVOLVENTE DA RESIST. PROJECT. ENVOLVENTE DA RESIS. ACTUAL

28 A técnica de georadar é extremamente útil para a gestão de pontes e pavimentos facilitando o diagnóstico do estado desses elementos, nomeadamente a determinação de: Localização e extensão das zonas de betão delaminadas; Localização e extensão de vazios; Localização de armaduras e bainhas; Espessura da laje e do pavimento.

29 (Geophysical Survey Systems, Inc.)

30 Federal Highway Administration (FHWA): HERMES* - High-speed Electromagnetic Roadway Mapping and Evaluation System (90 km/h): Conjunto de 64 antenas cobrindo uma faixa com 1.9 m de largura, 30 cm profundidade. FHWA considera que o Hermes permitirá economizar 100 milhões de dólares por ano na inspecção de pontes. *Deus grego da velocidade

31 Detecção de vazios e defeitos Bainha com 11 cm de diâmetro Bainhas com 3.5 cm de diâmetro

32 Detecção de armaduras Recobrimento

33 Detecção de espessura de pavimentos

34 Detecção de bainhas de pré-esforço

35 CONSERVAÇÃO

36 EC Aumento da vida útil t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t

37 IC Significado 0 Est. de cons. óptimo. 1 Est. de cons. bom. Alguns defeitos sem importância.. 2 Est. de cons. razoável. Qualidade do material e execução defeituosas. Podem ser detectados defeitos que não justificam a intervenção prioritária. 3 Est. de cons. mau. São especificadas reparações. Qualidade do material e execução más. Reparação a médio prazo (3-5 anos). 4 Est. de cons. mau a muito mau. São especificadas reparações prioritárias a curto prazo (1-2 anos). 5 Est. de cons. Extr. mau ou mesmo perigoso para a segurança dos utentes. Poderão ser especificadas reparações imediatas.

38 (Bartot, 2006)

39 Processo de decisão de Markov IC % 82% 82% 82% 18% 19% 18% 18% 19% % 81% 81% 81% % % 77% 4 23% 23% t (anos) 20

40 Matriz de transição p ij = Pr [ X t+1 = j X t = i ] Probabilidade de no instante t+1 conhecendo o IC no instante t. Regressão multilinear ter um determinado IC t t T T = T T =

41 Os principais objectivos da gestão da conservação são a minimização dos custos de conservação e o aumento da segurança e da funcionalidade. Sendo esses objectivos contraditórios, é fundamental a utilização de ferramentas de optimização multi-objectivo, que darão lugar a um conjunto de soluções óptimas, de que o gestor das pontes pode escolher a mais indicada.

42 Integra os resultados das inspecções (índice de conservação) e das avaliações estruturais (índice de segurança) durante a vida útil das pontes. As incertezas do processo de deterioração, do instante de aplicação das acções de manutenção, bem como o seu efeito no estado de conservação e na segurança e no custo do ciclo de vida, são consideradas definindo todos os parâmetros como variáveis aleatórias. (Neves, 2005)

43 Devido à complexidade do modelo e aos erros numéricos associados com as ferramentas de simulação, os Algoritmos Genéticos provaram ser uma excelente opção. Custo Acumulado TD = 6 % (Neves, 2005) Ind. Conservação Ind. Segurança

44 Custo acumulado (50 anos) RB P+RB Ind. de Cons. RB P+R B Ind. de Seg. A manutenção preventiva não é suficiente para assegurar a segurança e funcionalidade. O recurso apenas a reabilitação conduz a custos mais elevados. (Neves, 2005) A combinação de ambas conduz a melhores resultados e a um menor custo.

45 MONITORIZAÇÃO

46 A manifestação de um mau funcionamento pode tornar-se visível vários anos após se terem desencadeado os mecanismos que o produziram. As pontes deveriam incorporar sensores que permitissem detectar instantaneamente um problema de mau funcionamento. Sensores fáceis de incorporar na fase de construção e que tivessem um bom comportamento a longo prazo.

47 Os sistemas de monitorização habituais costumam incluir a instrumentação das secções e elementos mais significativos. Em geral, engloba o controlo efectivo da evolução dos seguintes parâmetros ao longo da vida útil da estrutura: deformação do betão e do aço; temperatura; rotação da base de alguns pilares (inclinações); deslocamentos verticais e acelerações de vários pontos do tabuleiro; corrosão de chapas e armaduras; infraescavação das fundações.

48 O estado de conservação de muitas estruturas de betão poderá ser aferido através da detecção e monitorização da fendilhação. A detecção e localização de fissuras em elementos metálicos pode ser crucial para assegurar um determinado nível de segurança à fadiga.

49 Normalmente a detecção e a análise da actividade das fendas é feita com base numa observação visual. Os sensores de fendilhação são, em geral, muito limitados nas suas aplicações e exigem o conhecimento prévio da localização das fendas.

50 Aplicações Ensaios de flexão e tracção em elementos de betão

51 Aplicações Ensaios de flexão em elementos de alvenaria e betuminosos

52 EXEMPLO DE APLICAÇÃO

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54 Temperatura (88 ponte +12 laboratório) P4 P5 2 2 P11 P12 E2 Viaduto da margem direita V. marg.esquerda pilares 8 pilares Deformação do betão (48 ponte + 4 laboratório) pré - lajes pilares 8 pilares

55 Deformação das armaduras (88) pré-lajes barras carlingas nos encontros e sobre pilares em V 4 pilares 8 pilares

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62 CONCLUSÕES

63 A informação está, ainda, muito dispersa. Esta matéria é pouco abordada nos cursos de Engenharia Civil. A administração ainda está pouco sensibilizada para disponibilizar dados. O diagnóstico ou prognóstico do estado de conservação de uma ponte existente, ou a verificação da sua segurança, são tarefas complexas e com uma considerável margem de incerteza.

64 Transmitir alguns dos fundamentos no domínio da gestão de conservação. Evidenciar a importância, complexidade e interligação das diferentes tarefas abordadas. Destacar algumas das actividades de investigação do grupo de pontes do DEC da Universidade do Minho. Muito trabalho de investigação terá, ainda, de ser feito neste domínio. Imprescindível a acção concertada de todos os agentes envolvidos neste sector

65 Estoril, 5 de Abril Paulo J. S. Cruz Universidade do Minho