REABILITAÇÃO E REFORÇO DE PONTES ALGUNS CASOS PRÁTICOS

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1 REABILITAÇÃO E REFORÇO DE PONTES ALGUNS CASOS PRÁTICOS A. RITO P. CABRAL Eng.º Civil Eng.º Civil A. RITO ENGENHARIA, SA A. RITO ENGENHARIA, SA Lisboa; Portugal Lisboa; Portugal armando.rito@arito.com.pt pedro.cabral@arito.com.pt RESUMO O presente artigo apresenta alguns exemplos de obras de reabilitação e reforço de pontes, realizadas em Portugal e em Angola nos últimos anos. Com os casos práticos apresentados pretende-se expor as especificidades de cada ponte, com a sua tipologia estrutural, as técnicas usadas na sua construção original e o local onde está implantada, e a forma como estes aspectos influenciaram as opções de projecto tanto ao nível das soluções de reforço preconizadas como das técnicas de reabilitação adoptadas. 1. INTRODUÇÃO Os casos práticos de reabilitação e reforço de pontes que se apresentam neste artigo são os seguintes: A Ponte Edgar Cardoso sobre o rio Mondego, na Figueira da Foz, em Portugal A Ponte da Barra do Kwanza, em Angola A Ponte da Barra de Aveiro, em Portugal A Ponte sobre o rio Kwanza na Cangandala, Malange, em Angola A Ponte Rainha D. Amélia no Setil, em Portugal Para cada uma das pontes é feita uma breve descrição das suas principais características data de construção, autor do projecto (quando conhecido), localização, vãos e solução estrutural, entre outras e são apresentadas as soluções de projecto preconizadas e alguns aspectos particulares da sua execução. 2. A PONTE EDGAR CARDOSO SOBRE O RIO MONDEGO, NA FIGUEIRA DA FOZ, EM PORTUGAL A ponte da Figueira da Foz, actualmente Ponte Edgar Cardoso por ser uma das mais emblemáticas pontes projectadas por este Engenheiro, localiza-se junto à foz do rio Mondego. A ponte tem um desenvolvimento total de m distribuídos pelo encontro esquerdo com 25 m, o viaduto da margem esquerda com 630 m, a ponte principal com 405 m, o viaduto da margem direita com 315 m e o encontro direito com 46 m. A plataforma tem 20,00 m de largura. A ponte principal é atirantada, de tabuleiro misto aço-betão e os viadutos de acesso em ambas as margens são estruturas contínuas em betão armado e pré-esforçado. A construção da obra foi concluída em 1982 Os trabalhos de reabilitação e reforço decorreram entre 2003 e 2005 [1] [2]. 1

2 Figura 1: A Ponte Edgar Cardoso vista da margem esquerda Os trabalhos na ponte principal consistiram na reabilitação das selas, na reparação e pintura da estrutura metálica e das torres. No sistema de atirantamento apenas foram feitos ligeiros trabalhos de limpeza e reabilitação pois o seu estado não inspirava, à data da reabilitação, cuidados especiais. a) Antes da reabilitação b) Depois da reabilitação Figura 2: Vistas inferiores do tabuleiro da ponte principal a) As selas de desvio no topo das torres b) Os viadutos de acesso Figura 3: Vistas da Ponte Edgar Cardoso depois da reabilitação A intervenção nos viadutos consistiu na introdução de pré-esforço exterior e de dispositivos dissipadores entre os tabuleiros e encontros e na reparação e pintura das superfícies de betão. Os trabalhos de reabilitação foram concluídos em A PONTE DA BARRA DO KWANZA, EM ANGOLA A Ponte da Barra do Kwanza situa-se em Angola, cerca de 70 km a Sul de Luanda. É uma obra da autoria do Prof. Edgar Cardoso e a sua construção decorreu entre os anos de 1970 e 1975, tendo sido terminada em condições particularmente difíceis. A ponte é uma estrutura mista aço-betão, de tabuleiro atirantado auto-ancorado, com dois vãos extremos de 70 m e um vão central de 260 m, tendo o tabuleiro um comprimento total de 400 m. O tabuleiro tem 11,40 m de largura e comporta uma plataforma de 7,20 m e dois passeios de 2,10 m. Este tabuleiro é suspenso de duas torres em betão armado, onde também se apoia, por seis pares de tirantes por torre. As torres têm 45,75 m de altura total, dos quais 40,55 m são acima do tabuleiro [3]. 2

3 3.1 Cronologia das intervenções Figura 4: Vista geral da ponte e vista inferior do tabuleiro Devido à falta de manutenção e à situação de guerra civil existente em Angola, em 1990 um dos tirantes de retenção da ponte rompeu, obrigando a uma intervenção de emergência para evitar o colapso da obra e restabelecer a circulação do tráfego. Nos anos de 2001/2002 foi efectuada nova intervenção na ponte que visou a sua reabilitação e reforço, incluindo a substituição integral do sistema de tirantes. A exploração não controlada por viaturas pesadas obrigou, em 2010, a uma nova intervenção de emergência para reforço da capacidade dos tirantes e, já em 2014/2015, foram feitos os trabalhos da 2ª fase de reforço provisório, Neste artigo abordam-se apenas as intervenções efectuadas a partir de 2001, pois a de 1990 foi ainda efectuada sob a orientação do Prof. Edgar Cardoso. 3.2 Obras de reabilitação de 2001/2002 Os estudos de reabilitação da obra tornaram-se particularmente difíceis pela falta de documentação referente à construção da ponte. Com efeito, praticamente toda a documentação existente em Angola foi destruída, excepto um desenho de dimensionamento geral da obra, uns desenhos dispersos referentes a pormenores do sistema de ancoragem, um parecer do Prof. Edgar Cardoso referente à reparação do tirante que rompeu e uma carta da empresa que procedeu à reparação, referindo-se às tensões a aplicar nos cabos de reforço colocados em Nestas condições, o projecto de reabilitação foi essencialmente baseado numa inspecção detalhada à ponte, realizada em Dessa inspecção resultou que a principal patologia a ser resolvida com urgência prendia-se com o estado muito deficitário de todo o sistema de atirantamento ancoragens, cabos e selas. Embora com menor relevância, revelou-se também importante a necessidade de reabilitação dos materiais constituintes das torres e tabuleiro, já muito deteriorados. Figura 5: A Ponte da Barra do Kwanza no início da reabilitação, em 2001 Equacionaram-se vários cenários de reparação dos tirantes existentes, mas chegou-se à conclusão que a solução mais indicada era a substituição integral do sistema de atirantamento da ponte. Assim, foi feita a substituição dos tirantes existentes por tirantes de cordões auto-protegidos dotados de ancoragens apropriadas, complementada com o reforço dos coroamentos das torres. 3

4 As operações de substituição dos tirantes foram conduzidas de forma faseada, transferindo-se progressivamente as forças dos tirantes originais para cabos provisórios e, destes, para os novos tirantes. Os novos tirantes são dotados de ancoragens modernas nos encontros e tabuleiro e, também, sobre as torres, ao contrário do sistema original que dispunha de selas de desvio sobre as torres. Para além da substituição do sistema de atirantamento foram também realizadas operações de reabilitação do tabuleiro e torres, nomeadamente a reparação e a pintura das torres e da laje do tabuleiro em betão e da estrutura metálica do tabuleiro, a reparação dos passeios e guarda-corpos, a repavimentação do tabuleiro e a colocação de postes de iluminação da faixa de rodagem. 3.3 Reforço provisório dos tirantes (1ª e 2ª fases 2010 e 2015) Embora na altura da reabilitação realizada em 2001/2002 tenha sido imposta a instalação de células de carga em todos os tirantes para controlo das cargas e do tráfego circulante sobre a ponte, este sistema não foi conservado adequadamente nem os dados recolhidos foram convenientemente interpretados, permitindo-se, assim, a circulação de comboios de veículos com cargas superiores às sobrecargas para as quais a estrutura foi dimensionada, facto que, naturalmente, veio a originar novos danos em alguns dos tirantes anteriormente objecto de substituição pelo mesmo motivo. Dada a importância desta ponte é absolutamente necessário garantir que esta se mantenha em funcionamento de forma a continuar a assegurar as ligações Norte-Sul pela estrada onde se insere, até que seja construída a nova travessia já prevista. Assim, as medidas de reforço implementadas consistiram na introdução de cordões de reforço dos tirantes existentes com a finalidade de diminuir as cargas a suportar pelos mesmos, de garantir uma reserva para a eventualidade de escorregamento de mais cordões e de aumentar a rigidez do conjunto tirantes-tabuleiro diminuindo as deformações à passagem das cargas. 4. A PONTE DA BARRA DE AVEIRO, EM PORTUGAL A Ponte da Barra atravessa o Canal de Mira, em Aveiro, e está integrada na EN O projecto original da ponte é da autoria do Prof. Edgar Cardoso, com data de 1971, tendo a obra entrado em serviço no ano de A ponte da Barra tem um desenvolvimento de 578,0 metros, entre eixos de apoio nos encontros, tendo o tramo central 80,0 metros e os viadutos de acesso, simétricos em relação ao tramo central, 249,0 metros cada, sendo constituídos por um tramo extremo de 25,0 m e sete tramos de 32,0 m. Figura 6: Vista geral da Ponte da Barra O tabuleiro dos viadutos é constituído por 4 vigas longitudinais ligadas por uma laje superior. As vigas, de altura variável, são pré-esforçadas longitudinalmente. A laje, de espessura variável, é pré-esforçada transversalmente. Nos três vãos centrais o tabuleiro é constituído por dois caixões de altura variável e almas de espessura constante. O tramo central é formado por duas consolas de 34,0 metros ligadas por um tramo simplesmente apoiado nas suas extremidades, situando-se a junta de dilatação, originalmente, num dos extremos do tramo apoiado. Os pilares, em betão armado, são essencialmente constituídos por dois pórticos sobrepostos. O primeiro pórtico, onde descarrega a superstrutura, é constituído por uma travessa e dois montantes com secção rectangular. O segundo pórtico é constituído por um lintel, onde se encastram os montantes do pórtico superior, e por dois pegões de fundação. 4

5 O projecto de reabilitação e reforço teve como objectivos a reparação dos materiais constituintes da obra que, em alguns casos, já apresentavam patologias graves, corrigir algumas deficiências e adequar a obra às imposições regulamentares actuais, quer no que respeita às cargas de exploração, quer quanto aos aspectos relacionados com a durabilidade, garantindo, assim, a melhoria dos seus níveis de desempenho [4] [5]. 4.1 Problemas estruturais detectados O primeiro sintoma de um desempenho menos adequado da obra foi detectado pouco após a entrada em serviço, com o desenvolvimento duma deformação excessiva das duas consolas longitudinais que formam o tramo central. Desde essa altura, foram realizadas várias inspecções que evidenciaram a existência de diversos outros problemas, fundamentalmente ligados à conservação da obra. Com efeito, o estado avançado de degradação da ponte implicava uma intervenção profunda de reparação. Também as análises estruturais efectuadas revelaram a necessidade de proceder a reforços globais e locais da estrutura para que esta pudesse cumprir os requisitos de segurança regulamentares actuais. 4.2 Soluções de reforço adoptadas Pré-esforço longitudinal exterior do tabuleiro O tabuleiro foi reforçado com a adição de cabos longitudinais de pré-esforço exterior de forma a equilibrar os esforços actuantes e a eliminar as tensões de tracção. Para concretizar esta solução foram construídos, em cada vão corrente, dois desviadores em betão armado e as carlingas de apoio existentes foram devidamente reforçadas para a ancoragem e/ou passagem dos cabos. Reforço das lajes inferiores dos tramos em caixão Devido à falta de banzo de compressão nos tramos em caixão, as lajes inferiores foram reforçadas longitudinalmente com perfis metálicos solidarizados ao betão existente por meio de conectores de corte e fixadores perpendiculares à laje. Figura 7: Pré-esforço exterior, Reforço das lajes inferiores dos caixões e Reforço das almas Reforço das almas dos caixões Devido à falta de armadura de esforço transverso nos tramos em consola e adjacentes, as almas do caixão foram reforçadas com barras de pré-esforço verticais. Reforço do tramo simplesmente apoiado De forma a garantir a segurança do tramo isostático, os seus apoios foram reforçados para o esforço transverso com barras de pré-esforço inclinadas a 45º, e para a flexão com barras horizontais. Figura 8: Reforço dos apoios e fixação do tramo isostático 5

6 Foram também instalados dispositivos definitivos de travamento longitudinal e transversal, constituídos por barras e batentes, permitindo apenas os movimentos de rotação segundo os eixos transversal e vertical. Reperfilamento do tabuleiro Um dos objectivos do projecto era o de conseguir reperfilar a obra elevando a plataforma, através de reforço e enchimentos, para a sua configuração original. No entanto, tal não foi possível, tendo sido necessário adoptar uma solução de compromisso em que se corrigiu a deformada do tramo central em cerca de 10 cm em vez dos 17 cm que eram necessários para obter o perfil original. Reforço dos pilares Os fustes e travessas superiores dos pilares foram reforçados com laminados de fibras de carbono. Para um reforço eficiente da base dos fustes, os laminados são sobrepostos a varões de armadura ordinária que penetram nos lintéis de fundação através de furos devidamente selados. Essa sobreposição é feita no interior de um novo maciço que envolve a base do fuste, ao qual está ancorado por meio de barras de pré-esforço e de armaduras ordinárias de forma a permitir uma perfeita continuidade entre os laminados e os varões e, portanto, um reforço eficiente da secção de encastramento dos fustes. Para amarrar as fibras no nó de ligação do topo dos fustes às extremidades das travessas superiores, foram executados cachorros ancorados aos pilares por meio de barras de pré-esforço e de armaduras ordinárias. Estes cachorros serviram também de suporte aos macacos de levantamento do tabuleiro para substituição dos aparelhos de apoio. Fixação do tabuleiro aos pilares de transição De forma a impedir o descolamento do tabuleiro sobre estes pilares, foram dimensionados dispositivos de fixação do tabuleiro aos pilares, sendo estes constituídos, em cada caixão, por 4 cabos de pré-esforço. Para anular os esforços de tracção transmitidos aos pilares pela reacção do tabuleiro, estes foram pré-esforçados entre o seu topo e os lintéis de fundação. Intervenção nos encontros Face à necessidade de reduzir as forças introduzidas pelo tabuleiro nos encontros, foi adoptada a seguinte solução: Libertar o tabuleiro nos encontros na direcção longitudinal; Fixar longitudinalmente o tramo isostático deixando, no entanto, livres as rotações segundo o eixo vertical; Introduzir aparelhos dissipadores viscoelásticos na ligação do tabuleiro aos encontros para amortecer o efeito da acção sísmica e limitar os movimentos do tabuleiro. 5. A PONTE SOBRE O RIO KWANZA NA CANGANDALA, MALANGE, EM ANGOLA A ponte sobre o rio Kwanza na Cangandala é uma ponte de arcos múltiplos em betão armado concluída em Durante os tempos de conflito vividos em Angola a ponte foi parcialmente destruída. A estrutura da ponte é constituída por 14 arcos de cerca 18,5 metros e um arco principal com 32 metros. Sobre os arcos de betão armado apoiam tímpanos, estes em betão ciclópico, entre os quais foram colocados terrenos compactados que serviam de base ao pavimento. Os arcos, por sua vez, apoiam em pilares dotados de formas hidrodinâmicas. Uma vez que se trata de uma estrutura que imprime uma marca indelével na paisagem local o Instituto de Estradas de Angola (INEA) entendeu, e bem, que existiam fortes razões para preservar a obra e consequentemente, restabelecê-la com a sua configuração original. Figura 9: Vista geral da ponte antes da intervenção 6

7 O projecto realizado visou a reconstrução das zonas destruídas, o reforço da estabilidade dos pilares e fundações, a reconstrução parcial e a reabilitação integral da estrutura e, ainda, todos os trabalhos necessários para a reposição das suas linhas originais garantindo, assim, a sua conservação e uma maior longevidade. Para além destes trabalhos, preconizou-se também a execução de uma laje em betão armado, assente sobre os solos de enchimento entre tímpanos, que permitiu o alargamento da plataforma de 8,0 para 10,2 metros melhorando, assim, as condições de circulação automóvel [6]. Os pilares que se encontravam destruídos ou muito danificados foram reconstruídos e os restantes, por apresentarem sinais de degradação devido à forte corrente fluvial a que estão sujeitos, foram todos reforçados através da betonagem de uma sobreespessura de betão, apertada contra os pilares originais através de varões de aço roscados. Também as fundações foram objecto de inspecção detalhada e, nos casos em que se revelou necessário, procedeu-se a intervenções que visaram a anulação dos efeitos causados pelos fenómenos de infra-escavação já existentes. Na reconstrução dos arcos destruídos manteve-se a configuração original dos arcos a conservar. Excepção feita à geometria do arco principal que foi ligeiramente ajustada de forma a minimizar esforços de flexão. Figuras 10 e 11: Cimbre para a betonagem de um dos arcos e pilar e arcos integralmente reconstruídos O alargamento da plataforma de circulação foi materializado através de uma laje de betão armado, com 0,65 metros de espessura, assente nos terrenos de enchimento dos arcos. De forma a evitar a transmissão de cargas rodoviárias aos tímpanos, foi deixado entre estes últimos e as consolas da plataforma um espaço preenchido por 4 cm de madeira de pinho colada a 4 cm de aglomerado de cortiça. Esta solução possibilitou uma correcta distribuição dos esforços ao intradorso do arco, bem como aumentar as cargas de natureza simétrica e permanente o que, geralmente, tem um efeito favorável neste tipo de estruturas. Procedeu-se também à reconstrução dos guarda-corpos e vigas de bordadura mantendo uma geometria idêntica à dos existentes, de modo a preservar a arquitectura original da ponte. Quer as vigas de bordadura quer os guarda-corpos, foram pensados para serem executados com recurso à pré-fabricação. No final a ponte será toda pintada. Figura 12: Vista geral da ponte depois da intervenção Os trabalhos de reconstrução, reabilitação e alargamento da ponte realizaram-se entre 2008 e A PONTE RAINHA D. AMÉLIA NO SETIL, EM PORTUGAL A ponte ferroviária Rainha D. Amélia localiza-se junto à localidade do Setil, na região do Ribatejo, e atravessa o leito do rio Tejo. A ponte foi construída em 1903 e tem uma extensão total de 840 m. É constituída por 14 tramos de 60 m. 7

8 A superestrutura da ponte é constituída por duas vigas principais treliçadas, carlingas, longarinas e estruturas de contraventamento. Os pilares e os encontros são de alvenaria aparelhada e assentam sobre cilindros metálicos preenchidos com pedra argamassada e fundados por havage. Figura 13: A Ponte Rainha D. Amélia depois de reabilitada Após a sua desactivação por inadequação à evolução das cargas ferroviárias a ponte foi, a pedido das populações locais, transformada em ponte rodoviária. A reabilitação e adaptação ao trânsito rodoviário consistiu, na decapagem de toda a estrutura, na sua limpeza e no tratamento e reparação/reforço das zonas corroídas seguindo-se uma pintura geral e a instalação, como pavimento da faixa de rodagem, de uma grelha de aço. Esta foi montada em painéis que apoiam nas longarinas através de aparelhos de apoio de neoprene cintado [7]. Para aumentar a segurança das fundações, foi realizada a protecção dos pilares P4 a P7 que foram envolvidos com um enrocamento troncocónico até à cota zero. Os trabalhos de reabilitação foram concluídos em REFERÊNCIAS a) Corte transversal do tabuleiro b) Vista dos pilares e tabuleiro Figura 14: Ponte Rainha D. Amélia [1] Rito A., Appleton J., Rehabilitation of the Figueira da Foz Bridge, Structural Engineering International, IABSE Journal, Vol. 15-N.2, [2] Rito A., Appleton J., Rehabilitation of the Figueira da Foz Bridge, IABMAS - Third International conference on bridge maintenance, safety and management, Porto [3] Machado, C., Rito, A., Inspecção e estudos de reabilitação da ponte da Barra do Kwanza em Angola, Jornadas de Estradas e Pontes dos Países de Língua Portuguesa, Lisboa, [4] Rito, A. et al, Rehabilitation of the Barra Bridge - the strengthening side, Rehabilitation of the Barra Bridge - the repair side, Third International Conference on Bridge Maintenance, Safety and Management, Porto, [5] Rito, A., The Barra Bridge assessment and rehabilitation, MEDACHS 08 1st International Conference, Construction Heritage in Coastal and Marine Environments - Damage, Diagnostics, Maintenance and Rehabilitation, LNEC, Lisboa, [6] Cabral, P.; Rito, A., A reabilitação e alargamento da ponte sobre o rio Kwanza, na Cangandala - Angola, Congresso Reabilitar 2010, Lisboa, [7] Cabral, P. et al, Pontes metálicas e mistas casos práticos, I Congresso Luso-Africano de Construção Metálica Sustentável, Luanda,