REFORÇO E REABILITAÇÃO DA PONTE DE MOSTEIRÔ

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1 REFORÇO E REABILITAÇÃO DA PONTE DE MOSTEIRÔ Fotografia Autor 1 30 mm x 40 mm Fotografia Autor 1 30 mm x 40 mm Fotografia Autor 1 30 mm x 40 mm JOÃO PINHO Eng.º Civil COBA, SA Lisboa; Portugal j.pinho@cobagroup.com JOSÉ DAVID Eng.º Civil COBA, SA Lisboa; Portugal j.david@cobagroup.com RICARDO ANTUNES Eng.º Civil COBA, SA Lisboa, Portugal RESUMO A Ponte de Mosteirô sobre o Rio Douro é uma obra singular e emblemática, de elevado valor estético, da autoria do Professor Edgar Cardoso, notável engenheiro de pontes. A Ponte de Mosteirô foi construída em 1972 e apresenta um comprimento total de 194 m, com três tramos contínuos de 42 m m + 42 m. O tabuleiro é constituído por uma viga caixão treliçada, em betão armado pré-esforçado, construído por avanços sucessivos. Nas inspeções realizadas foram identificadas diversas anomalias, pelo que foi efetuada a avaliação estrutural da obra e, na sequência, elaborado o projeto de reabilitação e reforço. Para o reforço estrutural recorreu-se a diversas técnicas, incluindo o reforço com laminados de carbono, o reforço com chapas metálicas e o reforço com pré-esforço exterior. 1. DESCRIÇÃO DA PONTE E HISTÓRIA 1.1 Descrição da Ponte de Mosteirô A ponte de Mosteirô é uma das obras mais importantes, das projetadas pelo Professor Edgar Cardoso. A obra foi construída em 1972, em substituição de uma ponte metálica existente, no mesmo local, devido à albufeira que iria ser criada, com a construção da nova barragem do Carrapatelo. Utilizando os dois pilares extremos da ponte existente, o novo tabuleiro foi construído, com três tramos contínuos, dispondo de um vão central de 110 m e dois vãos laterais de 42 m, apoiados nos dois pilares e nos encontros. A ponte tem um comprimento total de 194 m e uma largura de 9 m. O tabuleiro é constituído por uma viga caixão treliçada, em betão armado pré-esforçado, de altura variável, tendo sido construído por avanços sucessivos a partir dos pilares. A laje superior é pré-esforçada, as diagonais e a laje inferior são em betão armado. 1

2 Figura 1: A velha e a nova Ponte de Mosteirô Figura 2: Vista geral do tabuleiro Os pilares da ponte original, em alvenaria de pedra maciça aparelhada, foram reforçados, com uma estrutura de envolvimento em betão armado, do tipo porticado, tendo sido ainda alteados com um capeamento superior, também em betão armado. O pilar central da ponte existente, não utilizado na nova ponte, foi parcialmente demolido por forma a não interferir com a navegação no Rio Douro. Os encontros, em alvenaria de pedra maciça aparelhada, foram igualmente objeto de reforço, envolvimento e alteamento com betão armado. Figura 3: Alçado lateral da nova ponte O tabuleiro é apoiado nos pilares e nos encontros, por meio de apoios rotulados metálicos. No encontro do lado de Cinfães, o apoio é fixo. Nos pilares e no encontro do lado de Mosteirô, os apoios são móveis. No encontro móvel, que permite acomodar os movimentos longitudinais da superestrutura, o apoio faz-se por intermédio de um pêndulo constituído por aparelhos rotulados metálicos e por um bloco de betão armado. Para impedir as forças de levantamento a nível dos apoios extremos nos encontros, os aparelhos rotulados metálicos, são ancorados superiormente ao tabuleiro e inferiormente aos encontros, através de barras de aço de alta resistência. 2

3 1.2 Reparação e reabilitação nos anos 90 Figura 4: Encontros Em 1992, no encontro fixo, romperam cinco, das oito barras de aço de alta resistência de ligação do tabuleiro ao encontro. O Prof. Edgar Cardoso envolveu-se diretamente na avaliação da situação e nos trabalhos de reparação, que consistiram essencialmente, na substituição das barras de aço danificadas no encontro fixo, e no reforço da ligação vertical do tabuleiro em ambos os encontros, recorrendo-se a cabos exteriores verticais pré-esforçados. As forças nos cabos pré-esforçados nos encontros foram dimensionadas para absorver a reação das cargas verticais devidas ao peso próprio do tabuleiro, evitando-se os efeitos das trações nos elementos de betão e nos aparelhos de apoio para esta ação. 2. INSPEÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DA SITUAÇÃO EXISTENTE Foram realizadas as seguintes atividades para caracterização do estado de conservação da obra de arte: Recolha da informação disponível; Inspeção principal à obra de arte; Inspeção subaquática aos pilares e fundações; Levantamento de pormenor da obra de arte; Nivelamento longitudinal do tabuleiro; Campanha de ensaios de caracterização dos betões estruturais; Prospeção geotécnica. As principais anomalias detetadas foram as seguintes: Vibração intensa do tabuleiro à passagem de cargas pesadas sobre a ponte; Fissuração da laje inferior da viga caixão do tabuleiro, no meio vão do tramo central da obra, com destaque para duas fendas de grande abertura e uma zona extensa com várias pequenas fissuras; Degradação do betão nas zonas de ancoragem dos cabos de pré-esforço verticais na carlinga do tabuleiro junto aos encontros; Fissuração transversal nos elementos estruturais diagonais tracionados da superestrutura; Deslocamento transversal dos eixos-cilindros dos aparelhos de apoio; Esmagamento do betão no coroamento dos pilares, na zona de apoio dos macacos hidráulicos que elevaram anteriormente o tabuleiro aquando da operação de substituição dos aparelhos de apoio realizada no âmbito dos trabalhos de beneficiação da obra em 1992; Deformação vertical a meio vão do tramo central. 3. AVALIAÇÃO ESTRUTURAL A avaliação estrutural visou sobretudo analisar o comportamento global do tabuleiro de forma a determinar a origem das principais anomalias estruturais encontradas durante as inspeções. Na avaliação estrutural, analisou-se a segurança da estrutura relativamente às tensões de segurança, conforme preconizado na regulamentação da época em que a obra foi projetada, e aos estados limites de utilização e estados limites últimos, conforme preconizado na regulamentação Portuguesa mais recente. 3

4 A construção faseada do tabuleiro por avanços sucessivos foi considerada no modelo, considerando-se os efeitos diferidos da retração e da fluência do betão ao longo do tempo. As análises revelaram que aparentemente os efeitos da fluência do betão terão sido subavaliados no projeto original. Tendo em conta o método construtivo utilizado, no final da construção os momentos fletores a meio vão do tramo central eram muito reduzidos. Contudo, devido aos efeitos da fluência, esses esforços aumentaram significativamente ao longo do tempo. Verificou-se que as armaduras existentes na laje inferior foram insuficientes para resistir às trações na zona central do vão principal, ocorrendo a sua plastificação e a consequente perda de rigidez da laje inferior, passando o tabuleiro a funcionar com uma rótula plástica na zona do meio vão, afetando-se assim a rigidez global da estrutura. Esta situação é origem das principais anomalias identificadas nas inspeções visuais, como o aumento das vibrações do tabuleiro, as fissuras de grande abertura observadas e a alteração das forças das reações verticais nos encontros. A avaliação estrutural permitiu concluir ainda que, segundo a regulamentação Portuguesa mais recente, a estrutura não cumpria o estado limite último de tração e o estado limite de serviço de fendilhação no meio vão central na laje inferior. Adicionalmente, algumas diagonais, sobretudo as localizadas no vão central, não verificavam o estado limite último de tração e a ligação horizontal do tabuleiro ao encontro fixo era insuficiente para garantir a segurança e estabilidade da obra para a ação sísmica. 4. TRABALHO DE REFORÇO E REPARAÇÃO 4.1 Descrição dos trabalhos As obras de reforço e de reparação incidiram nas seguintes intervenções: Reforço da laje inferior no vão principal com pós-esforço exterior e laminados de carbono (CFRP); Reforço das diagonais tracionadas; Reforço da ligação vertical do tabuleiro aos encontros; Reforço da ligação horizontal do tabuleiro ao encontro fixo; Reforço das paredes dos contraventamentos do tabuleiro sobre os pilares; Reparação de alvenarias e refechamento de juntas entre blocos de alvenaria nos pilares; Corte parcial ou demolição do pilar afundado existente; Restantes trabalhos, de reparação de betão e pintura geral da obra. Nos pontos seguintes descrevem-se as principais intervenções. 4.2 Pré-esforço exterior O principal objetivo desta intervenção, do tipo ativo, foi restituir a rigidez global do tabuleiro e assegurar o cumprimento dos critérios de segurança aos estados limites de serviço. Foram instalados cabos de pré-esforço exterior que, por razões estéticas e de modo a evitar interferências com o gabarito fluvial, foram colocados junto à face superior da laje inferior. Os cabos foram ancorados dois a dois, em blocos de betão armado, em secções coincidentes com os nós das diagonais, de modo a garantir uma melhor distribuição dos esforços e a tornar menos visíveis as respetivas ancoragens. O pré-esforço foi dimensionado para garantir a compressão de todas as fibras da laje inferior do tabuleiro para a combinação frequente de ações. Figura 5: Pré-esforço exterior 4

5 4.3 Reforço com laminados de carbono (CRFP) Os laminados de carbono (CFRP) foram dimensionados para assegurar a resistência da laje inferior ao estado último de tração e ao controle da fendilhação para as cargas rolantes de serviço. Os laminados foram aplicados na laje inferior da viga caixão, na zona central do tabuleiro. 4.4 Reforço das diagonais tracionadas Figura 6: Aplicação dos laminados de carbono Para assegurar a resistência ao estado limite de tração, a terços do tramo central, junto aos apoios nos pilares, as diagonais foram reforçadas com chapas metálicas. Estas chapas foram aplicadas apenas nas faces interiores das diagonais de forma a não serem visíveis na observação da obra do exterior. Figura 7: Pormenores do reforço das diagonais com chapas metálicas 4.5 Reforço da ligação vertical do tabuleiro aos encontros O reforço foi realizado de forma a assegurar a compressão dos aparelhos de apoio para as cargas rolantes de serviço, reduzindo o risco de fadiga dos cabos existentes de pré-esforço vertical e minimizando as vibrações do tabuleiro sob a passagem do tráfego rodoviário. As ancoragens superiores dos cabos são dispostas em peças metálicas que constituem o nó de uma treliça, formada por uma escora horizontal que apoia na base da carlinga e por tirantes inclinados que amarram superiormente no topo da carlinga. Figura 8: Pormenores dos cabos nos encontros e da treliça metálica 5

6 4.6 Reforço da ligação horizontal do tabuleiro ao encontro fixo A ligação horizontal do tabuleiro ao encontro fixo (do lado de Cinfães) foi reforçada com um envolvimento dos plintos existentes com betão armado, de modo a dotá-la de resistência suficiente para a ação sísmica regulamentar. 4.7 Demolição parcial do pilar afundado existente O Rio Douro comporta um tráfego fluvial turístico de grande importância, sendo composto essencialmente por navios de cruzeiro com dimensões significativas. Para os níveis mais baixos da albufeira da Barragem do Carrapatelo, a folga disponível existente, entre o plano de água e a cota do topo do pilar afundado, poderia ser crítica, existindo algum risco do embate dos navios, pelo que se procedeu à demolição de cerca de 10 m do pilar de alvenaria existente. A demolição foi realizada recorrendo a explosivos. 5. CONCLUSÕES A Ponte de Mosteirô revelou a importância dos efeitos diferidos ao longo do tempo no comportamento estrutural, afetando o funcionamento da obra nas condições de serviço. Um dos desafios mais interessantes do projeto consistiu em implementar as obras de reforço, com vários constrangimentos, preservando a elevada valia estética da ponte. Tal foi conseguido, recorrendo-se a um lote diversificado de técnicas laminados de carbono, chapas metálicas, préesforço e reparação de betão armado, cuidadosamente combinadas, em função das várias intervenções, as quais foram implementadas num curto espaço de tempo, minimizando a afetação do tráfego fluvial e com rigorosos cuidados ambientais. 6. NOTA FINAL Figura 9: Vista geral da Ponte de Mosteirô após as obras de reforço e reparação Os trabalhos de reforço e reparação foram executados pelo empreiteiro Teixeira Duarte, em AGRADECIMENTOS Este projeto contou com a colaboração das empresas WEMOTECHNIK, MOTA-ENGIL, DIREQ e OCEANLINE. Agradece-se também o apoio prestado pelos técnicos das Estradas de Portugal, S.A., Eng.º Carlos Pimentel e Eng.º Tiago Rodrigues. 6. REFERÊNCIAS [1] JAE, Ponte de Mosteirô s/o Rio Douro, E.N.211 Adaptação à nova rasante Patente a concurso, 1971 [2] Cardoso, E., Projecto de Beneficiação da Ponte de Mosteirô, na E.N.321, sobre o Rio Douro, 1992 [3] COBA S.A., EN Ponte de Mosteirô sobre o Rio Douro Inspeção e Reavaliação Estrutural, 2005 [4] COBA S.A., EN Ponte de Mosteirô sobre o Rio Douro Reabilitação e Reforço Estrutural - Projeto de Execução,