A SEGURANÇA DAS PONTES PARA OS TRANSPORTES ESPECIAIS

TEMA 4 Inovação nos Materiais Estruturais e no Controlo da Segurança das Construções 333 A SEGURANÇA DAS PONTES PARA OS TRANSPORTES ESPECIAIS João R. CORREIA Assistente Estagiário IST Lisboa Fernando BRANCO Prof. Catedrático IST Lisboa Manuel L. FERREIRA Engenheiro ICERR Lisboa SUMÁRIO Neste artigo apresenta-se um estudo realizado pelo ICIST tendo em vista a tipificação dos transportes especiais que ocorrem na rede de estradas nacional. O estudo contém a caracterização estatística de cerca de 400 transportes especiais, ocorridos entre 1996 e 2001 e licenciados pelo ICERR, e apresenta uma metodologia simplificada e expedita para avaliar a segurança de pontes de betão, quando sujeitas aos seus efeitos. O estudo é ainda complementado com um tratamento da informação da base de dados em GIS, o que permite caracterizar os trajectos nacionais, utilizados por estes veículos. 1. INTRODUÇÃO A circulação de veículos com cargas elevadas, ditos transportes especiais, nas estradas nacionais obriga a uma aprovação prévia pelo ICERR dos trajectos propostos, de modo a garantir a segurança das obras de arte existentes no respectivo trajecto. Anualmente são solicitados ao ICERR cerca de 200 a 300 autorizações, referentes a trajectos por todo o país. O facto do ICERR ainda não possuir um sistema de gestão das obras de arte, torna difícil analisar os trajectos dos veículos especiais em tempo útil, já que tal obriga frequentemente a inspeccionar pontes ou a fazer verificações de segurança sumárias antes de autorizar os transportes.

334 Congresso Nacional da ENGENHARIA DE ESTRUTURAS Para tornar mais céleres as aprovações, o ICERR definiu, numa primeira fase, um conjunto de critérios baseados nas cargas dos tranportes, que permitem em algumas situações dispensar ou abreviar os pareceres de aprovação. No entanto, o ainda existente grande volume de casos a analisar, levou o ICERR a solicitar ao ICIST, que desenvolvesse uma metodologia para analisar a segurança das obras de arte, quando sujeitas às acções dos transportes especiais. Esta metodologia correspondeu numa primeira fase à tipificação dos transportes especiais e definição de uma rede base de estradas, compreendendo: 1. Caracterização dos transportes especiais 2. Caracterização das acções de dimensionamento para transportes especiais 3. Comparação das acções com a actual regulamentação 4. Caracterização dos trajectos (rede de estradas dos transportes especiais - RETE) 2. CARACTERIZAÇÃO DOS TRANSPORTES 2.1. Tipologias dos veículos Os transportes especiais foram classificados em 10 tipologias longitudinais (figura 1) em função do número de reboques e atrelados e do tipo de ligação ou engrenagem existente entre os diferentes elementos do conjunto, sendo a respectiva distribuição indicada na figura 2. Esta distribuição mostra que: - A tipologia de transporte mais usual é a 2.2, correspondendo a mais de metade dos casos; - As tipologias 1.1, 2.1, 2.2 e 2.3 representam 89% dos transportes da amostra. Para a definição das acções a considerar na verificação da segurança de obras de arte foi também caracterizada a tipologia transversal dos veículos. TIP. 1.1 TIP. 2.2 TIP. 3.2 TIP. 1.2 TIP. 2.3 TIP. 3.3 T2 TIP. 2.1 TIP. 3.1 TIP. 4 R3 TIP. 5 Figura 1: Tipologias longitudinais dos veículos de transportes especiais

TEMA 4 Inovação nos Materiais Estruturais e no Controlo da Segurança das Construções 335 60,00 % dos transportes efectuados 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 1.1 1.2 2.1 2.2 2.3 3.1 3.2 3.3 4 5 Tipologias Figura 2 : Caracterização dos veículos por tipologias. 2.2. Materiais Os materiais transportados foram divididos em três classes diferentes: - Tipo 1 Materiais de construção civil (vigas de betão, estruturas pré-fabricadas); - Tipo 2 Material electro-metalo-mecânico (transformadores, motores, etc); - Tipo 3 Equipamentos de apoio à construção (gruas, dumpers, retroescavadoras,etc). A distribuição dos transportes por classes de tipo de material (figura 3) mostra que: - A construção civil, quer seja como material de construção (material do tipo 1) ou como equipamento de apoio à construção (tipo 3), representa 50% dos transportes especiais efectuados; - Os restantes 50% de transportes especiais correspondem a material metalo-mecânico (tipo 2). 250 nº de transportes efectuados 200 150 100 50 0 1 2 3 Tipo de Material Figura 3 : Distribuição dos transportes por classes de tipo de material.

336 Congresso Nacional da ENGENHARIA DE ESTRUTURAS A caracterização dos materiais em função da carga total transportada (figura 4), permite concluir que: - O material tipo 1 não ultrapassa geralmente as 100 toneladas (apenas em 3,7% dos casos) e em 81,7% dos casos concentra-se no intervalo 60-100 toneladas; - Para o material tipo 2 existe uma maior dispersão de valores das cargas totais transportadas. Existem na amostra alguns transportes com cargas extremamente elevadas (a carga máxima na amostra é igual a 475 toneladas). Contudo, 74,7% e 89,2% dos transportes têm uma carga total inferior a 100 e 140 toneladas, respectivamente; - O material tipo 3, tal como o tipo 1, não ultrapassa geralmente as 100 toneladas (apenas em 1,7% dos casos). 60,0 50,0 % dos transportes efectuados 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 Figura 4 : Caracterização dos materiais em função da carga total transportada. 2.3. Origens e Destinos 0-20 20-40 40-60 60-80 80-100 100-120 120-140 140-160 160-180 180-200 200-220 220-240 240-260 260-280 Carga Total (ton) 280-300 300-320 320-340 340-360 360-380 380-400 400-420 420-440 440-460 A partir dos pedidos de licenciamento, foram analisadas as origens dos diferentes percursos, tendo em atenção os seguintes aspectos: - Identificação das principais localidades de origem e destino; - Distribuição das principais origens e destinos por tipos de materiais transportados; - Distribuição das principais origens e destinos em função da carga total transportada. Como exemplo, na figura 5 caracterizam-se as localidades de origem em função do tipo de material transportado, o que permite constatar: MA MAT2 MAT3 460-480

TEMA 4 Inovação nos Materiais Estruturais e no Controlo da Segurança das Construções 337 40 35 nº de transportes efectuados 30 25 20 15 10 5 0 Caia Maia Vilar Formoso Vale de Cambra Sabugo Aveiro Vila Nova de Gaia Mitrena Amadora Figueira da Foz Arroteia Lisboa Via Norte Localidades de Origem Cartaxo S. Pedro de Fins Torres Novas Porto Alto Amoreira Sines Viana do Castelo MA MAT2 MAT3 Rio Maior Figura 5 : Caracterização das origens em função do tipo de material transportado. - Os transportes resultantes da indústria nacional estão essencialmente ligados à indústria da pré-fabricação e à indústria electro-metalo-mecânica. As origens destes transportes estão assim perfeitamente ligadas às principais fábricas produtoras; - A outra principal origem dos transportes especiais está relacionada com as fronteiras nacionais, quer sejam terrestres, quer sejam marítimas; - As fronteiras terrestres do Caia e de Vila Real de Sto António correspondem geralmente a materiais do tipo 1 e 3; - Os Portos de Leixões e Setúbal correspondem normalmente a transportes de materiais do tipo 2. 2.4. Empresas transportadoras A partir da amostra fornecida foi feita uma análise das empresas de transportes ou entidades requerentes de transportes especiais. Na figura 6 são apresentadas as principais empresas transportadoras e o número de transportes efectuados na amostra. Para as nove maiores empresas de transportes foi feita a distribuição por tipologias de veículos: - Com excepção dos cinco principais transportadores (as empresas 1, 3, 5, 15 e 22), existe em geral uma especialização das empresas em apenas uma tipologia: 2.2 ou 2.3; - A empresa 1 efectuou transportes em todas as tipologias com excepção da 1.2; - A empresa 3 efectuou transportes nas tipologias 1.1, 2.2 e 2.3; - A empresa 5 efectuou transportes nas tipologias 2.1, 2.2 e 3.1.

338 Congresso Nacional da ENGENHARIA DE ESTRUTURAS 120 nº de transportes efectuados 100 80 60 40 20 0 1 5 3 15 22 12 40 18 69 6 24 66 4 17 28 32 44 Empresas Transportadoras Figura 6 : Identificação das principais empresas transportadoras. Para essas mesmas empresas, foram analisadas as cargas totais transportadas, tendo-se concluído que: - Apenas as empresas 1, 5, 22 e 15 transportaram cargas superiores a 100 ton (as empresas 22 e 15 efectuaram apenas um transporte nessas condições). - Essas mesmas empresas são as únicas a efectuar transportes nos três intervalos de carga definidos. - As empresas 12 e 40 (60-100 ton) e a empresa 69 (0-60 ton) só efectuaram transportes num único intervalo de carga. 2.5. Cargas Cada uma das tipologias definidas em 1.1 foi caracterizada nos seguintes aspectos: - Carga total transportada; - Carga distribuída máxima; - Carga máxima por eixo de rodados. A carga distribuída num conjunto (tractor ou reboque) corresponde ao quociente entre a carga transmitida ao conjunto de rodas e o comprimento de rodados desse conjunto. No quadro 1 apresentam-se, em síntese, os valores máximos das variáveis anteriores, para cada tipologia longitudinal.

TEMA 4 Inovação nos Materiais Estruturais e no Controlo da Segurança das Construções 339 Quadro 1: Valores extremos das cargas para cada tipologia longitudinal Tipologia longitudinal Carga total máxima (ton) Carga distribuída máxima (ton/m) Carga por eixo máxima (ton) 1.1 114 20,387 20,000 1.2 99 8,015 8,047 2.1 239 11,759 14,990 2.2 152 32,669 21,235 2.3 148 24,050 14,430 3.1 474 17,747 21,971 3.2 146 14,013 14,415 3.3 136 38,158 12,647 4 336 12,379 15,226 5 158 15,948 14,353 3. AVALIAÇÃO EXPEDITA DA SEGURANÇA DAS PONTES EM BETÃO ARMADO Dada a insuficiente correlação estatística entre as variáveis que definem os veículos (distâncias e cargas), é necessário ter em conta, para cada obra de arte, as diferentes dimensões e cargas que actuam nos vários conjuntos do veículo de transporte especial. Numa primeira fase desenvolveu-se uma metodologia simplificada para avaliar a segurança de obras de arte em betão armado. O método permite, para um conjunto de tipologias de obras de arte e para um determinado veículo, determinar os coeficientes de segurança para as acções dos transportes especiais face às acções do RSA (veículo tipo e sobrecargas). O método é aplicável a veículos com tipologia 1.1, 2.1, 2.2 e 2.3, que, no seu conjunto, representam 89,3 % dos transportes efectuados na amostra fornecida. Esta metodologia pode também ser aplicada às outras tipologias (embora de forma mais simplificada), considerando apenas a zona carregada com o transporte, com as reacções e e as respectivas distâncias. Foram definidas duas geometrias longitudinais e duas geometrias transversais para as obras de arte analisadas. Os dois modelos longitudinais abrangem a grande maioria das obras de arte existentes na rede de estradas nacional: viadutos com 3 tramos (modelo 3T) ou com 1 tramo (modelo 1T). Os dois modelos considerados para a secção transversal do tabuleiro foram: laje vigada (com 2 vigas) e laje maciça. As secções transversais adoptadas compreendem 2 vias com 3 m de largura, bermas e passeios com 1 m de largura cada. O método desenvolvido permite comparar os esforços não majorados nas situações acima indicadas entre o veículo especial e as sobrecargas do RSA. Esta relação é expressa por um coeficiente expedito de segurança (SE) tal que se for SE > 1,5, significa que a segurança para o veiculo especial é superior ou idêntica à definida no RSA, desde que a ponte esteja em boas condições de conservação.

340 Congresso Nacional da ENGENHARIA DE ESTRUTURAS Caso se desconheça o vão da ponte, o método quantifica automaticamente os coeficientes SE para uma gama de vãos de pontes compreendida entre 5 e 40 m, o que permite avaliar a segurança das obras, em muitos casos, sem conhecer as suas características geométricas (figura 7). Sempre que uma obra apresente uma segurança SE < 1,5, dever-se-á ter em conta o seguinte: - A segurança é inferior à regulamentar, mas como o valor da sobrecarga é conhecido exactamente, pode-se adoptar um coeficiente de carga inferior; - A segurança em relação às propriedades dos materiais (1,5) mantém-se. 3,5 3,0 Factor de Segurança 2,5 2,0 1,5 1,0 1T_LM_M+ 1T_LV_M+ 3T_LM_M+ 3T_LM_M- 3T_LV_M+ 3T_LV_M- FS 0,5 0,0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Vão (m) Figura 7: Factores de segurança para momentos positivos (M+) e negativos (M-) devido a um veículo de transporte especial em função do valor do vão Pontes em laje vigada (LV) ou maciça (LM) e modelos longitudinais com 1 (1T) ou 3 tramos (3T). Esta análise permite sugerir numa primeira fase que um valor de SE = 1,1 conduz ainda a uma situação de segurança razoável desde que se cumpram os cuidados pré-definidos, associados à passagem dos transportes especiais. Estes implicam nomeadamente: - Passagem do veículo centrado com o eixo da ponte; - Velocidade de circulação sobre a ponte inferior a 20 km/h.. 4. SISTEMAS GIS Em paralelo ao método expedito de avaliação de segurança, o ICIST está a desenvolver uma representação das estradas de Portugal inserida num sistema GIS, que permite ser interligada à bases de dados dos veículos especiais. Logo que esse trabalho, paralelo a este estudo, esteja completo, a informação das estradas será interligada à base de dados dos transportes especiais, o que permitirá obter a seguinte informação: - Indicação, por cores, das cargas máximas que circularam em cada estrada; - Indicação, por cores, da rede onde circularam as várias tipologias e, por clique, a carga máxima dessa tipologia em cada troço (figura 8);

TEMA 4 Inovação nos Materiais Estruturais e no Controlo da Segurança das Construções 341 - Indicação, por clique na estrada, do gráfico de tipologias e número de passagens (figura 9). Esta informação, permitirá assim saber, para cada trajecto, qual a carga máxima e tipo de veículo que já aí circularam, o que a par com a avaliação expedita da segurança permitirá decidir sobre as autorizações dos transportes especiais. Figura 8: Exemplo de aplicação de sistemas GIS a bases de dados de transportes especiais: Representação dos diferentes troços das estradas por cores, em função da carga máxima total. Figura 9: Exemplo de aplicação de sistemas GIS a bases de dados de transportes especiais: Indicação, por clique na estrada, do gráfico de tipologias e número de passagens.

342 Congresso Nacional da ENGENHARIA DE ESTRUTURAS 5. CONCLUSÃO A análise estatística dos veículos especiais que circulam nas estradas nacionais permitiu desenvolver um método expedito para avaliação da segurança de pontes de betão. Este método, a par com um registo da história dos transportes, interligado a um sistema GIS das estradas nacionais, permitiu desenvolver uma metodologia para a aprovação expedita da maioria dos transportes especiais. 6. REFERÊNCIAS [1] Correia, J.R..; Branco, F.A. Transportes Especiais Caracterização das tipologias e análise da segurança das pontes de betão. Estudo realizado para ICERR. Relatório ICIST EP nº13/02, Abril de 2002, 94 p. [2] R.S.A. Regulamento de Segurança e Acções para estruturas de edifícios e pontes, Porto Editora, Lisboa, 1998 [3] Woolfenden, P.A. - "Modelling the masonry arch: improving modern bridge assessment using nonlinear finite-element software package in Bridge Management 2. Ed. by Thomas Telford, London, 1993, p. 254-263 [4] Imam, M.A.; Kung, F.W.C. - "Technical assessment and management aspects of longspan three hinged mass-concrete arch bridges on the M1 motorway in Bridge Management 2. Ed. by Thomas Telford, London, 1993, p.264-274