IST - Inspecção Reabilitaçao Pontes

INSPECÇÃO E REABILITAÇÃO DE PONTES Júlio Appleton IST – 17 de de Fever Fevereir eiro o de 2005 2005 SUMÁRIO Durabilidade Inspecção e Avaliação Reabilitação e Reforço Casos de Estudo ●

Ponte de Tavira sobre o Rio Gilão (alvenaria) ( alvenaria)

●

Ponte de Soure no ramal de d e Alfarelos Alfarelos (metálica)

●

Viaduto Duarte Pacheco em Lisboa (betão armado) 1

Enquadramento Geral de Inspecção e Reabilitação Necessidade de realizar Plano de Inspecção e manutenção (PIM) quando da realização do projecto

Actualizá-lo durante e imediatamente após a execução da obra e associá-lo ao “Certificado de Nascimento” (Birth Certificate) que deve incluir as Telas Finais, Finais, o Dossier Técnico da Execução da Obra (Compilação técnica do Plano de Segurança e Saúde, mas integrando em dossier próprio os materiais utilizados, controlo de qualidade, ...) e a Inspecção Inicial (a realizar de acordo com o PIM e associado à recepção provisória da obra.

Implementá-lo e actualizá-lo durante o período de vida da obra 2

Enquadramento Geral de Inspecção e Reabilitação Necessidade de realizar Plano de Inspecção e manutenção (PIM) quando da realização do projecto

Actualizá-lo durante e imediatamente após a execução da obra e associá-lo ao “Certificado de Nascimento” (Birth Certificate) que deve incluir as Telas Finais, Finais, o Dossier Técnico da Execução da Obra (Compilação técnica do Plano de Segurança e Saúde, mas integrando em dossier próprio os materiais utilizados, controlo de qualidade, ...) e a Inspecção Inicial (a realizar de acordo com o PIM e associado à recepção provisória da obra.

Implementá-lo e actualizá-lo durante o período de vida da obra 2

Durabilidade de uma Estrutura Apti ptidão de uma estrutura para desempenhar as funções para que havia sido concebida durante o período de vida previsto, sem que para tal seja nec necessá essári rio o desp despen ende derr cust custos os de manu manute tenç nçãão e repa eparaçã ração o impr imprev evis isto tos. s.

3

Inspecção e Avaliação Avaliação Inspe Inspecç cção ão visua isuall (deta (detalh lhada ada))

Ensaio Ensaioss (planea (planeamen mento) to) Só fazer ensa nsaios cujos ujos resulta ultado doss e inte nterpre pretação contr ontriibuam uam para a

do estado da deterioração

Avaliação da segurança estrutural

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Enquadramento Geral dos Trabalhos de Inspecção e Reabilitação em Obras Existentes Inspecção de Rotina (visual) Reparação curativa

Anomalias Avaliação Inspecção Detalhada (e ensaios) Caracterização do estado da obra Inspecção Especial (associada à ocorrência de acidentes, ...)

Comportamento Estrutural

Reparação preventiva Avaliação da segurança

Reforço Medidas restritivas 5

Reabilitação/Reforço – Estratégia de Intervenção

Avaliação

Identificação das causas das anomalias

Se a avalia ão das condi ões de segurança implica a necessidade de reforço

Anular as causas – evitar a penetração dos agentes agressivos Controlar os processos: ex: infraescavação criar açudes Reforço selectivo (minimizar a intervenção) Ex: reforço sísmico Introd. novos elementos

Não esquecer que existe uma interacção entre a deterioração, o comportamento estrutural e os níveis de segurança e que durante a reparação/reforço há que garantir a segurança e eventualmente pode ser necessário introduzir um reforço provisório. 6

Estruturas de Alvenaria PRINCIPAIS PROBLEMAS Peso, Rigidez Fraca resistência à tracção Alteração química ANOMALIAS - Alteração ou destruição da pedra (ataque químico e físico) - un as a er as ero as com n raç o e gua - Fendilhação - Reboco deteriorado INSPECÇÃO BÁSICA OU DE ROTINA Mapeamento das Patologias Infraescavações Queda ou deslocamento de blocos de cantaria Deterioração de reboco, de cantaria, …

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Estruturas de Alvenaria INSPECÇÃO ESPECIAL Extracção de Provetes Análise da pedra e da argamassa Ensaios de resistência e deformabilidade Ensaios In situ para caracterização da deformabilidade, … AVALIAÇÃO - Estudo hidráulico, nível de cheias, secção de vazão. Erosão - Condições de Fundação - Critérios de avaliação de segurança (tensões admissíveis na cantaria e na alvenaria e avaliação das tensões instaladas com base em modelos simples). REABILITAÇÃO Injecções (caldas de cimento, silicatos, ...) Reflechamento de juntas Reboco armado/encamisamento Reforço de ligações entre paredes ou outros elementos Reforço de pisos/cobertura com lâmina de argamassa ou microbetão armado Introdução de elementos de contraventamento Reconstrução Protecção superfícial (rebocos e pinturas)

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Ponte de Tavira Antecedentes Ponte com 3 arcos Romanos (?) e 4 arcos reconstruídos em 1656, segundo “a forma da traça do Arquitecto Mateus de Couto e do Engenheiro Pedro Santa Colomba” Grandes danos quando das cheias de 3/12/1989

9

Ponte de Tavira Destruição de um talhamar e de 2 arcos (1989)

10

Inspecção e Ensaios – Estudo Geotécnico (sondagens) – necessidade de consolidação das fundações – Estudo Hidráulico – necessidade de fixação do leito do rio a montante e jusante da ponte – Ins ec ão visual – necessidade de reconstru ão da talhamar destruído – necessidade de consolidação e reforço da ponte para evitar futura destruição pelas cheias – necessidade de beneficiação geral – Avaliação Estrutural – modelo 3D para comprovar a concepção do reforço da estrutura e fundações

11

Consolidação das Fundações

12

Consolidação das Fundações

13

Consolidação da Estrutura da Ponte

14

Reabilitação e beneficiação Geral

15

Vista Geral após a Reabilitação

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Estruturas Metálicas PRINCIPAIS PROBLEMAS - Corrosão (aço corrente e ligações) - Necessidade de grande conservação - Baixa ductilidade e Resistência à fadiga (ferro fundido e aços antigos) - Encurvadura (barras comprimidas) ANOMALIAS - Degradação/destruição da pintura (revestimento superficial) - Corrosão do aço travessas de madeira ou laje de betão - Corrosão nas Ligações – parafusos … INSPECÇÃO BÁSICA OU DE ROTINA Mapeamento das Anomalias (excepto se forem generalizadas) - Corrosão de elementos metálicos - Corrosão de ligações - Deterioração da pintura Aderência/destruição Ensaios Básicos - Espessura da tinta e aderência - Líquidos penetrantes em soldaduras

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Estruturas Metálicas INSPECÇÃO ESPECIAL - Extracção de Provetes para Análise química Ensaio de tracção Ensaio de dobragem Ensaio de resiliência (Charpy) Ensaios de fadiga - Controlo de soldaduras or radio rafia REABILITAÇÃO Substituição local (ou de elementos) Travamento dos elementos comprimidos Reforço com novas chapas ou perfis Reforço com pré-esforço exterior Protecção superficial

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Pontes Metálicas – Caso de Estudo Ponte de Soure no ramal Ferroviário de Alfarelos Vistas Gerais

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Pontes Metálicas – Caso de Estudo Ponte de Soure no ramal Ferroviário de Alfarelos Vistas Gerais

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Pontes Metálicas – Caso de Estudo Ponte de Soure no ramal Ferroviário de Alfarelos Sobrecargas Ferroviárias REGULAMENTO/ANO

CARGAS POR METRO LINEAR

Circular Francesa – 1877

4.100 t/ml

Circular Francesa – 1891

3.33 t/ml

Regulamento Português – 1897 (sobrecarga rebocada por duas máquinas da série 09-026) Comboio Regulamentar – 1897

3.055 t/ml

Combio Extra pesado – 1897

6.477 t/ml

Comboio Teórico – 1897

2.531 t/ml

Regulamento de Pontes Metálicas – 1929

7.992 t/ml

Regulamento de Solicitações em Edifícios e Pontes – 1961 Regulamento de Segurança e Acções para Estruturas de Edifícios e Pontes – 1983

8.508 t/ml

3.38 t/ml

8.406 t/ml

Pontes Ferroviárias – Valores para uma ponte com 40m de vão (Ponte de Alfarelos)

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Pontes Metálicas – Caso de Estudo Ponte de Soure no ramal Ferroviário de Alfarelos Deterioração

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Pontes Metálicas – Caso de Estudo Ponte de Soure no ramal Ferroviário de Alfarelos Ensaios Ensaio

Nº Amostras

Determinar

Análise Química

4

- teor em C Mn Si P e S

Tracção

4

Dobragem

4

Impacto (charpy)

12

- tensão limite de elasticidade e módulo de elasticidade - ângulo de dobragem em grau correspondente ao aparecimento (ou não) de fendas - resistência ao choque do material

Fadiga

16

- tensão máxima de resistência à fadiga - curva S/N

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Pontes Metálicas – Caso de Estudo Ponte de Soure no ramal Ferroviário de Alfarelos

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Pontes Metálicas – Caso de Estudo Ponte de Soure no ramal Ferroviário de Alfarelos Ensaios Ensaios de a1967 – CP Ensaio de 1993 – ISQ/A2P

Tensão de Rotura MPa 345 a 430

Alongamento após Rotura

364 – 381

9%

Barra

e

– Tensão Mínima de Rotura (MPa)

4.1 a 14.2%

–

Regulamento de

360

Alongamento Mínimo após Rotura 25%

1897

340

13%

Ferro Laminado

Regulamento de Pontes Metálicas de 1929

400

22%

Aço Laminado

Aço Laminado

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Pontes Metálicas – Caso de Estudo Ponte de Soure no ramal Ferroviário de Alfarelos Ensaios

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Pontes Metálicas – Caso de Estudo Ponte de Soure no Ramal Ferroviário de Alfarelos Ensaios de Resistência Charpy (NP199451 de 1990) e Ensaios de Dobragem (NP173) O aço não cumpre os requisitos actuais para aplicação em pontes metálicas Análise Química do Aço (EN10025) Os ensaios mostraram que só excediam a percentagem máxima do fósforo Conclusões dos Ensaios Adoptou-se um coeficiente de envelhecimento de 0.8 pelo que os valores de cálculo adoptados foram fsyr = 0.8 x 235 = 188MPa ∆σc = 128MPa (perfis)

90MPa (barras compostas)

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Pontes Metálicas – Caso de Estudo Ponte de Soure no Ramal Ferroviário de Alfarelos Fundações

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Pontes Metálicas – Caso de Estudo Ponte de Soure no Ramal Ferroviário de Alfarelos Sondagens

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Pontes Metálicas – Caso de Estudo Ponte de Soure no Ramal Ferroviário de Alfarelos Reabilitação e Reforço Avaliação das condições de segurança da ponte existente – necessidade de reforço ●

Solução adoptada para o reforço do tabuleiro Reforço geral por aplicação de pré-esforço exterior complementado com o reforço local de um número reduzido de barras

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Pontes Metálicas – Caso de Estudo Ponte de Soure no Ramal Ferroviário de Alfarelos Eficácia do Reforço:

1 2 3 4 5 6

7 21 2006 2020 2130 2160

c

c + e

sc

c + e+sc

N

+ 144.7

-252.9

800.2

547.1

M

1.35

-4.09

18.69

14.6

N

+57.4

-119.8

636.9

517.1

δPE = + 14.8

M

0.70

-4.1

16.8

12.7

N

-198.8

347.4

-1266.7

-919.3

δmax ft

M

2.8

-0.92

15.0

14.08

N

-64.9

152.8

-922.4

-769.6

M

0.80

-2.5

14.3

11.8

N

-46.2

82.3

-211.6

-129.3

M

-0.07

-0.58

0.41

-0.17

N

-28.1

-11.1

-174.3

-185.4

M

-0.07

-0.45

-0.04

-0.49

δcp = -

6.4mm

= -26.9mm

Esforços nos banzos a meio vão do tramo lateral Ncp = 145kN banzo

Ncp+PE = -253 (NPE = - 398kN)

inferior

Nsc = +800 Ncp+sc = 945 ; Ncp+PE+sc = 547.1 33

Pontes Metálicas – Caso de Estudo Ponte de Soure no Ramal Ferroviário de Alfarelos ●

Reabilitação de Estruturas Metálicas

34



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Estruturas de Betão Armado PRINCIPAIS PROBLEMAS - Peso - Corrosão das armaduras - Ataque químico (CO2, Ácidos, ...) do betão ANOMALIAS Corrosão das armaduras. Delaminação do betão e er oraç o qu m ca o e o Fendilhação Deformação excessiva Escorrimentos, ... INSPECÇÃO BÁSICA Inspecção visual Mapeamento das anomalias Medição do recobrimento Medição da profundidade de carbonatação (e penetração de cloretos) 38

Estruturas de Betão Armado INSPECÇÃO ESPECIAL Extracção de carotes (macroanálise) Ensaio de resistência/deformabilidade Ensaio de avaliação da qualidade do betão Análise petrográfica Extracção de provetes de aço Ensaio de resistência Ensaios de avaliação do grau de velocidade de corrosão Nivelamento, medição de movimentos e de abertura de fendas Medição das acções na estrutura AVALIAÇÃO REABILITAÇÃO Reconstrução do betão de recobrimento com microbetão betonado ou projectado Injecção de fendas com resina epoxy para repor o monolitismo Reforço para adição de armaduras exteriores Encamisamento das secções Pré-esforço exterior Tratamento electroquímico e Protecção catódica Protecção superficial e impregnação (inibidores de corrosão, ...)

in situ

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VIADUTO DUARTE PACHECO Vistas Gerais

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VIADUTO DUARTE PACHECO Inspecção e Ensaios Projecto

1937 (Engº João Barbosa Carmona)

Data de Construção

1937 a 1944 (SEOP, Lda)

Betão

Em Geral

Pilastras

cimento (kg)

300

250

areia (l )

400

400

brita (l )

800

800

RBA Artº 10º (C ≥ 180 kg/cm2) σadm = 45 a 50 kg/cm2 43

VIADUTO DUARTE PACHECO Inspecção e Ensaios INSPECÇÃO EFECTUADA PELO LNEC EM 1993 E 1994 •

Fendilhação orientada ao longo das armaduras longitudinais e Fendilhação tipo Craquelé Em especial no arco central e montantes, nas faces viradas a sul e nas consolas do tabuleiro face inferior

•

Carbonatação < 15 mm

•

Cloretos Cl < Cl crit a 2cm

•

Microscopia Electrónica e DRX

-

-

- Compostos típicos de reacções álcalis-sílica (silicatos hidratados de cálcio e Potássio) - Inertes reactivos – Grãos de sílex, quartzo reactivo, ... - Reactividade residual aos álcalis 44

VIADUTO DUARTE PACHECO Inspecção e Ensaios INSPECÇÃO DE 2001 Mapeamento de Anomalias CASCAIS

PLANTA AO NIVEL DO TABULEIRO - (LOCALIZAÇÃO DAS VIGAS E PILARES)

. D . J

. D . J

. D . J

. D . J

. D . J

PLANTA AO NIVEL DA FACE INFERIOR DO TABULEIRO - (LOCALIZAÇÃO DAS VIGAS E PILARES)

11

10

9

FAC33

8

7

CASCAIS

6

5

4

3

2

1

FAC27 FAC31

FAC25

FAC32

FAC26

FAC28

. D . J

. D . J

. D . J

FAC24

FAC23

FAC22

FAC29 FAC30

. D . J

. D . J

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VIADUTO DUARTE PACHECO Inspecção e Ensaios INSPECÇÃO DE 2001 Mapeamento de Anomalias ARCO SUL - PILAR EXTERIOR ALÇADO LONGITUDINAL - FACE NORTE

CASCAIS GUARDA SUL _ FACE NORTE

FAC6

ALÇADO LONGITUDINAL - FACE SUL

LISBOA GUARDA SUL _ FACE SUL

FAC11

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VIADUTO DUARTE PACHECO Inspecção e Ensaios INSPECÇÃO DE 2001 Mapeamento de Anomalias FACE CASCAIS 1

FACE LISBOA

2

3

4

5

6

7

8

9

10

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

FAC8

47

VIADUTO DUARTE PACHECO Inspecção e Ensaios INSPECÇÃO DE 2001 Mapeamento de Anomalias

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VIADUTO DUARTE PACHECO Inspecção e Ensaios

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ALÇADO LONGITUDINAL

LISBOA

CASCAIS AVF

VL

AC

VM

AEM

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100.0

) 95.0 % ( e d a 90.0 d i m u H 85.0

1ª medição 2ª medição 3ª medição 4ª medição 5ª medição

80.0 0

10

20

30

40

Profundidade (cm)

50

60

70

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VIADUTO DUARTE PACHECO Inspecção e Ensaios INSPECÇÃO DE 2001 Reactividade Residual e Efeito de tais Reacções na Deformabilidade e Resistência do Betão

Recobrimentos Arcos – 12 a 82mm Pilares – 16 a 74mm Vigas – 11 a 86mm Laje – 6 a 29mm

Carbonatação 8mm 9mm 18mm 18mm

Zonas protegidas – 16mm Zonas não protegidas – 22mm

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VIADUTO DUARTE PACHECO Inspecção e Ensaios INSPECÇÃO DE 2001 Resistividade do Betão 30 a 100 kΩcm – Boa qualidade do betão Conclusões da inspecção: O problema principal são as reacções expansivas. Este problema ocorre em toda a obra. A maior espessura dos arcos centrais e pilares sobre estes arcos e a eventual maior concentração nestes elementos são a causa da diferenciação do estado actual destas reacções. A corrosão ocorre em 2 situações

baixo recobrimento (Laje, consola, ...)

fendilhação devida às reacções expansivas

As reacções alcalis sílica estavam em 2001 praticamente esgotadas pelo que o processo não terá evolução significativa no futuro

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VIADUTO DUARTE PACHECO Projecto de Reabilitação e Reforço INTERVENÇÃO 1.

REPARAÇÃO de zonas com betão delaminado ou muito fendilhado (reforço com malha de aço galvanizado)

microbetão argamassas

2.

REPARAÇÃO de fendas > 1.0mm – injecção de calda de cimento + selagem 1.0mm > ω > 0.4mm – selagem superficial SELAGEM DE FENDAS COM MASTIQUE ACRÍLICO

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PROTECÇÃO GERAL Pintura Sistema Tipo 1 – Zonas mais afectadas (pilares, e arco central, pilastras e faces exteriores das vigas extremas do Pintura espessa acrílica e > 500 µm e deformável Sistema Tipo 2 – Zonas afectadas pela acção da água da chuva (pilares do viaduto, arcos e pilastras dos arcos laterais) Impregnação hidrofugante Barramento de fendas Pintura acrílica e ≥ 180 µm Sistema Tipo 3 – Zonas protegidas da obra (face inferior do tabuleiro) Pintura acrílica e ≥ 180 µm 58


CONSOLAS Substituição da laje existente com 0.07m de espessura por nova laje com 0.10m de espessura

5.

MONITORIZAÇÃO Corrosão

−

células de corrosão

Desempenho da Pintura − sensores de resistividade Deformação/Expansão

−

sensores de fibras ópticas 59

VIADUTO DUARTE PACHECO Projecto de Reabilitação e Reforço

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VIADUTO DUARTE PACHECO Projecto de Reabilitação e Reforço – Modelação

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VIADUTO DUARTE PACHECO Projecto de Reabilitação e Reforço – Concepção do Reforço Sísmico

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IST - Inspecção Reabilitaçao Pontes

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