INSPECÇÃO, DIAGNÓSTICO, CONSERVAÇÃO E … · pontes a construir em estradas e os 3 últimos...

INSPECÇÃO, DIAGNÓSTICO, CONSERVAÇÃO E MONITORIZAÇÃO DE PONTES

Paulo J. S. Cruz

Universidade do Minho

O ritmo de construção de pontes em Portugal nunca

terá sido tão intenso!...

Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes

1877-78

1877 1878

1881-82

1880 1881

1889

-92

1884-92

1886

-88

1879

1875

1907

1903

1887

1883-87

1886

1890-91

1888 / 1889

1879-80

1919

1906

18781916

1912-15

1927

1897 / 18981898

1889

1895

-98

1894

1897

1897

1908

1911

1905

- 06

1913-15

1889

EIFFEL: 1877-1892

FIVES-LILLE: 1879-1907

BRAINE-LE-COMTE: 1886-1891

CAIL & Cª: 1879-1880

EMP. IND. PORTUGUEZA: 1895-1916

Idade < 10 10-30 30-60 60-100 >100Número 19 155 141 268 119Comp. (m) 600 3650 2316 6715 8737

Grande parte do seu conteúdo era dedicado a: gestão,

conservação, inspecção e provas de carga (estáticas e dinâmicas).

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.


Na última década o ritmo de construção de pontes em Portugal

intensificou-se.

As pontes existentes deterioram-se a um ritmo considerável.

A tradição da fiscalização rigorosa tem vindo a ser substituída pela

“mera” verificação de não conformidades.

A falta de meios para uma conservação regular conduziu a casos de

extrema degradação.


"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."


Não é um problema só de agora

Relatório sobre o estado de conservação do tabuleiro inferior da Ponte Luís I (Maio de 1920).



Não é um problema apenas nacional

U.S. 35 Silver Bridge (1928)

1967.12.15

46 mortos


A infra-escavação de pilares e encontros provocou o colapso de cerca de 600 pontes nos EUA nas últimas 3 décadas.

Desconh.CríticasBaixo risco

Suscept.

6.2% 18.8%

5.2%

69.8%

Comparação com os valores observ. em

374 casos reais.

43.01

65.0

14321

10.2 Fr

yaKKKK

yy sd

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

1st Int. Conf. on Bridge Maintenance, Safety and Management Barcelona – July, 2002

International Association forBridge Maintenance and Safety

Structure and Infrastructure Engineering Maintenance,

Management, Life-cycle design and Performance

2004International Association for

Bridge Maintenance and Safety

2nd Int. Conf. on Bridge Maintenance, Safety and Management Kyoto – October, 2004


Assessment for Future Traffic Demands / Longer Lives


SIXTH FRAMEWORK PROGRAMME

Inspecção e diagnóstico

Resistência e fiabilidade

Monitorização

Reparação e reforço

Pontes

existentes

Pontes

novas

Divulgação

Revisão

Geral


www.iabmas06.com


INSPECÇÃO

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).


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 ReabilitaçãoEstado de Conservação Nível de Deterioração Sistema de Gestão

Linhas Orient. de uma Política de Manut., Conserv. e Insp. de Pontes Rodoviárias


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


Instruções para o projecto e construção de pontes com continuidade integral

Extensão < 8 km

3 PI’s (Lméd = 53 m)

8 viadutos (Lméd = 290 m)

400 ml de Juntas = 750.000 €

2.000 km AE 200 km /ano

Cada 10 anos 50 M € / ano


DIAGNÓSTICO

PONTE

DOCUMENTAÇÃO INSPECÇÕES

CARACTERÍSTICAS ANOMALIAS

Intensidade e extensão


PONTE



MODELO 3D DA PONTE PROJECTADA

MODELO 3D DA PONTE ACTUAL


PONTE



MODELO 3D DA PONTE PROJECTADA

MODELO 3D DA PONTE ACTUAL

ENVOLVENTEDA RESIST. PROJECT.

ENVOLVENTEDA RESIS. ACTUAL


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.


(Geophysical Survey Systems, Inc.)


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.

*Deus grego da velocidade

FHWA considera que o Hermes permitirá economizar 100 milhões

de dólares por ano na inspecção de pontes.


Bainhas com 3.5 cm de diâmetro

Bainha com 11 cm de diâmetro

Detecção de vazios e defeitos


Recobrimento

Detecção de armaduras


Detecção de espessura de pavimentos


Detecção de bainhas de pré-esforço


CONSERVAÇÃO

tt1 t2 t3 t4 t5 t6

60

70

80

90

100

Aumento da vida útil

EC


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.



(Bartot, 2006)

Processo de decisão de Markov

0 5 10 15 20

IC

4

3

2

1100 82 67 55 45

18 30 36

3 8 11

1 5

39

82% 82% 82% 82%

81% 81% 81%

77% 77%

18%

19%

23%

18%

19%

18% 18%

23%

19%

t (anos)


Probabilidade de no instante t+1 ter um determinado IC

conhecendo o IC no instante t.

pij = Pr [ Xt+1 = j | Xt = i ]Matriz de

transição

Regressão multilinear

100 T × 0.90 0.10 0 0 90 T 0 0.88 0.12 0 10 0 0.85 0.15 0 0 1.00

=

0

90 T × 0.90 0.10 0 0 81 T10 0.88 0.12 0 18 0 0.85 0.15 1 0 1.00

=

0

t t+1


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.


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)


Devido à complexidade do modelo e aos erros numéricos

associados com as ferramentas de simulação, os Algoritmos

Genéticos provaram ser uma excelente opção.

(Neves, 2005)

Ind. Conservação Ind. Segurança

TD = 6 %

Cus

to A

cum

ulad

o


A manutenção preventiva não é suficiente para assegurar a segurança e funcionalidade. O recurso apenas a reabilitação conduz a custos mais elevados.

A combinação de ambas conduz a melhores resultados e a um menor custo.

(Neves, 2005)

3.2 3.0 2.8 2.6 2.4 2.2 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.60

2000400060008000

100001200014000160001800020000

P+RB

RB

Cus

to a

cum

ulad

o (5

0 an

os)

Ind. de Cons.0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8

Ind. de Seg.

P+RB

RB


MONITORIZAÇÃO

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.


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.


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.


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.


Aplicações

Ensaios de

flexão e

tracção em

elementos de

betão


Aplicações

Ensaios de

flexão em

elementos de

alvenaria e

betuminosos


EXEMPLO DE APLICAÇÃO

Temperatura (88 ponte +12 laboratório)

Deformação do betão (48 ponte + 4 laboratório)

Viaduto da margem direita V. marg.esquerda

P4 P5 P11 P12

6 5 10

P12 E2

45 4 12 54 54

22

222

2

2

2 4 4

424 2 6 42 42

1 11 12

4 46 pré - lajes

4 2 6 8 pilares4 pilares

6 5 4 12

8 pilares4 pilares

10


Deformação das armaduras (88) -

434 3 6 43 43

2 22 28 8

6 pré-lajes

222 2 2 2

4 44

4 4 6 3

8 pilares4 pilares2 carlingas nos encontros e sobre pilares em V

barras


CONCLUSÕES

A informação está, ainda, muito dispersa.

Esta matéria é pouco abordada nos cursos de Engenharia Civil.


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.

A administração ainda está pouco sensibilizada para

disponibilizar dados.

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


Paulo J. S. Cruz

Universidade do Minho

Estoril, 5 de Abril

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