IST - Inspecção Reabilitaçao Pontes

INSPECÇÃO E REABILITAÇÃO DE PONTES

Júlio Appleton

IST – 17 de Fevereiro de 2005

SUMÁRIO

Enquadramento Geral

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Enquadramento Geral

Durabilidade

Inspecção e Avaliação

Reabilitação e Reforço

Casos de Estudo

Ponte de Tavira sobre o Rio Gilão (alvenaria)

Ponte de Soure no ramal de Alfarelos (metálica)

Viaduto Duarte Pacheco em Lisboa (betão armado)

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, o

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“Certificado de Nascimento” (Birth Certificate) que deve incluir as Telas 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

Durabilidade de uma Estrutura

Aptidão de uma estrutura para desempenhar as funções para que havia sido

concebida durante o período de vida previsto, sem que para tal seja

necessário despender custos de manutenção e reparação imprevistos.

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Inspecção e Avaliação

Inspecção visual (detalhada)

Ensaios (planeamento)

Só fazer ensaios cujos resultados e interpretação contribuam para aavaliação do estado da obra

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avaliação do estado da obra

Avaliaçãodo estado da deterioração

da segurança estrutural

Enquadramento Geral dos Trabalhos de Inspecção e Reabilitação em Obras Existentes

Inspecção de Rotina(visual)

Anomalias Reparação curativa

Avaliação(causas e consequências)

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Inspecção Detalhada(e ensaios)

Inspecção Especial(associada à ocorrência

de acidentes, ...)

(causas e consequências)

Caracterização do estado da obra

Reparação preventiva

Comportamento Estrutural

Avaliação da segurança Reforço

Medidas restritivas

Reabilitação/Reforço – Estratégia de Intervenção

Avaliação Identificação das causas das anomalias

Anular as causas – evitar a penetração dos agentes

agressivos

Controlar os processos: ex: infraescavação

criar açudes

Se a avaliação das condições Reforço selectivo

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Se a avaliação das condições de segurança implica a necessidade de reforço

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.

Estruturas de Alvenaria

PRINCIPAIS PROBLEMASPeso, Rigidez Fraca resistência à tracçãoAlteração química

ANOMALIAS- Alteração ou destruição da pedra (ataque químico e físico)- Juntas abertas/erodidas com infiltração de água

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- Juntas abertas/erodidas com infiltração de água- Fendilhação- Reboco deteriorado

INSPECÇÃO BÁSICA OU DE ROTINAMapeamento das Patologias

InfraescavaçõesQueda ou deslocamento de blocos de cantariaDeterioração de reboco, de cantaria, …

INSPECÇÃO ESPECIALExtracção de Provetes

Análise da pedra e da argamassaEnsaios 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

Estruturas de Alvenaria

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na alvenaria e avaliação das tensões instaladas com base em modelos simples).

REABILITAÇÃOInjecções (caldas de cimento, silicatos, ...)Reflechamento de juntasReboco armado/encamisamentoReforço de ligações entre paredes ou outros elementosReforço de pisos/cobertura com lâmina de argamassa ou microbetão armadoIntrodução de elementos de contraventamentoReconstruçãoProtecção superfícial (rebocos e pinturas)

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

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Ponte de TaviraDestruição de um talhamar e de 2 arcos (1989)

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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

– Inspecção visual – necessidade de reconstrução da talhamar destruído

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– Inspecção visual – necessidade de reconstrução 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

Consolidação das Fundações

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Consolidação das Fundações

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Consolidação da Estrutura da Ponte

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Reabilitação e beneficiação Geral

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Vista Geral após a Reabilitação

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Estruturas Metálicas

- Corrosão (aço corrente e ligações)- Necessidade de grande conservação- Baixa ductilidade e Resistência à fadiga (ferro fundido e aços antigos)- Encurvadura (barras comprimidas)

- Degradação/destruição da pintura (revestimento superficial)- Corrosão do aço

em especial em zonas de sobreposição de chapas de apoio de

PRINCIPAIS PROBLEMAS

ANOMALIAS

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em especial em zonas de sobreposição de chapas de apoio detravessas de madeira ou laje de betão

- Corrosão nas Ligações – parafusos …

INSPECÇÃO BÁSICA OU DE ROTINAMapeamento das Anomalias (excepto se forem generalizadas)

- Corrosão de elementos metálicos- Corrosão de ligações- Deterioração da pintura

Aderência/destruiçãoEnsaios Básicos

- Espessura da tinta e aderência- Líquidos penetrantes em soldaduras

Estruturas Metálicas

INSPECÇÃO ESPECIAL- Extracção de Provetes para

Análise químicaEnsaio de tracçãoEnsaio de dobragemEnsaio de resiliência (Charpy)Ensaios de fadiga

- Controlo de soldaduras por radiografia

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- Controlo de soldaduras por radiografia

REABILITAÇÃOSubstituição local (ou de elementos)Travamento dos elementos comprimidos Reforço com novas chapas ou perfisReforço com pré-esforço exteriorProtecção superficial

Pontes Metálicas – Caso de Estudo

Ponte de Soure no ramal Ferroviário de Alfarelos

Vistas Gerais

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Vistas Gerais

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Pontes Metálicas – Caso de EstudoPonte 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)

3.055 t/ml

Comboio Regulamentar – 1897 3.38 t/ml

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Comboio Regulamentar – 1897 3.38 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

8.508 t/ml

Regulamento de Segurança e Acções para Estruturas de Edifícios e Pontes – 1983

8.406 t/ml

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



Deterioração

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Deterioração

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Deterioração

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Ensaios

Ensaio Nº Amostras Determinar

Análise Química 4 - teor em C Mn Si P e S

Tracção 4 - tensão limite de elasticidade e módulo de elasticidade- tensão de rotura

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- tensão de rotura

Dobragem 4 - ângulo de dobragem em grau correspondente ao aparecimento (ou não) de fendas

Impacto (charpy) 12 - resistência ao choque do material

Fadiga 16 - tensão máxima de resistência à fadiga- curva S/N



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Ensaios Tensão de Rotura

MPaAlongamento após Rotura

Ensaios de a1967 – CP 345 a 430 4.1 a 14.2%

Ensaio de 1993 – ISQ/A2P

(NP 10 002 de 1990)

Barra 364 – 381 9%

L 364 – 381 13 – 21%

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(NP 10 002 de 1990) L 364 – 381 13 – 21%

Tensão Mínimade Rotura (MPa)

Alongamento Mínimo após

Rotura

Regulamento de

1897

360 25% Aço Laminado

340 13% Ferro Laminado

Regulamento dePontes Metálicasde 1929

400 22% Aço Laminado



Ensaios

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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)

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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)



Fundações

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Sondagens

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Pontes Metálicas – Caso de EstudoPonte 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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Eficácia do Reforço:

cp cp+pe sci cp+pe+sc Deslocamentos a meio vão do tramo lateral

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cp cp+pe sci cp+pe+sc

1 7 N + 144.7 -252.9 800.2 547.1

M 1.35 -4.09 18.69 14.6

2 21 N +57.4 -119.8 636.9 517.1

M 0.70 -4.1 16.8 12.7

3 2006 N -198.8 347.4 -1266.7 -919.3

M 2.8 -0.92 15.0 14.08

4 2020 N -64.9 152.8 -922.4 -769.6

M 0.80 -2.5 14.3 11.8

5 2130 N -46.2 82.3 -211.6 -129.3

M -0.07 -0.58 0.41 -0.17

6 2160 N -28.1 -11.1 -174.3 -185.4

M -0.07 -0.45 -0.04 -0.49

Deslocamentos a meio vão do tramo lateral

δcp = - 6.4mm

δPE = + 14.8

= -26.9mm

Esforços nos banzos a meio vão do tramo lateral

banzo

inferior

Ncp = 145kN

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

Nsc = +800

Ncp+sc = 945 ; Ncp+PE+sc = 547.1

δmaxft


Reabilitação de Estruturas Metálicas

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Estruturas de Betão Armado

PRINCIPAIS PROBLEMAS- Peso- Corrosão das armaduras- Ataque químico (CO2, Ácidos, ...) do betão

ANOMALIASCorrosão das armaduras. Delaminação do betãoDeterioração química do betão

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Deterioração química do betãoFendilhaçãoDeformação excessivaEscorrimentos, ...

INSPECÇÃO BÁSICA Inspecção visual

Mapeamento das anomaliasMedição do recobrimentoMedição da profundidade de carbonatação (e penetração de cloretos)

INSPECÇÃO ESPECIALExtracção de carotes (macroanálise)

Ensaio de resistência/deformabilidadeEnsaio de avaliação da qualidade do betãoAnálise petrográfica

Extracção de provetes de açoEnsaio de resistência

Ensaios de avaliação do grau de velocidade de corrosãoNivelamento, medição de movimentos e de abertura de fendasMedição das acções na estruturaAvaliação do comportamento dinâmico da estrutura

Estruturas de Betão Armado

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Avaliação do comportamento dinâmico da estrutura

AVALIAÇÃO

REABILITAÇÃOReconstrução do betão de recobrimento com microbetão betonado in situ

ou projectadoInjecção de fendas com resina epoxy para repor o monolitismoReforço para adição de armaduras exterioresEncamisamento das secçõesPré-esforço exteriorTratamento electroquímico e Protecção catódicaProtecção superficial e impregnação (inibidores de corrosão, ...)

VIADUTO DUARTE PACHECO

Vistas Gerais

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Vistas Gerais

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Vistas Gerais

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Projecto 1937 (Engº João Barbosa Carmona)

Data de Construção 1937 a 1944 (SEOP, Lda)

Betão Em Geral Pilastras

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

cimento (kg) 300 250

areia (l) 400 400

brita (l) 800 800



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 nasconsolas do tabuleiro face inferior

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• Carbonatação < 15 mm

• Cloretos Cl-< Cl

-crit a 2cm

• Microscopia Electrónica e DRX

- Compostos típicos de reacções álcalis-sílica (silicatos hidratados de cálcio ePotássio)

- Inertes reactivos – Grãos de sílex, quartzo reactivo, ...- Reactividade residual aos álcalis



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

INSPECÇÃO DE 2001

Mapeamento de Anomalias

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J.D

.

J.D

.

J.D

.

J.D

.

J.D

.

J.D

.

J.D

.

J.D

.

J.D

.

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

J.D

.

1234567891011

FAC32

FAC24 FAC23 FAC22

FAC26

FAC28

FAC29FAC30

FAC33

FAC27FAC31

FAC25

VIADUTO DUARTE PACHECOInspecção e Ensaios

INSPECÇÃO DE 2001


ALÇADO LONGITUDINAL - FACE NORTE

ARCO SUL - PILAR EXTERIOR

CASCAIS

FAC6

GUARDA SUL _ FACE NORTE

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ALÇADO LONGITUDINAL - FACE SUL LISBOA

GUARDA SUL _ FACE SUL

FAC11



FACE CASCAIS

FAC8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10FACE LISBOA

12345678910

INSPECÇÃO DE 2001


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INSPECÇÃO DE 2001


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INSPECÇÃO DE 2001


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INSPECÇÃO DE 2001Mapeamento de Anomalias

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ALÇADO LONGITUDINAL

LISBOA CASCAISAVF VL AC VM AEM

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80.0

85.0

90.0

95.0

100.0

0 10 20 30 40 50 60 70

Profundidade (cm)

Hu

mid

ade

(%) 1ª medição

2ª medição

3ª medição

4ª medição

5ª medição



INSPECÇÃO DE 2001

Reactividade Residual e Efeito de tais Reacções na Deformabilidade e Resistência do Betão

Recobrimentos Carbonatação

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Recobrimentos Carbonatação

Arcos – 12 a 82mm 8mmPilares – 16 a 74mm 9mmVigas – 11 a 86mm 18mmLaje – 6 a 29mm 18mm

Zonas protegidas – 16mm

Zonas não protegidas –22mm



30 a 100 kΩcm – Boa qualidade do betão

INSPECÇÃO DE 2001

Resistividade do Betão

Conclusões da inspecção:

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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 situaçõesbaixo 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


Projecto de Reabilitação e Reforço

INTERVENÇÃO

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

2. REPARAÇÃO de fendas

> 1.0mm – injecção de calda de cimento + selagem

microbetão

argamassas

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1.0mm > ω > 0.4mm – selagem superficialSELAGEM DE FENDAS COM MASTIQUE ACRÍLICO



INTERVENÇÃO

3. PROTECÇÃO GERAL

Pintura

Sistema Tipo 1 – Zonas mais afectadas (pilares, e arco central,pilastras e faces exteriores das vigas extremas doarco)

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arco)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 hidrofuganteBarramento de fendasPintura acrílica e ≥ 180 µm

Sistema Tipo 3 – Zonas protegidas da obra (face inferior do tabuleiro)Pintura acrílica e ≥ 180 µm



INTERVENÇÃO

4. CONSOLAS

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

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5. MONITORIZAÇÃO

Corrosão − células de corrosão

Desempenho da Pintura − sensores de resistividade

Deformação/Expansão − sensores de fibras ópticas



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Projecto de Reabilitação e Reforço – Modelação

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Projecto de Reabilitação e Reforço – Concepção do Reforço Sísmico

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