PONTE METÁLICA DE VILA REAL, SOBRE O RIO CORGO REABILITAÇÃO E REFORÇO

Luís G. Melo 1 e António J. Reis 2

RESUMO

A presente comunicação tem por objectivo descrever o tipo de intervenção de que foi alvo a antiga Ponte sobre o Rio Corgo, em Vila Real, fazendo-se referência às várias fases de projecto, e à implementação em obra das soluções estruturais adoptadas. 1. INTRODUÇÃO

A Ponte sobre o Rio Corgo, em Vila Real, cuja construção data de 1909, constitui um importante elo de ligação, quer rodoviário quer pedonal, entre as margens do rio Corgo junto à zona antiga da cidade.

Não obstante os trabalhos de beneficiação de que a estrutura foi alvo em 1951 (pintura geral e adopção de uma laje de tabuleiro em betão armado) e face ao estado de conservação da Obra de Arte e à necessidade de melhoria das condições de atravessamento da ponte, foi opção da ex. JAE promover a reabilitação e reforço da estrutura, adaptando-a às novas exigências, quer funcionais quer em termos de regulamentação de segurança actualmente em vigor.

Os objectivos preconizados pela ex JAE visando a beneficiação geral da estrutura, compreendiam essencialmente:

- alargamento da plataforma rodoviária para 7.0m (duas faixas de rodagem); - alargamento (remodelação) dos passeios laterais para circulação pedonal para

2.0m, prevendo inclusivamente a protecção e cobertura dos mesmos; - adequação da capacidade de suporte da estrutura às sobrecargas actualmente em

vigor, na regulamentação aplicável a este tipo de estruturas.

Na figura 1 apresenta-se a secção transversal tipo, antes e depois da intervenção, onde se destaca a inclusão de pré-esforço exterior e o alargamento dos passeios laterais. . 1 Engº Civil; GRID 2 Professor catedrático IST; GRID – Director Técnico

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Fig. 1 – Secção transversal tipo antes e depois da intervenção 2. CARACTERÍSTICAS DA ESTRUTURA EXISTENTE

A ponte existente é constituída por uma superestrutura metálica treliçada contínua sobre a qual assenta uma laje de betão armado. A obra tem um comprimento entre eixos de apoios nos encontros de 109m, distribuídos por três tramos (32m + 45m + 32m). O tabuleiro encontra-se apoiado em encontros e pilares em cantaria de granito prolongando-se os encontros em cerca de 47.5m para o lado da cidade de Vila Real, e de 35.0m para o lado oposto (ver figura 2). Os apoios da estrutura são fixos longitudinalmente no pilar P1 e móveis nos restantes elementos de apoio.

A treliça metálica é constituída por banzos com secção composta em forma de “T”. As diagonais longitudinais que formam as almas da trelica têm secção “U” de dimensão variável, enquanto que os restantes elementos estruturais (contraventamentos, montantes e diagonais transversais), apresentam secção composta por uma ou mais cantoneiras de abas iguais.

As características geométricas da superestrutura, antes dos trabalhos de beneficiação, cuja plataforma rodoviária se apresenta na figura 3, são as seguintes :

- altura da treliça metálica - 4.5m; - largura da treliça metálica - 6.06m; - largura da faixa de rodagem - 6.0m - largura total do tabuleiro - 8.06m. - espessura da laje de betão – 0.16m.

Fig. 2 e 3 – Antiga Ponte sobre o Rio Corgo: vista geral e perfil transversal

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3. INSPECÇÃO E ENSAIOS 3.1 Metodologia Adoptada Para elaboração do projecto de reabilitação e reforço da Obra de Arte, e paralelamente ao levantamento topográfico de pormenor de toda a estrutura, foi efectuado um levantamento exaustivo, no que respeita quer à resistência dos materiais empregues na construção, como às patologias evidenciadas pela estrutura no seu todo. Para o efeito foi solicitado a uma empresa especializada o desenvolvimento destes trabalhos, tendo os mesmos decorrido previamente ao início do estudo do reforço, tendo os resultados da inspecção constituído fonte de informação preciosa ao desenvolvimento do projecto. Para caracterização do betão armado da laje foram efectuados ensaios de compressão sobre carotes, ensaios esclerométricos e ultrasónicos, análises petrográficas e avaliação do estado de conservação da armadura ordinária, quer por determinação da percentagem de corrosão activa, das profundidades de carbonatação e do teor em cloretos no betão, e por identificação e medição de recobrimentos. O estado de tensão e módulo de deformabilidade das alvenarias de pilares e encontros foram determinados recorrendo a ensaios com macacos planos de pequena área. Para a caracterização dos aços estruturais efectuaram-se análises químicas (determinação do teor em carbono, manganês, fósforo, enxofre e silício), e a ensaios de tracção e dobragem. 3.2 Caracterização dos Materiais Com base nos ensaios referidos, foi possível concluir que o betão existente era de boa qualidade e com uma tensão característica à compressão de cerca de 40 MPa.

A armadura não apresentava corrosão activa não tendo também significado o teor em cloretos e a profundidade de carbonatação (com excepção da zona inferior das consolas que no entanto viria a ser demolida face ao projecto de reforço). O aço estrutural apresentou uma tensão limite convencional de proporcionalidade a 0.2%, fs0.2k, entre 136.3 MPa e 172.5 MPa. A tensão de rotura, fsuk, variou entre 166.5 MPa e 216.3 MPa. As alvenarias em cantaria de granito apresentaram módulos de deformabilidade variáveis entre 32.3 MPa e 33.6 MPa. 3.3 Estado de Conservação da Estrutura De acordo com a inspecção realizada constatou-se que os pilares e encontros em cantaria de granito se encontravam em bom estado de conservação. No que respeita à estrutura metálica do tabuleiro, necessitava de uma pintura generalizada, por apresentar pontos com corrosão activa um pouco por toda a estrutura, em especial nas zonas de contacto com a laje de betão. O tabuleiro de betão armado, com excepção da zona em consolas, apresentava um bom estado de conservação. Os aparelhos de apoio apresentavam princípios de corrosão, pelo que deveriam ser reparados ou substituídos (no todo ou em parte), o mesmo acontecendo com as juntas de dilatação existentes. O sistema de drenagem e de iluminação necessitavam de ser substituídos, sendo que no que respeita a equipamento de iluminação, como candeeiros, os mesmos deveriam ser conservados e reaplicados.

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4. SOLUÇÃO DE REABILITAÇÃO E REFORÇO 4.1 Descrição Geral da Solução de Reforço

Foram várias as soluções de reforço analisadas a nível de Estudo Preliminar, onde entre outras se estudou a possibilidade de reforço por intermédio de atirantamento, reforço com recurso exclusivo a adição de perfis e chapas de aço e reforço recorrendo a um sistema de pré-esforço exterior, necessariamente complementado com algum reforço por adição de novos elementos metálicos.

Ponderadas as vantagens e inconvenientes de cada uma das alternativas, e antecipando eventuais dificuldades de implementação em obra das soluções a propor em projecto, entendeu-se que a solução de reforço recorrendo a pré-esforço exterior se afigurava como a mais aconselhável, tanto do ponto de vista construtivo, como estético e até económico.

A consideração do préesforço exterior não evita a necessidade de reforço de grande parte dos elementos que constituem a superestrutura, nomeadamente diagonais das almas e elementos de contraventamento, em especial face à elevada esbelteza que a maioria deles apresenta. Permite no entanto aligeirar parte desses reforços, simplificando consideravelmente a sua execução em obra.

O tipo de reforço proposto para os vários elementos visou reduzir, tanto quanto possível, a remoção (ainda que provisória) das barras existentes, conduzindo assim a uma solução construtiva mais simples e segura (no ponto 5 descreve-se em pormenor, o tipo de intervenção a efectuar nos vários elementos que integram a superestrutura).

A grelha que constitui o apoio directo da laje de tabuleiro, cujos elementos metálicos resistentes (carlingas e longarinas) são formados por secções em “I” compostas, não necessitou de qualquer intervenção de reforço, mas apenas de conservação.

O alargamento dos passeios laterais levou à consideração de duas soluções necessariamente diferentes para a zona sobre a estrutura metálica da ponta e zonas sobre os encontros, tendo-se em ambos os casos recorrido a soluções estruturais onde a laje de betão que constitui o passeio propriamente dito é suportada por elementos metálicos em consola.

Pretendendo-se alterar o mínimo possível o aspecto geral da estrutura após reabilitação e reforço, e atendendo ao bom estado de conservação dos elementos em alvenaria existentes, como guardas e acrotérios, estes elementos foram reinstalados após o alargamento. 4.2 Análise Estrutural e Dimensionamento

A verificação da segurança em relação aos estados limites últimos foi efectuada com

base na metodologia preconizada no RSA com os respectivos coeficientes parciais de segurança.

No que se refere à avaliação da capacidade resistente das peças, adoptou-se o EC3. Em situações específicas, foram avaliadas as resistências com base em regulamentação internacional para pontes metálicas, nomeadamente as normas BS5400 e SIA 161.

A resistência à fadiga foi avaliada com base em regulamentação internacional, considerando-se para a carga de fadiga, o veículo tipo regulamentar, mas com 130 kN/eixo afectado de um coeficiente dinâmico de 1.2, ou seja, um veículo com carga total de 468 kN (veículo tipo das instruções espanholas para pontes rodoviárias para verificação à fadiga).

A verificação dos estados limites de utilização foi efectuada com base na regulamentação em vigor, tendo sido verificadas as flechas e rotações máximas do tabuleiro rodoviário.

Para a verificação da segurança estrutural do tabuleiro rodoviário elaborou-se um modelo de análise de viga contínua treliçada de três tramos, simulando quer a estrutura existente, quer a resultante do reforço preconizado.

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5. DESCRIÇÃO DAS INTERVENÇÕES DE REFORÇO 5.1 Pré-esforço Exterior

O pré-esforço exterior, constituído por 2 cabos com pré-esforço a tempo infinito de

850 kN (tensionáveis cordão a cordão) em cada alma da estrutura, permite introduzir um diagrama de momentos flectores contrário ao da actuação da actual carga permanente na estrutura, reduzindo assim, em geral, o nível de esforços nos elementos existentes.

Conforme indicado na figura 4, considerou-se um pré-esforço independente para cada um dos vãos da estrutura, com cruzamento dos cabos, na zona de amarração, nas secções de apoio nos pilares. Nas selas de desvio admitiu-se a hipótese simplificada correspondente à introdução de pré-esforço exterior como força nodal equivalente à força de desvio. O pré-esforço foi considerado constante ao longo dos cabos e actuante com o seu valor útil.

A solução adoptada implicou a furação das almas das carlingas existentes sob a laje de betão, e das consolas de apoio do passeio lateral (nas secções sobre os encontros e pilares), para passagem dos cabos de pré-esforço exterior.

A amarração dos cabos é efectuada em maciços de betão, construídos em simultâneo com os trabalhos de alargamento da plataforma rodoviária, sendo por isso monolíticos com a laje do tabuleiro. A execução destes maciços de ancoragem em betão armado implicou ainda a furação da chapa de alma do banzo superior para passagem de parte da armadura transversal.

Admitiu-se que a compressão longitudinal resultante da aplicação deste pré-esforço é absorvida, maioritariamente, pela laje de betão, uma vez que não existia garantia sobre o modo como o aço da estrutura principal se encontrava ligado ao betão da laje. As selas de desvio no banzo inferior, compostas por chapas de aço S235 com 16mm de espessura, são aparafusadas à estrutura tirando partido da furação existente (figura 5).

Fig. 4 e 5 – Pré-esforço exterior : selas de desvio

Fig. 6 – Pré-esforço exterior (pormenores de projecto) : traçado e selas de desvio

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5.2 Reforço da Treliça Metálica

A consideração do pré-esforço exterior, e os esforços por ele introduzidos nos vários elementos estruturais da treliça metálica, embora reduza a necessidade de reforço, não o dispensa, pelo que foi necessário proceder ao reforço, por adição de elementos de aço novo, de um conjunto significativo de barras (banzos, diagonais e contraventamentos), quer pela sua elevada esbelteza, em alguns casos, como por falta de secção de aço, em outros.

Descreve-se seguidamente o tipo de intervenção efectuada nos vários elementos reforçados que integram a treliça, apresentando-se para cada caso pormenores construtivos extraídos do projecto e fotografias exemplificativas dos reforços após implementação em obra. 5.2.1 Banzos

O banzo superior necessita de reforço em toda a sua extensão, por falta de resistência

quando considerada a sua secção útil, uma vez que suporta directamente a laje de betão e sobrecarga rodoviária, esforços estes agravados após implementado o alargamento. A secção transversal dos banzos é da classe 4, classificação condicionada pela alma esbelta que o constitui. O reforço proposto consistiu no aparafusamento de cantoneiras metálicas L100x100x10, em aço S235, interrompidas na zona de intersecção das diagonais longitudinais, quando necessário. Esta solução implicou apenas a descravação de um reduzido nº de rebites por forma estender tanto quanto possível o reforço até junto aos montantes, melhorando significativamente a sua resistência à flexão.

A corda inferior apenas necessitou de reforço nos módulos entre selas de desvio dos cabos de pré-esforço (para absorver a componente de compressão introduzida pelo sistema), e sobre os apoios interiores (onde os esforços de compressão são máximos), sendo o reforço implementado idêntico ao das cordas superiores (ver figura 7).

Fig. 7 – Nó inferior da treliça : reforço do banzo inferior

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5.2.2 Diagonais longitudinais

As diagonais longitudinais da estrutura original apresentam, conforme já referido, esbelteza muito elevada (λ entre 170 e 304) pelo que necessitaram de ser reforçadas na sua quase totalidade. O reforço proposto passou pelo aparafusamento, de chapas metálicas aos banzos dos perfis U actualmente existentes, evitando-se assim a sua remoção, e consequente intervenção ao nível das ligações rebitadas existentes. Deste modo, e uma vez garantida a segurança dessas mesmas ligações, apenas houve que ligar o elemento de reforço ao elemento principal existente (ver figuras 8 e 9). A única excepção foram as diagonais actualmente existentes nas zonas de ½ vão dos tramos laterais, que apresentam esbelteza mais elevada, por passarem a estar sujeitas a esforços de compressão demasiado elevados, uma vez que recebem directamente as forças transmitidas pelo pré-esforço exterior (diagonais sobre as selas). Neste caso foi necessário recorrer à sua substituição e reforço da própria ligação.

Fig. 8 e 9 – Reforço de diagonais longitudinais

5.2.3 Diagonais transversais

As diagonais transversais são elementos sujeitos permanentemente a esforços de

compressão, apresentando também esbelteza elevada (λ = 110) e secção insuficiente. A sua capacidade resistente estava limitada a cerca de 85 MPa, quando para as novas acções de dimensionamento parte delas necessitariam de suportar cerca de 150 MPa (elementos sobre os apoios e sobre as selas de desvio dos cabos de pré-esforço). O reforço deste limitado grupo de diagonais transversais foi efectuado por adição de duas novas cantoneiras metálicas L70x70x9, em aço S235, aparafusadas às outras duas que constituiam a secção original, resultando uma secção em cruz formada pelas 4 cantoneiras 70x70x9 ligadas entre si pelas abas.

5.2.4 Contraventamento inferior

O contraventamento inferior apenas necessitou de reforço em determinados módulos

da treliça, uma vez mais por questões de elevada esbelteza dos elementos em questão. As barras cujo reforço se tornou necessário são aquelas sujeitas a esforços de

compressão mais elevados, ou seja, os elementos dos dois módulos adjacentes aos pilares (para ambos os lados), e as dos módulos adjacentes aos apoios nos encontros. Estes elementos foram reforçados duplicando a secção de aço por adição de uma nova cantoneira em aço S235 (L70x70x9), aparafusada à cantoneira existente, garantindo assim que ambos os elementos trabalham em conjunto, e não cada um por si, aumentando-se assim consideravelmente a resistência à encurvadura do elemento.

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6. ALARGAMENTO DE PASSEIOS PEDONAIS

A par do reforço estrutural da Obra de Arte, procedeu-se ao alargamento da faixa de rodagem para 7.0m úteis, bem como à construção de passeios laterais com 2.0m de largura.

As soluções encontradas para implementar esse alargamento foram necessariamente diferentes na zona da ponte e sobre os encontros, em particular pelas diferentes características dos respectivos suportes (estrutura metálica na ponte e cantaria de granito nos encontros). 6.1 Alargamento de Passeios sobre os Encontros Na zona sobre os encontros, de ambos os lados da ponte, os passeios não são cobertos, possuindo no entanto a mesma largura (2.0m) que na zona da ponte.

A solução estrutural encontrada para equilibrar os esforços resultantes do peso próprio e correspondentes sobrecargas, consistiu em apoiar a laje do passeio em perfis metálicos HEA450 (com cerca de 11.0m de comprimento), colocados a toda a largura do encontro, enterrados sob a plataforma rodoviária, e apoiados em maciços de betão armado dispostos tão próximo quanto possível dos blocos de cantaria de granito do paramento dos encontros (ver figura 14). Deste modo evitou-se a fixação directa aos blocos de granito, que apenas ficaram sujeitos ao impulso horizontal resultante da carga vertical adicional. A colocação destes perfis (ver figuras 10 a 12), espaçados de cerca de 3.2m, obrigou à execução de rasgos localizados na cantaria, face à necessidade em garantir as cotas da rasante original.

O guarda corpos de origem, também em cantaria de granito, foi retirado durante os trabalhos e recolocado após concluído o alargamento, o mesmo acontecendo com os acrotérios onde actualmente apoiam os candeeiros de iluminação.

Fig. 10 – Consolas para apoio dos passeios laterais na zona dos encontros

Fig. 11 e 12 – Colocação das consolas para apoio dos passeios laterais

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6.2 Alargamento dos Passeios na Zona da Ponte

O passeio lateral na zona da ponte, à semelhança da zona dos encontros, é constituído por uma laje em betão armado com espessura 0.12m betonada sobre uma chapa colaborante de aço, sendo neste caso apoiada indirectamente em consolas metálicas constituídas por perfis “I” compostos em aço S235, ligados à estrutura metálica principal por ligações aparafusadas pré-esforçadas (ver figura 13).

Fig. 13 – Fixação das consolas para apoio dos passeios laterais na zona da ponte Estes trabalhos implicaram não só a demolição parcial da laje de betão existente (zona

das consolas) em toda a extensão da obra, como a descravação de parte dos rebites existentes nas intercepções dos montantes com os banzos superiores e o reforço local do respectivo nó.

Estas consolas têm um afastamento variável (cerca de 4.5m), coincidindo com o afastamento entre os vários montantes.

Longitudinalmente, apoiado sobre estas consolas, assenta um perfil metálico HEB220 que recebe directamente a laje de betão. Em toda a extensão da ponte os passeios laterais são protegidos por uma cobertura com estrutura metálica constituída por perfis correntes em aço S235, revestida a vidro laminado. Esta estrutura é fixada à laje de betão armado e murete de segurança por ligações aparafusadas (ver figuras 13 a 15).

Para limpeza e manutenção da cobertura dos passeios foi previsto um corredor exterior de reduzidas dimensões protegido por uma guarda metálica corrente.

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Fig. 14 e 15 – Estrutura metálica dos passeios pedonais cobertos

7. OUTRAS INTERVENÇÕES DE REABILITAÇÃO A par das intervenções de reforço descritas nos pontos anteriores, foram ainda previstos e executados outros trabalhos de reabilitação da estrutura, nomeadamente a substituição de juntas de dilatação, a conservação dos órgãos de apoio, a substituição de todo o sistema de drenagem, a reabilitação do equipamento de iluminação e a limpeza geral das cantarias de granito de encontros e pilares. Na figura 16 apresenta-se uma vista geral da obra uma vez concluídos todos os trabalhos.

Fig. 16 – Vista geral da Obra de Arte após beneficiação e reforço

8. CONCLUSÕES

A intervenção proposta para a Ponte sobre o Rio Corgo tentou descaracterizar o menos possível a arquitectura da obra, pese embora se assuma de uma forma clara a necessidade de adaptação às novas exigências funcionais da ponte, de que é exemplo o passadiço coberto.

A solução de reforço com recurso a um sistema de pré-esforço exterior revelou-se eficiente, tendo em conta que os problemas de fadiga sob as sobrecargas de tráfego não se revelaram condicionantes.

A grande esbelteza de parte dos elementos estruturais, em especial diagonais e contraventamentos, exigiu o reforço ao nível das secções transversais, tendo-se recorrido a elementos adicionais com ligações aparafusadas pré-esforçadas à estrutura existente. Evitou-se sempre que possível a remoção integral de elementos estruturais, contribuindo assim para uma maior segurança e simplicidade nos trabalhos de reforço.