Ponte da Varela
Ponte da Varela – Alargamento, Reabilitação e Reforço da Obra de Arte Júlio Appleton A2P Consult João Pavia Saraiva A2P Consult RESUMO: Neste artigo apresenta-se o Projecto de Reabilitação, Reforço e Alargamento do Tabuleiro da Ponte da Varela. Inclui-se neste artigo a descrição da fase prévia de inspecção e diagnóstico, as soluções de reparação e reforço estrutural para conferir à estrutura a resistência sísmica compatível com os regulamentos actuais e para suportar o alargamento do tabuleiro. A Ponte foi objecto de intervenção em 2009/2010 pela Obrecol. 1 DESCRIÇÃO DA OBRA A Ponte da Varela sobre o Canal de Ovar na Ria de Aveiro localiza-se ao km 12+800 da EN 109-05, estabelecendo a ligação entre a Murtosa e a Torreira. Figura 1 – Ponte da Varela, antes da intervenção Esta ponte, realizada pela Novopca em 1964 e projectada em 1959, é constituída por 10 tramos simplesmente apoiados, cada um com 30.80m de vão, prefazendo um desenvolvimento total de 308m. Transversalmente o tabuleiro apresenta uma largura de 9.0m. A altura máxima da rasante, relativa ao encontro do lado direito é de 9.48m, correspondente a um gabarit fluvial de aproximadamente 14.90m. A estrutura é inteiramente constituída por betão armado e pré-esforçado. A solução estrutural original da Ponte consistiu na utilização em cada vão de seis vigas em T com uma altura constante de 1.60 metros. O banzo superior corresponde à laje do tabuleiro. Trata-se de vigas pré-fabricadas, pós-tensionadas, apoiadas nos pilares por articulação com chapas de chumbo. A laje entre banzos das vigas tem uma espessura de 0.18 metros. A solidarização transversal do tabuleiro é conseguida com recurso aos troços de laje e carlingas, 6 por tramo, betonadas posteriormente e pós tensionadas transversalmente (tanto a laje como as carlingas). Figura 2 – Secção transversal no vão e vista inferior do tabuleiro Os pilares, nove no total, são do tipo pilar lâmina (secção 1.50x9.70m). O tabuleiro foi fixado aos encontros. A ligação entre os pilares e o tabuleiro ou fundações do tipo rotulado é conseguida com recurso a ferrolhos de aço, com diâmetro 1’’ no caso da ligação aos encontros e fundações e ½’’ na ligação ao tabuleiro, protegidos por uma argamassa asfáltica. A meio da ponte o tabuleiro está separado por uma junta estrutural móvel. A metade do tabuleiro do lado de Ovar está apoiada em aparelhos móveis do tipo cilíndrico no pilar central. A outra metade da Ponte encontra-se fixada a todos os pilares, inclusivamente ao central onde está a junta. Existem juntas entre todos os tramos, que não foram materializadas por nenhum material ou dispositivo de junta no tabuleiro. Figura 3 - Esquema da fixação com ferrolhos das vigas aos pilares e encontros, respectivamente Do ponto de vista de comportamento estrutural, as vigas consideram-se simplesmente apoiadas em cada tramo e não existe nenhuma ligação destas entre vãos, encontrando-se, no entanto, ligadas aos pilares com recurso aos referidos ferrolhos. Os pilares, por seu turno, são do tipo pendular no sentido longitudinal da ponte, isto é, são rotulados no topo e na base. Para deslocamentos ou deformações horizontais, no sentido do seu eixo, o tabuleiro considera-se fixo apenas pelos encontros. Pelo contrário, no sentido transversal, considera-se um encastramento na ligação das vigas com os pilares e destes com as fundações, por efeito da resistência ao corte e à tracção dos ferrolhos em conjugação com a elevada dimensão da secção dos pilares neste sentido. Em suma, trata-se de uma ponte com tabuleiro isostático para cargas verticais e acções horizontais. O dimensionamento sísmico no projecto original foi realizado segundo o método das forças estáticas equivalentes utilizando um coeficiente sísmico de 0,05. 2 SÍNTESE DA INSPECÇÃO 2.1 Anomalias As vigas apresentavam sinais localizados e pouco expressivos de corrosão nas armaduras, com consequente delaminação do betão, em zonas de baixo recobrimento. Figura 4 – Delaminação da face lateral de uma viga e corrosão de armaduras As carlingas que se encontram sobre os apoios possuem maciços de amarração exteriores do pré-esforço transversal, que apresentavam graves problemas de deterioração do betão de protecção e corrosão do aço das ancoragens. É possível assumir que estes maciços tinham perdido parcial ou totalmente a função de amarração que desempenhavam inicialmente. A existência de negativos na laje, realizados de forma deficiente, para colocação de tubos de drenagem de águas ou esticadores de cofragem, resultou em deteriorações localizadas com delaminações do betão e corrosão das armaduras. Figura 5 – Deterioração dos aparelhos de apoio do pilar central e abertura da junta de dilação Os aparelhos de apoio móveis sobre o pilar central eram constituídos por um cilindro de aço entre duas chapas de aço (a chapa superior não estava ligada às vigas). Devido às contracções/dilatações do tabuleiro os aparelhos de apoio sofreram grandes deslocamentos já havendo esgotado o seu curso, o que resultou, nalguns deles, num movimento anormal da chapa superior, que nesse caso se encontrava numa posição obliqua danificando a face inferior da viga. Os aparelhos de apoio não se encontravam protegidos, razão pela qual a superfície exposta apresentava fortes sinais de corrosão. Pontualmente detectou-se corrosão das armaduras e delaminação do betão nos pilares. A junta entre o tabuleiro e o encontro não era estanque originando por isso escorrências de água. A junta de dilatação sobre o pilar central já havia esgotado totalmente a sua amplitude de movimento possível, com uma abertura significativa (aproximadamente 15 cm), devido ao livre deslocamento do tabuleiro do lado esquerdo e ao deslocamento do pilar central associado ao movimento do lado direito do tabuleiro. O aparelho de junta que a constituia encontrava-se totalmente deteriorado. No passeio não existia cobre juntas. As juntas entre tramos por não incluírem nenhum dispositivo de junta apresentavam fendilhação no pavimento, o que resultava na escorrência de água. 2.2 Ensaios Realizados Dos ensaios realizados retiraram-se as seguintes conclusões: a) O betão da obra existente apresenta dois tipos distintos: 1) Nas vigas pré-fabricadas o betão é de boa qualidade conforme se verifica nos ensaios de ultrasons e da resistência dos provetes obtidos dos carotes (41.5 MPa a 54.0 MPa). 2) Nos pilares e carlingas o betão é de qualidade inferior conforme se verifica nos ensaios de ultrasons. Nas carotes observa-se uma heterogeneidade elevada (resistência nos carotes de 36.5 a 67 MPa). b) Os recobrimentos apresentam uma grande variação com valores de: 1) Nas vigas pré-fabricadas os recobrimentos variam de 15 a 58 mm. 2) Nos pilares e carlingas os recobrimentos apresentam ainda maior variação do que nas vigas, sendo os valores médios um pouco superiores ao das vigas. c) A carbonatação é em geral muito reduzida (em 15 ensaios apenas 3 conduziram a uma profundidade de carbonatação superior a 10 mm). d) A penetração de cloretos já é significativa em especial na camada superficial (até 15 mm), atingindo-se valores de 0,04% Cl- em relação à massa de betão (da ordem do valor critico) em 8 das 15 regiões analisadas. Na camada seguinte (15 a 30 mm) apenas em 2 regiões os valores ultrapassaram 0.025Cl-. Conclui-se destes sinais que a contaminação já era relevante mas ainda seria eficaz uma intervenção de protecção superficial que impeça ou diminua a sua progressão. e) As análises petográficas revelaram a existência de inertes reactivos e de geles e microfendilhação associada a essa reacção. No entanto, trata-se de uma manifestação pouco expressiva e que poderá estar associada a uma reduzida percentagem de inertes reactivos. Deste estudo concluiu-se também da necessidade de proteger superficialmente o betão da ponte. 3 AVALIAÇÃO DA SEGURANÇA ESTRUTURAL Enquadramento da análise realizada A verificação da segurança foi realizada de acordo com a regulamentação portuguesa em vigor, RSA – Regulamento de Segurança e Acções para Estruturas e Pontes,1983, e REBAP – Regulamento de Estruturas de Betão Armado e Pré-Esforçado, 1984. A avaliação da segurança estrutural foi efectuada verificando-se Estados Limites Últimos, considerando como acção os esforços obtidos das combinações fundamentais tendo como base a sobrecarga distribuída e sobrecarga de faca, o veículo tipo, a frenagem e a acção sísmica. Também foram verificados Estados Limites de Utilização, para verificação da descompressão do betão pré-esforçado e efeito da temperatura. No que se refere à consideração da acção sísmica importa referir que a estrutura em causa localiza-se na zona sísmica C (Aveiro) em solo do tipo 2 (solo coerente de consistência média), de acordo com a classificação do RSA. Segundo o REBAP, definiu-se um coeficiente de comportamento de 1,2 para esta Ponte, uma vez que a energia transmitida pelos sismos é predominantemente absorvida pelos encontros e não se detectam a adopção de disposições construtivas que permitam assumir um comportamento dúctil da estrutura. Segurança aos Estados Limites Últimos 1. Comportamento da estrutura para cargas verticais A análise do comportamento da estrutura sob a acção das cargas verticais, de acordo com a regulamentação actual, revelou que a obra não apresenta deficiências de capacidade resistente. Mais concretamente, a estrutura verifica a segurança, utilizando os coeficientes de segurança regulamentares, para a combinação fundamental de acções tendo como base a sobrecarga constituída por uma carga uniformemente distribuída (q1 = 4 kN/m2) e uma carga transversal com distribuição linear e uniforme (q2 = 50 kN/m). Por outro lado, a estrutura não tem capacidade de garantir um coeficiente de segurança de 1.5 para a acção do veículo tipo. A deficiência surge em termos de momentos flectores a meio vão e é, para a situação mais desfavorável, de 16% relativamente à acção. Em relação a esforços transversos a estrutura verifica a segurança para ambos os casos citados. De referir que no projecto foi, de acordo com a regulamentação então em vigor, adoptado um veículo correspondente à classe B com um valor total de φx3Q=1.3x3x15=58.5 ton. 2. Comportamento da estrutura para acções horizontais No que respeita à acção do sismo, a estrutura apresenta problemas de resistência relevantes, não oferecendo uma segurança adequada. De assinalar o facto do seu dimensionamento sísmico ter sido efectuado, a nível de anteprojecto, considerando um coeficiente sísmico de 0.05, quando se obteria, de acordo com a regulamentação actualmente em vigor (RSA), o valor 0.138 na direcção longitudinal e 0.164 na direcção transversal (valores já afectados do coeficiente de majoração da acção sísmica). Como se pode verificar, embora a Ponte se localize na zona sísmica C, esta acção tem um efeito especialmente gravoso, uma vez que o coeficiente de comportamento é bastante baixo e a estrutura é relativamente rígida. Para resistir à acção sísmica as principais deficiências da estrutura são as seguintes: a) No sentido longitudinal o tabuleiro encontra-se fixo (apenas) pelos encontros e a transferência das forças horizontais depende da resistência dos ferrolhos na ligação. Por um lado, estes são em número insuficiente para suportar estas forças, por outro lado, devido à acção da água e da deterioração normal, estes poderão estar corroídos com potencial perda de secção. b) Os encontros não têm capacidade de suportar a acção longitudinal do sismo correspondente à actual regulamentação. c) Na direcção transversal, embora não se conheçam as armaduras dos pilares, é possível assumir que estes têm capacidade de suportar a acção do sismo devido à sua elevada dimensão nessa direcção. No entanto, a transferência de forças do tabuleiro para o pilar e deste para as fundações depende da eficácia do funcionamento dos ferrolhos. d) O tramo de tabuleiro que assenta na junta de dilatação não possuiu, nessa extremidade, qualquer restrição aos deslocamentos longitudinais, razão pela qual para acções sísmicas intensas poderá ocorrer o colapso desse tramo. 4 REABILITAÇÃO GERAL, ALARGAMENTO DO TABULEIRO E REFORÇO SÍSMICO Para além da reabilitação geral da obra a intervenção realizada incluiu duas intervenções relevantes – o alargamento do tabuleiro e o reforço sísmico. 4.1 Alargamento do Tabuleiro Pretendeu-se com a intervenção alargar o tabuleiro passando de um perfil de 3.0+3.0m para as vias, 0.5+0.5m para as bermas e 1.0+1.0m para passeios para um perfil de 3.5+3.5m para as vias, 1.5+1.5m para berma e 1.25+1.25m para passeios. A solução adoptada para o alargamento consistiu na colocação de vigas pré fabricadas, uma por vão de cada lado do tabuleiro, sobre consolas realizadas monoliticamente com os pilares. Os encontros foram também alargados para receber as novas vigas. A utilização de vigas pré-fabricadas é vantajosa na medida em que se evita a utilização de cimbres na execução do novo tabuleiro, o que seria bastante complexo uma vez que a obra se encontra sobre o rio. As vigas pré-fabricadas podem ser executadas em fábrica ou estaleiro junto à obra e transportadas até à Ponte onde são colocadas sobre apoios provisórios nas novas consolas. As vigas mantiveram, sensivelmente, a configuração geométrica das vigas existentes. As vigas têm um sistema de pré-tensão constituído por monocordões rectos e pós-tensão constituído por cabos com troço parcialmente recto e parcialmente parabólico. Secção de Apoio Secção de Vão Figura 6 – Novas vigas e perfil transversal sobre o pilar após alargamento As consolas de apoio das vigas nos pilares foram betonadas in situ e ligadas à estrutura existente por aderência criada por picagem, chumbadouros colocados em carotes e pré-esforço transversal colocado a todo o comprimento do pilar. A ligação entre as vigas existentes e as novas vigas foi realizada através de um troço de laje betonado in situ com recurso a um cimbre móvel apoiado superiormente no eixo das vigas. A transferência de esforços ao nível da laje foi concretizada unicamente com recurso a armaduras passivas – armaduras de espera na viga nova sobrepostas com armaduras que envolvem a consola da viga existente em zonas previamente picadas para o efeito. No vão das vigas, para dar continuidade à obra existente, colocaram-se carlingas metálicas cuja montagem e ligação é mais fácil do que com um solução em betão armado. A ligação das carlingas dos apoios foi conseguida pela betonagem in situ de um troço de carlinga com largura superior ao existente. Nesta carlinga foram colocados dois cabos de pré-esforço, interiormente no troço novo e exteriormente na zona existente, para realizar a solidarização transversal no apoio e reforçar o pré-esforço existente. O passeio foi totalmente reconstruído e os novos candeeiros fixados directamente no passeio. Os encontros serão alargados em 1.0m para ambos os lados e fundados em novas estacas com diâmetro 0.60m, 3 para cada um dos lados de cada um dos encontros. O alargamento realizado não requer reforço das fundações. 4.2 Reforço Sísmico Conclui-se que o sistema estrutural original adoptado para a Ponte da Varela apresenta insuficiências do ponto de vista sísmico. Do ponto de vista longitudinal o aumento de carga e a correcta modelação do sistema de fundação da ponte resultam numa força horizontal absorvida nos encontros superior à força de projecto. A força média absorvida por encontro é de 6638kN ao que corresponde um coeficiente sísmico superior aos 0.05 considerados no anteprojecto. Por esta razão adoptou-se a utilização de aparelhos de amortecimento sísmico nos encontros. Definiu-se, com base num estudo paramétrico e análise do comportamento no tempo, a utilização de 4 aparelhos por encontro. Para garantir o sucesso desta intervenção foi necessário selar a junta de dilatação central e criar uma junta de dilatação em cada um dos encontros com capacidade de acomodar os deslocamentos sísmicos. Num dos encontros introduziu-se um sistema de fusível ficando a ponte fixada nesse encontro para as acções de serviço. CORTE C - C' ' Encontro existente C C Figura 7 – Sistema de amortecimento sísmico Na direcção transversal não se detectou a necessidade de proceder a nenhum tipo de intervenção pelas seguintes razões: a) Os deslocamentos detectados no tabuleiro não são muito elevados: 55.47 mm. b) O mecanismo de transferência de esforços entre elementos no sentido transversal não é solicitado para esforços de tracção: os ferrolhos de ligação do tabuleiro ao pilar e deste aos pegões não se encontram traccionados. c) O esforço de corte actuante na base do pilar é inferior ao resistente. Para garantir a transferência dos esforços longitudinais para os encontros e um bom comportamento conjunto da estrutura da Ponte da Varela foi necessário introduzir um sistema que garanta a continuidade axial do tabuleiro. Para tal definiu-se a colocação de barras de pré-esforço na zona das carlingas, ancoradas nas suas faces, com capacidade de absorver eventuais esforços de tracção sem permitir a abertura da junta corrente. Previamente foi efectuada a selagem das juntas existentes. As novas juntas de dilatação têm a capacidade de acomodar nos encontros os deslocamentos resultantes da acção sísmica. As juntas são distintas, uma vez que os deslocamentos devido a variações de temperatura serão absorvidas no encontro sem fusível. A amplitude de deslocamentos para esta junta é de: mm U 6 . 305 8 . 152 2 = × = ∆ Para a junta do encontro com fusível a amplitude de movimentos será de: mm U 278 139 2 = × = ∆ Não se considerou a acção da retracção e fluência uma vez que a estrutura nova do alargamento está impedida de deformar relativamente à estrutura existente. Esta alteração associada à concepção sísmica implica uma alteração do funcionamento em serviço da ponte, em particular para acção da temperatura. A ponte como construída estava fixada nos encontros, concentrando na zona central o maior movimento e abertura da junta. mm T l 46 2 ± = ∆ × × × ± = α δ , na junta central Com a introdução do sistema de amortecimento e sistema de fusível no Encontro do lado da Torreira o movimento para as variações de temperatura passou a estar concentrado na junta do Encontro oposto. mm T L 46 ± = ∆ × × = α δ Para além das juntas terem de acomodar estes movimentos, os pilares na zona adjacente à junta móvel, ficarão sujeitos a maiores deslocamentos longitudinais, do que anteriormente. Para o deslocamento máximo o pilar apresentará uma rotação de 0.00567rads, a que corresponde um movimento máximo vertical da rótula na base de 5mm, muito inferior à abertura existente de 50mm. 4.3 Reabilitação geral Realizaram-se diversos trabalhos de reparação e protecção da estrutura existente tendo em vista a reabilitação geral da obra. Destacam-se os principais trabalhos: a) Selagem de fendas com abertura superior a 0.3mm. b) Reparação de zonas com betão delaminado, por remoção do betão destacado e colocação de nova camada de recobrimento, após limpeza das armaduras. c) Reparação das juntas entre vigas com colocação de betume elastomérico, que permite pequenas rotações. d) Reparação de elementos não estruturais do passeio, como os guarda corpos e candeeiros. e) Repavimentação da via e impermeabilização do tabuleiro com uma camada de betume reforçado com grelha de fibras. f) Protecção geral da obra com pintura por revestimento espesso. 5 A INTERVENÇÃO A obra descrita foi adjudicada à Obrecol, que a realizou em 2009/2010. Figura 8 – Plataforma para trabalho na face inferior do tabuleiro e realização dos capiteis de apoio das novas vigas Figura 9 – Pré-esforço transversal e barras de pré-esforço longitudinal nas carlingas dos apoios e pré esforço transversal dos capiteis de apoio das novas vigas Figura 10 – Alargamento das carlingas dos vãos com perfis metálicos e obra após protecção superficial Figura 11 – Vista superior do tabuleiro após alargamento Figura 12 – Vista geral da obra após intervenção
