Raquel Dias Martins
Licenciada em Engenharia Civil
Reabilitação e Reforço de Pontes Metálicas
Centenárias Rodoviárias em Portugal
Relatório nos Termos do Despacho 20/2010 para Obtenção do Grau
de Mestre por Licenciados "Pré-Bolonha
”
Dissertação para obtenção do Grau de Mestre
em Engenharia Civil - Perfil de Estruturas
Orientador: Carlos Chastre Rodrigues, Prof. Doutor, FCT- UNL
Júri:
Presidente: Prof. Doutor Armando Antão, FCT-UNL Arguente: Prof. Doutor Válter Lúcio, FCT-UNL
Vogal: Prof. Doutor Carlos Chastre Rodrigues, FCT-UNL
Relatório nos termos do Despacho 20/2010 para Obtenção do Grau de Mestre por Licenciados “Pré-Bolonha”
Agradecimentos
AGRADECIMENTOS
Tal como a ponte que se ergue com o objetivo de ligar as duas margens, esta tese procura a ligação entre a minha vida profissional e a busca pelo conhecimento científico e académico.
A sua construção só se torna possível tendo presente todos os elementos constituintes, que de uma forma mais direta ou indireta tornaram este projeto possível.
Em primeiro lugar, um agradecimento aos meus pais, que contribuíram para a execução de uma fundação sólida e ambicionaram um projeto rigoroso com carinho e dedicação.
Depois, aos dois pilares da minha vida, David e Diana, que todos os dias me dão capacidade resistente para vencer as intempéries e me fazem acreditar num mundo melhor.
Em seguida, à minha aduela de fecho, que me completa, que me estabiliza. Sem ti Pedro, não seria possível vencer este objetivo. Juntos vencemos qualquer vão, chegamos à outra margem.
Por fim, a todos os que estiveram envolvidos neste projeto e que trouxeram um cabo de suspensão a esta dissertação:
À EP – Estradas de Portugal pela consulta, autorização de utilização e divulgação de elementos necessários à elaboração desta dissertação.
Aos meus colegas do Departamento de Projeto de Obras de Arte, pelo companheirismo e disponibilidade.
Aos meus colegas da EP, que contribuíram na consulta, fornecimento e verificação de dados das obras de arte utilizados.
Aos projetistas com quem tenho tido o prazer de trabalhar, em particular aqueles cujos projetos foram referenciados nesta dissertação e que assim contribuíram também para a sua realização.
Resumo
RESUMO
As pontes metálicas começaram a ser construídas em meados do século XIX em Portugal, tendo sido construídas inúmeras pontes de diferentes tipologias e diferentes materiais, dependendo da época da sua construção. O desafio de vencer maiores vãos foi alterando o tipo estrutural das pontes construídas e a evolução dos materiais aliada à sua conceção foi possibilitando a concretização dessa necessidade.
Apesar de construídas há mais de um século, algumas destas pontes mantêm-se em funções, cumprindo requisitos de segurança que tiveram de ser atualizados desde a sua construção, através de obras de reabilitação e reforço estrutural. Outras, acabaram por ser substituídas ou demolidas pois a sua adaptação aos requisitos atuais com padrões de segurança não era viável economicamente face à sua substituição por uma ponte nova, possivelmente em betão armado.
Dependendo do seu grau de conservação e da sua adequabilidade à função atual, a reabilitação e reforço terão de ser ponderados caso a caso e serão determinantes para a definição da solução a implementar.
O objetivo desta dissertação é fazer uma apresentação do trabalho desenvolvido em Portugal no âmbito da reabilitação e reforço das pontes metálicas centenárias rodoviárias, procurando apresentar uma metodologia seguida e soluções implementadas pela EP – Estradas de Portugal, S.A.
Para além desta experiência transmitida, procurou-se identificar, na bibliografia disponível, outras metodologias e trabalhos desenvolvidos que possam trazer novas soluções e inovações a esta temática.
Neste sentido serão apresentados alguns exemplos de intervenções em pontes metálicas centenárias rodoviárias promovidas pela EP – Estradas de Portugal, S.A., com especial incidência para as soluções e técnicas preconizadas na sua reabilitação e reforço.
Estes temas serão acompanhados de um extenso registo fotográfico, para uma compreensão mais fácil e clara possível.
Abstract
ABSTRACT
Steel bridges started to be built in the mid nineteenth century in Portugal. Numerous bridges of different types and different materials (depending on the time of its construction) were built. The willing of having constantly larger spans changed the structural type of bridges. The evolution of materials made this willing possible.
Although steel bridges were built more than a century ago, some of these bridges are still in daily use. Rehabilitation and structural reinforcement performed since its construction guarantee that these steel
bridges satisfy today’s security requirements. Other steel bridges were eventually replaced or
demolished because adaptation to current requirements was not economically worthwhile compared to its replacement by a new bridge, possibly reinforced concrete.
The degree of conservation and suitability to current function, determines the solution to be implemented. Rehabilitation and reinforcement processes must be considered in each case.
The objective of this dissertation is to describe a methodology and solutions to rehabilitate and reinforce centenarians steel bridges undertaken in Portugal by EP – Estradas de Portugal, SA.
To describe the methodology and solutions some real examples of EP – Estradas de Portugal, SA., will be used. Examples will detail the solutions and techniques suited for each intervention in centenarian steel bridges to rehabilitate and reinforce them in order to satisfy current security requirements.
Examples are enhanced by an extensive photographic record, providing a clear and easier understanding as possible.
In addition to the methodology and solutions described, this dissertation also identifies available literature, offering different methodologies and work done that reveal new solutions to this subject.
Índice Geral
ÍNDICE GERAL
AGRADECIMENTOS ... III
RESUMO ... V
ABSTRACT ... VII
ÍNDICE GERAL ... IX
ÍNDICE DE FIGURAS ... XV
ÍNDICE DE TABELAS ... XXIII
CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO ... 1
1.1 CONSIDERAÇÕES GERAIS ... 1
1.2 OBJETIVOS ... 2
1.3 ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO ... 3
CAPÍTULO 2 – AS PONTES METÁLICAS EM PORTUGAL ... 5
2.1 ACONSTRUÇÃO DE PONTES METÁLICAS EM PORTUGAL ... 5
2.2 MATERIAIS USADOS EM PONTES METÁLICAS ... 14
2.2.1 Ferro Fundido ... 15
2.2.2 Ferro Pudelado ou Forjado ... 16
2.2.3 Aço Macio ... 16
2.3 CLASSIFICAÇÃO ESTRUTURAL DAS PONTES METÁLICAS ... 16
2.3.1 Pontes em Viga de Alma Cheia ... 17
2.3.2 Pontes de Viga em Treliça ... 17
2.3.2.1 Treliça Pratt ... 18
2.3.2.2 Treliça Warren ... 18
2.3.2.3 Treliça Howe ... 18
2.3.2.4 Treliça Composta ... 19
2.3.2.5 Treliça Complexa ... 19
2.3.3 Pontes em Arco ... 19
2.3.4 Pontes Suspensas ... 20
2.3.5 Pontes de Tirantes ... 21
2.4 ESTADO DE CONSERVAÇÃO DAS PONTES METÁLICAS RODOVIÁRIAS EM PORTUGAL ... 21
2.4.1 Análise do Estado Atual ... 21
2.4.2 Análise de Custos de Reabilitação e Reforço ... 24
2.5 CONCLUSÃO... 26
CAPÍTULO 3 – REABILITAÇÃO E REFORÇO ESTRUTURAL DE PONTES METÁLICAS ...29
Reabilitação e Reforço de Pontes Metálicas Centenárias Rodoviárias em Portugal
x
3.2 LEVANTAMENTO GEOMÉTRICO DE PORMENOR ... 29
3.3 INSPEÇÃO SUBAQUÁTICA E LEVANTAMENTO BATIMÉTRICO ... 30
3.4 INSPEÇÃO PRINCIPAL DETALHADA ... 31
3.5 PRINCIPAIS ANOMALIAS E CAUSAS ... 32
3.5.1 Principais Anomalias ... 33
3.5.1.1 Estrutura Metálica ... 33
3.5.1.2 Ligações Rebitadas ... 35
3.5.2 Principais Causas de Deterioração ... 36
3.5.2.1 Corrosão ... 38
3.5.2.2 Fadiga ... 41
3.6 ENSAIOS COMPLEMENTARES DE DIAGNÓSTICO ... 42
3.6.1 Ensaios de Caraterização do Aço ... 42
3.6.1.1 Ensaios de Tração ... 43
3.6.1.2 Ensaios de Fadiga ... 44
3.6.1.3 Ensaios de Resiliência ... 47
3.6.1.4 Ensaios de Dobragem ... 48
3.6.1.5 Análise Química ... 49
3.6.2 Ensaios de Caraterização do Betão ... 51
3.6.2.1 Ensaios ultrassónicos ... 51
3.6.2.2 Deteção de armaduras e medição do recobrimento com um pacómetro ... 54
3.6.2.3 Medição da profundidade de carbonatação do betão (pH do betão) ... 54
3.6.2.4 Medição do teor de cloretos presente na massa de betão ... 55
3.6.2.5 Medição da resistência do betão à compressão através de ensaios de rotura de provetes cilíndricos ... 56
3.6.2.6 Testes com esclerómetro ... 58
3.6.3 Campanha de Prospeção Geotécnica ... 59
3.7 ANÁLISE E CÁLCULO ESTRUTURAL ... 59
3.7.1 Regulamentação ... 60
3.7.2 Ações ... 61
3.7.3 Cálculo ... 62
3.8 SOLUÇÕES DE REABILITAÇÃO... 63
3.8.1 Limpeza e decapagem da estrutura ... 65
3.8.2 Reforço de elementos ... 68
3.8.3 Substituição de elementos ... 69
3.8.4 Substituição de rebites ... 70
3.8.5 Interrupção de fendas ... 72
3.8.6 Correção mecânica de deformações ... 73
3.8.7 Reforço com FRP (Fibre Reinforced Polymer) ... 74
3.8.8 Reabilitação ou substituição dos aparelhos de apoio ... 75
Índice Geral
3.8.10 Pintura de elementos metálicos... 77
3.9 SOLUÇÕES DE REFORÇO ESTRUTURAL... 81
3.9.1 Aplicação de pré-esforço exterior ... 82
3.9.2 Substituição da laje do tabuleiro ... 83
3.9.3 Reforço sísmico ... 84
3.9.3.1 Isolamento sísmico da estrutura ... 85
3.9.3.2 Introdução de dissipadores de energia ... 85
3.9.3.3 Reforço dos elementos estruturais ... 86
3.9.4 Alteração do sistema estrutural ... 88
3.10 DIFICULDADES DE PROJETO VERIFICADAS EM OBRA ... 88
CAPÍTULO 4 – CASO DE ESTUDO: PONTE METÁLICA DE PORTIMÃO SOBRE O RIO ARADE ..91
4.1 LOCALIZAÇÃO DA OBRA DE ARTE ... 91
4.2 ENQUADRAMENTO HISTÓRICO ... 91
4.3 DESCRIÇÃO DA OBRA DE ARTE ... 92
4.4 INSPEÇÃO SUBAQUÁTICA ... 94
4.5 INSPEÇÃO PRINCIPAL ... 97
4.5.1 Tabuleiro ... 97
4.5.1.1 Estrutura Metálica ... 97
4.5.1.2 Laje de Betão ... 99
4.5.2 Aparelhos de Apoio ... 99
4.5.3 Pilares ... 100
4.5.4 Encontros ... 100
4.5.5 Juntas de Dilatação ... 101
4.6 ENSAIOS COMPLEMENTARES DE DIAGNÓSTICO ... 101
4.6.1 Ensaios de Caraterização do Aço ... 101
4.6.1.1 Ensaios de Tração ... 102
4.6.1.2 Ensaios de Fadiga ... 102
4.6.1.3 Ensaios de Resiliência ... 103
4.6.1.4 Ensaios de Dobragem ... 104
4.6.1.5 Análise Química ... 104
4.6.2 Ensaios de Caraterização do Betão ... 104
4.6.2.1 Deteção de armaduras e medição do recobrimento com um pacómetro ... 105
4.6.2.2 Medição da profundidade de carbonatação do betão (pH do betão) ... 105
4.6.2.3 Medição do teor em cloretos existente na massa de betão ... 105
4.6.2.4 Medição da resistência do betão à compressão através de ensaios de rotura de provetes cilíndricos ... 105
4.6.2.5 Testes com esclerómetro ... 105
4.6.3 Campanha de Prospeção Geotécnica ... 105
Reabilitação e Reforço de Pontes Metálicas Centenárias Rodoviárias em Portugal
xii
4.7.1 Objetivos ... 106
4.7.2 Resultados Obtidos ... 107
4.7.2.1 Capacidade Resistente da Estrutura Metálica ... 107
4.7.2.2 Capacidade Resistente da Laje do Tabuleiro ... 107
4.7.2.3 Capacidade Estrutural dos Pilares ... 108
4.8 SOLUÇÕES DE PROJETO ... 108
4.8.1 Soluções de Reabilitação ... 108
4.8.1.1 Tabuleiro Metálico ... 108
4.8.1.2 Pilares ... 112
4.8.1.3 Fundações ... 113
4.8.2 Soluções de Reforço ... 114
4.8.2.1 Laje do Tabuleiro ... 114
4.8.2.2 Fundações ... 114
4.8.2.3 Pilares ... 115
4.8.2.4 Aparelhos de Apoio ... 116
4.8.2.5 Encontro E1 (lado de Faro) ... 118
4.8.3 Trabalhos Complementares ... 119
4.9 REALIZAÇÃO DA EMPREITADA... 119
4.9.1 Soluções de Reabilitação ... 119
4.9.1.1 Tabuleiro Metálico ... 119
4.9.1.2 Pilares ... 121
4.9.1.3 Fundações ... 121
4.9.2 Soluções de Reforço ... 122
4.9.2.1 Laje do Tabuleiro ... 122
4.9.2.2 Fundações e Pilares ... 125
4.9.2.3 Aparelhos de Apoio ... 128
4.9.2.4 Encontro E1 (lado de Faro) ... 130
4.9.3 Trabalhos Complementares ... 130
4.10 CONCLUSÕES ... 133
CAPÍTULO 5 – CONSIDERAÇÕES FINAIS E DESENVOLVIMENTOS FUTUROS ...135
5.1 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 135
5.2 DESENVOLVIMENTOS FUTUROS ... 136
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...137
APÊNDICE – PONTES METÁLICAS RODOVIÁRIAS CENTENÁRIAS EM PORTUGAL...141
APÊNDICE 1–HISTÓRICO DAS PONTES METÁLICAS RODOVIÁRIAS EM PORTUGAL POR DISTRITO ... 141
Índice Geral
APÊNDICE 3–PONTES METÁLICAS RODOVIÁRIAS CENTENÁRIAS COM REABILITAÇÃO PREVISTA PARA 2014 ... 161 APÊNDICE 4–PONTES METÁLICAS RODOVIÁRIAS CENTENÁRIAS SEM REABILITAÇÃO PREVISTA ... 163 APÊNDICE 5–PONTES METÁLICAS RODOVIÁRIAS CENTENÁRIAS DESATIVADAS ... 164 APÊNDICE 6–PONTES METÁLICAS RODOVIÁRIAS CENTENÁRIAS COM ESTADO DE CONSERVAÇÃO
DESCONHECIDO –CÂMARAS MUNICIPAIS ... 167 APÊNDICE 7–PONTES METÁLICAS RODOVIÁRIAS CENTENÁRIAS SUBSTITUÍDAS OU DEMOLIDAS ... 169
Índice de Figuras
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2.1 – Ponte das Barcas sobre o rio Douro (código: 13) [3] ... 5
Figura 2.2 – Desastre na Ponte das Barcas sobre o rio Douro (código: F.NP.CMP.7:2276) [3] ... 5
Figura 2.3 – Ponte Pênsil sobre o rio Douro (código: 35) [3] ... 5
Figura 2.4 – Ponte Pênsil e Ponte D. Luís (código: F.C:CMP:10:84.13) [3] ... 5
Figura 2.5 – Ponte Pênsil da Trofa - Pintura a óleo de Alcino Costa ... 6
Figura 2.6 – Viaduto de Xabregas (1938) – (código: PT/AMLSB/EDP/001466) [4]... 6
Figura 2.7 – Viaduto de Xabregas (1968) – (código: PT/AMLSB/ARM/S02880) [4]... 6
Figura 2.8 – Ponte Ferroviária da Praia do Ribatejo (1889) – Planta do rio Tejo de Manuel J. Júlio Guerra ... 7
Figura 2.9 – Ponte Rodoviária e Ferroviária da Praia do Ribatejo (1988) [5] ... 7
Figura 2.10 – Ponte de Abrantes sobre o rio Tejo [5] ... 7
Figura 2.11 – Ponte de Benavente sobre o rio Sorraia [5] ... 7
Figura 2.12 – Ponte de Portimão sobre o rio Arade [5] ... 7
Figura 2.13 – Ponte de Freiria sobre o rio Maior [5] ... 7
Figura 2.14 – Ponte do Barbancho sobre a ribeira das Alcobertas [5] ... 8
Figura 2.15 – Ponte D. Luís sobre o rio Tejo [5] ... 8
Figura 2.16 – Ponte da Régua sobre o rio Douro [5] ... 8
Figura 2.17 – Ponte da Portela sobre o rio Mondego [5] ... 8
Figura 2.18 – Construção da Ponte D. Maria Pia sobre o rio Douro (código: D.PST:2090(8)) [3] ... 9
Figura 2.19 – Ponte D. Maria Pia sobre o rio Douro (código D.PST:809) [3] ... 9
Figura 2.20 – Construção da Ponte Luís I sobre o rio Douro (código: 543) [3] ... 9
Figura 2.21 – Ponte Luís I sobre o rio Douro (código: F.P:CMP:11:60) [3] ... 9
Figura 2.22 – Ponte de Viana do Castelo sobre o rio Lima (código: D.PST:2088(4)) [3] ... 10
Figura 2.23 – Ponte de Viana do Castelo sobre o rio Lima (código: D.PST:2088(5)) [3] ... 10
Figura 2.24 – Ponte Internacional de Valença do Minho sobre o rio Minho [5] ... 10
Figura 2.25 – Interior da Ponte Internacional de Valença do Minho sobre o rio Minho ... 10
Figura 2.26 – Ponte do Pocinho sobre o rio Douro [5] ... 10
Figura 2.27 – Interior da Ponte do Pocinho sobre o rio Douro... 10
Figura 2.28 – Ponte General Teófilo da Trindade sobre o rio Sorraia [5] ... 11
Figura 2.29 – Ponte do Tijolo sobre o rio Sorraia ... 11
Figura 2.30 – Ponte do Pau sobre o rio Sorraia ... 11
Figura 2.31 – Ponte da Coroa sobre o rio Sorraia ... 11
Figura 2.32 – Ponte sobre o Sorraia Velho [5] ... 11
Figura 2.33 – Ponte da Raposa sobre a ribeira de Muge [5] ... 11
Figura 2.34 – Ponte das Enguias sobre a ribeira das Enguias [5] ... 12
Figura 2.35 – Ponte de Santa Margarida do Sado sobre o rio Sado [5] ... 12
Figura 2.36 – Ponte de Odemira sobre o rio Mira [5] ... 12
Reabilitação e Reforço de Pontes Metálicas Centenárias Rodoviárias em Portugal
xvi
Figura 2.38 – Ponte de Vascão sobre a ribeira de Vascão [5] ... 12
Figura 2.39 – Ponte de Muge sobre a ribeira de Muge [5] ... 12
Figura 2.40 – Ponte Marechal Carmona sobre o rio Tejo [5] ... 13
Figura 2.41 – Construção da Ponte 25 de Abril sobre o rio Tejo [5] ... 13
Figura 2.42 – Antiga Ponte sobre o braço norte do rio Mondego na Figueira da Foz [5] ... 14
Figura 2.43 – Ponte da Figueira da Foz projetada pelo Prof. Edgar Cardoso ... 14
Figura 2.44 – Ponte em viga de alma cheia ... 17
Figura 2.45 – Ponte de viga em treliça ... 17
Figura 2.46 – Treliça Pratt ... 18
Figura 2.47 – Treliça Warren ... 18
Figura 2.48 – Treliça Howe ... 19
Figura 2.49 – Treliça Composta ... 19
Figura 2.50 – Treliça Complexa ... 19
Figura 2.51 – Ponte em arco com tabuleiro superior ... 20
Figura 2.52 – Ponte em arco com tabuleiro inferior ... 20
Figura 2.53 – Ponte em arco com tabuleiro intermédio ... 20
Figura 2.54 – Ponte suspensa ... 21
Figura 2.55 – Ponte de tirantes ... 21
Figura 2.56 – Histórico das pontes metálicas rodoviárias centenárias em Portugal por distrito ... 22
Figura 2.57 – Estado atual das pontes metálicas rodoviárias centenárias em Portugal ... 23
Figura 2.58 – Tipo de estrutura das pontes metálicas rodoviárias centenárias existentes em Portugal ... 24
Figura 3.1 – Métodos de inspeção de elementos submersos – adaptado de [8] ... 30
Figura 3.2 – Inspeção tátil com recurso a vara ... 31
Figura 3.3 – Inspeção subaquática ... 31
Figura 3.4 – Inspeção com veículo de inspeção ... 32
Figura 3.5 – Inspeção com recurso a alpinismo ... 32
Figura 3.6 – Contaminação química ... 33
Figura 3.7 – Contaminação biológica [10] ... 33
Figura 3.8 – Deformação por deflexão ... 34
Figura 3.9 – Deformação por distorção [10] ... 34
Figura 3.10 – Deformação por torção [10] ... 34
Figura 3.11 – Deterioração uniforme ... 34
Figura 3.12 – Deterioração localizada ... 34
Figura 3.13 – Descontinuidade por fendas ... 34
Figura 3.14 – Descontinuidade por fratura ... 34
Figura 3.15 – Deslocamento de rotação ... 35
Figura 3.16 – Deslocamento de translação... 35
Figura 3.17 – Perda de material – perda de rebites ... 35
Índice de Figuras
Figura 3.19 – Cabeças do rebite mal executadas ... 36
Figura 3.20 – Rebite descentrado ... 36
Figura 3.21 – Cabeça do rebite sem encosto na chapa ... 36
Figura 3.22 – Fendilhação a partir do furo [10] ... 36
Figura 3.23 – Formação de bolsas de ferrugem entre chapas [52] ... 36
Figura 3.24 – Mecanismos de degradação das pontes metálicas ... 37
Figura 3.25 – Ciclo dos metais ... 38
Figura 3.26 – Principais tipos de corrosão nas estruturas metálicas – adaptado de [12] ... 39
Figura 3.27 – Principais tipos de fendilhação por fadiga – adaptado de [10] ... 42
Figura 3.28 –Recolha de amostras “in situ” ... 43
Figura 3.29 – Parâmetros geométricos do provete para ensaio de tração – adaptado de [15] ... 44
Figura 3.30 – Diagrama tensão / deformação - adaptado de [15] ... 44
Figura 3.31 – Diagrama S-N... 45
Figura 3.32 – Solicitações possíveis num ensaio de fadiga ... 46
Figura 3.33 – Procedimento de ensaio de um provete Charpy à resiliência ... 47
Figura 3.34 – Procedimento de ensaio com equipamento de dois apoios e um mandril – adaptado de [22] ... 48
Figura 3.35 – Procedimento de ensaio com equipamento de um apoio de aço com cava e um mandril – adaptado de [22] ... 48
Figura 3.36 – Procedimento de ensaio com equipamento de dobragem em torno de bancada – adaptado de [22] ... 49
Figura 3.37 – Ensaio ultrassónico. Métodos de propagação do impulso – adaptado de [23] ... 52
Figura 3.38 – Determinação da profundidade de fendas utilizando ultrassons – adaptado de [23] ... 53
Figura 3.39 – Representação da malha de armaduras ... 54
Figura 3.40 – Sondagem para confirmação do diâmetro das armaduras ... 54
Figura 3.41 – Ensaio para medição da profundidade de carbonatação ... 55
Figura 3.42 – Ensaios à compressão do betão [32] ... 56
Figura 3.43 – Ensaio esclerométrico ... 58
Figura 3.44 – Campanha de prospeção geotécnica ... 59
Figura 3.45 – Metodologia de reabilitação de elementos metálicos ... 64
Figura 3.46 – Condições iniciais e graus de preparação de substratos de aço após preparação de superfície por decapagem com jacto abrasivo [48]... 68
Figura 3.47 – Reabilitação de elementos com chapas de reforço – adaptado de [45] ... 68
Figura 3.48 – Reforço da alma da viga ... 69
Figura 3.49 – Reforço do banzo inferior da viga ... 69
Figura 3.50 – Substituição parcial de um elemento [45] ... 70
Figura 3.51 – Substituição total da diagonal ... 70
Figura 3.52 – Substituição da diagonal com recurso a macacos hidráulicos ... 70
Figura 3.53 – Processo de execução dos rebites – adaptado de [45] ... 71
Reabilitação e Reforço de Pontes Metálicas Centenárias Rodoviárias em Portugal
xviii
Figura 3.55 – Interrupção de fenda com furo ... 73
Figura 3.56 – Correção de deformações com macacos hidráulicos ... 73
Figura 3.57 – Reforço com FRP – adaptado de [45] ... 74
Figura 3.58 – Modos de rotura do compósito de FRP – adaptado de [45] ... 75
Figura 3.59 – Aparelho de apoio móvel – bloqueado – adaptado de [52] ... 75
Figura 3.60 – Mapa Nacional de Corrosão Atmosférica [55] ... 78
Figura 3.61 – Camadas do sistema de pintura ... 79
Figura 3.62 – Realização da decapagem ... 80
Figura 3.63 – Aplicação do primário ... 80
Figura 3.64 – Aplicação do intermédio ... 80
Figura 3.65 – Acabamento final ... 80
Figura 3.66 – Pormenor de um desviador [61] ... 82
Figura 3.67 – Reforço de diagonais [61] ... 83
Figura 3.68 – Demolição da laje do tabuleiro ... 83
Figura 3.69 – Colocação de pré-lajes ... 83
Figura 3.70 – Montagem da armadura ... 83
Figura 3.71 – Betonagem do tabuleiro ... 83
Figura 3.72 – Espectros de resposta do DNA da ENV 1998-1-1 (EC8) – adaptado de [62] ... 84
Figura 3.73 – Perspetiva da integração de um aparelho de apoio HDRB na estrutura metálica [61] .. 85
Figura 3.74 – Aparelho de apoio HDRB, em fase de instalação, na estrutura metálica ... 85
Figura 3.75 – Aspeto de um amortecedor viscoso instalado ... 86
Figura 3.76 – Execução de microestacas de reforço de pilares, encontros e fundações [61] ... 87
Figura 3.77 – Secção tipo de uma microestaca ... 87
Figura 3.78 – Execução de colunas de jet-grouting para reforço de fundações ... 88
Figura 3.79 – Execução de colunas de jet-grouting de reforço de fundações a partir do tabuleiro ... 88
Figura 3.80 – Fendilhação verificada após decapagem ... 89
Figura 3.81 – Perda de secção de elementos verificada após demolição da laje ... 89
Figura 4.1 – Localização da Ponte Metálica de Portimão ... 91
Figura 4.2 – Alçado da Obra de Arte [64] ... 92
Figura 4.3 – Representação esquemática dos pilares P1 a P7 [64] ... 92
Figura 4.4 – Corte transversal e corte longitudinal parcial do tabuleiro ao nível da viga central [64]... 93
Figura 4.5 – Corte transversal corrente, corte transversal no apoio sobre o pilar P8 e alçado parcial [64] ... 94
Figura 4.6 – Buracos existentes na zona submersa do pilar P5 [64] ... 94
Figura 4.7 – Rasgo existente na chapa metálica de cofragem da base do pilar P3 [64] ... 94
Figura 4.8 – Fenda horizontal no pilar P7 localizada na base da cantaria e em toda a largura [64] .... 95
Figura 4.9 – Profundidade do rasgo existente no pilar P7 [64] ... 95
Figura 4.10 – Buraco no pilar P8 e abertura de juntas na cantaria [64] ... 95
Figura 4.11 – Profundidade do rasgo existente no pilar P8 [64] ... 95
Índice de Figuras
Figura 4.13 – Amostra retirada do pilar P3 onde é possível observar que nalgumas zonas a camada
superfícial de argamassa é facil de remover [64] ... 96
Figura 4.14 – Buraco a 1,20 m de profundidade no pilar P4 [64] ... 97
Figura 4.15 – Estado da superfície a 1,0 m de profundade do pilar P5 [64] ... 97
Figura 4.16 – Corrosão intersticial na ligação entre abas das diagonais [64] ... 98
Figura 4.17 – Corrosão intersticial nas cobre juntas da chapa de alma da corda inferior [64] ... 98
Figura 4.18 – Corrosão das forras na ligação entre diagonais [64] ... 98
Figura 4.19 – Corrosão intersticial na ligação das cantoneiras no contravento inferior [64] ... 98
Figura 4.20 – Diagonais do contraventamento Inferior com deformação por embate [64] ... 98
Figura 4.21 – Viga principal com deformação por embate [64] ... 98
Figura 4.22 – Destaque do betão nas consolas da laje [64] ... 99
Figura 4.23 – Exposição de armaduras corroídas nas consolas da laje [64] ... 99
Figura 4.24 – Aparelho de apoio das vigas laterais sobre o pilar P7 [64] ... 99
Figura 4.25 – Aparelhos de apoio da viga central no pilar P7 [64] ... 99
Figura 4.26 – Blocos de pedra deslocados no pilar P7 [64] ... 100
Figura 4.27 – Fenda vertical no muro de espelho do pilar P7 [64] ... 100
Figura 4.28 – Quebra de blocos no espelho do encontro E2 [64]... 100
Figura 4.29 – Pedras deslocadas no tímpano do encontro E1 [64] ... 100
Figura 4.30 – Junta de dilatação do tipo Viajoint danificada sobre o pilar P7 [64] ... 101
Figura 4.31 – Reparação nas chapas cobrejuntas de banzo da corda superior junto aos apoios [64] ... 109
Figura 4.32 – Reparação na cantoneira do contraventamento horizontal inferior entre a viga lateral montante e a viga central [64] ... 109
Figura 4.33 – Reparação nas chapas de banzo da corda inferior [64] ... 110
Figura 4.34 – Reparação na ligação entre diagonais da viga central [64] ... 110
Figura 4.35 – Reparação na ligação entre diagonais das vigas laterais [64] ... 110
Figura 4.36 – Reparação no banzo da viga lateral jusante [64]... 111
Figura 4.37 – Aplicação da proteção anticorrosiva na estrutura metálica [64] ... 112
Figura 4.38 – Encamisamento dos pilares: alçado e corte transversal [64] ... 113
Figura 4.39 – Proteção do leito do rio Arade junto aos pilares [64] ... 113
Figura 4.40 – Corte transversal da nova laje [64] ... 114
Figura 4.41 – Microestacas nos pilares P1 a P7 e encontro E1 [64] ... 116
Figura 4.42 – Microestacas no pilar P8 [64] ... 116
Figura 4.43 – Estrutura auxiliar de levantamento do tabuleiro [64] ... 118
Figura 4.44 – Estrutura de retenção do impulso sísmico no encontro E1 [64] ... 118
Figura 4.45 – Furação de chapas de reforço ... 119
Figura 4.46 – Reforço com novas chapas metálicas ... 119
Figura 4.47 – Forno para aquecimento de rebites ... 119
Figura 4.48 – Colocação de novos rebites, aquecidos a 1200 ºC ... 119
Reabilitação e Reforço de Pontes Metálicas Centenárias Rodoviárias em Portugal
xx
Figura 4.50 – Preparação da superfície com decapagem a jacto de areia [68] ... 120 Figura 4.51 – Pintura com pistola air-less ... 120 Figura 4.52 – Aspeto final da pintura do tabuleiro ... 120 Figura 4.53 – Cintas metálicas montadas e soldadas em terra [68] ... 121 Figura 4.54 – Transporte das cintas metálicas de reforço dos pilares ... 121 Figura 4.55 – Colocação das cintas metálicas em redor dos pilares ... 121 Figura 4.56 – Betonagem das cintas metálicas em redor dos pilares [68] ... 121 Figura 4.57 – Transporte do enrocamento em plataforma [68]... 122 Figura 4.58 – Descarrega do enrocamento a partir de batelão ... 122 Figura 4.59 – Esquema para demolição da laje do tabuleiro – adaptado de [68]... 122 Figura 4.60 – Realização de carotes com Ø100 mm para suspensão e posterior remoção das placas
... 123 Figura 4.61 – Corte da laje com disco diamantado ... 123 Figura 4.62 – Remoção das placas da laje [68] ... 123 Figura 4.63 – Transporte das placas da laje ... 123 Figura 4.64 – Colocação de rebite nas chapas metálicas dos apoios das pré-lajes ... 124 Figura 4.65 – Colocação das chapas metálicas rebitadas às cordas superiores ... 124 Figura 4.66 – Chapa metálica de nivelamento com conectores para apoio das pré-lajes [68] ... 124 Figura 4.67 – Conectores do tramo de margem (P7 – E2) ... 124 Figura 4.68 – Transporte e colocação das pré-lajes ... 125 Figura 4.69 – Ligação das pré-lajes à estrutura metálica (ponte) ... 125 Figura 4.70 – Ligação das pré-lajes à estrutura metálica (tramo de margem) ... 125 Figura 4.71 – Pré-lajes colocadas, faltando a solidarização das mesmas ... 125 Figura 4.72 – Colunas de jet-grouting no pilar P1 a P6 [67] ... 126 Figura 4.73 – Colunas de jet-grouting no encontro E1 [67] ... 126 Figura 4.74 – Furo de pequeno diâmetro realizado no tabuleiro para aferição da localização das
Índice de Figuras
Figura 4.88 – Betonagem dos lancis in situ [68] ... 131 Figura 4.89 – Guardas de segurança e guarda-corpos ... 131 Figura 4.90 – Colocação da tela de impermeabilização ... 131 Figura 4.91 – Aquecimento da tela de impermeabilização com maçarico ... 131 Figura 4.92 – Pavimentação do tabuleiro [68]... 132 Figura 4.93 – Colocação de tubos de queda [68] ... 132 Figura 4.94 – Junta de dilatação no encontro E2 [68] ... 132 Figura 4.95 – Junta de dilatação no pilar P7 [68] ... 132 Figura 4.96 – Barras de proteção dos pilares P7 e P8 ... 132 Figura 4.97 – Iluminação pública ... 132 Figura 4.98 – Aspeto final da obra – geral ... 134
Nota:
Índice de Tabelas
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 2.1 – Caraterísticas gerais dos materiais metálicos usados na construção de pontes [6] ... 15 Tabela 2.2 – Custos de Reabilitação e Reforço por Obra de Arte ... 25 Tabela 2.3 – Custos Indicativos de Reabilitação e Reforço por Tipo de Intervenção ... 26 Tabela 3.1 – Relação entre os mecanismos de degradação e o tipo de anomalia – adaptado de [10]37 Tabela 3.2 – Composição química de aços comuns em pontes metálicas [7] ... 50 Tabela 3.3 – Composição química típica de aços comuns em pontes metálicas [6]... 51 Tabela 3.4 – Qualidade do betão em função da velocidade da propagação dos ultrassons ... 52 Tabela 3.5 – Evolução da quantificação da sobrecarga rodoviária na regulamentação nacional [44] . 61 Tabela 3.6 – Relação entre o tipo de anomalia e a solução de reabilitação – adaptado de [45] ... 65 Tabela 3.7 – Graus de preparação de superfície, de acordo com as Normas ISO 8501-1 [46] e ISO
Capítulo 1 - Introdução
CAPÍTULO 1
INTRODUÇÃO
1.1
C
ONSIDERAÇÕES GERAISO conhecimento detalhado do estado de conservação das pontes rodoviárias é fundamental para a garantia da segurança dos seus utentes.
Este conhecimento é tanto mais importante quando se fala de um património com mais de 100 anos de utilização, como é o caso das pontes metálicas rodoviárias que aqui serão referidas, cujo dimensionamento na sua época era limitado à quantificação das ações permanentes e sobrecargas, sendo desprezadas ações fundamentais para o seu desempenho, como a ação do vento, do sismo e da temperatura.
Estas pontes foram ainda sujeitas a um aumento progressivo das sobrecargas rodoviárias ao longo dos anos que, conjugada com a falta de manutenção, conservação e reabilitação pode introduzir problemas graves no seu comportamento estrutural.
A implementação de sistemas de gestão com a realização de inspeções principais e subaquáticas, após a queda da Ponte de Entre-os-Rios em 2001, mostrou um panorama nacional verdadeiramente assustador em termos de necessidade de reabilitação de pontes, especialmente no que diz respeito às pontes metálicas centenárias rodoviárias.
Hoje em dia, pode afirmar-se, que este panorama é substancialmente diferente, encontrando-se grande parte destas pontes, que se encontravam em mau estado de conservação, reabilitadas e reforçadas, ou em vias de o serem.
A substituição destas pontes por obras novas, principalmente em betão armado, foi também uma opção recorrente, por se revelar nalguns casos mais económica, nomeadamente em pontes de vãos mais pequenos e fora de eixos viários principais com possibilidade de corte total de tráfego.
Como principal concessionária rodoviária de Portugal, a EP – Estradas de Portugal, S.A. tem um vasto património de obras de arte. Nos últimos 10 anos investiu cerca de 200M€ [1] na beneficiação e requalificação destas estruturas. No ano de 2011, esse investimento foi cerca de 34% do custo total operacional na rede verificando-se assim, a importância e empenho na conservação e reabilitação das obras de arte nos últimos anos.
Reabilitação e Reforço de Pontes Metálicas Centenárias Rodoviárias em Portugal
2
A sua reabilitação e reforço têm procurado uma adaptação à regulamentação em vigor, adotando soluções pouco intrusivas, que respeitem as caraterísticas da estrutura e procurando o equilíbrio entre as novas exigência e a conceção inicial. No entanto, não se poderá exigir a uma estrutura centenária, a funcionalidade e a durabilidade de uma estrutura nova.
Em termos estruturais estas pontes poderão apresentar constrangimentos em termos de largura efetiva de via, como é o caso das pontes de arco ou treliça com tabuleiros inferiores, que não permitem o seu alargamento por limitação da estrutura.
Desta forma e na medida do possível, a reabilitação e reforço estrutural destas pontes tem como principais objetivos:
A adaptação à regulamentação em vigor;
A adaptação a novas exigências de tráfego;
A preservação da integridade e memória da estrutura.
É fundamental estabelecer critérios e metodologias, quer de reabilitação, quer de reforço, que resultem numa intervenção eficiente e que cumpra os objetivos anteriormente definidos.
Pretende-se com esta dissertação apresentar e analisar soluções e técnicas de reabilitação e reforço de pontes, apresentando uma metodologia de intervenção que relaciona a solução do problema com as causas mais prováveis.
1.2
O
BJETIVOSA presente dissertação tem como principais objetivos:
Fazer um breve enquadramento histórico da construção de pontes metálicas rodoviárias em Portugal, identificando tipologias estruturais e diferentes caraterísticas de materiais;
Classificar as pontes metálicas centenárias rodoviárias quanto ao seu estado de conservação atual, identificando as obras de arte que foram reabilitadas e reforçadas no início do século XXI, as que já foram substituídas ou demolidas, as que têm intervenções previstas, as que se encontram desativadas e as que ainda não têm intervenção planeada por ainda não se justificar;
Apresentar uma estimativa de custo de reabilitação e reforço destas obras de arte tendo presente os valores de contrato de empreitadas já executadas;
Apresentar uma metodologia para a reabilitação e reforço das pontes metálicas centenárias rodoviárias, identificando as diferentes fases dessa metodologia;
Descrever os mecanismos de deterioração e as anomalias mais frequentes em pontes metálicas centenárias rodoviárias;
Capítulo 1 - Introdução
Descrever em pormenor o caso de estudo sobre a Reabilitação e Reforço Estrutural da Ponte Metálica de Portimão sobre o rio Arade, com apresentação do projeto desenvolvido e a sua implementação em obra. São identificadas as dificuldades e necessidades de adaptação do projeto à obra.
1.3
O
RGANIZAÇÃO DOT
RABALHOTendo em conta os objetivos propostos, a presente dissertação foi organizada em cinco capítulos. Seguidamente, apresenta-se sumariamente o conteúdo de cada um deles.
Capítulo 1 – Apresenta uma breve introdução à temática da reabilitação e reforço de pontes metálicas centenárias rodoviárias, chamando a atenção para a necessidade de um conhecimento detalhado do estado destas obras de arte, que hoje em dia é garantido pela implementação de sistemas de gestão. Identifica ainda os principais objetivos da dissertação e apresenta a sua organização em capítulos.
Capítulo 2 – Começa por fazer um breve enquadramento histórico da construção de pontes metálicas em Portugal relacionando a sua época de construção com o tipo estrutural e os materiais utilizados. Classifica o estado de conservação atual das pontes metálicas centenárias rodoviárias, identificando as obras de arte que foram reabilitadas e reforçadas no início do século XXI, as que já foram substituídas ou demolidas, as que têm intervenções previstas, as que se encontram desativadas e as que ainda não têm intervenção planeada por ainda não se justificar. Depois de identificar as pontes metálicas rodoviárias já reabilitadas e reforçadas, identifica-se o tipo de intervenção realizada e apresenta-se uma estimativa dos custos por m2 com base nos valores de contrato das
empreitadas.
Capítulo 3 – Apresenta uma metodologia de reabilitação e reforço, realizada com base no trabalho desenvolvido na EP – Estradas de Portugal, definindo e explicando todas as suas fases. Esta metodologia é habitualmente seguida em projeto e passa por uma recolha de informação relativamente ao histórico da obra de arte, por um levantamento geométrico pormenor da obra de arte, pela realização de inspeções à obra de arte, principal e subaquática, pela realização de ensaios de diagnóstico tais como ensaios de caraterização dos aços, ensaios de caraterização do betão e campanha de prospeção geotécnica e pela análise e cálculo estrutural da estrutura no seu estado atual e depois da reabilitação e reforço. A partir das inspeções realizadas será feita uma descrição dos mecanismos de deterioração e anomalias mais comuns, relacionando-as com as suas causas e com as soluções possíveis de reabilitação e reforço. Por fim são apresentados alguns exemplos de dificuldades de projeto constatados em obra.
Reabilitação e Reforço de Pontes Metálicas Centenárias Rodoviárias em Portugal
4
detetadas. São igualmente descritas as dificuldades de implementação do projeto em obra que levou à adaptação de algumas das soluções propostas.
Capitulo 5 – Tecem-se algumas considerações finais sobre o trabalho desenvolvido e propõem-se também algumas linhas orientadoras para o desenvolvimento de trabalhos futuros.
Capítulo 2 – As Pontes Metálicas em Portugal
CAPÍTULO 2
AS PONTES METÁLICAS EM PORTUGAL
2.1
A
C
ONSTRUÇÃO DEP
ONTESM
ETÁLICAS EMP
ORTUGALAs pontes metálicas em Portugal começaram a ser construídas em meados do século XIX.
A primeira de muitas obras construídas foi a Ponte Pênsil sobre o rio Douro, oficialmente denominada Ponte D. Maria II, com um comprimento de 170m, cuja inauguração data de 1843.
Esta ponte veio estabelecer uma nova ligação entre o Porto e Vila Nova de Gaia, após o desastre da Ponte das Barcas em 1809, no qual a ponte ruiu devido ao peso causado pela população em pânico em fuga das tropas da segunda invasão francesa (Figura 2.1 e Figura 2.2).
Figura 2.1 – Ponte das Barcas sobre o rio Douro (código: 13) [3]
Figura 2.2 – Desastre na Ponte das Barcas sobre o rio Douro (código: F.NP.CMP.7:2276) [3]
A Ponte Pênsil tinha um comprimento de 170 m com 6 m de largura e era suportada por 8 cabos (4 de cada lado) constituídos por fios de ferro, que agarravam a pilares de cantaria de 18 metros de altura (Figura 2.3). Esta ponte foi desmontada em 1887 após a inauguração da Ponte D. Luís (Figura 2.4), restando atualmente apenas os pilares e as ruínas da casa da guarda militar que assegurava a cobrança de portagens para a sua travessia.
Reabilitação e Reforço de Pontes Metálicas Centenárias Rodoviárias em Portugal
6
Para além desta ponte suspensa, foram construídas ainda mais duas, a Ponte Pênsil de Leça do Bailio e a Ponte Pênsil da Trofa ou Ponte da Barca da Trofa sobre o rio Ave (Figura 2.5), inauguradas respetivamente em 1846 e 1858, em ferro e madeira. A Ponte Pênsil da Trofa foi demolida em 1935 por não reunir as condições de segurança necessárias.
Figura 2.5–Ponte Pênsil da Trofa - Pintura a óleo de Alcino Costa
No início do século XIX havia uma forte tendência da engenharia europeia em conceber estruturas em arco, herdeiras das velhas pontes de pedra.
Deste tipo de construção, apenas se conhece em Portugal um viaduto ferroviário construído em 1854
– o viaduto ferroviário sobre a Rua de Xabregas em Lisboa com um vão de 15,60 m. Este viaduto era constituído por 6 arcos abatidos e paralelos, solidarizados transversalmente por tirantes envolvidos em tubos de ferro fundido. As vigas em arco deste viaduto foram substituídas em 1954 por vigas retas de forma a possibilitar a circulação de dois elétricos em simultâneo.
Figura 2.6 – Viaduto de Xabregas (1938) – (código: PT/AMLSB/EDP/001466) [4]
Figura 2.7 – Viaduto de Xabregas (1968) – (código: PT/AMLSB/ARM/S02880) [4]
Capítulo 2 – As Pontes Metálicas em Portugal
Figura 2.8 – Ponte Ferroviária da Praia do Ribatejo (1889) – Planta do rio Tejo de Manuel J. Júlio Guerra
Figura 2.9 – Ponte Rodoviária e Ferroviária da Praia do Ribatejo (1988) [5]
Entre 1870 e 1880 foram construídas em Portugal várias pontes de tramos retos em treliça inferior. Referem-se, entre outras, a Ponte de Abrantes sobre o rio Tejo inaugurada em 1870 com 368 m de comprimento (Figura 2.10), a Ponte de Benavente sobre o rio Sorraia construída em 1875 com 42,6 m de comprimento de tabuleiro metálico (Figura 2.11), a Ponte de Portimão sobre o rio Arade inaugurada em 1876 com 332 m de comprimento (Figura 2.12), a Ponte de Freiria sobre o rio Maior inaugurada em 1876 e 42,7 m de vão (Figura 2.13), a Ponte do Barbancho sobre a ribeira das Alcobertas aberta à circulação em 1878 e 30 m de vão (Figura 2.14) e a Ponte D. Luís sobre o rio Tejo inaugurada em 1881 e 1195 m de comprimento total (Figura 2.15).
Figura 2.10 – Ponte de Abrantes sobre o rio Tejo [5] Figura 2.11 – Ponte de Benavente sobre o rio Sorraia [5]
Figura 2.12 – Ponte de Portimão sobre o rio Arade [5]
Reabilitação e Reforço de Pontes Metálicas Centenárias Rodoviárias em Portugal
8
Figura 2.14 – Ponte do Barbancho sobre a ribeira das Alcobertas [5]
Figura 2.15 – Ponte D. Luís sobre o rio Tejo [5]
Neste período construíram-se ainda pontes com recurso ao sistema estrutural “Bowstring” (vigas com o banzo inferior reto e o banzo superior parabólico) de que são exemplo a Ponte da Régua sobre o rio Douro concluída em 1872 com 290,4 m de comprimento de tabuleiro metálico (Figura 2.16), a Ponte da Portela sobre o rio Mondego concluída em 1873 com 197,98 m de comprimento de tabuleiro metálico (Figura 2.17) e a Ponte Ferroviária sobre o rio Ave na linha do Caminho de Ferro do Minho colocada em serviço em 1875, que foi posteriormente substituída em 1937 por outra em vigas em treliça Warren e que ainda se encontra ativa.
Figura 2.16 – Ponte da Régua sobre o rio Douro [5] Figura 2.17 – Ponte da Portela sobre o rio Mondego [5]
Foi ainda neste período que o ferro fundido foi substituído por aço laminado, tornando possível a execução de pontes de arcos articulados. Este tipo de pontes veio permitir a transposição de vales de grandes profundidades sem necessidade de recurso a pilares intermédios. São exemplos de referência a Ponte D. Maria Pia e a Ponte Luís I sobre o rio Douro no Porto.
Capítulo 2 – As Pontes Metálicas em Portugal
Figura 2.18 – Construção da Ponte D. Maria Pia sobre o rio Douro (código: D.PST:2090(8)) [3]
Figura 2.19 – Ponte D. Maria Pia sobre o rio Douro (código D.PST:809) [3]
A Ponte Luís I de Théophile Seyring, pupilo de Gustave Eiffel, tem um comprimento total de 395 m, correspondente ao comprimento do tabuleiro superior. O tabuleiro inferior tem um comprimento de 172 m. O tabuleiro superior foi aberto à circulação rodoviária em 1886 e o tabuleiro inferior foi aberto posteriormente em 1888 destinando-se a substituir a Ponte D. Maria II que já não se adequava ao crescente tráfego entre as duas margens do rio (Figura 2.20 e Figura 2.21).
Figura 2.20 – Construção da Ponte Luís I sobre o rio Douro (código: 543) [3]
Figura 2.21 – Ponte Luís I sobre o rio Douro (código: F.P:CMP:11:60) [3]
Reabilitação e Reforço de Pontes Metálicas Centenárias Rodoviárias em Portugal
10
Figura 2.22 – Ponte de Viana do Castelo sobre o rio Lima (código: D.PST:2088(4)) [3]
Figura 2.23 – Ponte de Viana do Castelo sobre o rio Lima (código: D.PST:2088(5)) [3]
Figura 2.24 – Ponte Internacional de Valença do Minho sobre o rio Minho [5]
Figura 2.25 – Interior da Ponte Internacional de Valença do Minho sobre o rio Minho
Capítulo 2 – As Pontes Metálicas em Portugal
Até 1927 verificou-se em Portugal a construção de inúmeras pontes metálicas sendo predominantes as pontes de vigas metálicas retas apoiadas em pilares de pedra, destinadas a vencer pequenos e médios vãos.
Entre 1929 e 1936, após a criação da antiga JAE (Junta Autónoma de Estradas), é nítido o início do abandono da construção metálica. As pontes metálicas eram regra geral, mais vantajosas no custo de construção, mas tornavam-se mais dispendiosas na sua conservação. Neste período foi concluída a construção das cinco pontes sobre o rio Sorraia, com vãos de 40 m (Ponte General Teófilo da Trindade (Figura 2.28), Ponte do Tijolo (Figura 2.29), Ponte do Pau (Figura 2.30), Ponte da Corroa (Figura 2.31) e Ponte sobre o Sorraia Velho (Figura 2.32)), da Ponte da Raposa (Figura 2.33) – todas do mesmo tipo e no distrito de Santarém - da Ponte das Enguias (Figura 2.34) e da Ponte de Santa Margarida do Sado (Figura 2.35), do distrito de Setúbal.
Figura 2.28 – Ponte General Teófilo da Trindade sobre o rio Sorraia [5]
Figura 2.29 – Ponte do Tijolo sobre o rio Sorraia
Figura 2.30 – Ponte do Pau sobre o rio Sorraia Figura 2.31 – Ponte da Coroa sobre o rio Sorraia
Reabilitação e Reforço de Pontes Metálicas Centenárias Rodoviárias em Portugal
12
Figura 2.34 – Ponte das Enguias sobre a ribeira das Enguias [5]
Figura 2.35 – Ponte de Santa Margarida do Sado sobre o rio Sado [5]
Nas novas pontes construídas neste período, recorreu-se quase sempre ao betão armado por passar a ser um material fornecido nacionalmente, sem necessidade de mão-de-obra especializada, pela rapidez de execução, pela facilidade de conservação e ainda por nalguns casos ser mais económico do que as soluções metálicas correspondentes.
Grande parte das pequenas obras metálicas existentes, que necessitavam de conservação mais profunda, foi substituída por obras em betão armado.
Entre 1936 e 1947 foram construídas algumas pontes metálicas com o material proveniente das pontes de caminho-de-ferro desativadas ou por construir, sendo disso exemplos a Ponte de Odemira sobre o rio Mira (Figura 2.36), a Ponte de Alcácer do Sal sobre o rio Sado (Figura 2.37), a Ponte de Vascão sobre a ribeira de Vascão (Figura 2.38), a Passagem Superior de Canha e a Ponte de Muge sobre a ribeira de Muge (Figura 2.39).
Figura 2.36 – Ponte de Odemira sobre o rio Mira [5] Figura 2.37 – Ponte de Alcácer do Sal sobre o rio Sado [5]
Figura 2.38 – Ponte de Vascão sobre a ribeira de Vascão [5]
Capítulo 2 – As Pontes Metálicas em Portugal
Até 1966 foram construídas mais algumas obras, mas as obras emblemáticas são a Ponte Marechal Carmona sobre o rio Tejo, em Vila Franca de Xira inaugurada em 1951 (Figura 2.40) e a ponte sobre o rio Tejo em Lisboa, atualmente denominada Ponte 25 de Abril, inaugurada em 1966 (Figura 2.41).
Figura 2.40 – Ponte Marechal Carmona sobre o rio Tejo [5]
Figura 2.41 – Construção da Ponte 25 de Abril sobre o rio Tejo [5]
As pontes metálicas permanecem até aos dias de hoje, tendo sido grande parte reabilitadas e/ ou reforçadas de forma a poderem continuar a desempenhar as suas funções, com garantias de segurança. Outras foram simplesmente substituídas por outro tipo de estruturas, habitualmente em betão armado, uma vez que a sua reabilitação não era viável quer do ponto de vista técnico, quer do ponto de vista económico. Houve ainda casos em que as pontes ferroviárias desativadas foram adaptadas ao tráfego rodoviário.
A história das pontes metálicas em Portugal iniciou-se em 1843 com a construção de uma ponte suspensa sobre o rio Douro no Porto e mais de um século depois tem o seu apogeu com a construção de uma nova ponte suspensa sobre o rio Tejo em Lisboa em 1966.
Reabilitação e Reforço de Pontes Metálicas Centenárias Rodoviárias em Portugal
14
Figura 2.42 – Antiga Ponte sobre o braço norte do rio Mondego na Figueira da Foz [5]
Figura 2.43 – Ponte da Figueira da Foz projetada pelo Prof. Edgar Cardoso
No entanto a evolução no cálculo automático permitiu avançar de uma simples construção metálica para uma construção mista aço-betão. Com esta nova técnica construtiva os dois materiais, que habitualmente integram diferentes elementos, passam a funcionar em conjunto contribuindo para o aumento da resistência da estrutura.
Estas soluções apresentam uma grande simplicidade construtiva aliada a uma rapidez de execução, o que lhes confere novamente competitividade em relação às soluções de betão armado pré-esforçado para vãos entre 40 a 65 m.
A conceção e construção de pontes metálicas sofreu uma grande evolução neste período de dois séculos e continuará essa grande evolução face às necessidades de novos desafios estruturais ou mesmo criativos.
2.2
M
ATERIAISU
SADOS EMP
ONTESM
ETÁLICASNo século XIX, os materiais metálicos usados na construção de pontes eram ligas de ferro-carbono que apresentavam características e microestruturas muito próprias de acordo com a Tabela 2.1. De uma forma geral podem ser encontrados, nestas estruturas, diferentes tipos de ferro com variadas composições e caraterísticas, podendo estas composições encaixarem-se em 3 tipos de ferro:
Ferro Fundido
Ferro Pudelado ou Ferro Forjado
Capítulo 2 – As Pontes Metálicas em Portugal
Tabela 2.1 – Caraterísticas gerais dos materiais metálicos usados na construção de pontes [6]
Tipo de
material Microestruturas Superfície de fratura (ensaio de tração)
Provete depois do ensaio de
tração
Diagrama de tensão / extensão
Fe rr o Fu nd ido Fe rr o Pud el ado o u Fe rr o Fo rja do Aço M ac io (s éc ul o XI X) Aço M ac io (s éc ul o XX)
2.2.1 Ferro Fundido
O ferro fundido apresenta como uma caraterística importante conter mais de 2% de carbono. Este elevado teor de carbono é devido à sua manufaturação, uma vez que este era produzido em moldes que originavam o produto final. Apresentando fraca resistência à tração, este material só permitia construir pontes em forma de arco, trabalhando em compressão. Este material apresenta também baixa resistência ao choque e impactos [7].
Extensão T en sã o Ferro Fundido Ferro Pudelado
Aço Macio (séc. XIX) Aço (séc. XX)
Extensão T en sã o Ferro Fundido Ferro Pudelado
Aço Macio (séc. XIX) Aço (séc. XX) Extensão T en sã o Ferro Fundido Ferro Pudelado
Aço Macio (séc. XIX) Aço (séc. XX) Extensão T en sã o Ferro Fundido Ferro Pudelado
Reabilitação e Reforço de Pontes Metálicas Centenárias Rodoviárias em Portugal
16
2.2.2 Ferro Pudelado ou Forjado
O primeiro “aço” estrutural a ser utilizado na construção de pontes metálicas foi o ferro pudelado ou
ferro forjado. O ferro pudelado não é mais que um ferro fundido, agitado ao ar por meio de barras, para redução do teor de carbono, com consequente formação do aço. Este material tem como principais características ter um reduzido teor de carbono com elevada resistência à tração, mas também elevados níveis de impurezas dados por elementos como o fósforo e o azoto que tornam num material frágil. Devido aos processos de manufaturação que originam inclusões dos elementos químicos já referenciados, a microestrutura não é homogénea [7].
Desta forma, este material revelou-se mais duro e mais resistente que o ferro fundido; além disso, verificou-se a possibilidade o tornar ainda mais duro, quando arrefecido rapidamente em água ou outra substância líquida, a partir de altas temperaturas. Surgiu, assim, um processo empírico de têmpera em ferro com carbono relativamente elevado.
2.2.3 Aço Macio
Em 1856, numa tentativa para produzir ferro fundido em massa e para ultrapassar o processo de pudelagem manual, Henry Bessemer descobriu o aço macio, um material ainda mais resistente e consistente.
Uma rápida evolução de diferentes tipos de “aços” sucedeu durante as três últimas décadas do seculo XIX, tendo sido desenvolvidos diversos tipos de manufaturação, nomeadamente o processo Bessemer (1856), o processo Siemens-Martin (1867) e o processo Thomas-Gilchrist (1878).
Estes processos permitiram a produção em larga escala de aço macio e por volta de 1876 este aço era mais barato que o ferro pudelado, substituindo-o gradualmente. No entanto, este material era bastante mais suscetível à corrosão, e em casos em que a durabilidade e a resistência ao clima eram exigências, o ferro pudelado aguentou-se no seu papel durante cerca de mais um século.
No aço macio também não são recomendadas as ligações por soldadura uma vez que a soldadura provoca fendas por tensões residuais na zona afetada termicamente. Durante o arrefecimento podem formar-se bolhas de ar, assim como formarem-se ou aparecerem elementos não desejados como o enxofre e o fósforo.
2.3
C
LASSIFICAÇÃOE
STRUTURAL DASP
ONTESM
ETÁLICASDo ponto de vista estrutural as pontes metálicas poderão classificar-se em cinco tipos diferentes dependendo do tipo de estrutura de suporte do tabuleiro:
Pontes em Viga de Alma Cheia
Pontes de Vigas em Treliça
Pontes em Arco
Capítulo 2 – As Pontes Metálicas em Portugal
Pontes de Tirantes
2.3.1 Pontes em Viga de Alma Cheia
Este sistema estrutural é composto por vigas longitudinais que suportam o tabuleiro, normalmente em forma de “” (Figura 2.44). As vigas principais são denominadas de longarinas e normalmente são contraventadas lateralmente por carlingas para aumentar a rigidez do conjunto.
Este sistema permitiu a execução de vãos pequenos até aproximadamente 15 m e era vulgarmente utilizado na construção de passagens superiores à linha de caminho-de-ferro.
Figura 2.44 – Ponte em viga de alma cheia
2.3.2 Pontes de Viga em Treliça
A treliça é uma solução estrutural simples que permite vencer maiores vãos. As treliças são compostas por barras individuais dispostas em forma de triângulo que estão sujeitas apenas a forças de tração e compressão, sendo nula a força de flexão. Devido a este facto, estas vigas são bastante delgadas.
Os principais elementos que compõem as treliças são (Figura 2.45):
- Banzo: conjunto de barras que limitam superiormente ou inferiormente a treliça; - Montante: barra vertical das treliças;
- Diagonal: barra com o eixo coincidente com a diagonal de um painel;
Figura 2.45 – Ponte de viga em treliça
Em relação ao tabuleiro, a treliça pode ser superior, inferior ou mesmo intermédia. Quanto à sua esquematização as treliças simples são essencialmente de três tipos: tipo Pratt, tipo Warren e tipo Howe.
banzo superior
banzo inferior montante
Reabilitação e Reforço de Pontes Metálicas Centenárias Rodoviárias em Portugal
18
Quando as treliças são formadas pela junção ou associação de duas ou mais treliças simples, designam-se por treliças compostas.
Se a treliça tiver um formato incomum, que não é simples nem composta, é designada por treliça complexa.
Apresentam-se seguidamente os esquemas de cada um destes casos.
2.3.2.1
Treliça Pratt
A treliça Pratt é identificada pelas suas barras diagonais que descem e apontam para o vão central, com exceção dos extremos que são contrários (Figura 2.46). Todas as barras diagonais estão sujeitas a esforços de tração enquanto que os montantes estão sujeitos a esforços de compressão.
Figura 2.46 – Treliça Pratt
2.3.2.2
Treliça Warren
A treliça Warren é a mais comum quando se necessita de uma estrutura simples e contínua. Os banzos superiores e inferiores são paralelos, ligados por barras inclinadas (diagonais) que formam triângulos (Figura 2.47). Para pequenos vãos podem ser dispensadas as barras verticais, no entanto para vãos maiores as barras verticais são necessárias para aumentar a resistência estrutural. Este tipo de treliça é utilizado para vencer vãos entre 50 e 100 metros.
Figura 2.47 – Treliça Warren
2.3.2.3
Treliça Howe
Capítulo 2 – As Pontes Metálicas em Portugal
Figura 2.48 – Treliça Howe
2.3.2.4
Treliça Composta
A treliça composta é aquela que resulta da associação de duas ou mais treliças simples unidas por um ou mais nós comuns ou por barras adicionais (Figura 2.49).
Figura 2.49 – Treliça Composta
2.3.2.5
Treliça Complexa
A treliça complexa é um tipo de treliça que não pode ser classificado como simples, nem como composta. Geralmente, uma treliça complexa pode ser composta de qualquer combinação de elementos triangulares, quadriláteros ou poligonais. Uma treliça complexa normalmente tem barras que se cruzam sem estarem unidas umas às outras (Figura 2.50).
Figura 2.50 – Treliça Complexa
2.3.3 Pontes em Arco
O arco é uma forma simples e tem sido utilizado em estruturas de pontes desde a antiguidade para a travessia de rios e vales.
Estruturalmente o arco possui uma boa capacidade de suporte de cargas, estando sujeito especialmente a tensões de compressão. Esteticamente são obras agradáveis especialmente quando são pontes encaixadas em vales profundos ou rios muito largos.
Reabilitação e Reforço de Pontes Metálicas Centenárias Rodoviárias em Portugal
20
(Figura 2.52) ou, ainda, com tabuleiro intermedio suportado lateralmente por montantes e, no centro, por pendurais (Figura 2.53).
Figura 2.51 – Ponte em arco com tabuleiro superior
Figura 2.52 – Ponte em arco com tabuleiro inferior
Figura 2.53 – Ponte em arco com tabuleiro intermédio
2.3.4 Pontes Suspensas
As pontes suspensas podem vencer distâncias maiores que as pontes em arco ou em viga. Estruturalmente as pontes suspensas funcionam por efeito de catenária como um arco invertido, formado por um cabo geralmente de aço de alta resistência que resiste à tração, ao invés de compressão (Figura 2.54).
Em pontes suspensas de grande vão, a sobrecarga é quase desprezível em relação ao peso próprio. Desta forma a viga de rigidez pode ser relativamente esbelta, já que precisa resistir somente às flexões produzidas pelas possíveis desigualdades da sobrecarga ao longo do vão.
Capítulo 2 – As Pontes Metálicas em Portugal
Figura 2.54 – Ponte suspensa
2.3.5 Pontes de Tirantes
Uma ponte de tirantes é uma ponte cujo tabuleiro é suportado por cabos de aço – tirantes – ligados a pilares. O tabuleiro que pode ser metálico, suporta as cargas e transfere-as para os tirantes que funcionam à tração e que por sua vez as transferem para os pilares, que passam a funcionar à flexão e à compressão (Figura 2.55).
A solução estrutural habitualmente adotada nas pontes de tirantes com vãos médios ou grandes consiste numa estrutura de três vãos e duas torres podendo o tabuleiro ser em aço, de betão armado pré-esforçado, misto aço-betão ou híbrido (seção celular em betão junto aos apoios e de aço no trecho central).
Figura 2.55 – Ponte de tirantes
2.4
E
STADO DEC
ONSERVAÇÃO DASP
ONTESM
ETÁLICASR
ODOVIÁRIAS EMP
ORTUGAL2.4.1 Análise do Estado Atual
Reabilitação e Reforço de Pontes Metálicas Centenárias Rodoviárias em Portugal
22
A partir da consulta do arquivo histórico da EP, do atual inventário das obras de arte da EP e do livro Pontes Metálicas Rodoviárias [5] foi possível identificar e contabilizar as pontes metálicas rodoviárias que existem em Portugal nos dias de hoje e o seu estado atual. Foi ainda possível identificar um grande número de pontes metálicas que já foram substituídas ou demolidas. Todos os dados recolhidos foram compilados para análise e encontram-se no Apêndice.
Foram identificadas 120 pontes metálicas rodoviárias construídas no período referenciado, entre 1843 e 1966. Destas 120 pontes metálicas rodoviárias construídas, 66 já foram substituídas ou demolidas sendo que atualmente só existem 54 no país.
Na Figura 2.56 estão quantificadas as pontes metálicas rodoviárias em Portugal de acordo com o seu histórico e por distrito.
Figura 2.56 – Histórico das pontes metálicas rodoviárias centenárias em Portugal por distrito
Analisando a Figura 2.56 facilmente se poderá concluir que, o distrito onde foi construído maior número de pontes metálicas, foi o distrito de Santarém, com 27 pontes metálicas construídas. Também foi nesse distrito que já foram reabilitadas um maior número de obras, num total de 12 pontes rodoviárias centenárias. Relativamente às obras já substituídas ou demolidas, o distrito de Coimbra é o 2.º distrito com mais pontes metálicas rodoviárias construídas, mas é o que apresenta maior número, num total de 14, de obras já substituídas ou demolidas.
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Capítulo 2 – As Pontes Metálicas em Portugal
Entende-se que esta diferença de atuação entre reabilitar e demolir/ substituir está diretamente relacionada com o tipo de ponte em análise, nomeadamente o seu vão e tipologia. As pontes metálicas rodoviárias em Santarém são pontes de maior vão, algumas sobre o rio Tejo, cuja substituição seria mais complicada e dispendiosa, enquanto que as pontes metálicas rodoviárias em Coimbra que foram substituídas eram obras mais pequenas, mostrando-se a sua substituição mais vantajosa.
Das 54 pontes metálicas rodoviárias centenárias que ainda podem ser visitadas no nosso país, 30 pontes já sofreram obras profundas de reabilitação, 5 têm intervenção prevista para 2014, 9 estão desativadas, 4 não têm ainda intervenção prevista e as restantes 6 desconhece-se a necessidade de intervenção pois pertencem a Câmaras Municipais (Figura 2.57).
Figura 2.57 – Estado atual das pontes metálicas rodoviárias centenárias em Portugal
De referir que das 30 pontes metálicas reabilitadas, 2 delas são rodoferroviárias e a sua conservação e reabilitação é da responsabilidade da REFER. São elas a Ponte de Valença sobre o rio Minho em Viana do Castelo e a Ponte de Viana do Castelo sobre o rio Lima. Outras 2, a Ponte da Praia do Ribatejo sobre o rio Tejo e a Ponte de D. Amélia sobre o rio Tejo, são antigas pontes ferroviárias que foram adaptadas para trânsito rodoviário, sendo atualmente pertença das Câmaras Municipais dos Concelhos a que pertencem. A Ponte da Portela sobre o rio Mondego encontrava-se desativada após a construção da nova ponte em 2004 e está a ser atualmente adaptada para ponte pedonal pela Subconcessão do Pinhal Interior. Da Ponte Luís I sobre o rio Douro no Porto apenas o tabuleiro inferior é da responsabilidade da EP. As restantes 24 são da responsabilidade da EP-Estradas de Portugal, S.A.
Analisando os dados disponíveis, pode-se concluir que a maioria das pontes metálicas rodoviárias centenárias já foi reabilitada no início deste século. As que se encontram desativadas deve-se ao facto de terem deixado de ser estruturas inseridas em estradas com tráfego, possivelmente após a construção de variantes.
30
5 4 9
6
reabilitada
intervenção prevista 2014
sem intervenção prevista
desativada
![Figura 2.24 – Ponte Internacional de Valença do Minho sobre o rio Minho [5]](https://thumb-eu.123doks.com/thumbv2/123dok_br/16622375.740233/36.892.108.788.789.1072/figura-ponte-internacional-valença-do-minho-rio-minho.webp)
![Figura 2.42 – Antiga Ponte sobre o braço norte do rio Mondego na Figueira da Foz [5]](https://thumb-eu.123doks.com/thumbv2/123dok_br/16622375.740233/40.892.111.797.101.395/figura-antiga-ponte-sobre-braço-norte-mondego-figueira.webp)
![Tabela 2.1 – Caraterísticas gerais dos materiais metálicos usados na construção de pontes [6]](https://thumb-eu.123doks.com/thumbv2/123dok_br/16622375.740233/41.892.103.791.131.827/tabela-caraterísticas-gerais-materiais-metálicos-usados-construção-pontes.webp)
![Figura 3.17 – Perda de material – perda de rebites Figura 3.18 – Perda de material – perda de secção [10]](https://thumb-eu.123doks.com/thumbv2/123dok_br/16622375.740233/61.892.110.792.622.885/figura-perda-material-rebites-figura-perda-material-secção.webp)
![Figura 3.26 – Principais tipos de corrosão nas estruturas metálicas – adaptado de [12]](https://thumb-eu.123doks.com/thumbv2/123dok_br/16622375.740233/65.892.112.783.626.852/figura-principais-tipos-corrosão-nas-estruturas-metálicas-adaptado.webp)
