UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA RAFAEL SANTIAGO NOVAES
A TRANSFERÊNCIA DE CARGA NA REABILITAÇÃO DA PONTE HERCÍLIO LUZ
Palhoça 2020
RAFAEL SANTIAGO NOVAES
A TRANSFERÊNCIA DE CARGA NA REABILITAÇÃO DA PONTE HERCÍLIO LUZ
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade do Sul de Santa Catarina como requisito parcial à obtenção do título de Engenheira Civil.
Orientador: Prof. Valdi Henrique Spoh.
Palhoça 2020
RAFAEL SANTIAGO NOVAES
A TRANSFERÊNCIA DE CARGA NA REABILITAÇÃO DA PONTE HERCÍLIO LUZ
Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado à obtenção do título de Engenheira Civil e aprovado em sua forma final pelo Curso de Engenharia Civil da Universidade do Sul de Santa Catarina.
Dedico este trabalho a todos que de alguma forma estiveram presentes durante minha jornada acadêmica, incentivando a persistir, dando suporte quando necessário e auxiliando a ir em busca deste sonho.
AGRADECIMENTOS
Primeiramente, a toda a minha família pelo apoio e pela ajuda prestados, mesmo que de longe (Pindamonhangaba – SP).
Aos mestres que tive no decorrer do caminho nesta instituição, que a todo momento estiveram dispostos a nos apoiar e a transmitir seus conhecimentos com excelência e aos colegas, que por fim se tornaram amigos, tornando esta árdua trajetória mais leve.
Aos profissionais com quem tive o prazer de trabalhar durante os estágios no TJSC e DEINFRA-SC e, em especial ao Professor Acácio Garibaldi, que se tornou além de amigo, professor, primeiro orientador e chefe no DEINFRA-SC. Estágio, este, que se tornou motivação principal para a confecção do presente trabalho, quando pude acompanhar de perto todo o processo de restauração/revitalização da Ponte Hercílio Luz e fazer parte da concretização deste momento histórico.
Ao meu atual orientador – Professor Valdi Henrique Spohr, que literalmente aceitou o encargo no meio do caminho, mas que em todos os momentos esteve presente para me orientar e auxiliar.
E, por fim, à pessoa mais importante nesta jornada - minha namorada Márcia A. Digiácomo Lemos, que esteve comigo desde o início, quando me incentivou a ingressar no ensino universitário e ir em busca da realização profissional, até hoje, sempre me ajudando e me apoiando nesta tão sonhada conquista.
RESUMO
A ponte Hercílio Luz, famoso cartão postal e patrimônio histórico, artístico e arquitetônico do Município de Florianópolis/SC, finalmente teve seu processo de restauro realizado. Dessa forma, foi possível reintegrar este patrimônio à sociedade, auxiliando no escoamento do fluxo de veículos que trafegam entre ilha-continente. Por esta razão, o presente trabalho apresenta uma parte importante de toda esta obra de reabilitação da Ponte Hercílio Luz – a transferência de cargas. Nesta etapa, foi possível transferir as cargas para as estruturas auxiliares a fim de que fossem executados os serviços, especialmente a troca das barras de olhal e seu retorno à origem. Este trabalho, então, apresenta e exemplifica os serviços executados durante o procedimento de transferência de carga, os métodos utilizados nas fases e as soluções empregadas no gerenciamento da obra pelas empresas atuantes.
Palavras-chave: Ponte Hercílio Luz. Reabilitação. Transferência de carga. Estruturas auxiliares. Barras de olhal.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Catraia ... 15
Figura 2 - Construção da Ponte Hercílio Luz ... 16
Figura 3 - Construção da Ponte Hercílio Luz ... 16
Figura 4 - Modelos de pontes ... 17
Figura 5 - Ponte Hercílio luz ... 18
Figura 6 - Colapso da Silver Bridge em 1967 ... 19
Figura 7 - Ponte Silver Bridge ... 19
Figura 8 - Retirada do pavimento asfáltico ... 20
Figura 9 - Ponte Hercílio Luz ... 21
Figura 10 - Reabilitação da Ponte Hercílio luz ... 22
Figura 11-Barra de Olhal ... 22
Figura 12-Tranferencia de Carga ... 24
Figura 13 - Conjunto de barras de olhal ... 25
Figura 14 - Instalação das barras de olhal ... 26
Figura 15 - Bomba hidráulica elétrica ... 27
Figura 16 – Bomba hidráulica customizada ... 27
Figura 17 - Esquema do método da fogueira ... 28
Figura 18 - Método da fogueira ... 29
Figura 19 - Esquema do calço superior ... 30
Figura 20 - Esquema do calço tubular ... 30
Figura 21 ... 31
Figura 22 – Retirada das barras de olhal ... 32
Figura 23 – Elevação e abaixamento noturno ... 33
Figura 24 - Elevação da ponte com representação dos cabos de estaiamento provisórios dos pilones (linhas azuis). ... 34
Figura 25 – Cilidro hidráulico ... 35
Figura 26 - Suporte de apoio das barras de olhal sobre as EAS dos viadutos ... 36
Figura 27 - Cavalete ... 37
Figura 28 - Central de comando Master para controle das 3 centrais hidráulicas. ... 38
Figura 29 - Ensaio das centrais hidráulicas, nas instalações industriais da Teixeira Duarte em Portugal (foto tirada em 16/05/2017). ... 39
Figura 30 - Ensaio das centrais hidráulicas, nas instalações industriais da Teixeira Duarte em Portugal (foto tirada em 16/05/2017). ... 39
Figura 31 - Esquema hidráulico para elevação da ponte Hercílio Luz na Fase 1. .... 40
Figura 32 - Dispositivo de alívio de tensão do cabo pendural para permitir o corte do mesmo. ... 40
Figura 33 – Corte do cabo pendural ... 41
Figura 34 - Sequência de desmontagem dos cabos pendurais. ... 41
Figura 35 - Suporte de apoio das barras de olhal sobre as EAS do vão pênsil ... 43
Figura 36 - Suporte de apoio ... 43
Figura 37 – Desmontagem das barras ... 45
Figura 39 - Sequência de desmontagem das barras de olhal. ... 46
Figura 40 - Dispositivo de remoção dos pinos das barras de olhal. ... 46
Figura 41 - Esquema hidráulico para abaixamento da ponte Hercílio Luz na Fase 4. ... 47
Figura 42 – Estrutura para abaixamento e elevação do tabuleiro ... 48
Figura 43 - Ilustração da movimentação da treliça na fase 4 (lado Norte). ... 49
Figura 44 - Sequência de desmontagem das barras de olhal que pertencem à corda superior da treliça. ... 50
Figura 45 - Diagonais a reforçar para o processo de transferência de carga. ... 51
Figura 46 - Esquema do plano transversal entre montantes do lado Norte e Sul. .... 52
Figura 47 – Placa de grades pavimento da ponte ... 55
Figura 48 - Sequência de montagem das barras de olhal no interior da treliça, Etapa 5 A. ... 56
Figura 49 – Montagem das barras de olhal ... 56
Figura 50 - Utilização do saca-pinos para a montagem dos novos pinos. ... 57
Figura 51 – Saca Pino ... 57
Figura 52 - Geometria da corda inferior da treliça, lado norte, na Fase 5 B. ... 58
Figura 53 - Geometria da corda inferior da treliça, lado norte, na Fase 5 B. ... 60
Figura 54 - Esquema hidráulico para movimentação da ponte Hercílio Luz na Fase 5. ... 60
Figura 55 – Macaco em Ação ... 61
Figura 56 - Sequência de montagem das barras de olhal fora da zona da treliça. ... 62
Figura 57 - Ajuste dos pilones na Fase 6 A. ... 63
Figura 58 - EAS ... 64
Figura 59 - Alteração da geometria da ponte na Fase 6 B. ... 65
Figura 60 - Identificação dos cabos pendurais. ... 66
Figura 61 - Sistema de tensionamento dos cabos pendurais. ... 67
Figura 62 - cabos pendurais ... 68
Figura 63 - Esquema hidráulico para movimentação da ponte Hercílio Luz na Fase 8. ... 69
Figura 64 - Geometria da corda inferior da treliça, lado norte, na Fase 8 A. ... 70
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Rácio de esforço axial máximo face aos valores de projeto ... 51 Tabela 2 - Cargas de instalação dos novos cabos pendurais em kN e respetiva
sequência. ... 66 Tabela 3 - Cargas dos novos cabos pendurais em kN após conclusão da instalação e sequência de verificação. ... 66
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ... 12 2. Objetivos ... 13 2. Problemática ... 13 3. Metodologia ... 14 4. Justificativa ... 14 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 14 2.1 Histórico ... 14
2.2 Reabilitação da Ponte Hercílio Luz ... 22
2.3 Transferência de carga ... 23
2.3.1. Transferência de carga na Ponte Hercílio Luz ... 24
2.3.2 Barra de olhal ... 25 2.3.4 Macaqueamento ... 26 2.4 Método da fogueira ... 28 2.4.1 Fogueira ... 28 2.4.2 Calço superior ... 29 2.4.3 Calço tubular ... 30
3 Transferência de carga primeira parte ... 31
3.1 Fase 1 – Sistema de estaiamento provisório ... 34
3.1.1 Elevação da ponte ... 35
3.1.2 Sistema hidráulico para elevação do tabuleiro da ponte ... 37
3.2 Fase 2 – Desmontagem dos cabos pendurais ... 40
3.3 Fase 3 - Elevação da catenária no vão pênsil para desmontagem das barras de olhal (viadutos e catenária do vão pênsil) ... 42
3.3.1 Desmontagem das barras de olhal ... 44
3.4 Fase 4 – Abaixamento do tabuleiro para desmontagem das barras de olhal no interior da treliça ... 47
3.4.1 Forças internas na estrutura da ponte durante a transferência de carga ... 50
4 Transferência de carga segunda parte ... 52
4.1 Fase 5 – Montagem das barras de olhal no centro da treliça e movimentações da treliça ... 55
4.1.1 Montagem das Barras de Olhal que formam a corda superior da treliça – Etapa A ... 55
4.1.2 Movimentação da treliça – Etapa B ... 58
4.1.3 Montagem do sistema pendular ... 59
4.2 Fase 6 – Movimentação dos pilones, montagem das barras de olhal e abaixamento da
catenária ... 61
4.2.1 Ajuste dos pilones e montagem das barras de olhal – Etapa A ... 62
4.2.2 Abaixamento da catenária no vão pênsil – Etapa B ... 63
4.3 Fase 7 – Montagem dos cabos pendurais ... 65
4.4 Fase 8 – Abaixamento da treliça ... 69
4.4.1 Abaixamento da treliça até 80% da transferência de carga – Etapa A ... 69
4.4.2 Desmontagem das EAS, montagem parcial do tabuleiro e conclusão da transferência de carga – Etapa B ... 70
5 Conclusão ... 72
1 INTRODUÇÃO
A Ponte Hercílio Luz, grande símbolo e marco histórico da cidade de Florianópolis/SC, foi projetada e construída no ano de 1922, pelo então governador Hercílio Luz. O objetivo principal foi de fazer a primeira ligação entre ilha e continente, o que anteriormente era feito somente por meio de balsas. As obras tiveram início em 14 de novembro de 1922 e somente foi inaugurada em 13 de maio de 1926. Tal é seu valor que a ponte foi tombada como patrimônio histórico, artístico e arquitetônico do Município de Florianópolis/SC (Decreto nº 637/1992).
Tamanha complexidade da obra se deu, também, pelo fato de que todas as peças do projeto de sua construção precisaram ser importadas dos Estados Unidos, pois na década de 20 não havia no Brasil empresa que fabricasse tais peças.
Após incessante uso pelos moradores, a necessidade de averiguação de seu estado tornou-se evidente e necessária, visto que, uma ponte similar havia tombado nos Estados Unidos, causando 46 mortes no ano de 1967. Perícia realizada verificou problemas estruturais nas barras de olhal, comprometendo a segurança dos transeuntes, o que acarretou seu fechamento no ano de 1982.
Sabe-se que a barra de olhal é o elemento que faz parte da sustentação do vão pênsil da ponte, imprescindível para manutenção de sua estrutura e, com o rompimento de uma, não poderia mais ser utilizada sem prejuízo da segurança geral. Há de se considerar, também, a agressividade do meio no qual a ponte se encontra, acarretando assim ainda mais corrosões e elementos estruturais danificados.
O processo de restauração e reabilitação da Ponte Hercílio Luz visa não somente integrar novamente esse patrimônio à sociedade, mas também auxiliar no escoamento do tráfego entre as demais pontes existentes na Ilha (Colombo Salles e Pedro Ivo Campos), as quais não suportam mais tanta demanda diária de veículos.
Então, uma parceria entre governos Federal, Estadual e Municipal, possibilitou o início dos restauros da Ponte Hercílio Luz. Dentre inúmeros processos necessários, o maior e mais complexo é a transferência de cargas de toda sua estrutura para as estruturas auxiliares inferiores e sua retomada para o local de origem, a fim de possibilitar a execução dos serviços e, principalmente, a troca das barras de olhal.
Assim sendo, este trabalho apresentará os serviços executados durante esse procedimento da transferência de carga, exemplificando os métodos de execução e as soluções adotadas pelas empresas que gerenciam a obra.
2. Objetivos
2.1 Objetivos gerais
Verificar, analisar e estudar as soluções empregadas durante a transferência de carga na restauração e reabilitação da Ponte Hercílio Luz.
2.2 Objetivos específicos
- Descrever a execução da transferência de carga do tabuleiro da Ponte Hercílio Luz até seu retorno de sustentação para as barras de olhal;
- Apresentar a execução da montagem das barras de olhal;
- Apresentar os métodos de utilização dos macacos hidráulicos e as estruturas necessárias utilizadas no processo.
2. Problemática
A transferência de carga da Ponte Hercílio Luz foi executada como elemento primordial para que se conseguisse efetuar a troca das barras de olhal e das treliças do vão central da Ponte. Diante dessa necessidade, foi construída uma estrutura inferior para servir de suporte do peso enquanto estas trocas eram realizadas. A transferência de carga permite assim, o alívio das tensões nos elementos estruturais presentes no vão central, para evitar, portanto, o rompimento destes itens. Como forma de execução, o vão central será erguido através de macacos hidráulicos, fazendo com que a tensão das barras de olhal deixe de existir.
Ao total serão trocadas as 360 barras que sustentam a estrutura da ponte, ponto crítico da obra de reabilitação da Ponte Hercílio Luz, produzidas pela USIMINAS com um tipo de aço mais moderno e desenvolvido especificamente para a obra.
Dessa forma, a problemática do presente trabalho baseia-se na dúvida de como serão executadas todas as etapas técnicas para que se atinja o fim desejado, a completa reabilitação da Ponte Hercílio Luz.
3. Metodologia
A metodologia do presente trabalho consistirá na pesquisa bibliográfica, através de documentos disponibilizados pelo DEINFRA e as demais empresas executora e fiscalizadora da obra.
Acompanhamento in loco do decorrer dos trabalhos, tendo uma visão presencial do que esta acontecendo nas obras de restauração.
Além destes métodos, será analisado também os projetos apresentados e notas técnicas que detalham o processo de execução, bem como de entrevistas aos profissionais da área que estão envolvidos diretamente na execução da obra.
4. Justificativa
Especialmente pelo fato de ser um patrimônio histórico, artístico e arquitetônico do Município de Florianópolis/SC, datado da década de 20, por ser uma obra de grande magnitude no âmbito da engenharia, numa época na qual não existiam grandes avanços tecnológicos, a manutenção desta grande obra se faz necessária.
Soma-se a isto o fato de que assim que concluída, a Ponte Hercílio Luz irá retomar o tráfego de veículos automotores, tendendo a dissolver as longas filas que se formam nas demais pontes (Colombo Salles e Pedro Ivo Campos) e melhorar a mobilidade urbana da cidade de Florianópolis.
Assim, para que se possa reintegrá-la à sociedade, a reabilitação da Ponte Hercílio Luz precisou passar por diversas etapas de trabalho árduo, sendo que aqui foi abordada a parte final da transferência da carga, como o processo final para colocá-la de volta ao eixo.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Histórico
Antigamente a travessia entre Ilha-Continente era realizada através de embarcações chamadas catraias (figura 1), as quais dependiam das condições climáticas para a segurança no trecho das pessoas e da própria tripulação.
Fonte: https://slideplayer.com.br/slide/1252843/ - em 23/04/2019
Diante de tantos entraves, o então governador e engenheiro Hercílio Luz, entendeu por bem construir uma ponte fazendo essa ligação, principalmente para consolidar Florianópolis como a capital catarinense, na década de 20, através de empresas americanas e européias, as quais apresentaram propostas para a construção da ponte. O projeto inicial foi concebido pelo engenheiro norte-americano David Barnard Steinman, das empresas associadas Robinson & Steinman USA Consulting Engeneers e executada pela Byington & Sundstrom.
Figura 2 - Construção da Ponte Hercílio Luz
Fonte: https://www.deolhonailha.com.br/florianopolis/noticias/ponte-hercilio-luz-completa-90-anos-veja-fotos-e-conheca-a-historia-do-principal-cartao-postal-de-sc.html - em 28/05/2019
Figura 3 - Construção da Ponte Hercílio Luz
Fonte: https://www.deolhonailha.com.br/florianopolis/noticias/ponte-hercilio-luz-completa-90-anos-veja-fotos-e-conheca-a-historia-do-principal-cartao-postal-de-sc.html - em 29/05/2019
As empresas interessadas, apresentaram três modelos como opção para a construção da ponte (figura 4). Dentre as opções, a escolhida foi a de modelo mais econômico e leve, no qual as barras de olhal incorporam as treliças no vão central, fazendo parte da corda superior da treliça. Já o segundo modelo apresentado, é o mais comumente utilizado em pontes pênseis, como por exemplo a Golden Gate Bridge, localizada na Califórnia – EUA. Por fim, o último modelo diz respeito às utilizadas em pontes ferroviárias.
Fonte: STEINMAN.D.B- A pratical treatise on suspension bridges
Originalmente a ponte iria se chamar “Ponte da Independência”. Porém, no ano de 1924, seu então idealizador e governador do estado de Santa Catarina, engenheiro Hercílio Pedro da Luz, veio a falecer. Ciente da sua condição precária de saúde, foi construída uma réplica em madeira nos arredores da Praça XV de Novembro, para que ele fizesse uma inauguração simbólica. Já em 13 de maio de 1926, na data da efetiva inauguração da ponte, foi feita uma homenagem póstuma ao seu idealizador, passando a nomeá-la “Ponte Hercílio Luz”.
Figura 5 - Ponte Hercílio luz
Fonte: http://vemfloripar.com.br/ponte-hercilio-luz-a-historia-do-principal-cartao-postal-de-floripa/ - em 29/05/2019
No ano de 1967, a ponte Silver Bridge, localizada na cidade de Ohio – EUA, similar à Ponte Hercílio Luz, entrou em colapso, deixando 46 vítimas (figuras 5 e 6). Após este acidente de grandes proporções, o governo de Santa Catarina foi alertado da necessidade de fiscalizar e inspecionar a estrutura da ponte. Assim sendo, em 1981, o IPT – Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo S.A. averiguou a obra em toda a extensão da Ponte Hercílio Luz e constatou diversos defeitos de dobras devido à conformação mecânica do material. A partir de então, por apresentar perigo aos transeuntes, no dia 22 de janeiro de 1982, a ponte teve seu trânsito interrompido. Anos após, em 15 de março de 1988, a ponte foi reaberta para o tráfego de pedestres, bicicletas, motocicletas e veículos de tração animal.
Figura 6 - Colapso da Silver Bridge em 1967
Fonte: http://www.msimages.org/the-silver-bridge-disaster/ - em 29/05/2019 Figura 7 - Ponte Silver Bridge
Entretanto, a vontade de inserir a ponte novamente ao seu uso adequado, fez com que fossem apresentados diversos estudos e projetos ao longo dos anos. Em 1990 foi apresentado o relatório da primeira etapa da análise da viabilidade de reabertura ao tráfego da Ponte Hercílio Luz pelas empresas Cerne Engenharia e Projeto e Construtora Roca Ltda.
Porém, devido ao seu peso excessivo e seus problemas estruturais, em 04 de julho de 1991, a ponte foi definitivamente interditada para qualquer tráfego. Na mesma oportunidade, também, procedeu-se à retirada do pavimento asfáltico que cobria a ponte, ocasionando um alívio de 400 toneladas de carga (figura 8).
Figura 8 - Retirada do pavimento asfáltico
Fonte: http://www.deinfra.sc.gov.br/hercilioluz - em 29/05/2019
Devido ao seu imenso significado ao povo catarinense, o então prefeito de Florianópolis - Bulcão Vianna, em 04 de agosto de 1992, assina e decreta a Ponte Hercílio Luz como Patrimônio Histórico, Artístico e Arquitetônico do Município de Florianópolis (Decreto nº 637/1992). O que, anos mais tarde, em 13 de maio de 1997,
foi homologado pelo governador do estado de Santa Catarina - Paulo Afonso Evangelista Vieira (Decreto nº 1830/97).
Figura 9 - Ponte Hercílio Luz
Fonte: http://vemfloripar.com.br/ponte-hercilio-luz-a-historia-do-principal-cartao-postal-de-floripa/ - em 29/05/2019
Após incessantes tratativas, em 24 de março de 2005, o então governador do Estado Luiz Henrique da Silveira, juntamente com sua equipe técnica, apresentaram um resumo do projeto de reabilitação da Ponte Hercílio Luz, no qual foi estabelecido prazo para o lançamento do edital para execução das obras. Através do certame de concorrência internacional apresentado pelo DEINFRA em 15 de dezembro de 2005, tem-se como vencedores um consórcio entre as empresas ROCA e TEC, com início em 17 de fevereiro de 2006 e fim previsto para 05 de agosto de 2008, encerrando, assim, a primeira fase da obra.
Assim também se sucedeu para a segunda fase da obra, através do edital de concorrência internacional, o consórcio vencedor Florianópolis Monumentos iniciou as obras em 2009. Entretanto, em face do descumprimento do contrato por parte da vencedora do certame, o governo rescinde unilateralmente o contrato firmado.
Na incansável busca pela reabilitação deste monumento histórico, em fevereiro de 2015, o governador e sua comitiva viajam aos EUA e se reúnem com a American Bridge para discutir a realização da etapa final da obra, a qual ficaria a cargo da empresa Teixeira Duarte, de origem portuguesa, pertencente ao grupo EMPA, com início em abril de 2015.
Desde então, através desta empresa consolidada no mercado – Teixeira Duarte, as obras de reabilitação seguem em ritmo acelerado e rumando para sua conclusão.
Figura 10 - Reabilitação da Ponte Hercílio luz
Fonte: do autor
2.2 Reabilitação da Ponte Hercílio Luz
A reabilitação da Ponte Hercílio Luz é uma operação de engenharia muito crítica e complexa, por se tratar de uma estrutura muito antiga e pouco usual para as construções de pontes hoje em dia. Como pontos críticos principais da obra temos as trocas das rótulas, selas e barras de olhal.
Figura 11-Barra de Olhal
O novo projeto da Ponte Hercílio Luz foi elaborado para receber o carregamento normativo atual, o carregamento TB-45, segundo a NBR 7188-2013.
Um método que está sendo implantado é o da utilização de placas gradeadas para a pista de rolagem dos veículos, as quais visam diminuir o peso global da estrutura e ainda auxilia na sua manutenção, pois estas placas são somente parafusadas.
Do ponto de vista estrutural, a recuperação da Ponte Hercílio Luz precisou ser completa em vista do estado em que se encontrava sua estrutura, e também pela necessidade de adequação às referências normativas atuais vigentes.
Já os maciços de ancoragem da Ponte Hercílio Luz terão tratamentos diferenciados, pois o maciço de ancoragem-ilha será todo restaurado e reforçado e o maciço de ancoragem-continente será todo refeito.
Para a restauração foi construída uma estrutura auxiliar para ser apoiado o vão pênsil da Ponte Hercílio Luz, dessa forma o peso sustentado diminui, deixando a restauração mais segura para os trabalhos de restauro do vão pênsil. Conforme SANTO (2017):
“A estrutura auxiliar é formada por quatro pilares submersos de sustentação, que terminam em estruturas de aço, em forma de V, sobre os quais se apoia uma treliça metálica que servirá de base de apoio para a ponte. (...), toda essa estrutura auxiliar, assim como as outras partes a serem substituídas, foram montadas nos três canteiros de obras localizados nas cabeceiras da ponte, e transportadas por três balsas e vários rebocadores.”
2.3 Transferência de carga
A transferência de carga visa transferir toda a estrutura da ponte para uma estrutura auxiliar secundária, construída abaixo do vão pênsil, dessa forma eliminando as tensões estruturais, facilitando o trabalho. O método utiliza macacos hidráulicos, ligados a uma central com bombas hidráulicas, os quais erguem toda a estrutura em conjunto.
Este procedimento pode ser utilizado para diversos fins, porém mais comumente usado para trocas de aparelhos de apoio de pontes de concreto e aço e para a recuperação de estruturas que sofreram recalque diferencial. Porém, aqui, como este processo está sendo utilizado com o fim de reforma e/ou reparo de algum elemento presente na estrutura, dá-se o nome de transferência de carga.
Figura 12-Tranferencia de Carga
Fonte: do autor
2.3.1. Transferência de carga na Ponte Hercílio Luz
Durante os 96 anos de sua existência pouca manutenção preventiva foi realizada, acrescida da degradação do tempo e da corrosão do meio no qual ela está inserida, os elementos estruturais apresentam altos níveis de corrosão. Dessa forma, um número considerável de elementos necessitam ser trocados e substituídos por novas peças para a completa restauração da Ponte Hercílio Luz.
Para tanto, foi utilizado o método de transferência de cargas do vão central, no qual toda a estrutura se apoia a uma estrutura auxiliar inferior, em quatro torres que suportam todo o peso do vão central.
Toda a transferência foi dividida em etapas. A primeira diz respeito à transferência de 20% do peso da estrutura para ser montada a estrutura auxiliar, passando assim à desmontagem e montagem das barras de olhal. Depois, na segunda etapa, feita a transferência total do peso da ponte para a troca das peças.
2.3.2 Barra de olhal
A barra de olhal é o item primordial de sustentação da ponte, pois é ela que sustenta toda a estrutura do vão pênsil da Ponte Hercílio Luz. Cada barra de olhal possui 13 metros de comprimento e pesa aproximadamente 1,8 tonelada. Na ponte, elas trabalham agrupadas em 4 barras interligadas, que, ao total, serão substituídas na quantia de 360.
No quesito sustentação, elas estão ancoradas em maciços (blocos de ancoragem). O material utilizado para a fabricação das barras de olhal foi uma liga de aço especialmente desenvolvida pelo fabricante para este fim.
Fonte:
(https://www.nossaradiosaocarlos.net.br/conteudo/noticias/barras-de-olhal-para-sustentacao-da-ponte-hercilio-luz-chegam-a-florianopolis – acesso em 27/05/2019)
Fonte: (https://g1.globo.com/sc/santa-catarina/noticia/ponte-hercilio-luz-em-florianopolis-recebe-barra-de-olhal-governo-confirma-aditivo-da-obra.ghtml – acesso em 27/05/2019)
2.3.4 Macaqueamento
A função do macaqueamento é, segundo NARESI (2019), a de “realizar a movimentação da estrutura para que ela retorne ao nível e prumo ou que mude de um nível para outro, e seja promovida a partir do seu macaqueamento a recuperação ou substituição de estruturas de fundação”.
Segundo o mesmo autor, o macaqueamento é muito utilizado para elevação do tabuleiro de pontes e viadutos, podendo, desta forma, ser feita a manutenção das peças estruturais. Durante o procedimento, são utilizados macacos hidráulicos instalados em bombas hidráulicas elétricas ou manuais, os quais elevam o embolo do macaco e, consequentemente, promovem a elevação do tabuleiro. Para tanto, os macacos hidráulicos são instalados nos vãos das vigas que são apoiadas nos consoles em estruturas provisórias. O macaqueamento deve, ainda, ser feito de forma lenta para que se evitem danos na estrutura do tabuleiro.
No tocante à Ponte Hercílio Luz, o macaqueamento será feito no vão pênsil da ponte, ação primordial para a troca das barras de olhal, sendo realizado através de 54 macacos hidráulicos, os quais são ligados a uma bomba hidráulica e unidade de acionamento customizada, fazendo a ativação de todos os macacos simultaneamente.
Figura 15 - Bomba hidráulica elétrica
Fonte: do autor
Figura 16 – Bomba hidráulica customizada
2.4 Método da fogueira
2.4.1 Fogueira
A fogueira é o método necessário para a realização da elevação dos itens estruturais. Estas são realizadas através da colocação de um apoio centrado com o nó da diagonal e aplicação do macaco excêntrico a esse nó. Para tanto, é essencial que se verifique qual a deformação e estado de tensão da estrutura da ponte quando se aplica a ação descentralizada do eixo, ainda que dentro da chapa do nó.
Figura 17 - Esquema do método da fogueira
Figura 18 - Método da fogueira
Fonte: do autor
2.4.2 Calço superior
Os calços superiores são os elementos responsáveis pela transmissão do esforço do macaco e do apoio à corda inferior, o que deve ser minuciosamente estudado para que se possa promover uma distribuição de tensões uniformes na corda inferior, a qual apresenta uma geometria em caixão. Esta corda, da maneira explicitada, apresenta fraca resistência para cargas pontuais centradas em seu eixo. Dessa forma, para possibilitar a ação do macaco é necessário a utilização do calço superior que será o elemento responsável pela transmissão do esforço do macaco para as cantoneiras laterais da corda, acarretando, assim, uma distribuição de tensão uniforme e proporcional.
Figura 19 - Esquema do calço superior
Fonte: Teixeira Duarte
2.4.3 Calço tubular
Com o fim de se compensar as alturas de elevação, foram desenvolvidos os calços tubulares, ou “panelas”, que são compostos por perfis tubulares de D12’ SCH80, com superfícies maquinadas que tornam mais fáceis os encaixes e permitem a uniformização entre os elementos da estrutura. Como informação adicional, tem-se que o seu dimensionamento foi calculado para a ação do macaco de 100 ton, esforço este aplicado axialmente.
Figura 20 - Esquema do calço tubular
Figura 21 - Esquema do calço tubular
Fonte: Teixeira Duarte
3 Transferência de carga primeira parte
A transferência de carga teve como finalidade a redução das forças existentes no cabo principal até que se atingisse um estado de tensão nulo, permitindo, assim, a substituição dos elementos necessários: barras de olhal, pinos de ligação e cabos pendurais. E, para se conseguir esse momento de tensão nulo, foi realizada a elevação do tabuleiro da ponte com o auxílio dos cilindros hidráulicos e com a reação na Estrutura de Sustentação Provisória (ESP) até que os nós das barras de olhal atingissem uma elevação suficiente que implicasse a movimentação dos pilones em direção a terra (continente ou ilha), afastando-se, portanto, do vão central.
Esta movimentação dos pilones principais ocasionou uma redução de valor igual ao comprimento não tensionado no cabo principal sobre os viadutos, através de uma medição em linha reta entre o topo do pilone e o maciço de fixação do olhal. Em se tratando do vão pênsil, para que se atingisse este comprimento não tensionado das barras, foi necessário realizar a elevação por cilindros hidráulicos e que teve reação na Estrutura Auxiliar Superior (EAS). Sendo assim, posicionando os olhais da catenária, impondo o comprimento não tensionado das barras, foi condição essencial para aliviar a tensão e permitir a remoção e substituição das barras de olhal.
Mesmo após a remoção da catenária sobre os viadutos e vão pênsil fora da treliça, ainda restou uma força residual de tração que permaneceu nas barras existentes na corda superior. Então, para que fosse possível aliviar esta tensão, foi necessário inverter a curva da treliça, baixar os macacos sob o centro da treliça,
subindo até as extremidades, até que esta força residual nas barras fosse anulada, o que possibilitou a remoção das barras devido ao estado de tensão nulo gerado.
Realizadas todas as retiradas das barras de olhal existentes e dos elementos de ligação, foi realizado um processo inverso para a montagem dos novos elementos, garantindo assim a transferência das cargas para o novo sistema de suspensão.
Figura 22 – Retirada das barras de olhal
Fonte: do autor
Entretanto, face ao grande lapso de tempo decorrente desde a construção da Ponte Hercílio Luz e a ausência de um histórico completo dos carregamentos realizados e a exatidão da distribuição exata de peso, foi difícil contabilizar com exatidão o peso da estrutura, somado ao fato de que havia sobreposição de várias camadas de chapas, aumentando o peso da estrutura, gerou muita incerteza nos modelos desenvolvidos para o estudo do processo de transferência de carga.
Assim sendo, com o fim de minimizar a possibilidade de ocorrência de algum dano à estrutura existente, entendeu-se por bem manter a geometria e perfil da ponte o mais semelhante possível à original, durante a execução da obra foi tentado reduzir ao mínimo possível os deslocamentos transitórios indiretos e as deformações impostas.
Pôde-se, também, calcular e definir as forças necessárias para deformação da ponte aplicadas na operação de macaqueamento. A estas cargas foi adicionado o peso das EAS (instaladas anteriormente ao início da transferência de carga) que se
ancoraram diretamente nos apoios da ponte, o que possibilitou a transmissão do peso para a estrutura inferior ESP.
Houve, ainda, a necessidade de se levar em consideração o efeito térmico, que foi capaz de provocar um deslocamento vertical de 200mm a meio vão na ponte (medido através de controle topográfico). O que ocorreu é que quando há aumento de temperatura, a dilatação nas barras de olhal tende a aumentar superiormente à treliça, ocasionando um abaixamento da ponte e vice-versa. Por esta razão, foi que as elevações e os abaixamentos ocorreram no período noturno ou na primeira hora matinal, em função de a temperatura estar amena e não interferir tanto na estrutura. Assim, no decorrer do dia a ponte poderia se assentar livremente sobre os pontos de apoio.
Figura 23 – Elevação e abaixamento noturno
Fonte: do autor
Como já dito acima, houve muita incerteza no decorrer do processo, pois muitas variantes estavam interferindo: distribuição dos pesos, rigidez nas áreas brutas, áreas líquidas, conexões, módulos de elasticidade, variação de temperatura durante as operações, distribuição de força nos elementos, etc. Em consequência
disso, os cálculos foram realizados considerando uma variação na ordem dos 20% nos valores de força ou deslocamento aceitáveis.
Apesar de a Engenharia Civil ser um campo de muita exatidão em seus cálculos, estas incertezas se fizeram justificáveis pelo fato de que a Ponte Hercílio Luz é uma construção antiga e de extremo e considerável valor histórico e muitos elementos desconhecidos. Porém, esta razão não foi motivo para descuido, pois o monitoramento das operações ocorreu em todas as etapas e em todo o processo, em especial relevância na movimentação dos pilones e da variação de força em alguns macacos responsáveis pela elevação.
3.1 Fase 1 – Sistema de estaiamento provisório
O sistema de estaiamento provisório foi composto por 8 cabos de aço, cabos estes responsáveis pela garantia de posicionamento dos pilones durante as operações de transferência de carga e da substituição dos elementos. Podemos verificar, através da Figura 24, os cabos divididos em grupos: os que sustentaram os pilones a partir das margens, os cabos dos viadutos e os que sustentaram os pilones a partir das estacas TA1 e TA4 na ESP, cabos do vão pênsil.
Figura 24 - Elevação da ponte com representação dos cabos de estaiamento provisórios dos pilones (linhas azuis).
Fonte: Teixeira Duarte
O estaiamento foi pré-tensionado a 50% da carga de projeto, antes do início da Fase 1, com 50kN nos cabos posicionados nos viadutos e 60kN nos cabos do vão pênsil. O máximo da força de serviço permitida pelos cabos de estaiamento era de 1100kN e a força nominal de ruptura de 2954kN.
Importante frisar que este sistema de estaiamento foi dimensionado para estabilizar os pilones apenas nas fases em que as barras de olhal estivessem
desconectadas. Nos momentos contrários, quando as barras de olhal estivessem todas interligadas, os pilones se mantiveram estáveis, sendo desnecessária a utilização desse sistema. Ao final da Fase 1, a força axial da catenária foi superior a 400kN, o que corresponde a 4 vezes mais que o limite de carga de serviço dos cabos de estaiamento.
3.1.1 Elevação da ponte
A primeira fase do processo de transferência de carga consistiu na elevação da ponte, através da ação simultânea e sincronizada de 54 cilindros hidráulicos, até que se atingisse o deslocamento vertical teórico, com a finalidade de que fosse reduzida a tensão nas barras de olhal que constituíam a catenária. A elevação máxima foi de 530mm a meio vão e de 410mm nos pinos de transição entre a zona central da treliça e a zona dos pendurais.
Figura 25 – Cilindro hidráulico
Também ocorreu uma pré-elevação da ponte, antes do início das montagens das EAS, que corresponderam a 20% da força total esperada para o alívio da tensão nas barras de olhal, que foi capaz de provocar o deslocamento de 130mm a meio vão e de 100mm nos pinos de transição entre a zona central da treliça e a zona dos pendurais.
Já na elevação propriamente dita, esta iniciou com a força de aproximadamente 20% da inicial e foi dividida em 4 etapas, chegando ao total de 400mm a meio vão. Havia ainda o problema do efeito térmico, razão pela qual as operações de elevação da ponte foram realizadas durante a noite, sendo uma etapa por noite, a fim de ter este efeito minimizado. E, a cada dia pós elevação, foi realizada a análise e interpretação de todas as medições feitas através de topografia, forças nos macacos verificadas na instalação hidráulica e os resultados do sistema de monitoramento.
Durante o processo de elevação da ponte, ocorreu a movimentação dos pilones em direção às margens, o que permitiu a redução do alongamento das barras de olhal e o consequente alívio de tensão no cabo principal. No tocante aos viadutos, as barras de olhal se apoiaram sobre os suportes especiais no topo das EAS desde o início da transferência de carga. E, para isso, as estruturas de suporte foram formadas por cavaletes metálicos, apoiados nas barras de olhal através de placas de teflon (material plástico de alta resistência e baixo coeficiente de atrito), o que permitiu o deslizamento das barras na ordem dos 200mm. A Figura 26, ilustra o cavalete mencionado.
Figura 26 - Suporte de apoio das barras de olhal sobre as EAS dos viadutos
Figura 27 - Cavalete
Fonte: do autor
Durante a execução desta fase, as barras de olhal não se apoiaram sobre as EAS no vão pênsil, pois a elevação da catenária, em decorrência da rotação dos pilones em direção às margens, foi diferente do deslocamento vertical imposto durante as operações de transferência de carga.
No decorrer de todas as etapas da Fase 1, os macacos tiveram que ser operados, em suas elevações, coordenadamente entre lados norte e sul a fim de que se mantivesse o deslocamento paralelo dos pilones principais. O deslocamento horizontal dos topos dos pilones, no final da Fase 1, ficou estimado em cerca de 80mm do lado continental e de 70mm do lado insular. E, ainda, estimou-se uma redução da carga axial nas barras de olhal de 11200Kn (inicial) para cerca de 4200Kn.
Para se chegar às forças teóricas necessárias a serem aplicadas nos macacos e os deslocamentos previstos, foi realizado através de um método iterativo, apresentado nos desenhos e tabelas anexas.
3.1.2 Sistema hidráulico para elevação do tabuleiro da ponte
O sistema hidráulico que foi responsável pela elevação do tabuleiro e foi constituído por 3 centrais hidráulicas sincronizadas e interligadas e comandadas por
um único posto de comando (máster) – Figura 28, no qual foi possível visualizar as informações necessárias de todos os cilindros hidráulicos.
Figura 28 - Central de comando Master para controle das 3 centrais hidráulicas.
Fonte: Teixeira Duarte
O benefício trazido para a operação através de centrais hidráulicas sincronizadas foi no sentido de que o controle automatizado de todos os cilindros hidráulicos garantiu, com maior precisão, o deslocamento pretendido em cada alinhamento, minimizando, assim, qualquer risco de desalinhamento no tabuleiro da ponte durante todas as etapas de elevação.
O equipamento utilizado sofreu um teste prévio em Portugal, nas instalações da empresa Teixeira Duarte, durante a formação técnica realizada pela equipe especializada da ENERPAC, empresa líder mundial no segmento de equipamentos hidráulicos. As figuras abaixo – 29 e 30, ilustram o ensaio realizado com os equipamentos utilizados, especialmente de 3 centrais sincronizadas comandadas pelo máster.
Figura 29 - Ensaio das centrais hidráulicas, nas instalações industriais da Teixeira Duarte em Portugal (foto tirada em 16/05/2017).
Fonte: Teixeira Duarte
Figura 30 - Ensaio das centrais hidráulicas, nas instalações industriais da Teixeira Duarte em Portugal (foto tirada em 16/05/2017).
Fonte: Teixeira Duarte
No decorrer das operações de transferência de carga foram acionados, simultaneamente, 54 cilindros hidráulicos, sendo que destes, 32 possuíam capacidade de 100ton e 22 cilindros possuíam capacidade de 50ton, os quais foram utilizados na parte central da treliça, local onde as cargas são inferiores, requerendo, portanto, menos força. O projeto da instalação hidráulica utilizado foi desenvolvido, conjuntamente, pela empresa Teixeira Duarte e ENERPAC (Figura 31).
Figura 31 - Esquema hidráulico para elevação da ponte Hercílio Luz na Fase 1.
Fonte: Teixeira Duarte
3.2 Fase 2 – Desmontagem dos cabos pendurais
A Fase 1 não foi suficiente para efetuar por completo o destensionamento dos cabos pendurias através da elevação da ponte, finalizando com força residual ainda na ordem dos 80Kn. Dessa forma, com o intuito de aliviar a tensão nos cabos pendurais na sua totalidade, foi desenvolvida uma ferramenta com sistema hidráulico responsável pela transferência da carga residual dos pendurais para as barras roscadas de alta resistência DYWIDAG, o que permitiu o corte com segurança dos cabos pendurais, conforme se verifica na Figura 32.
Figura 32 - Dispositivo de alívio de tensão do cabo pendural para permitir o corte do mesmo.
Figura 33 – Corte do cabo pendural
Fonte: do autor
O corte e a remoção dos cabos pendurais teve início pelos 4 cabos mais compridos, que se encontravam junto aos pilones principais, passando, em seguida e sequencialmente, ao centro da ponte, como se verifica da Figura 34.
Figura 34 - Sequência de desmontagem dos cabos pendurais.
Fonte: Teixeira Duarte
O resultado da remoção de um conjunto de cabos pendurais pode ser descrita da seguinte maneira: aumento de reação nos apoios da ponte, o cabo principal sobe para a posição de alívio, movimentação em direção a terra dos pilones e aumento de
força nos cabos pendurais, especialmente no cabo pendural vizinho, que pode chegar aos 86Kn.
Durante toda a operação de remoção dos cabos pendurais foi necessário a manutenção do controle de distribuição de força nos macacos de apoio da ponte, pois, caso excedessem os valores teóricos, deveriam ser ajustados. Dessa forma, os pontos de controle de força nos macacos de apoio da ponte foram os de número: 4, 7, 11, 17, 21 e 24. Sendo que, ao final da Fase 2, a força aplicada sobre as EAS nos viadutos, em decorrência das barras de olhal foi de cerca de 55Kn.
Na Fase 2, ficou estimado um deslocamento horizontal no topo dos pilones principais, sentido terra, de 110mm do lado continental e de 90mm do lado insular. Caso estes valores fossem excedidos até o limite da operação, haveria a necessidade de ser analisada a possibilidade de redução da elevação da ponte iniciada na Fase 1. No desenrolar das etapas da Fase 2, ficou estipulada uma redução da carga axial nas barras de olhal de 4200Kn (inicial) para cerca de 2500Kn, sendo que as forças e o deslocamento do tabuleiro foram apresentados no final desta fase.
3.3 Fase 3 - Elevação da catenária no vão pênsil para desmontagem das barras de olhal (viadutos e catenária do vão pênsil)
A Fase 3 consistiu na possibilidade da desmontagem das barras de olhal, aliviando totalmente a tensão da catenária sobre os viadutos e na parte livre sobre o vão pênsil na zona de onde foram removidos os cabos pendurais. Como já dito anteriormente, nos viadutos, as barras de olhal foram apoiadas, desde o início do processo de transferência de carga, sobre as EAS.
Já no que se refere ao vão pênsil, a metodologia empregada foi um pouco mais complexa, visto que a elevação do tabuleiro realizada na Fase 1 não foi suficiente para aliviar totalmente a tensão existente nas barras de olhal. Assim sendo, foi necessário reduzir a flecha verificada pelo cabo principal entre os nós de ligação deste à treliça e à sela do pilone. O que ocorreu, então, foi a elevação das barras de olhal em cada nó, através de cilindros hidráulicos posicionados no topo das EAS, na direção ortogonal ao seu eixo axial, até que se atingisse o deslocamento que teoricamente anularia as tensões residuais. Sendo assim, quando as tensões residuais se aproximassem do zero, a operação de desmontagem da barra de olhal poderia ocorrer em segurança.
Figura 35 - Suporte de apoio das barras de olhal sobre as EAS do vão pênsil
Fonte: Teixeira Duarte Figura 36 - Suporte de apoio
Ficou estimado que seria necessário elevar as barras de olhal do vão pênsil em cerca de 700mm a meio vão da catenária. Para isso, estas operações de macaqueamento ocorreram equilibradamente entre os lados norte-sul e continente-ilha, visando minimizar a torção dos pilones, em várias etapas e de forma simultânea em todos os nós da barra de olhal com a utilização de 14 macacos de 50ton.
Uma certeza que se tinha era de que, durante estas etapas de macaqueamento das barras de olhal sobre as EAS, a carga sobre os apoios inferiores da ponte iria aumentar e, caso excedesse os valores teóricos, poderia ser ajustada a posição do tabuleiro da ponte.
Ao final da Fase 3, ocorreu um deslocamento horizontal no topo dos pilones principais, sentido terra, de cerca de 140mm do lado continental e de 120mm do lado insular. Igualmente à fase anterior, caso o valor teórico fosse ultrapassado, haveria a possibilidade de redução da elevação da ponte iniciada na Fase 1.
3.3.1 Desmontagem das barras de olhal
O sistema de estaiamento dos pilones foi pré-tensionado para os valores de projeto no montante de 100kN nos cabos dos viadutos e de 120kN nos cabos do vão pênsil, logo após ter sido aliviada a tensão nas barras de olhal.
As primeiras barras de olhal desmontadas foram as de nível inferior, nos viadutos, junto aos maciços de ancoragem – barras 10AC-9AC do lado continental. Foi instalado um dispositivo com barras roscadas de alta resistência DYWIDAG e cilindros hidráulicos furados, por medida de segurança adicional, caso ocorresse alguma tensão residual na catenária, permitindo, assim, que se efetuasse o corte em condições seguras.
Figura 37 – Desmontagem das barras
Fonte: do autor
Este dispositivo encontra-se representado na Figura 38, o qual é fixado nas duas barras exteriores com uma ligação parafusada através de furos realizados. Pela ordem, as primeiras barras cortadas foram as exteriores, seguindo-se pelas interiores. Depois do corte de todas as barras, foi lentamente aliviada a carga dos varões DIWIDAG.
Figura 38 - Dispositivo para corte da primeira barra de olhal.
Fonte: Teixeira Duarte
Passo seguinte, foram desmontadas as demais barras de olhal, simultaneamente nos lados continental e insular, na sequência indicada na Figura 39.
Figura 39 - Sequência de desmontagem das barras de olhal.
Fonte: Teixeira Duarte
Para a desmontagem das barras de olhal, foi utilizado um dispositivo que permitiu puxar os pinos existentes até uma carga limite de 50ton. E, caso não fosse possível a extração do pino com esta carga, havia a possibilidade de serem cortadas através de oxi-corte.
Figura 40 - Dispositivo de remoção dos pinos das barras de olhal.
Fonte: Teixeira Duarte
Também foi instalado o sistema de destensionamento apresentado acima, para a desmontagem das primeiras barras no vão pênsil (14C-16C e 14-16), para, caso ainda existisse alguma tensão residual na catenária do vão pênsil. E, por fim, foram desmontadas todas as barras de olhal até as selas, simultaneamente nos viadutos e no vão pênsil e avançando no mesmo nível em ambos os lados (continente e ilha).
Realizada toda a desmontagem das barras de olhal, os pilones principais foram deslocados para a posição original e mantidos na vertical até que se iniciasse a montagem das novas barras. Tal fato se justifica, pois, esta posição vertical dos
pilones confere melhores condições de apoio nas rótulas e no apoio da ponte no ESP, gerando maior segurança para a execução dos trabalhos de substituição das rótulas. E, para finalizar esta fase, esta afinação dos pilones foi realizada através do sistema de estaiamento provisório, que conseguiu efetuar movimentos graduais no valor de 20mm e que possibilitou manter a tensão nos cabos entre 100Kn E 120Kn, conforme indicava o projeto.
3.4 Fase 4 – Abaixamento do tabuleiro para desmontagem das barras de olhal no interior da treliça
Quando encerrou a Fase 3, a treliça da ponte já se encontrava livre e na forma de defletida para cima. A corda superior da treliça apresentava esforço axial de tração de 3500Kn a 7000Kn, isto devido à combinação de alívio da tensão nos cabos principais com o suporte da treliça, enquanto que a corda inferior apresentava uma compressão variável para conseguir equilibrar o estado de tração.
Para que se procedesse à remoção e substituição das barras de olhal foi necessário aliviar as tensões na corda superior da treliça, tendo sido ajustada a forma da treliça para uma posição neutra através do abaixamento do tabuleiro da ponte na região central.
Assim sendo, com o intuito de realizar esta movimentação, foi necessário instalar o sistema hidráulico descrito na Figura 41. Durante a fase de elevação 4C foram introduzidos 4 macacos suplementares, instalados sobre a transversina dos alinhamentos 0 o 0’, que tiveram por finalidade reduzir os esforços na estrutura entre a extremidade da treliça e os alinhamentos 2 e 2’.
Figura 41 - Esquema hidráulico para abaixamento da ponte Hercílio Luz na Fase 4.
Primeiramente foi realizado o abaixamento da ponte até a posição inicial do tabuleiro antes da transferência de carga. Após, foram desmontados os apoios pendulares nas extremidades da treliça, visto que assim a carga vertical aplicada era mínima. Em seguido, continuou-se a baixar o tabuleiro até a cota mínima permitida (valor este correspondente a um abaixamento total da transversina 27 de 950mm). E, por derradeiro, foi efetuada a elevação das extremidades da treliça (cerca de 430mm na transversina 2 e 2’), até que se obtivesse uma geometria defletida para baixo, anulando, assim, a tensão nas barras de olhal da corda superior da treliça.
Figura 42 – Estrutura para abaixamento e elevação do tabuleiro
A Figura 43, abaixo, ilustra o posicionamento da treliça no final da Fase 3, a posição intermédia para a liberação dos pinos de ligação do tabuleiro nos pilones e, ao final da Fase 4, o abaixamento na parte central e elevação das extremidades da treliça.
Figura 43 - Ilustração da movimentação da treliça na fase 4 (lado Norte).
Fonte: Teixeira Duarte
O procedimento de desmontagem ocorreu das extremidades ao centro, em ambos os lados, conforme a Figura 44. Foi utilizado o mesmo procedimento apresentado anteriormente quando da extração dos pinos dos olhais. Caso não fosse possível agir dessa forma, haveria a possibilidade de se cortar e retirar as barras de olhal e após, cortar o pino de forma que os nós da treliça saíssem, sendo que estes nós deveriam ser reabilitados antes da montagem das novas barras de olhal com os novos pinos de ligação.
Figura 44 - Sequência de desmontagem das barras de olhal que pertencem à corda superior da treliça.
Fonte: Teixeira Duarte
3.4.1 Forças internas na estrutura da ponte durante a transferência de carga
O cálculo das forças internas dos elementos da estrutura foi feito durante o processo de transferência de carga, em todas as fases, pelo consultor Dot. Ing. Massimo Marini.
Entretanto, quando da análise dos elementos uma questão que foi levada em consideração foi a de que o estado inicial de tensão dos elementos não pôde ser obtido tão precisamente, pois levado em consideração o estado hiperestático do sistema e a interação entre os elementos do sistema de suspensão em equilíbrio com a treliça e as barras de olhal existentes no interior da treliça. Porém, havia várias soluções de tensões internas para a geometria da treliça, obtida a partir do levantamento topográfico com diferentes esforços nas cordas e diagonais, sendo que o estado de tensão apresentado inicialmente foi só um dos possíveis estados.
Para o cálculo de variação das forças internas e das reações subsequentes nas diferentes etapas do processo de transferência de carga pela ação dos macacos no decorrer das operações, foi realizada a adição ao estado de tensão inicial adotado. Como forma de comparação dos resultados com os esforços calculados, foram analisados os projetos iniciais de Machado (Machado da Costa & de Faria Belo, 1926) e Steinman (Steinman & W. G. Grove, 1926-1928). Dessa forma, as forças axiais que ocorreram durante o processo de transferência de carga, em valor absoluto – tração e compressão, e a comparação dos valores máximos com a ponte em serviço, tudo observando os dados do projeto, encontram-se resumidamente na tabela abaixo.
Tabela 1 - Rácio de esforço axial máximo face aos valores de projeto
Fonte: Teixeira Duarte
Conforme análise da tabela acima, é possível inferir que mesmo com os rácios menores que 1, isto não foi capaz de comprometer a segurança da estrutura. Porém, em determinados itens, como por exemplo, a corda inferior, montantes e algumas diagonais, as forças no decorrer do processo de transferência de carga foram compressivas, enquanto que com a ponte em serviço deveria ser de tração ou vice- versa.
Já da figura abaixo – Figura 45, é possível verificar que as diagonais da treliça (identificadas) apresentaram tensões elevadas e conjugadas a um cumprimento comprometedor da resistência do elemento à encurvadura. Então, com a finalidade de que se evitasse qualquer dano à estrutura, foi sugerido um reforço de 12 elementos com um perfil externo, aumentando assim a inércia e reduzindo o cumprimento da encurvadura.
Figura 45 - Diagonais a reforçar para o processo de transferência de carga.
Fonte: Teixeira Duarte
Os elementos, durante as operações de transferência de carga, ainda estavam sujeitos às variações de suas forças internas, o que provocaria alterações em seu comprimento e movimentações relativas entre as peças da treliça. Além disso, através da remoção das barras de olhal que formam a corda superior da treliça, ainda ocorreu a interrupção do contraventamento da estrutura, o que poderia acarretar
danos aos elementos existentes, aumentando a tensão e acarretando à deformação definitiva dos elementos.
Como forma de minorar o problema mencionado acima, foi instalado um contraventamento adicional em cabo de aço com diâmetro de 5/8” entre os montantes dos lados norte e sul, capaz de garantir o posicionamento relativo do painel norte com o painel sul, conforme ilustra a Figura 46.
Figura 46 - Esquema do plano transversal entre montantes do lado Norte e Sul.
Fonte: Teixeira Duarte
4 Transferência de carga segunda parte
Para a segunda etapa do processo de transferência de carga, realizou-se a montagem dos novos elementos, bem como a transferência do próprio peso da treliça e das demais estruturas apoiadas para o sistema de suspensão, que era formado pela barra de olhal e pelos cabos pendurais.
Como já dito anteriormente, somente quando a geometria da ponte estabeleceu tensões nulas nos elementos antigos (comprimento entre os nós de ligação) foi possível a montagem dos novos elementos. Sendo que, para a correta instalação destes elementos, a ponte precisou estar na mesma geometria que se encontrava no instante da desmontagem, visto que as novas peças foram dimensionadas tendo por base o levantamento de campo e a aplicação de correções pela determinação analítica dos alongamentos. E, também, para a correta instalação
dos novos elementos, foi necessário realizar pequenos ajustes à geometria da ponte para que assim pudesse corresponder ao comprimento das partes.
Tem-se, portanto, que o procedimento apresentado para a montagem foi o procedimento inverso realizado quando da desmontagem, o que se fez repetirem as transformações geométricas da ponte, ocasionadas pelas elevações do tabuleiro, movimentação das torres principais e do suporte e elevação das barras de olhal.
Então, ao contrário do que havia sido feito no processo de desmontagem, na montagem ocorreu o aumento gradual do esforço axial de tração nas barras de olhal até que se atingisse a carga que correspondia ao suporte da treliça do vão pênsil, gerada através dos elementos principais do sistema de suspensão.
O método empregado para a transferência de carga foi dividido em 4 fases, levando em consideração a natureza do processo envolvido e os objetivos parciais, sendo que cada fase estava dividida em etapas definidas no projeto executivo. Dentre estes momentos, o mais crítico era sempre a conclusão de cada etapa, pois era neste momento que se realizava a análise do sistema de monitoramento, de topografia, das cargas nos macacos e que era feito um balanço com os valores teóricos.
Havia, ainda, outra subdivisão em operações dentre as etapas de movimentação da treliça, barras de olhal e pendurais. Estas operações consistiam em procedimentos que necessitavam ser executados sem interrupção, com prévia programação, para que nada pudesse interferir na conclusão dos trabalhos, observando, claramente, todas as condições técnicas e condições meteorológicas adequadas.
A montagem das barras de olhal que formam a corda superior da treliça entre os alinhamentos 16C e 16 foi o que deu início ao procedimento de montagem, na Fase 5-A. Em seguida foi realizada a movimentação da treliça pelos macacos, em etapas inversas às das Fase 4: abaixamento dos extremos e elevação a meio vão – etapas B e C. Ainda no final da Etapa B, foram instalados os apoios pendulares nas extremidades da treliça.
Passando para a Fase 6A, foram movimentadas as torres principais em direção à margem, no valor de 160mm para a torre T7 e de 140mm para a torre T8, quando se iniciaram as montagens das barras de olhal fora da treliça. No que diz respeito ao vão pênsil, a montagem foi efetuada com as barras estando numa posição elevada, correspondendo ao comprimento não tensionado, quer dizer, suportes das torres provisórias na posição da desmontagem das barras antigas. E, já que a
ancoragem nos maciços foi reposicionada, os suportes dos viadutos foram ajustados ao novo posicionamento da barra de olhal.
No período entre a finalização da montagem de todas as barras de olhal e previamente ao início do procedimento de transferência de carga para o sistema de suspensão, a carga máxima estava aplicada à ESP. Por esta razão, foi preciso sincronizar o início da montagem das barras com a liberação dos trabalhos de montagem das ancoragens das barras de olhal nos maciços continental e insular.
Assim que concluídas a montagem das barras, foi retomado o procedimento de transferência de carga – Fase 6B, ocorrendo o inverso do procedimento da Fase 3: abaixamento das barras que formam a catenária no vão pênsil. Nesta fase ainda ocorreu a movimentação dos pilones e o tensionamento gradual do sistema principal de suspensão, até que se atingisse o alívio completo da carga pelas barras de olhal nas EAS no vão pênsil.
Passando para a Fase 7, ocorreu a montagem dos novos cabos pendurais, inversamente ao que foi executado na desmontagem, tendo ocorrido do alinhamento 14 em direção ao alinhamento 2.
Por fim, para concluir o procedimento de transferência de carga, na Fase 8, procedeu-se ao abaixamento do tabuleiro da ponte para a sua posição inicial. No decorrer desta fase, ocorreu a movimentação dos pilones em direção ao centro e o consequente tensionamento das barras de olhal, que, nos viadutos,
Ainda antes de ser finalizada a Fase 8, as estruturas foram desmontadas para que o peso não fosse transmitido para o sistema de suspensão e foi iniciada a montagem de parte do pavimento da ponte que é constituído de transversinas auxiliares, grades e placas ortotrópicas.
Figura 47 – Placa de grades pavimento da ponte
Fonte: do autor
Outro fator que foi capaz de influir os resultados da extensometria foi o efeito térmico, que, durante o dia, por sua incidência direta nos sensores e à grande inércia térmica que as seções apresentavam. Já foi referido previamente acerca do deslocamento vertical na ordem de 200mm a meio vão na ponte acarretado pelo efeito da temperatura. Este foi o motivo encontrado para que as elevações ou abaixamentos da ponte fossem realizados no período noturno, quando ocorre menor variação térmica da estrutura e, mesmo que ocorra, era mínima.
4.1 Fase 5 – Montagem das barras de olhal no centro da treliça e movimentações da treliça
4.1.1 Montagem das Barras de Olhal que formam a corda superior da treliça – Etapa A
A montagem das barras de olhal que formaram a corda superior da treliça foi o que deu início ao processo inverso de transferência de carga, através da fase 5A.
O início da montagem das novas barras foi realizado a partir do centro, nos alinhamentos 26C e 26, para as extremidades, alinhamentos 16C e 16. Como forma
de finalizar a montagem dos pinos 16C e 16, foram instaladas, simultaneamente, as primeiras barras da catenária (16C-14C e 16-14), as quais se apoiaram nas EAS do vão pênsil.
Figura 48 - Sequência de montagem das barras de olhal no interior da treliça, Etapa 5 A.
Fonte: Teixeira Duarte
Figura 49 – Montagem das barras de olhal
Fonte: do autor
Embora todos os cálculos já estivessem realizados, durante a instalação das barras de olhal, ajustes à geometria da treliça talvez fossem necessários. Tal fato se justifica para adequar e fazer correspondência a distância entre nós ao comprimento não tensionado das barras de olhal. E, como maneira de realizá-lo, este ajuste foi realizado pontualmente durante a montagem pela movimentação milimétrica dos macacos de apoio da treliça.
Como forma de auxílio na desmontagem, foi desenvolvido um saca-pinos, o qual foi reutilizado na instalação dos pinos e na montagem das barras. No que tange aos nós da treliça, este equipamento foi posicionado temporariamente junto à chapa do nó exterior, a partir do qual o pino foi inserido gradualmente através das ações do macaco e da bomba manual, conforme se verifica da figura 50 apresentada abaixo.
Figura 50 - Utilização do saca-pinos para a montagem dos novos pinos.
Fonte: Teixeira Duarte Figura 51 – Saca Pino
Somente após a conclusão da montagem das barras de olhal mencionadas é que se iniciaram as tarefas de movimentação da treliça.
As etapas de movimentação, durante o processo de desmontagem, foram três: Fase 4, etapas A, B e C. Já na fase de execução do procedimento inverso, estas tarefas foram realizadas em duas etapas: Fase 5, etapas B e C. Dessa forma, otimizou-se as movimentações dos macacos e foi possível garantir uma evolução uniforme dos esforços internos nas barras.
4.1.2 Movimentação da treliça – Etapa B
Na etapa B, foi realizado o abaixamento das extremidades da treliça e a elevação do centro para que se obtivesse a geometria do tabuleiro correspondente ao final da fase 4 A e que se permitisse a montagem dos apoios pendulares. A cada operação dos macacos foi realizada uma primeira elevação com deslocamento superior a meio vão, passando-se a seguinte para um abaixamento preferencial das extremidades. Pode-se verificar estas movimentações na Figura 52, ilustradas para o lado Norte.
Para melhor compreensão da figura abaixo, temos que a linha preta contínua representa a posição inicial e a linha tracejada a posição final. Nesta primeira operação, estão representados com a linha vermelha a primeira elevação e a linha azul como o abaixamento. Já as linhas cinzas representam os patamares intermédios de cada operação.
Figura 52 - Geometria da corda inferior da treliça, lado norte, na Fase 5 B.
Para que se concretizasse e finalizasse a Etapa B, após as movimentações do tabuleiro, foram montados os apoios pendulares da extremidade da treliça.
Como forma de uniformizar a distribuição de forças no tabuleiro, ao final de cada operação, foram realizados os movimentos e ajustes necessários nos macacos. Entende-se por ajustes os movimentos milimétricos de alinhamentos no qual as cargas nos macacos divergem do valor teórico. Havia a possibilidade, através dos ajustes, de se elevar um grupo de macacos cujo componente de carga da treliça fosse inferior aos grupos adjacentes ou, também, que fosse necessário baixar um grupo de macacos onde o componente da carga da treliça fosse superior aos grupos adjacentes.
4.1.3 Montagem do sistema pendular
Nas extremidades, o sistema pendular foi novamente instalado, mantendo o comprimento entre eixos original. Para que isso fosse realizado, foi preparado um conjunto de cobrejuntas e foi realizada uma furação prévia, permitindo, assim, a remontagem do pêndulo com o mesmo comprimento do anteriormente definido.
4.1.4 Movimentação da treliça – Etapa C
Passou-se, então, para a etapa C, que consistiu na elevação do centro da treliça em 540mm. Para a realização desta etapa, foram feitas operações de elevações com deslocamentos inferiores a 120mm, para que, dessa maneira, o aumento dos esforços internos nas barras da treliça fosse gradual.
Na figura 53 (abaixo), é possível verificar a geometria da corda inferior da treliça na posição inicial (linha preta cheia) até a posição final da etapa (linha preta tracejada). Já as linhas cinza representam os patamares intermédios que correspondem às operações, com base na premissa do deslocamento máximo de 120mm.
