IST - Inspecção Reabilitaçao Pontes
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INSPECÇÃO E REABILITAÇÃO DE PONTES
Júlio Appleton
IST – 17 de Fevereiro de 2005
SUMÁRIO
Enquadramento Geral
1
Enquadramento Geral
Durabilidade
Inspecção e Avaliação
Reabilitação e Reforço
Casos de Estudo
Ponte de Tavira sobre o Rio Gilão (alvenaria)
Ponte de Soure no ramal de Alfarelos (metálica)
Viaduto Duarte Pacheco em Lisboa (betão armado)
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Enquadramento Geral de Inspecção e Reabilitação
Necessidade de realizar Plano de Inspecção e manutenção (PIM) quando da
realização do projecto
Actualizá-lo durante e imediatamente após a execução da obra e associá-lo ao
“Certificado de Nascimento” (Birth Certificate) que deve incluir as Telas Finais, o
2
“Certificado de Nascimento” (Birth Certificate) que deve incluir as Telas Finais, o
Dossier Técnico da Execução da Obra (Compilação técnica do Plano de Segurança
e Saúde, mas integrando em dossier próprio os materiais utilizados, controlo de
qualidade, ...) e a Inspecção Inicial (a realizar de acordo com o PIM e associado à
recepção provisória da obra.
Implementá-lo e actualizá-lo durante o período de vida da obra
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Durabilidade de uma Estrutura
Aptidão de uma estrutura para desempenhar as funções para que havia sido
concebida durante o período de vida previsto, sem que para tal seja
necessário despender custos de manutenção e reparação imprevistos.
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Inspecção e Avaliação
Inspecção visual (detalhada)
Ensaios (planeamento)
Só fazer ensaios cujos resultados e interpretação contribuam para aavaliação do estado da obra
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avaliação do estado da obra
Avaliaçãodo estado da deterioração
da segurança estrutural
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Enquadramento Geral dos Trabalhos de Inspecção e Reabilitação em Obras Existentes
Inspecção de Rotina(visual)
Anomalias Reparação curativa
Avaliação(causas e consequências)
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Inspecção Detalhada(e ensaios)
Inspecção Especial(associada à ocorrência
de acidentes, ...)
(causas e consequências)
Caracterização do estado da obra
Reparação preventiva
Comportamento Estrutural
Avaliação da segurança Reforço
Medidas restritivas
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Reabilitação/Reforço – Estratégia de Intervenção
Avaliação Identificação das causas das anomalias
Anular as causas – evitar a penetração dos agentes
agressivos
Controlar os processos: ex: infraescavação
criar açudes
Se a avaliação das condições Reforço selectivo
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Se a avaliação das condições de segurança implica a necessidade de reforço
Reforço selectivo(minimizar a intervenção)
Ex: reforço sísmico Introd. novos elementos
Não esquecer que existe uma interacção entre a deterioração, o comportamento
estrutural e os níveis de segurança e que durante a reparação/reforço há que garantir
a segurança e eventualmente pode ser necessário introduzir um reforço provisório.
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Estruturas de Alvenaria
PRINCIPAIS PROBLEMASPeso, Rigidez Fraca resistência à tracçãoAlteração química
ANOMALIAS- Alteração ou destruição da pedra (ataque químico e físico)- Juntas abertas/erodidas com infiltração de água
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- Juntas abertas/erodidas com infiltração de água- Fendilhação- Reboco deteriorado
INSPECÇÃO BÁSICA OU DE ROTINAMapeamento das Patologias
InfraescavaçõesQueda ou deslocamento de blocos de cantariaDeterioração de reboco, de cantaria, …
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INSPECÇÃO ESPECIALExtracção de Provetes
Análise da pedra e da argamassaEnsaios de resistência e deformabilidade
Ensaios In situ para caracterização da deformabilidade, …
AVALIAÇÃO- Estudo hidráulico, nível de cheias, secção de vazão. Erosão- Condições de Fundação- Critérios de avaliação de segurança (tensões admissíveis na cantaria e
na alvenaria e avaliação das tensões instaladas com base em modelos
Estruturas de Alvenaria
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na alvenaria e avaliação das tensões instaladas com base em modelos simples).
REABILITAÇÃOInjecções (caldas de cimento, silicatos, ...)Reflechamento de juntasReboco armado/encamisamentoReforço de ligações entre paredes ou outros elementosReforço de pisos/cobertura com lâmina de argamassa ou microbetão armadoIntrodução de elementos de contraventamentoReconstruçãoProtecção superfícial (rebocos e pinturas)
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Ponte de Tavira
Antecedentes
Ponte com 3 arcos Romanos (?) e
4 arcos reconstruídos em 1656, segundo
“a forma da traça do Arquitecto Mateus de Couto
e do Engenheiro Pedro Santa Colomba”
Grandes danos quando das cheias de 3/12/1989
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Ponte de TaviraDestruição de um talhamar e de 2 arcos (1989)
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Inspecção e Ensaios
– Estudo Geotécnico (sondagens) – necessidade de consolidação das fundações
– Estudo Hidráulico – necessidade de fixação do leito do rio a montante e jusante da ponte
– Inspecção visual – necessidade de reconstrução da talhamar destruído
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– Inspecção visual – necessidade de reconstrução da talhamar destruído
– necessidade de consolidação e reforço da ponte para evitar futura destruição pelas cheias
– necessidade de beneficiação geral
– Avaliação Estrutural – modelo 3D para comprovar a concepção do reforço da estrutura e fundações
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Consolidação das Fundações
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Consolidação das Fundações
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Consolidação da Estrutura da Ponte
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Reabilitação e beneficiação Geral
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Vista Geral após a Reabilitação
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Estruturas Metálicas
- Corrosão (aço corrente e ligações)- Necessidade de grande conservação- Baixa ductilidade e Resistência à fadiga (ferro fundido e aços antigos)- Encurvadura (barras comprimidas)
- Degradação/destruição da pintura (revestimento superficial)- Corrosão do aço
em especial em zonas de sobreposição de chapas de apoio de
PRINCIPAIS PROBLEMAS
ANOMALIAS
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em especial em zonas de sobreposição de chapas de apoio detravessas de madeira ou laje de betão
- Corrosão nas Ligações – parafusos …
INSPECÇÃO BÁSICA OU DE ROTINAMapeamento das Anomalias (excepto se forem generalizadas)
- Corrosão de elementos metálicos- Corrosão de ligações- Deterioração da pintura
Aderência/destruiçãoEnsaios Básicos
- Espessura da tinta e aderência- Líquidos penetrantes em soldaduras
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Estruturas Metálicas
INSPECÇÃO ESPECIAL- Extracção de Provetes para
Análise químicaEnsaio de tracçãoEnsaio de dobragemEnsaio de resiliência (Charpy)Ensaios de fadiga
- Controlo de soldaduras por radiografia
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- Controlo de soldaduras por radiografia
REABILITAÇÃOSubstituição local (ou de elementos)Travamento dos elementos comprimidos Reforço com novas chapas ou perfisReforço com pré-esforço exteriorProtecção superficial
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Pontes Metálicas – Caso de Estudo
Ponte de Soure no ramal Ferroviário de Alfarelos
Vistas Gerais
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Pontes Metálicas – Caso de Estudo
Ponte de Soure no ramal Ferroviário de Alfarelos
Vistas Gerais
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Pontes Metálicas – Caso de EstudoPonte de Soure no ramal Ferroviário de Alfarelos
Sobrecargas Ferroviárias
REGULAMENTO/ANO CARGAS POR METRO LINEAR
Circular Francesa – 1877 4.100 t/ml
Circular Francesa – 1891 3.33 t/ml
Regulamento Português – 1897(sobrecarga rebocada por duas máquinas da série 09-026)
3.055 t/ml
Comboio Regulamentar – 1897 3.38 t/ml
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Comboio Regulamentar – 1897 3.38 t/ml
Combio Extra pesado – 1897 6.477 t/ml
Comboio Teórico – 1897 2.531 t/ml
Regulamento de Pontes Metálicas – 1929 7.992 t/ml
Regulamento de Solicitações em Edifícios e Pontes – 1961
8.508 t/ml
Regulamento de Segurança e Acções para Estruturas de Edifícios e Pontes – 1983
8.406 t/ml
Pontes Ferroviárias – Valores para uma ponte com 40m de vão(Ponte de Alfarelos)
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Pontes Metálicas – Caso de Estudo
Ponte de Soure no ramal Ferroviário de Alfarelos
Deterioração
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Pontes Metálicas – Caso de Estudo
Ponte de Soure no ramal Ferroviário de Alfarelos
Deterioração
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![Page 24: IST - Inspecção Reabilitaçao Pontes](https://reader031.fdocumentos.tips/reader031/viewer/2022020106/55cf9997550346d0339e2c3c/html5/thumbnails/24.jpg)
Pontes Metálicas – Caso de Estudo
Ponte de Soure no ramal Ferroviário de Alfarelos
Deterioração
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![Page 25: IST - Inspecção Reabilitaçao Pontes](https://reader031.fdocumentos.tips/reader031/viewer/2022020106/55cf9997550346d0339e2c3c/html5/thumbnails/25.jpg)
Pontes Metálicas – Caso de Estudo
Ponte de Soure no ramal Ferroviário de Alfarelos
Ensaios
Ensaio Nº Amostras Determinar
Análise Química 4 - teor em C Mn Si P e S
Tracção 4 - tensão limite de elasticidade e módulo de elasticidade- tensão de rotura
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- tensão de rotura
Dobragem 4 - ângulo de dobragem em grau correspondente ao aparecimento (ou não) de fendas
Impacto (charpy) 12 - resistência ao choque do material
Fadiga 16 - tensão máxima de resistência à fadiga- curva S/N
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Pontes Metálicas – Caso de Estudo
Ponte de Soure no ramal Ferroviário de Alfarelos
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Pontes Metálicas – Caso de Estudo
Ponte de Soure no ramal Ferroviário de Alfarelos
Ensaios Tensão de Rotura
MPaAlongamento após Rotura
Ensaios de a1967 – CP 345 a 430 4.1 a 14.2%
Ensaio de 1993 – ISQ/A2P
(NP 10 002 de 1990)
Barra 364 – 381 9%
L 364 – 381 13 – 21%
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(NP 10 002 de 1990) L 364 – 381 13 – 21%
Tensão Mínimade Rotura (MPa)
Alongamento Mínimo após
Rotura
Regulamento de
1897
360 25% Aço Laminado
340 13% Ferro Laminado
Regulamento dePontes Metálicasde 1929
400 22% Aço Laminado
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Pontes Metálicas – Caso de Estudo
Ponte de Soure no ramal Ferroviário de Alfarelos
Ensaios
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![Page 29: IST - Inspecção Reabilitaçao Pontes](https://reader031.fdocumentos.tips/reader031/viewer/2022020106/55cf9997550346d0339e2c3c/html5/thumbnails/29.jpg)
Pontes Metálicas – Caso de Estudo
Ponte de Soure no Ramal Ferroviário de Alfarelos
Ensaios de Resistência
Charpy (NP199451 de 1990)
e Ensaios de Dobragem (NP173)
O aço não cumpre os requisitos actuais para aplicação em pontes metálicas
Análise Química do Aço (EN10025)
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Análise Química do Aço (EN10025)
Os ensaios mostraram que só excediam a percentagem máxima do fósforo
Conclusões dos Ensaios
Adoptou-se um coeficiente de envelhecimento de 0.8 pelo que os valores de cálculo adoptados foram
fsyr = 0.8 x 235 = 188MPa
∆σc = 128MPa (perfis)
90MPa (barras compostas)
![Page 30: IST - Inspecção Reabilitaçao Pontes](https://reader031.fdocumentos.tips/reader031/viewer/2022020106/55cf9997550346d0339e2c3c/html5/thumbnails/30.jpg)
Pontes Metálicas – Caso de Estudo
Ponte de Soure no Ramal Ferroviário de Alfarelos
Fundações
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![Page 31: IST - Inspecção Reabilitaçao Pontes](https://reader031.fdocumentos.tips/reader031/viewer/2022020106/55cf9997550346d0339e2c3c/html5/thumbnails/31.jpg)
Pontes Metálicas – Caso de Estudo
Ponte de Soure no Ramal Ferroviário de Alfarelos
Sondagens
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![Page 32: IST - Inspecção Reabilitaçao Pontes](https://reader031.fdocumentos.tips/reader031/viewer/2022020106/55cf9997550346d0339e2c3c/html5/thumbnails/32.jpg)
Pontes Metálicas – Caso de EstudoPonte de Soure no Ramal Ferroviário de Alfarelos
Reabilitação e Reforço
Avaliação das condições de segurança da ponte existente – necessidade de reforço
Solução adoptada para o reforço do tabuleiro
Reforço geral por aplicação de pré-esforço exterior complementado com o reforço local de um número reduzido de barras
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![Page 33: IST - Inspecção Reabilitaçao Pontes](https://reader031.fdocumentos.tips/reader031/viewer/2022020106/55cf9997550346d0339e2c3c/html5/thumbnails/33.jpg)
Pontes Metálicas – Caso de EstudoPonte de Soure no Ramal Ferroviário de Alfarelos
Eficácia do Reforço:
cp cp+pe sci cp+pe+sc Deslocamentos a meio vão do tramo lateral
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cp cp+pe sci cp+pe+sc
1 7 N + 144.7 -252.9 800.2 547.1
M 1.35 -4.09 18.69 14.6
2 21 N +57.4 -119.8 636.9 517.1
M 0.70 -4.1 16.8 12.7
3 2006 N -198.8 347.4 -1266.7 -919.3
M 2.8 -0.92 15.0 14.08
4 2020 N -64.9 152.8 -922.4 -769.6
M 0.80 -2.5 14.3 11.8
5 2130 N -46.2 82.3 -211.6 -129.3
M -0.07 -0.58 0.41 -0.17
6 2160 N -28.1 -11.1 -174.3 -185.4
M -0.07 -0.45 -0.04 -0.49
Deslocamentos a meio vão do tramo lateral
δcp = - 6.4mm
δPE = + 14.8
= -26.9mm
Esforços nos banzos a meio vão do tramo lateral
banzo
inferior
Ncp = 145kN
Ncp+PE = -253 (NPE = - 398kN)
Nsc = +800
Ncp+sc = 945 ; Ncp+PE+sc = 547.1
δmaxft
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Pontes Metálicas – Caso de EstudoPonte de Soure no Ramal Ferroviário de Alfarelos
Reabilitação de Estruturas Metálicas
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![Page 35: IST - Inspecção Reabilitaçao Pontes](https://reader031.fdocumentos.tips/reader031/viewer/2022020106/55cf9997550346d0339e2c3c/html5/thumbnails/35.jpg)
Pontes Metálicas – Caso de EstudoPonte de Soure no Ramal Ferroviário de Alfarelos
Reabilitação de Estruturas Metálicas
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![Page 36: IST - Inspecção Reabilitaçao Pontes](https://reader031.fdocumentos.tips/reader031/viewer/2022020106/55cf9997550346d0339e2c3c/html5/thumbnails/36.jpg)
Pontes Metálicas – Caso de EstudoPonte de Soure no Ramal Ferroviário de Alfarelos
Reabilitação de Estruturas Metálicas
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![Page 37: IST - Inspecção Reabilitaçao Pontes](https://reader031.fdocumentos.tips/reader031/viewer/2022020106/55cf9997550346d0339e2c3c/html5/thumbnails/37.jpg)
Pontes Metálicas – Caso de EstudoPonte de Soure no Ramal Ferroviário de Alfarelos
Reabilitação de Estruturas Metálicas
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![Page 38: IST - Inspecção Reabilitaçao Pontes](https://reader031.fdocumentos.tips/reader031/viewer/2022020106/55cf9997550346d0339e2c3c/html5/thumbnails/38.jpg)
Estruturas de Betão Armado
PRINCIPAIS PROBLEMAS- Peso- Corrosão das armaduras- Ataque químico (CO2, Ácidos, ...) do betão
ANOMALIASCorrosão das armaduras. Delaminação do betãoDeterioração química do betão
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Deterioração química do betãoFendilhaçãoDeformação excessivaEscorrimentos, ...
INSPECÇÃO BÁSICA Inspecção visual
Mapeamento das anomaliasMedição do recobrimentoMedição da profundidade de carbonatação (e penetração de cloretos)
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INSPECÇÃO ESPECIALExtracção de carotes (macroanálise)
Ensaio de resistência/deformabilidadeEnsaio de avaliação da qualidade do betãoAnálise petrográfica
Extracção de provetes de açoEnsaio de resistência
Ensaios de avaliação do grau de velocidade de corrosãoNivelamento, medição de movimentos e de abertura de fendasMedição das acções na estruturaAvaliação do comportamento dinâmico da estrutura
Estruturas de Betão Armado
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Avaliação do comportamento dinâmico da estrutura
AVALIAÇÃO
REABILITAÇÃOReconstrução do betão de recobrimento com microbetão betonado in situ
ou projectadoInjecção de fendas com resina epoxy para repor o monolitismoReforço para adição de armaduras exterioresEncamisamento das secçõesPré-esforço exteriorTratamento electroquímico e Protecção catódicaProtecção superficial e impregnação (inibidores de corrosão, ...)
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VIADUTO DUARTE PACHECO
Vistas Gerais
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![Page 41: IST - Inspecção Reabilitaçao Pontes](https://reader031.fdocumentos.tips/reader031/viewer/2022020106/55cf9997550346d0339e2c3c/html5/thumbnails/41.jpg)
VIADUTO DUARTE PACHECO
Vistas Gerais
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![Page 42: IST - Inspecção Reabilitaçao Pontes](https://reader031.fdocumentos.tips/reader031/viewer/2022020106/55cf9997550346d0339e2c3c/html5/thumbnails/42.jpg)
VIADUTO DUARTE PACHECO
Vistas Gerais
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![Page 43: IST - Inspecção Reabilitaçao Pontes](https://reader031.fdocumentos.tips/reader031/viewer/2022020106/55cf9997550346d0339e2c3c/html5/thumbnails/43.jpg)
VIADUTO DUARTE PACHECO
Inspecção e Ensaios
Projecto 1937 (Engº João Barbosa Carmona)
Data de Construção 1937 a 1944 (SEOP, Lda)
Betão Em Geral Pilastras
43
RBA Artº 10º (C ≥ 180 kg/cm2) σadm = 45 a 50 kg/cm2
cimento (kg) 300 250
areia (l) 400 400
brita (l) 800 800
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Inspecção e Ensaios
INSPECÇÃO EFECTUADA PELO LNEC EM 1993 E 1994
• Fendilhação orientada ao longo das armaduras longitudinais e
Fendilhação tipo Craquelé
Em especial no arco central e montantes, nas faces viradas a sul e nasconsolas do tabuleiro face inferior
44
• Carbonatação < 15 mm
• Cloretos Cl-< Cl
-crit a 2cm
• Microscopia Electrónica e DRX
- Compostos típicos de reacções álcalis-sílica (silicatos hidratados de cálcio ePotássio)
- Inertes reactivos – Grãos de sílex, quartzo reactivo, ...- Reactividade residual aos álcalis
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Inspecção e Ensaios
PLANTA AO NIVEL DO TABULEIRO - (LOCALIZAÇÃO DAS VIGAS E PILARES) CASCAIS
INSPECÇÃO DE 2001
Mapeamento de Anomalias
45
J.D
.
J.D
.
J.D
.
J.D
.
J.D
.
J.D
.
J.D
.
J.D
.
J.D
.
CASCAISPLANTA AO NIVEL DA FACE INFERIOR DO TABULEIRO - (LOCALIZAÇÃO DAS VIGAS E PILARES)
J.D
.
1234567891011
FAC32
FAC24 FAC23 FAC22
FAC26
FAC28
FAC29FAC30
FAC33
FAC27FAC31
FAC25
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INSPECÇÃO DE 2001
Mapeamento de Anomalias
ALÇADO LONGITUDINAL - FACE NORTE
ARCO SUL - PILAR EXTERIOR
CASCAIS
FAC6
GUARDA SUL _ FACE NORTE
46
ALÇADO LONGITUDINAL - FACE SUL LISBOA
GUARDA SUL _ FACE SUL
FAC11
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FACE CASCAIS
FAC8
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10FACE LISBOA
12345678910
INSPECÇÃO DE 2001
Mapeamento de Anomalias
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INSPECÇÃO DE 2001
Mapeamento de Anomalias
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INSPECÇÃO DE 2001
Mapeamento de Anomalias
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ALÇADO LONGITUDINAL
LISBOA CASCAISAVF VL AC VM AEM
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80.0
85.0
90.0
95.0
100.0
0 10 20 30 40 50 60 70
Profundidade (cm)
Hu
mid
ade
(%) 1ª medição
2ª medição
3ª medição
4ª medição
5ª medição
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INSPECÇÃO DE 2001
Reactividade Residual e Efeito de tais Reacções na Deformabilidade e Resistência do Betão
Recobrimentos Carbonatação
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Recobrimentos Carbonatação
Arcos – 12 a 82mm 8mmPilares – 16 a 74mm 9mmVigas – 11 a 86mm 18mmLaje – 6 a 29mm 18mm
Zonas protegidas – 16mm
Zonas não protegidas –22mm
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30 a 100 kΩcm – Boa qualidade do betão
INSPECÇÃO DE 2001
Resistividade do Betão
Conclusões da inspecção:
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O problema principal são as reacções expansivas.
Este problema ocorre em toda a obra.
A maior espessura dos arcos centrais e pilares sobre estes arcos e a eventual maior concentração nestes elementos são a causa da diferenciação do estado actual destas reacções.
A corrosão ocorre em 2 situaçõesbaixo recobrimento (Laje, consola, ...)
fendilhação devida às reacções expansivas
As reacções alcalis sílica estavam em 2001 praticamente esgotadas pelo que o processo não terá evolução significativa no futuro
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Projecto de Reabilitação e Reforço
INTERVENÇÃO
1. REPARAÇÃO de zonas com betão delaminado ou muito fendilhado (reforço com malha de aço galvanizado)
2. REPARAÇÃO de fendas
> 1.0mm – injecção de calda de cimento + selagem
microbetão
argamassas
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1.0mm > ω > 0.4mm – selagem superficialSELAGEM DE FENDAS COM MASTIQUE ACRÍLICO
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Projecto de Reabilitação e Reforço
INTERVENÇÃO
3. PROTECÇÃO GERAL
Pintura
Sistema Tipo 1 – Zonas mais afectadas (pilares, e arco central,pilastras e faces exteriores das vigas extremas doarco)
58
arco)Pintura espessa acrílica e > 500 µm e deformável
Sistema Tipo 2 – Zonas afectadas pela acção da água da chuva(pilares do viaduto, arcos e pilastras dos arcos laterais)
Impregnação hidrofuganteBarramento de fendasPintura acrílica e ≥ 180 µm
Sistema Tipo 3 – Zonas protegidas da obra (face inferior do tabuleiro)Pintura acrílica e ≥ 180 µm
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Projecto de Reabilitação e Reforço
INTERVENÇÃO
4. CONSOLAS
Substituição da laje existente com 0.07m de espessura por nova laje com 0.10m de espessura
59
5. MONITORIZAÇÃO
Corrosão − células de corrosão
Desempenho da Pintura − sensores de resistividade
Deformação/Expansão − sensores de fibras ópticas
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Projecto de Reabilitação e Reforço
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Projecto de Reabilitação e Reforço
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Projecto de Reabilitação e Reforço
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Projecto de Reabilitação e Reforço
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Projecto de Reabilitação e Reforço
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Projecto de Reabilitação e Reforço
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Projecto de Reabilitação e Reforço
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Projecto de Reabilitação e Reforço
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Projecto de Reabilitação e Reforço
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Projecto de Reabilitação e Reforço
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Projecto de Reabilitação e Reforço – Modelação
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Projecto de Reabilitação e Reforço – Concepção do Reforço Sísmico
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Projecto de Reabilitação e Reforço
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Projecto de Reabilitação e Reforço
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