Rvt3-grupo[9]

Mestrado de Engenharia Civil

Instrumentação e Observação de Obras

Alexandre Catanho Gilberto Laranja Roberto Côrte

VISITA TÉC$ICA ÀS PO$TES RODOVIÁRIAS E PEDO$AIS DA RIBEIRA DE STA. LUZIA.

Professora Eliane Portela 2008/2009

Alexandre Catanho, Gilberto Laranja, Roberto Côrte

RESUMO Relatório trata da visita técnica às pontes sobre a Ribeira de Santa Luzía, dando especial atenção à Ponte do Bettencourt e ao viaduto da Cota 40. É também abordado um tipo de inspecção de obra no âmbito da Instrumentação e Observação de Obra, descrevendo e salientando os pontos importantes neste tipo de inspecção e diagnóstico. Retira-se conclusões das observações relativas às pontes em geral, sendo de uma forma mais detalhada no que toca à Ponte do Bettencourt.

Palavras-chaves: Ponte do Bettencourt, Ficha de inspecção e diagnóstico, Instrumentação e Observação de obra, Viaduto Cota 40, Ensaios.

Instrumentaçao e Observação de Obras|ii

Alexandre Catanho, Gilberto Laranja, Roberto Côrte

LISTA DE FIGURAS Figura 1- Localização das pontes: A, Ponte Bettencourt e B, viaduto da Cota 40. .......... 1 Figura 2- Ponte do Bettencourt, lado montante (Norte). .................................................. 3 Figura 3- Ponte do Bettencourt, solicitada por sobrecargas (tráfego rodoviário). ........... 4 Figura 4- Parte do viaduto da Cota 40. ............................................................................. 5 Figura 5- Alçapão de acesso ao interior do caixão da ponte. ........................................... 5

Í$DICE

1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................ 1 1.2. Delimitação do Tema............................................................................................. 1 1.2. Objectivos .............................................................................................................. 1 2. PONTES, ASPECTOS ESTRUTURAIS E AMBIENTAIS ........................................ 2 2.1. Pontes em geral ...................................................................................................... 2 2.2. Ponte do Bettencourt ............................................................................................. 2 2.2.1. Fases de construção ........................................................................................ 3 2.2.2. Dimensões ...................................................................................................... 3 2.3. Viaduto da Cota 40 ................................................................................................ 4 2.3.1. Fases construção ............................................................................................. 4 2.3.2. Ensaios aquando da construção e primeiros tempos de utilização ................. 4 2.3.3. Observações .................................................................................................... 4 3. INSPECÇÃO E DIAGNÓSTICO DA PONTE DO BETTENCOURT ....................... 6 3.1. Inspecções de Nível 1, de Rotina, Ordinárias ou Básicas ..................................... 6 3.1.1. Avaliação do estado da estrutura .................................................................... 6 3.1.2. Ensaios realizados na inspecção de Nível 1 ................................................... 6 3.1.3. Metodologia de intervenção ........................................................................... 7 4. CONCLUSÃO .............................................................................................................. 7 5. BIBLIOGRAFIA .......................................................................................................... 8 ANEXO 1 ......................................................................................................................... 9 FOTOS DA OBSERVAÇAO DA PONTE BETTENCOUR .................................... 14

Instrumentaçao e Observação de Obras|iii

Alexandre Catanho, Gilberto Laranja, Roberto Côrte

1. I$TRODUÇÃO 1.2. Delimitação do Tema A cidade do Funchal é atravessada por várias ribeiras e, com a evolução da cidade e sua expansão periférica, houve a necessidade de construir várias pontes de modo a possibilitar uma melhor travessia dos cursos de água acidentados, que é o caso da ribeira de Santa Luzia. Estas pontes vêm sendo construídas ao longo dos tempos, tendo como consequente o envelhecimento e fadiga das estruturas. Tornando o papel da Observação de Obra, importante para a averiguação das características das estruturas e da sua segurança, os resultados são traduzidos em intervenções na estrutura principal, nomeadamente a reparação para protecção de agentes corrosivos, a reabilitação, a reforço ou a substituição estrutural. Na Visita Técnica às pontes sobre a ribeira de Santa Luzia, houve uma especial abordagem a Ponte do Bettencourt e ao viaduto da “cota 40” (Figura 1), sendo estas as referênciadas neste relatório. A visita teve como guia o Engenheiro Rui Pereira, que foi sucessivamente fornecendo explicações técnicas e observações sobre as estruturas e história das pontes. A visita técnica foi complementada com uma aula leccionada pelo Eng.º Rui Pereira, tendo providenciado algumas noções acerca das soluções estruturais/construtivas para a substituiçao da Ponte do Bettencourt.

Figura 1- Localização das pontes: A, Ponte Bettencourt e B, viaduto da Cota 40.

1.2. Objectivos Pretendeu-se com esta visita técnica observar as características actuais da Ponte do Bettencourt, obtermos uma avaliação da estrutura de modo a podermos preencher a Ficha de Inspecção e Diagnóstico de pontes rodoviárias, elaborada propositadamente para a visita.

Instrumentaçao e Observação de Obras|1

Alexandre Catanho, Gilberto Laranja, Roberto Côrte

2. PO$TES, ASPECTOS ESTRUTURAIS E AMBIE$TAIS 2.1. Pontes em geral As pontes recentes, construídas sobre as ribeiras, são normalmente feitas com tabuleiro em betão armado suportado por uma ou mais vigas de betão armado préfabricadas e apoiadas nas extremidades da ribeira. No entanto, nem todas as travessias da Ribeira de Santa Luzía têm soluções estruturais deste genéro, pois as suas construções datam de épocas mais antigas, como por exemplo, as pontes de pedra em arco. No âmbito da visita técnica, trata-se de enumerar e descrever alguns pormenores estruturais/estéticos das pontes que foram rapidamente observadas e guiadas pelo Eng.º Rui Pereira. Ponte da praça da autonomía (lado ribeira santa luzía) Sendo denominada por ponte, esta estrutura é, no entanto, uma solução para a continuação da Avenida do Mar. Trata-se de um conjunto de vigas pré-fabricadas, sucessivamente alinhadas, que suportam uma laje em betão armado. Esta estrutura tem a particularidade de, segundo o Eng.º Rui Pereira, estarem colocadas bem juntas umas às outras. Ponte do Cidrão Para fins únicamente pedonais actualmente, esta é uma ponte em arco de alvenaria. Após a data da sua construção e para fins de alargamento, foram construídas consolas de modo a obter espaços para tratuários. A título de observação, e dado que esta ponte encontra-se perto do mar, é provável que requeira, periodicamente, uma manutenção estética adequada. No que toca a manutenções estruturais, não devem ser necessárias visto que é uma ponte pouco solicitada. Ponte D. Manuel I Esta ponte, também unicamente pedonal, tem uma secção estreita feita em alvenaria seca e possui caixa preenchida com argila. Na sua maior parte, a ponte é construída por cantaria preta, tendo alguma pedra vermelha, menos resistente, no centro da secção transversal (junto às extremidades da ribeiro, nos apoios). Particularmente, esta pedra vermelha é muito porosa e possibilita a criação de vegetação, levando assim a uma degradação mais acelerada. 2.2. Ponte do Bettencourt A Ponte Bettencourt é uma estrutura muito solicitada a nível de intensidade de tráfego rodoviário, mas também a nível erodível, quer por causa do ambiente húmido da ribeira, quer por causa da proximidade do mar (maresia corrói). É por isso fundamental que se acompanhe o comportamento da estrutura, quer a partir de métodos de observação, quer a partir de monitorização através instrumentação adequada. Tudo depende das condições exigidas pela inspecção estrutural.

Instrumentaçao e Observação de Obras|2

Alexandre Catanho, Gilberto Laranja, Roberto Côrte

2.2.1. Fases de construção A ponte actual que conhecemos foi construida em 2 fases, datadas de épocas diferentes. A primeira fase foi feita com o intuito de passagem de veículos, tendo sido construído um tabuleiro de betão sem armadura, apoiado em perfis metálicos rebitados; A segunda fase teve o propósito de alargamento do tabuleiro, tendo sido construídas vigas em betão armado junto à viga existente. Este aumento de tabuleiro visou obter mais espaço para passeios pedonais. A título de curiosidade, a ponte constava de juntas de dilatação em ambas os encontros com as paredes da ribeira. No entanto, aquando de uma pavimentação, estas juntas foram obstruídas/preenchidas, deixando assim de poderem exercer as suas funções estruturais. 2.2.2. Dimensões No que toca às dimensões aproximadas da ponte, esta consta de 15 metros de comprimento, 7 metros de largura de faixa de rodagem e restantes 6 metros de tratuários, proporcionando um total de 13 metros de largura. Esta informação está descrita na ficha de inspecção anexa a este relatório.

Figura 2- Ponte do Bettencourt, lado montante (Norte).

Instrumentaçao e Observação de Obras|3

Alexandre Catanho, Gilberto Laranja, Roberto Côrte

Figura 3- Ponte do Bettencourt, solicitada por sobrecargas (tráfego rodoviário).

2.3. Viaduto da Cota 40 Adjudicado à Zagope, o viaduto da Cota 40 (Fig. 4) foi construído há 15 anos, em duas fases distintas. 2.3.1. Fases construção Na primeira fase foi construído o caixão da ponte e na segunda fase de construção tratou-se do respectivo tabuleiro, tendo sido necessário aplicar um préesforço exterior, posteriormente. 2.3.2. Ensaios aquando da construção e primeiros tempos de utilização Foram efectuadas prospecções geotécnicas para as fundações dos pilares, devido à sua localização próxima a um curso de água (Ribeira Sta. Luzía). No local havia cerca de 20m de solo de aluvião inadequado, sendo necessário ensaiar modelos de fundações indirectas, nomeadamente estacas moldadas de betão. Foram também encomendados alguns ensaios ao LNEC, tais como estudos da retracção e fluência do betão, ensaios de carga ao estado último de tensão dos materiais a utilizar no viaduto, ensaios ao estado último de utilização e ensaios de fluência do betão na fase de construção. Quanto ao modelo de análise dinâmica da estrutura, foram feitos ensaios através de diagnósticos muito rigorosos. Para tal, foram usadas células sensores de medição de frequências para determinar as características dinâmicas globais da estrutura executada, constituídas por cinco tipos de sensores diferentes, devido aos cinco módulos de vibração diferentes originados pelos respectivos vãos (cinco). Este ensaio também permitiu saber se houve fissurações e se as ligações provocadas pelas duas fases de construção estavam rígidas. Quanto à determinação de deslocamentos, a estrutura foi observada com o auxílio de instrumentação topográfica para o efeito. 2.3.3. Observações Na face inferior do caixão da ponte (Fig. 5), foi deixado um alçapão, de modo a permitir, se e quando necessário, posteriores inspecções ao interior do caixão; Devido à necessidade de a obra ser concluída mais rapidamente, foi adicionada mais quantidade de cimento no betão de modo a acelerar a presa do mesmo. Este procedimento leva a que no processo de cura haja uma maior libertação de calor, provocando influências a nível de retracção e fluência no betão. Desconhece-se

Instrumentaçao e Observação de Obras|4

Alexandre Catanho, Gilberto Laranja, Roberto Côrte

se houve algum acompanhamento da evolução temperatura deste processo, visto que era fiável monitorizar a temperatura no interior das secções de maior espessura, de modo a controlar a cura; Durante a execução da obra houve o esquecimento de colocar as bainhas para introdução do pré-esforço. Por tal razão, optou-se pela colocação de pré-esforço exterior; Houve também uma especial atenção para a colocação de pré-esforço no traçado curvo da ponte devido aos desvios criados na horizontal, tendo havido a necessidade de equilibrá-los.

Figura 4- Parte do viaduto da Cota 40.

Figura 5- Alçapão de acesso ao interior do caixão da ponte.

Instrumentaçao e Observação de Obras|5

Alexandre Catanho, Gilberto Laranja, Roberto Côrte

3. I$SPECÇÃO E DIAG$ÓSTICO DA PO$TE DO BETTE$COURT 3.1. Inspecções de $ível 1, de Rotina, Ordinárias ou Básicas A inspecção de Nível 1 abdica de meios especiais de acesso, sendo esta uma inspecção maioritariamente visual. Realiza-se ensaios simples e preferencialmente não destrutivos. 3.1.1. Avaliação do estado da estrutura Através do preenchimento da ficha de inspecção (anexa ao relatório) tentou-se identificar as anomalias e degradação da estrutura. Com a ficha de inspecção pretende-se: Identificar tipos e causas de deterioração estrutural/estética; Identificar o respectivo grau de deterioração; Prever a evolução da deterioração; Avaliar, por fim, o nível da segurança da estrutura. Embora não se tenha obtido toda informação respeitante à estrutura, é de salientar que parte da ficha de inspecção é destinada ao desenho de secções e perfis estruturais para enquadramento/compreensão do seu funcionamento. Também seria possível usar esquemas de modo a identificar a localização de anomalias. 3.1.2. Ensaios realizados na inspecção de Nível 1 Numa inspecção de Nível 1 pode-se realizar alguns ensaios básicos, com possibilidade de interpretação imediata dos resultados. Assim, enumera-se os ensaios mais comuns para o nível de inspecção a que se refere o documento anexado a este relatório. Medição da profundidade de carbonatação: Consiste em adquirir informação útil à prevenção do estado de carbonatarão do betão devido à humidade do meio (meio relativamente agressivo). Isto pode ser verificado com uma simples determinação do pH ao longo do recobrimento da estrutura; Testes de Esclerómetro: Verificam a dureza superficial do betão e estimam qualitativamente a resistência à compressão do mesmo;

Medição da abertura de fendas: Pode ser feita a partir de comparadores, óculos de fendas, testemunho em argamassa, entre muitos outros métodos, de modo a avaliar a possível evolução das fendas; Percussão com martelo: Visa detectar zonas com delaminação do betão (associadas a corrosão de armaduras) e áreas de betão susceptíveis a reparação;

Termografia: Baseia-se em registar as diferentes temperaturas ao longo da estrutura, usando um termo-sensor incorporado numa câmara de vídeo. Trata-se também de uma ferramenta útil para localização de elementos estruturais omitidos;

Instrumentaçao e Observação de Obras|6

Alexandre Catanho, Gilberto Laranja, Roberto Côrte

Localização de armaduras e medição do recobrimento: Instrumentos do tipo radar, pacómetros, sistema Laser, radiografia (raios gama), entre outros, podem ser usados para localizar a disposição das armaduras, bem como para medir a espessura dos respectivos recobrimentos; Topografia: A utilização de instrumentação topográfica pode facilmente detectar muitos tipos de deslocamentos, essenciais à compreensão do comportamento estrutural. 3.1.3. Metodologia de intervenção Após a observação e recolha dos dados dos ensaios da inspecção, deve-se definir qual o tipo de intervenção a ser efectuado. A intervenção deve ter em conta uma série de tópicos, tais como: Tipo de deterioração estrutural; Nível de deterioração estrutural; Manutenção associada à técnica de intervenção utilizada ou a utilizar; Custos associados.

4. CO$CLUSÃO Na visita de estudo teve o intuito de observar a ponte do Bettencourt para a realização de uma pequena inspecção, aproximada a uma inspecção de nível 1. Foram definidos os objectivos da inspecção de nível 1, no ponto 3 do relatório, para uma percepção do trabalho a realizar num diagnóstico deste tipo. Houve várias dificuldades em realizar a inspecção devido a impossibilidade de realizar-se uma observação a nível dos elementos principais de suporte, vigas, carlingas, apoios e laje. A observação não teve a proximidade adequada para melhor detecção de anomalias existentes. O preenchimento da Ficha de inspecção e diagnóstico, criada para registar as observações para uma posterior analise, foi extremamente condicionado, levando apenas ao preenchimento de características básicas observadas sobre a ponte. Podemos observar os aspectos básicos relativos à ponte tais como, o pavimento rodoviário, os passeios pedonais, as extremidades longitudinais da ponte e parte dos apoios no encontro dos muros de suporte da ribeira. A ficha de inspecção está presente no anexo 1, juntamente com algumas fotos de pormenores estruturais da ponte. Na inspecção de obra o uso de ferramentas para verificação de algumas características desconhecidas ou não perceptíveis à vista desarmada, seria fundamental, pois a realização de alguns ensaios e/ou a instalação de instrumentação providenciavanos elementos importantes à identificação das prováveis anomalias da estrutura. Com base nas observações efectuadas pelo grupo conjugadas com informação fornecida pelo Eng.º Rui Pereira, conclui-se que seria necessária uma avaliação mais pormenorizada do caso, como já referido, de modo a obtermos o fundamento necessário de modo a elaborar uma solução estrutural para a ponte do Bettencourt (reabilitação ou substituição da mesma). No entanto, foi concluído na visita, com fundamentos já racionalizados, que a solução estrutural mais adequada seria a substituição total da actual ponte do Bettencourt.

Instrumentaçao e Observação de Obras|7

Alexandre Catanho, Gilberto Laranja, Roberto Côrte

Segundo as observações e pesquisas efectuadas e tendo em conta as condições ambientais conhecidas e restantes condicionantes, bem como as comparações a casos semelhantes no mesmo leito da Ribeira de Sta. Luzía, o grupo sugere que a solução a adoptar se baseie numa substituição da actual ponte por uma estrutura constituída por um tabuleiro com uma laje de betão-armado apoiado em vigas de betão-armado préfabricadas, com recurso ou não a pré-esforço, dependendo das solicitações consideradas. A nível estético, sugere-se também que se mantenha ou melhore-se a aparência cuidada da ponte, no que toca aos tratuários em calçada portuguesa, bem como ao pavimento rodoviária, semelhante ao actual (calçada basáltica), e aos restantes pormenores circundantes à estrutura que possam ser alvo de intervenção aquando das obras (cantarias, candeeiros e varandins, por exemplo). A título de sugestão curiosa, a instalação de instrumentação na nova estrutura seria proveitosa a nível de monitorização. O facto de detectar, durante o tempo de vida útil da ponte, os aspectos respeitantes ao comportamento da estrutura no que toca às solicitações provocadas pelo tráfego ou pela acção da Ribeira em casos extremos, ou também acompanhar a evolução dos materiais estruturais em função do desgaste ambiental (acções da humidade, temperatura, maresia, vegetação e utilização humana). Estes resultados da instrumentação poderiam servir de modelo para futuras intervenções em ambiente semelhante sobre a mesma ribeira para outras pontes. No que toca as restantes pontes observadas na visita técnica, conclui-se que deverá ser mantida uma politica de manutenção/conservação quer estrutural, quer estética, pois ambas se complementam. Assim previne-se uma aceleração do desgaste geral, evitando a deterioração de chegar a um ponto sem retorno, promovendo então parte do aspecto cultural da cidade do Funchal.

5. BIBLIOGRAFIA - PEREIRA, J. L. M. de BRITTO [et. al.]; Manual de Inspecção de Pontes. Rio de Janeiro: Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes, 2004 - CRUZ, PAULO J. S.; Inspecção, Diagnostico, Conservação e Monitorização de Pontes. Universidade do Minho. -SANTIAGO, S. SANTOS; Sistema de Gestão de Obras de Arte, Módulo de Inspecção. UNL, 2005 -Manual de Inspecção de Obras de Arte Especiais. Departamento Nacional de Estradas de Rodagem, 1994

Instrumentaçao e Observação de Obras|8

Alexandre Catanho, Gilberto Laranja, Roberto Côrte

A$EXO 1

Instrumentaçao e Observação de Obras|9

Alexandre Catanho, Gilberto Laranja, Roberto Côrte

Instrumentaçao e Observação de Obras|10

Alexandre Catanho, Gilberto Laranja, Roberto Côrte

Instrumentaçao e Observação de Obras|11

Alexandre Catanho, Gilberto Laranja, Roberto Côrte

Instrumentaçao e Observação de Obras|12

Alexandre Catanho, Gilberto Laranja, Roberto Côrte

Instrumentaçao e Observação de Obras|13

Alexandre Catanho, Gilberto Laranja, Roberto Côrte

FOTOS DA OBSERVAÇAO DA PONTE BETTENCOUR

Instrumentaçao e Observação de Obras|14

Alexandre Catanho, Gilberto Laranja, Roberto Côrte

Instrumentaçao e Observação de Obras|15

Alexandre Catanho, Gilberto Laranja, Roberto Côrte

Instrumentaçao e Observação de Obras|16