REABILITAÇÃO de GRANDES ESTRUTURAS

UMA EXPERIÊNCIA PORTUGUESA

- THOMAZ RIPPER -

Caracterização da Construção Existente (Patrimônio)

Reabilitação e Manutenção

Segurança, Durabilidade e Economia como medida de Sustentabilidade

“Engineering Structures are designed to perform over a stated period of time. This means that their functions must remain intact during the design service life.” Jan Bijen

Desempenho Mecânico Durabilidade Prevenir Já em Projeto

Reabilitar: Garantir Segurança Mecânica

Reabilitar: Dimensionar Vida Útil

Reabilitar: Garantir Durabilidade

Observar, Monitorar e Manter

A verificação de estruturas existentes por métodos probabilísticos, exigindo o maior conhecimento das características do construído e sua inserção ambiental, possibilita ao Engenheiro tirar maior partido da capacidade instalada, trazendo Poupança ao Proprietário.

Recobrimento + Inibidores de

Corrosão + Pintura

Ação

Resistência

Probabilidade

Ação Momento fletor

Resistência Intensidade de armaduras

Resistência > Ação Probabilidade a ser controlada

Desempenho Mecânico Durabilidade

Frente de carbonatação

Critério Sustentável de Abordagem

Ponte de Constância sobre o Rio Tejo

• Construída pela Maison Eiffel em 1893 • Ponte Ferroviária de 1895 a 1979 • Desativada de 1979 a 1984 • Adaptação a Ponte Rodoviária em 1984

•Corrosão intensa

• Empenos por corrosão

• Empenos por embate de veículos

Inspecionar

•Elementos Estruturais em “Ferro Pudlado"

•Ensaios de Caracterização Química

•Ensaios de Fadiga

•Ensaios de Caracterização Mecânica

Mínimo Médio Máximo Desvio Padrão

Coeficiente de Variação

Valor Característico

95% fy fu fy fu fy fu fy fu fy fu fyk fuk

271 346 279 355 294 369 13 12 5% 3% 258 335

Material Amostras

Valor Médio Propriedades afetadas pelo aumento do

componente

Carbono 0,013 Aumento da dureza, resistência e têmpera. Diminuição da tenacidade e soldabilidade.

Sulfatos 0,043 Efeito negativo na resistência e tenacidade.

[P] Fósforo 0,077 Aumento na dureza e na fragilidade.

Sílica 0,167 Efeito similar ao carbono, aumento do comportamento frágil.

Manganês 0,016 Aumento na dureza e fragilidade.

Conhecer

•Medição da Frequência Própria Vertical do Tabuleiro

•Ensaio de Carga e Medição de Extensões, no Tabuleiro

Os cinco transdutores de aceleração utilizados possuem sensibilidade nominal de 10 V/g, o que permite medir acelerações a partir de 10-5 ms-2.

Modelação E. F. com Degradação da Secção Ensaio Modelação E. F.

Modo Frequência [Hz] Modo Frequência [Hz] Modo Frequência [Hz]

11º 2,25 1º 2,51 11º 2,74

13º 2,68 2º 2,79 13º 2,98

19º 3,10 3º 3,15 19º 3,43

23º 3,48 4º 3,53 23º 4,16

30º 4,30 5º 3,91 30º 4,89

Avaliar, Calibrar

Representação Esquemática de uma Corda

da Ponte de Constância

Coeficientes de Degradação Adotados no Modelo de Cálculo com

Elementos Finitos

• redução de 5 mm nos bordos das chapas e perfis;

• redução de 2 mm nas superfícies de contacto entre chapas;

• redução de 0,5 mm nas restantes superfícies.

DESIGNAÇÃO DO ELEMENTO 3,5 tf e CB 18 tf 30 tf 40 tf Longarinas

Viga - Longarina Contraventamento - Longarinas

Carlingas

Corda Inferior Corda Superior Diagonal Interior Diagonal Exterior Montante carlinga

Vigas Principais Montantes

TIPO-0 TIPO-I TIPO-II TIPO-III

Diagonais: 70x70x10x1+120x12

70x70x10+120x12 80x80x12+120x12 90x90x12+150x13

100x100x13+150x13 Corda Inferior

1ª Chapa 2ª Chapa 3ª Chapa 4ª Chapa 5ª Chapa

Corda Superior 1ª Chapa 2ª Chapa 3ª Chapa 4ª Chapa 5ª Chapa

Contraventamento Vigas Principais

Sem risco de ruína

Risco de ruína dúctil com resistência remanescente

Risco de ruína frágil (fadiga)

- Para definição dos elementos a intervir, foi realizada uma análise de risco, considerando todos os cenários de carga.

•Carregamentos aplicados no modelo em elementos finitos

- Verificação realizada para os estados limites últimos de compressão, tração, corte e fadiga.

Análise de Risco

•Reforço das diagonais interiores das carlingas sobre os apoios nos pilares e encontros •Substituição dos montantes e demais elementos danificados pelo embate de veículos •Reabilitação dos restantes elementos estruturais •Colocação de limitadores de altura e sinalização adequada

Exemplo: Perda de Secção por Corrosão e Empenamento das Cordas

Pormenorização da Intervenção

Ponte 25 de Abril sobre o Rio Tejo • À data da sua inauguração (Agosto de 1966), foi a quinta maior ponte

suspensa do mundo e a maior fora dos Estados Unidos da América.

• Em 1998 o tabuleiro rodoviário foi alargado para seis vias e, em 1999, foi inaugurada a travessia ferroviária no tabuleiro inferior.

• A margem Sul comporta o mais elevado índice de cloretos na atmosfera e na água de toda a costa portuguesa.

• Os elementos de concreto dos viadutos de acesso e maciços de ancoragem dos cabos de suspensão só foram objeto de proteção (pintura) durante a obra de reforço para introdução do tabuleiro ferroviário.

• Atualmente está a ser redefinido o sistema de proteção dos elementos de concreto, tendo sido iniciados os trabalhos de caracterização do existente pela face mais exposta do maciço Norte .

Plano de Ensaios • 197 pontos de medição de espessura de recobrimento da armadura na face mais

exposta do maciço, totalizando mais de 1400 leituras.

• Foi estudada a influência do número de ensaios a realizar (concentração do agente agressor em função da espessura de recobrimento) para garantir a representatividade desejada.

Ponte Internacional sobre o Rio Guadiana • A ponte do Guadiana integra-se na A 22, estando situada na divisa entre

Portugal (Vila Real de Santo António e Ayamonte) e Espanha, estando distante aproximadamente 7 km do estuário do rio.

• O vão central da ponte, inaugurada em 1991, tem uma extensão de 324 m, sendo suspenso a torres com quase 100 m de altura.

• Para além da relativa proximidade do mar, dá-se a presença de antigas salinas na margem portuguesa do rio (ambiente muito agressivo).

Plano de Ensaios • Sendo os íons cloreto o agente agressor e a corrosão das armaduras o mecanismo de

degradação, o plano inicial previa perfis de concentração de cloretos traçados a partir de ensaios à três profundidades.

• Refeito para cinco pontos, indicou probabilidade de corrosão ativa, com mais da metade dos valores situando-se acima da concentração limite para concreto protendido. Solução: reparação localizada e sistema ativo de proteção catódica, através de revestimentos orgânicos condutores aplicados diretamente nas superfícies (ânodos de sacrifício – corrente galvânica).

Variação do Recobrimento da Armadura

Recobrimento Médio da Armadura

Valor Limite

Perfil de cloretos _

% Cl-

Profundidade

*

Valor indicativo da % inicial de cloretos (concretagem da obra)

Ensaio de cloretos *

* *

* % Cloretos superficial é menor que o valor limite

Não há risco de corrosão devido à % cloretos

% Cloretos superficial é maior que o valor limite

* Poderá haver risco de corrosão

devido à % cloretos

• Recuperar e modernizar os edifícios do parque escolar destinado ao ensino secundário (100 escolas, numa primeira fase).

Modernização do Parque Escolar Português

Análise de Durabilidade

• Exemplo para uma escola no Seixal, margem Sul do Tejo, com alto índice de corrosividade atmosférica e umidade relativa do ar ≅ 80% , obra de 1986:

0%

5%

10%

15%

20%

25%

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Prob

abili

dade

de

falh

a - P

f

Tempo - anos

Vigas D XC4 limite RC3

0%

2%

4%

6%

8%

10%

12%

14%

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Freq

uênc

ia

Profundidade - mm

Prof. carbonatação 2011 recobrimento

• Objetivo: resposta eficaz e eficiente às intervenções pontuais de reparação ou às intervenções programadas de conservação e manutenção

• Principal sistema de abastecimento de água a Lisboa: 2100 km de condutas.

- Analisar as hipóteses de intervenção que garantissem, com a fiabilidade desejada, o abastecimento de água do adutor durante pelo menos mais 20 anos.

• Objetivo do Proprietário:

Suporte de Conduta de Abastecimento de Água

Determinação do mecanismo Condicionante da Vida Útil do Sistema Estrutural Acção vs Resistência - Durabilidade (ELU)

Corrosão de Armaduras por Carbonatação Não condicionante

Corrosão de Armaduras pela Existência de Fissuras Condicionante

Corrosão de Armaduras por Reparações Mal Executadas (Pilhas por Diferença de Potencial entre o Material de Reparação e o Concreto Original)

Condicionante

Juntas e Estanquicidade Não condicionante

Engenharia Forense

Viaduto do Pereiro, em Olhão • Viaduto em laje esconsa, com fissuras indicativas de deficiente comportamento

à flexão, confirmado através de verificação estrutural. • Fissuração paralela aos apoios, a meio vão, na face inferior atravessando a quase

totalidade do viaduto. • Fissuração transversal à linha de apoios, desenvolvendo-se na quase totalidade

do vão, com espaçamento regular.

• Solução original em chapas metálicas: maior dificuldade executiva, resposta menos eficaz para aumento da capacidade resistente à flexão.

Recurso a Tecnologia de Ponta • Solução adotada em lâminas CFRP S&P: maior facilidade executiva, resposta muito

mais eficaz para aumento da capacidade resistente à flexão.

Reservatório de Águas Servidas em Sines • Reservatório com vigas-parede a apresentarem fissuração devida à ação da

temperatura e retração do concreto.

Recurso a Tecnologia de Ponta • Solução com vedação das fendas e injeção de compressão pela aplicação de

laminados CFRP protendidos S&P.

Ponte da Barra, em Aveiro • Projeto original de Edgar Cardoso, em 1971. • Entrada em serviço em 1974.

• Reabilitação levada a efeito entre 2006 e 2008.

25 7×32 = 224 2×34+12=80

578

• Apresentava deficiências para as ações mecânicas e ambientais. • Urgente necessidade de adaptar a resposta da obra, cuja importância sócio –

económica é elevada, às exigências das regulamentações atuais.

Interação Projeto - Execução

PILARES

PILARES

CABO 3 CABO 4

LIMITE DO TABULEIRO

LIMITE DO TABULEIRO

CABO 1 CABO 2

P7/P10P8/P9

Reforço: Tecnologia de Ponta • Necessidade de reforço generalizado, com protensão exterior, no tabuleiro, para repor

os níveis de capacidade resistente à flexão e corte.

CROSS BEAM0.30x0.30

PRE-STRESSING

LONGITUDINAL SECTION

CABLE

TRANSVERSAL SECTION

CHIPPEDSURFACE

Reforço: Tecnologia de Ponta • Necessidade de reforço sísmico generalizado, com adição de lâminas CFRP S&P, nos

pilares e travessas superiores.

TRANSVERSAL ELEVATION LONGITUDINAL ELEVATION

• Proteção com recurso a inibidor de corrosão orgânico migratório, aplicado na massa de material novo e em toda a superfície, e pintura generalizada, com espessura e componente básico variando em função do nível de exposição.

Sistema de Monitorização • Instalação de sistemas de monitorização contínua da corrosão que permitissem

fornecer indicações relevantes para avaliação a longo prazo da evolução da corrosão das armaduras e da eficácia dos métodos de recuperação a que a estrutura foi submetida.

• Aquisição automática de dados sobre a evolução da penetração de cloretos e da carbonatação do concreto, com detecção da corrosão nas armaduras decorrente da acção destes agentes.

• Sistema baseado em medidas de corrente galvânica, potencial de corrosão resistividade do betão e temperatura.

• A análise dos resultados das medidas efectuadas evidencia que, nas zonas instrumentadas, as armaduras se encontram no estado passivo e que não ocorreu evolução desfavorável da protecção conferida pelo concreto de recobrimento e respectivo revestimento.

Reabilitação Sustentável do Patrimônio: Uma Profissão, Um Desafio, Uma Paixão

l’amour c’est plutôt comme le béton un matériau de construction (Jacques Lanzmann, chanté par Françoise Hardy, 2006)

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