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Reforo de Fundaes de Pontes e Viadutos - Trs Casos Reais
Jos Afonso Pereira Vitrio
Engenheiro Civil, projetista e consultor de estruturas;
Professor Convidado de Recuperao e Reforo de Pontes e Viadutos da
Escola Politcnica da UPE; Doutorando
em Engenharia Civil pela Faculdade de Engenharia da Universidade
do Porto Portugal, [email protected]
Rui Manuel Meneses Carneiro de Barros
Engenheiro Civil; Professor Doutor da Faculdade de Engenharia da
Universidade do Porto - Portugal, [email protected]
Resumo O reforo de fundaes de Obras de Arte Especiais algo
bastante complexo, pelo fato
de envolver uma srie de incertezas quanto capacidade de carga
real de tais fundaes, muitas vezes dimensionadas h vrias dcadas com
a utilizao de normas j superadas, para suportar carregamentos mveis
tambm atualmente defasados. A estes problemas devem ainda ser
acrescentados o desconhecimento dos projetos originais e as
dificuldades para a realizao de inspees, medies e ensaios.
Este trabalho apresenta trs casos reais de projetos de reforo de
fundaes de Obras de Arte Especiais, sendo duas pontes e um viaduto.
Cada situao teve causa especfica para a necessidade do reforo. O
primeiro caso refere-se a uma ponte da rodovia estadual PE-507 em
Pernambuco, cujas fundaes diretas foram comprometidas pela eroso
aps a ocorrncia de uma cheia no rio. O segundo caso trata de uma
ponte rodoviria na BR 101/BA, cuja adequao do tabuleiro s cargas
mveis do Trem-tipo Classe 45 da NBR 7188 e precrias condies do
estaqueamento original, implicaram na necessidade da cravao de
novas estacas e do reforo dos blocos de coroamento. O terceiro caso
por sua vez, retrata um problema atual, e cada vez mais frequente,
nas obras civis do Brasil: a no conformidade do concreto
estrutural, que causou a necessidade do reforo de um bloco de
estacas em um viaduto em fase de construo no Recife, que teve a
resistncia compresso do concreto bastante inferior estipulada no
projeto.
Ao longo do texto so detalhadas e comentadas as concepes
adotadas para cada um dos casos, justificando os conceitos
utilizados para o dimensionamento, com as devidas ilustraes,
incluindo, tambm, as concluses e contextualizao dos problemas que
levaram aos reforos das trs fundaes.
Palavras-chave Estruturas; Fundaes; Reforo; Protenso.
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1 Introduo
No h qualquer exagero em afirmar que as fundaes significam o que
existe de mais importante para a garantia da segurana de uma
edificao.
Por se tratarem de elementos estruturais que trabalham
enterrados e/ou submersos, na maioria das vezes no acessveis
vistorias, as fundaes apresentam uma srie de fatores dificultadores
para a identificao de problemas que, muitas vezes, s so detectados
quando j esto repercutindo na estrutura como um todo.
No caso das pontes e viadutos, as fundaes se revestem de uma
importncia especial, pela prpria natureza e peculiaridades dessas
obras que, de modo geral, esto expostas a condies ambientais
totalmente adversas, so submetidas a condies de uso para as quais
no foram projetadas e so carentes de manuteno ao longo da vida
til.
Sabe-se que um dos fatores que mais influenciam o aparecimento
de graves problemas em fundaes de pontes a eroso (ou solapamento)
ao longo tempo, sendo este fenmeno responsvel por significativa
quantidade de acidentes com estes tipos de obras em todo o
mundo.
Outro tipo de fenmeno com grande poder de devastao sobre as
pontes a ocorrncia de cheias nos rios, por causa da rpida elevao do
nvel da gua, associada a grandes descargas e velocidades. A
intensidade da fora de arrasto aumenta o poder erosivo do leito do
rio, descalando as fundaes e os aterros das cabeceiras. A grande
presso dinmica da gua, que atua transversalmente sobre os pilares e
encontros causa, muitas vezes, a ruptura da ponte.
Outros fatores que tambm contribuem para o aparecimento de
problemas relacionados s fundaes das Obras de Arte Especiais:
movimentaes causadas por recalques diferenciais; submisso da obra a
carregamentos excessivos para os quais no foi projetada (como os
dos veculos transportadores de equipamentos especiais); alargamento
para a adio de mais pistas de rolamento; deficincias de projeto;
falhas construtivas; utilizao de taxas de trabalho insuficientes
para os materiais e principalmente, ausncia de manutenes
preventivas peridicas ao longo do tempo.
Neste artigo sero apresentadas trs situaes nas quais foram
realizadas intervenes para execuo de reforo de fundaes de Obras de
Arte Especiais, sendo duas pontes e um viaduto.
O primeiro caso refere-se a uma ponte localizada sobre o riacho
Ingazeira na PE-507 em Pernambuco que teve as fundaes solapadas aps
a ocorrncia de uma cheia em 2005.
No segundo caso, abordado o problema causado pela eroso nas
fundaes de uma ponte na BR-101/BA devido modificaes do perfil do
rio ao longo dos anos, com rebaixamento do leito e a perda do
confinamento das estacas que ficaram expostas e com a capacidade de
carga reduzida.
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O terceiro caso aborda uma situao bem recente e que tambm est se
tornando frequente nas obras civis do Brasil, que a no conformidade
do concreto estrutural. No caso exposto, um bloco de fundao da ala
ainda em fase de construo de um viaduto na cidade do Recife teve
que ser reforado por cauda da resistncia compresso do concreto ter
apresentado valores bem inferiores aos estipulados no projeto
estrutural.
Nos prximos itens sero feitas as descries resumidas de cada obra
com os respectivos problemas ocorridos nas fundaes e as solues
adotadas para corrg-los.
2 Ponte na rodovia PE-507
2.1 Descrio do problema ocorrido
A obra apresentada neste primeiro caso trata-se de uma ponte com
40m de extenso e trs vos de 12,50m, 15,00m e 12,50m; a
superestrutura constituda por tabuleiro de concreto armado
convencional (vigas, lajes e transversinas); a meso e
infraestrutura so compostas por pilares com seo octogonal, sapatas
isoladas de concreto armado assentes sobre blocos corridos de
concreto ciclpico e encontros de concreto ciclpico nas
extremidades.
Logo aps uma grande cheia no riacho Ingazeira houve uma
significativa eroso, que causou o rebaixamento do leito do rio e
solapou as fundaes das duas linhas de pilares, conforme ilustrado
na figura 1. A intensidade da fora de arrasto, associada s
caractersticas erodveis do solo, retiraram parte da camada
superficial sob os blocos e quase causaram o desabamento da ponte,
conforme mostram as figuras 2 e 3.
Algum tempo depois, os encontros, que at ento permaneciam
ntegros, tambm comearam a apresentar sinais de ruptura, causada
pelo grande aumento do empuxo devido s presses hidrostticas
(agravado pela ausncia de drenagem) e pela eroso do solo, conforme
mostra a figura 4.
Figura 1 Vista geral da ponte e da eroso causada pela cheia nas
fundaes dos pilares na calha do rio.
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Figura 2 Ruptura do bloco e descalamento das fundaes.
Figura 3 Fuga de material sob as fundaes, causando risco de
ruptura da obra.
Figura 4 Ruptura do encontro causada por infiltrao de gua no
aterro e pela eroso na fundao
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2.2 Soluo adotada
Considerando que a situao requeria a adoo de providencias
imediatas para realizao do reforo de fundaes e evitar a ruptura
total da ponte, foi providenciado o escoramento do tabuleiro, de
modo a reduzir substancialmente as cargas nos pilares, enquanto
eram realizadas as sondagens geotcnicas e elaborado o projeto de
reforo.
Com base no resultado das sondagens foi adotado para as fundaes
dos pilares o reforo com estacas raiz 310mm e comprimento mdio de
12m, sendo 4 estacas por pilar, conforme detalhamento na figura
5.
Figura 5 Esquema do reforo das fundaes dos pilares.
Como foi dito anteriormente, algum tempo depois, logo aps a
concluso dos servios de reforo das fundaes dos pilares, os
encontros comearam tambm a apresentar sinais de avarias causadas
pelos empuxos e deformaes do solo, o que levou necessidade de
realizao de reforo, com a utilizao de estacas escavadas 250mm.
Aps o reforo das fundaes houve a substituio dos aparelhos de
apoio por meio de macaqueamento e as cargas do tabuleiro foram
transmitidas para novos encontros de concreto armado, construdo
rente aos encontros existentes, conforme ilustrado na figura 6. As
figuras 7, 8, 9 e 10 mostram fases da execuo do reforo das fundaes
dos pilares.
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Figura 6 Reforo da fundao dos encontros.
Figura 7 Escoramento da ponte.
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Figura 8 Consolidao da base da sapata com argamassa
projetada.
Figura 9 Furos nas sapatas para a cravao das estacas.
Figura 10 Reforo dos pilares e cravao das estacas.
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3. Ponte na BR-101/BA
3.1 Descrio do problema ocorrido
Trata-se de uma Obra de Arte Especial com 81,00m de extenso,
dois vos de 22,00m, um vo de 30,00m e dois balanos de 3,50m;
fundaes em estacas e presumidamente construda na dcada de 70 sobre
o rio Pojuca na BR-101/BA. A obra necessitou ser recuperada e
reforada para se adequar ao novo gabarito transversal da ampliao da
rodovia e s novas cargas mveis do Trem-tipo Classe 45, uma vez que
foi projetada para o Trem-tipo Classe 36.
Em 2008, durante a vistoria para o levantamento da geometria
existente, e identificao das patologias para a realizao do projeto
de recuperao e reforo, foi observado que havia ocorrido uma grande
eroso no leito do rio, que causou o rebaixamento do mesmo e deixou
exposta a parte superior das estacas dos blocos centrais,
diminuindo consideravelmente a capacidade de carga, conforme
ilustrao nas figuras 11 e 12.
Figura 11 Estacas expostas e desconfinadas por causa do
rebaixamento do leito do rio.
Figura 12 Detalhe da deteriorao e perda de seo transversal das
estacas.
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3.2 Soluo adotada
Considerando que o estaqueamento existente no apresentava
condies de integridade estrutural e, nem ao menos, condies para a
realizao de uma anlise mais profunda sobre as suas capacidades de
cargas estrutural e geotcnica, optou-se pela criao de um novo
estaqueamento capaz de absorver totalmente os esforos para as
combinaes mais desfavorveis das aes, com o Trem-tipo Classe 45. Com
base no resultado do dimensionamento e das sondagens realizadas,
foram adotadas estacas raiz 410mm, (sendo 8 estacas para cada
pilar), que foram solidarizadas ao bloco original por meio do
encamisamento com um novo bloco. A solidarizao entre os dois blocos
foi feita com a aplicao de protenso com barras Dywidag, de modo a
garantir que o conjunto trabalhasse como um bloco monoltico para
efeito da transmisso das cargas dos pilares para as novas estacas.
A figura 13 mostra o envolvimento dos blocos originais pelos novos
blocos, a configurao do novo estaqueamento e o posicionamento das
barras de protenso. Na figura 14 est representada uma vista frontal
do novo bloco e das ancoragens das barras Dywidag.
Para a melhor garantia da aderncia entre concreto novo e
concreto antigo, foram colocados conectores metlicos e aplicada
pintura de aderncia ao longo de todas as superfcies de ligao entre
os dois concretos.
Figura 13 Configurao do novo estaqueamento
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Figura 14 Vista frontal do bloco reforado e do novo
estaqueamento.
4 Viaduto Capito Temudo
4.1 Descrio do problema ocorrido
O viaduto Capito Temudo, construdo na dcada de 70, representa a
principal ligao viria com a Zona Sul da cidade do Recife.
Essa Obra de Arte Especial passa atualmente por intervenes para
o alargamento do tabuleiro no trecho retilneo e para o acrscimo de
uma nova ala com 400m de extenso.
A superestrutura da ala projetada constituda por um tabuleiro
celular de concreto protendido, com resistncia caracterstica
compresso (fck) igual a 40MPa. A mesoestrutura formada por 12
pilares-parede, com dimenses variveis, em concreto armado com fck =
30MPa. Para as fundaes foram utilizadas estacas de concreto
centrifugado EC-600/10; cada pilar tem apenas um bloco de
coroamento com fck = 30MPa.
O bloco de estacas objeto do reforo corresponde ao pilar P4,
submetido a carga vertical de 16.960KN, momentos Mx = 3.385KNm, My
= 479KNm e dimensionado para 10 estacas.
Aps o rompimento dos corpos de prova dos concretos utilizados no
pilar e no bloco, nas idades previstas pela norma, foi constatado
que o concreto utilizado no pilar tinha resistncia compatvel com a
que foi prevista no Projeto Estrutural, mas o concreto do bloco
apresentava resistncia caracterstica compresso de apenas 14MPa.
Foram ento retirados e rompidos testemunhos do concreto do bloco
que por sua vez confirmaram o fck = 14MPa, caracterizando a no
conformidade do concreto estrutural e, portanto, a necessidade de
reforo para o referido bloco, cujas caractersticas geomtricas esto
indicadas na figura 15.
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Figura 15 Geometria original do Bloco B4.
4.2 Soluo adotada
Para solucionar o problema foram apresentadas duas alternativas
para reforo do bloco. A 1 soluo previu o encamisamento do bloco
existente com concreto auto adensvel, de fck = 30MPa, e a utilizao
de barras Dywidag na parte inferior. O dimensionamento foi feito
pela teoria das bielas e tirantes para o novo bloco, de modo a
obter-se a seo de armaduras de protenso necessria, alm das
armaduras passivas complementares. Essa soluo, que est ilustrada na
figura 16, apresentou dificuldades para ser executada pelo fato de
o bloco encontrar-se no limite do canteiro central das duas faixas
de trfego da via inferior, impossibilitando a execuo das escavaes
nas dimenses necessrias para introduo e protenso das barras rgidas
Dywidag de 4,50m de comprimento, pelo fato de s se dispor de um
espao de 60cm de cada lado para os trabalhos de reforo.
Diante disso, foi necessrio estudar outra alternativa de reforo
que fosse possvel de ser executada no pequeno espao disponvel entre
as faces do bloco e os limites da via.
Figura 16 Reforo com aplicao de protenso com barras rgidas
Dywidag.
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A segunda alternativa partiu da premissa de que teriam que ser
utilizadas barras flexveis para o reforo, de modo que a protenso
pudesse ser realizada dentro do pequeno espao disponvel ao longo do
permetro do bloco.
Considerando tratar-se de um bloco rgido com relao a/d = 0,27 (a
condio de rigidez a/d 0,50). O reforo pde ser calculado com base na
teoria da ruptura por compresso diametral, de modo que a armadura
principal passa a ser constituda por barras horizontais na forma de
estribos (ALONSO, 1982). O dimensionamento foi feito utilizando-se
armaduras ativas compostas por cabos com 4 cordoalhas de 12.7mm, ao
CP-190 RB, envoltas em bainha chata retangular, tendo sido
necessrios 4 cabos distribudos ao longo da altura do bloco,
envolvendo-o em todo o permetro. Foi aplicada uma fora de protenso
de 560KN (140KN por cordoalha), aps o concreto auto adensvel ter
atingido a resistncia necessria. Tambm foram utilizados conectores
e ponte de aderncia com epxi entre as superfcies de contato entre
concreto existente e concreto novo.
Esta foi a soluo escolhida e o bloco encontra-se atualmente
devidamente reforado. A figura 17 mostra o corte transversal do
reforo. As figuras 18, 19, 20 e 21 ilustram detalhes da execuo do
reforo.
Figura 17 - Detalhe do reforo do bloco com concreto auto
adensvel e protenso com cabos horizontais ao longo do permetro.
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Figura 18 Colocao das armaduras ativas e passivas do reforo.
Figura 19 Detalhe dos cabos de protenso.
Figura 20 Detalhe das armaduras passivas e dos conectores de
aderncia.
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Figura 21 Vista geral do pilar e do bloco.
Figura 22 Posicionamento do pilar e do bloco no canteiro
estreito entre duas pistas.
4 Concluses
Os trs casos de reforo de fundaes de Obras de Arte Especiais
relatados neste artigo permitem tirar algumas concluses sobre as
condies funcionais e estruturais das pontes e viadutos que fazem
parte da malha viria brasileira, at porque no constituem
situaes
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isoladas, o que pode ser comprovado pela significativa
quantidade de relatos de casos sobre estes tipos de problemas.
O primeiro caso relatado, por exemplo, mostra que os problemas
ocorridos nas fundaes da ponte esto relacionados prpria concepo do
projeto, que adotou fundaes diretas e superficiais em um solo
arenoso com grande poder de eroso. Ou seja, as fundaes sempre
estiveram vulnerveis eroso do rio, principalmente durante a
ocorrncia das cheias que sempre aconteceram na regio.
A evoluo dos problemas atingiu uma situao crtica por ocasio da
cheia em 2005, causando os problemas que geraram a necessidade do
reforo para evitar a ruptura da obra.
Convm lembrar que os problemas poderiam ter sido evitados se,
alm de uma outra concepo para as fundaes (estacas ou tubules), a
obra tivesse passado por vistorias e manutenes peridicas que
identificassem os problemas ainda na fase inicial.
Outro fator que contribuiu para a acelerao dos problemas foi a
colocao de duas linhas de pilares no leito do rio que, ao
funcionarem como obstculos para a seo de vazo sob a ponte,
tornaram-se geradores de fossas de eroso em torno das fundaes.
No caso da segunda ponte estudada, a concepo das fundaes em
estacas foi a mais apropriada, porm, a falta de inspees e manutenes
peridicas ao longo das ltimas dcadas fez com que os problemas
causados pelo desvio e rebaixamento do leito do rio no fossem
percebidos.
Talvez, o fato de se tratar de uma obra localizada em uma rea
rural, com pouco acesso de pedestres, fez com que os graves
problemas relacionados ao estaqueamento s fossem descobertos quando
se fez necessria a realizao de uma vistoria com a finalidade de
levantar a geometria existente e identificar as patologias
estruturais, com vistas a adequao para o novo gabarito transversal
da rodovia e ao Trem-tipo Classe 45.
possvel que, caso a obra no estivesse includa no programa de
alargamento e restaurao da BR-101/BA, os problemas no fossem
identificados e a ponte viesse a sofrer o colapso de suas fundaes,
cujas consequncias poderiam ser desastrosas.
O terceiro e ltimo caso exposto neste trabalho mostra um
problema que, embora devesse ser tratado como uma exceo, est se
tornando bastante frequente nas obras civis, no apenas em
Pernambuco, mas em todo o Brasil.
A no conformidade do concreto estrutural fornecido pelas
concreteiras tm se constitudo nos ltimos anos em uma grande dor de
cabea para construtores e engenheiros estruturais. Os construtores,
pelos transtornos causados quando o concreto de determinada
estrutura est com a resistncia aqum daquela estipulada no projeto;
os engenheiros projetistas da estrutura, porque ficam com o nus de
fazer todos os malabarismos de clculo possveis para salvar as
estruturas cujos concretos esto no conformes, como foi o caso do
bloco da ala do viaduto Capito Temudo.
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Este tema merece, portanto, ser objeto de muitos estudos e
discusses entre projetistas, construtores e fornecedores de
concreto, para que se consiga chegar a uma concluso sobre as reais
causas de tais problemas e corrigi-los de forma definitiva.
Concluindo, os trs casos apresentados neste texto significam
apenas uma pequena amostra dos fatores que intervm direta ou
indiretamente na segurana e estabilidade das fundaes das Obras de
Arte Especiais e que necessitam ser objetos das maiores atenes
possveis de todos os participantes do setor produtivo da construo
civil nacional.
5 Referncias ABNT NBR 6118. Projeto de Estruturas de Concreto.
Procedimento. Rio de Janeiro, 2007. ABNT NBR 7187. Projeto e Execuo
de Pontes de Concreto Armado e Protendido. Rio de Janeiro,
2003. ALONSO, U. R. Exerccios de Fundaes. Editora Edgard Blcher
Ltda. So Paulo, 1982. ARAJO, J. M. Curso de Concreto armado.
Editora Dunas. Rio de Janeiro, 2003. DEGUSA. Manual de Reparo,
Proteo e Reforo de Estruturas de Conreto. Red Rehabilitar
editores.
So Paulo, 2003. GUSMO, J. A. Fundaes de Pontes Hidrulica e
Geotcnia. Ed. Universitria. Recife, 2003. MORAES, M. C. Estruturas
de Fundaes. Editora McGraw Hill. Rio de Janeiro, 1976. VITRIO, J.
A. P. Acidentes Estruturais em Pontes e Viadutos Causas,
Diagnsticos e Solues.
Anais do II Congresso Brasileiro de Pontes e Estruturas. Rio de
Janeiro, 2007. VITRIO, J. A. P. Avaliao do Grau de Risco Estrutural
de Pontes Rodovirias de Concreto. Anais
do 50 Congresso Brasileiro do Concreto. Salvador, 2008.