Reforço de uma ponte rodoviária em Dublin, de forma a suportar o tráfego de um "tramway"

REFORÇO DE UMA PONTE RODOVIÁRIA EM DUBLIN, DE FORMA A SUPORTAR O TRÁFEGO DE UM TRAMWAY BEATRIZ DE CASTRO SOARES E GOUVEIA LELLO DISSERTAÇÃO DE MESTRADO APRESENTADA À FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO EM ENGENHARIA CIVIL M 2015 REFORÇO DE UMA PONTE RODOVIÁRIA EM DUBLIN, DE FORMA A SUPORTAR O TRÁFEGO DE UM TRAMWAY BEATRIZ DE CASTRO SOARES E GOUVEIA LELLO Dissertação submetida para satisfação parcial dos requisitos do grau de MESTRE EM ENGENHARIA CIVIL — ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS Orientador: Professor Jorge Manuel Chaves Gomes Fernandes Coorientador: Engenheiro Luís Filipe Barreira Antunes Bairrão JUNHO DE 2015 MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL 2014/2015 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL Tel. +351-22-508 1901 Fax +351-22-508 1446  [email protected] Editado por FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO Rua Dr. Roberto Frias 4200-465 PORTO Portugal Tel. +351-22-508 1400 Fax +351-22-508 1440  [email protected]  http://www.fe.up.pt Reproduções parciais deste documento serão autorizadas na condição que seja mencionado o Autor e feita referência a Mestrado Integrado em Engenharia Civil - 2012/2013 - Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal, 2013. As opiniões e informações incluídas neste documento representam unicamente o ponto de vista do respetivo Autor, não podendo o Editor aceitar qualquer responsabilidade legal ou outra em relação a erros ou omissões que possam existir. Este documento foi produzido a partir de versão eletrónica fornecida pelo respetivo Autor. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway Aos meus pais Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway i AGRADECIMENTOS Nesta parte do trabalho gostaria de agradecer a todas as pessoas que me ajudaram a ultrapassar mais esta etapa, ao tornarem este trabalho realizável. Assim, gostaria de agradecer de forma especial:  Ao orientador da empresa, Engenheiro Luís Bairrão, pela oportunidade em realizar a tese em ambiente empresarial e pela confiança depositada ao longo destes meses;  Ao orientador, Engenheiro Jorge Chaves, pelo apoio e ajuda que me deu ao longo do trabalho;  Ao Engenheiro Paul Trofimov pela disponibilidade em discutir e facultar documentos sobre a ponte;  Ao Engenheiro Rui Camposinhos pela ajuda na interpretação, discussão e apoio com o funcionamento do programa de cálculo;  Aos Engenheiros João Esteves, Pedro Duarte, Miguel Carvalho e Pedro Silva pela ajuda com o ajuste do modelo e com a interpretação dos resultados;  Ao Engenheiro Paulo, da Soares da Costa, pela ajuda na realização do modelo e interpretação dos resultados;  Aos meus pais, irmã e avô que nunca deixaram de acreditar nas minhas capacidades. Pela paciência, apoio incansável e dedicação. Pela confiança que depositam em mim;  Ao Carlos pelo apoio incansável, pelos momentos de descanso e descontração, pela ajuda em olhar para as informações de forma mais concreta e pela discussão que permitiu um grande avanço neste trabalho;  Aos meus amigos pelo companheirismo e amizade. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway ii Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway iii RESUMO Apesar da construção de pontes em arcos de alvenaria no século XXI ser praticamente inexistente, a avaliação da segurança das pontes antigas deve ser um dos principais objetivos da engenharia ferroviária, uma vez que são a maioria das pontes existentes na rede ferroviária. Com esse intuito, este trabalho apresenta um pouco da história e evolução das pontes em arco de alvenaria, bem como os trabalhos que têm vindo a ser realizados para o conhecimento da sua capacidade resistente. Ao mesmo tempo, realiza-se um levantamento das patologias e suas possíveis causas, bem como os trabalhos de reforço que se devem efetuar, tanto para eliminar essas anomalias como também para aumentar a capacidade resistente da estrutura. Ao tratar-se de uma tese em ambiente empresarial, a problemática tratada no decorrer do trabalho é um problema existente que necessita de uma solução viável e realizável. A problemática trata-se da passagem de um tram numa ponte rodoviária. Para isso é necessário substituir a rodovia por uma ferrovia. Assim, é necessário avaliar as diferenças de tensões impostas pelos dois carregamentos e realizar uma comparação. Com a conclusão retirada desta comparação conclui-se a possível necessidade de realizar trabalhos de reforço na ponte em análise. PALAVRAS-CHAVE: pontes em arco de alvenaria, reforço estrutural, avaliação da capacidade resistente. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 5.3.5. CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................................................ 68 5.4. TRABALHOS DE REFORÇO ................................................................................................................ 69 5.4.1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................................. 69 5.4.2. INFRAESTRUTURA – FUNDAÇÕES .................................................................................................... 69 5.4.2.1. Injeção de Calda ....................................................................................................................... 70 5.4.2.2. Execução de Enrocamento na Base dos Pilares ..................................................................... 70 5.4.2.3. Execução de Microestacas ....................................................................................................... 71 5.4.2.4. Preenchimento de Zonas Infra escavadas ............................................................................... 72 5.4.2.5. Recalçamento ........................................................................................................................... 73 5.4.3. SUPERESTRUTURA - GERAL ........................................................................................................... 73 5.4.3.1. Refechamento de Juntas .......................................................................................................... 73 5.4.3.2. Injeção de Calda ....................................................................................................................... 74 5.4.3.3. Considerações Finais ............................................................................................................... 75 5.4.4. SUPERESTRUTURA – PILARES ........................................................................................................ 75 5.4.4.1. Pré-esforço …………………………………………………………………………………………….75 5.4.4.2. Encamisamento Geral .............................................................................................................. 76 5.4.5. SUPERESTRUTURA – ARCOS .......................................................................................................... 76 5.4.5.1. Pregagens e Atirantamentos .................................................................................................... 77 5.4.5.2. Betão Projetado ........................................................................................................................ 78 5.4.5.3. Novos Elementos Estruturais ................................................................................................... 79 5.4.5.4. Introdução de Vigas e Chapas Metálicas ................................................................................. 80 5.4.5.5. Substituição do Material de Enchimento .................................................................................. 80 5.4.5.6. Sistema de Reforço Archtec ..................................................................................................... 80 5.4.6. SUPERESTRUTURA – MUROS DE TÍMPANO ...................................................................................... 81 5.4.6.1. Atirantamento ............................................................................................................................ 81 5.4.7. SUPERESTRUTURA – TABULEIRO .................................................................................................... 82 5.4.7.1. Impermeabilização .................................................................................................................... 82 5.4.8. DESMONTE E RECONSTRUÇÃO ....................................................................................................... 83 6 HISTÓRIA, CARATERIZAÇÃO E ESTADO DA PONTE EM ESTUDO ....................................................................................................................................... 85 6.1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................................... 85 6.2. O’CONNELL BRIDGE ........................................................................................................................ 86 Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 6.2.1. CARACTERIZAÇÃO DAS OBRAS DE RECONSTRUÇÃO ........................................................................ 87 6.2.2. DESCRIÇÃO DA SUPERESTRUTURA ................................................................................................. 89 6.2.3. CARACTERIZAÇÃO GEOMÉTRICA .................................................................................................... 91 6.3. DESCRIÇÃO DO ESTADO DE O’CONNELL BRIDGE .............................................................................. 92 6.3.1. DESCRIÇÃO DAS CONCLUSÕES RETIRADAS DE INSPEÇÕES ANTIGAS ............................................... 92 6.3.1.1. Arcos……………………………………………………………………………………………………………………………………93 6.3.1.2. Subways………………………………………………………………………………………………………………………………93 6.3.1.3. Muros de Tímpano ................................................................................................................... 94 6.3.1.4. Pilares, Encontros e Fundações............................................................................................... 94 6.3.1.5. Parapeitos ………………………………………………………………………………………………………………………….95 6.3.1.6. Faixas de Rodagem e Passeios ............................................................................................... 95 6.3.1.7. Considerações Finais ............................................................................................................... 95 6.3.2. DESCRIÇÃO DAS CONCLUSÕES RETIRADAS DA ÚLTIMA INSPEÇÃO ................................................... 96 6.4. CONCLUSÕES .................................................................................................................................. 97 7 ANÁLISE DA SEGURANÇA E TRABALHOS DE REFORÇO A EFETUAR NA PONTE EM ESTUDO ........................... 99 7.1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................................... 99 7.2. AVALIAÇÃO DA SEGURANÇA ............................................................................................................ 99 7.2.1. MÉTODO MEXE ............................................................................................................................ 99 7.2.2. PROGRAMA DE CÁLCULO ............................................................................................................. 102 7.2.2.1. Desenho da Estrutura ............................................................................................................. 103 7.2.2.2. Características dos Materiais ................................................................................................. 105 7.2.2.3. Cargas Aplicadas ................................................................................................................... 106 7.2.2.4. Análise das Tensões .............................................................................................................. 109 7.3. TRABALHOS DE REFORÇO A EFETUAR ............................................................................................. 112 8 CONCLUSÃO ............................................................................................................... 113 Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway ÍNDICE DE IMAGENS Fig. 1 – Mapa do tram em Dublin [2] ....................................................................................................... 1 Fig. 2 – Mapa do LUAS em 2017 [3] ....................................................................................................... 2 Fig. 3 – Pirâmides do Egipto [7] .............................................................................................................. 6 Fig. 4 – Catedral Notre Dame [8] ............................................................................................................ 7 Fig. 5 – Elementos constituintes de uma ponte em arco [9] ................................................................... 8 Fig. 6 – Pormenor do material de enchimento da Ponte Aemilius [9] ..................................................... 9 Fig. 7 – Olhais na Ponte de Vilar de Mouros [11] ................................................................................. 10 Fig. 8 – Arcos secundários na Ponte de Drizes [12] ............................................................................. 10 Fig. 9 – Tipologias dos arcos [14] ......................................................................................................... 11 Fig. 10 - Arco ......................................................................................................................................... 11 Fig. 11 – Pormenores do quebrante e do talhante, respetivamente, da Ponte da Lagoncinha [9] ...... 12 Fig. 12 – Esquema do comportamento na direção longitudinal [9] ....................................................... 13 Fig. 13 – Esquema do comportamento na direção transversal [9] ....................................................... 13 Fig. 14 – Ponte d’Arc [17] ...................................................................................................................... 15 Fig. 15 – Exemplo de uma Clapper Bridge, a Postbridge em Inglaterra [18] ....................................... 15 Fig. 16 – Exemplo de uma Ponte Poldra [19] ....................................................................................... 16 Fig. 17 – Ponte Chaotianmen [20]......................................................................................................... 16 Fig. 18 – Ponte de Caravana, Turquia .................................................................................................. 17 Fig. 19 – Ponte Zhaozhou [21] .............................................................................................................. 18 Fig. 20 – Ponte de Aemilius [17] ........................................................................................................... 18 Fig. 21 – Ponte de Trajano [24] ............................................................................................................. 19 Fig. 22 – Aqueduto Pont du Gard [5] .................................................................................................... 19 Fig. 23 – Esquema representativo do cimbre de um arco [4] ............................................................... 20 Fig. 24 – Detalhe do funcionamento e das marcas do fórfex [4] .......................................................... 20 Fig. 25– Figura da Ponte d’Avignon original [26] .................................................................................. 21 Fig. 26– Ponte d’Avignon atual [27] ...................................................................................................... 22 Fig. 27 – Ponte Vecchio ........................................................................................................................ 22 Fig. 28 – Pormenor das aduelas na Ponte da Barca [9] ....................................................................... 22 Fig. 29– Ponte de la Concorde [28] ...................................................................................................... 23 Fig. 30 – Ponte do Prado [29] ............................................................................................................... 23 Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway Fig. 31 – Ironbridge [30]......................................................................................................................... 24 Fig. 32 – Primeira ponte em betão armado ........................................................................................... 25 Fig. 33 – Viaduto de Goltzsch [31] ........................................................................................................ 25 Fig. 34 – Ponte do Vale de Bietigheim Enz, Alemanha ......................................................................... 26 Fig. 35 – Ponte Duarte Pacheco [17] .................................................................................................... 26 Fig. 36 – Cimbre utilizado na Ponte Duarte Pacheco [17] .................................................................... 27 Fig. 37 – Representação das relações propostas por Alberti [5] .......................................................... 30 Fig. 38 – Modelo da catenária invertida [10] ......................................................................................... 30 Fig. 39 – Representação do mecanismo de rutura proposto por La Hire [10] ...................................... 31 Fig. 40 – Mecanismo de três rótulas [10] .............................................................................................. 33 Fig. 41 – Impulso máximo e mínimo, respetivamente [10] .................................................................... 34 Fig. 42 – Diferença de espessuras [10] ................................................................................................. 34 Fig. 43 – Representação das variáveis de Heyman [5] ......................................................................... 35 Fig. 44 – Método dos elementos discretos [5] ....................................................................................... 36 Fig. 45 – Representação do estado estável de um arco fissurado [5] .................................................. 39 Fig. 46 – Representação das variáveis: L – vão, rc – flecha, rq – flecha para ¼ de vão, d – espessura do arco, h – distância entre o topo do arco e o pavimento [23] ............................................................ 40 Fig. 47 – Fator de vão-flecha [33] .......................................................................................................... 41 Fig. 48 – Fator de perfil [33] .................................................................................................................. 41 Fig. 49 – Vista frontal [33] ...................................................................................................................... 43 Fig. 50 – Vista detalhada [33] ................................................................................................................ 44 Fig. 51 – Vista detalhada [33] ................................................................................................................ 44 Fig. 52 – Vista geral [33] ........................................................................................................................ 44 Fig. 53 – Divisão do arco em aduelas [5] .............................................................................................. 46 Fig. 54 – Representação do peso próprio e centro de gravidade de cada aduela [5] .......................... 46 Fig. 55 – Etapa 1 [5] .............................................................................................................................. 47 Fig. 56 – Etapa 2 [5] .............................................................................................................................. 47 Fig. 57 – Etapa 3 [5] .............................................................................................................................. 48 Fig. 58 – Etapa final [5] .......................................................................................................................... 48 Fig. 59 – Linha de pressões [5] ............................................................................................................. 49 Fig. 60 – Arco de espessura mínima [5] ................................................................................................ 49 Fig. 61 – Representação das variáveis [5] ............................................................................................ 51 Fig. 62 – Representação do elemento de macro modelação [10] ........................................................ 53 Fig. 63 – Representação do elemento de micro modelação [10] .......................................................... 53 Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway Fig. 64 – Abertura de juntas, Ponte de Espindo [34] ............................................................................ 56 Fig. 65 – Danos nos muros de tímpano [23] ......................................................................................... 57 Fig. 66 – Erosão da fundação ............................................................................................................... 57 Fig. 67 – Movimentos de apoio [17] ...................................................................................................... 58 Fig. 68 – Ruína do arco, Ponte Velha do Vouga [v] .............................................................................. 58 Fig. 69 – Perda de argamassa [4] ......................................................................................................... 58 Fig. 70 – Eflorescências [4] ................................................................................................................... 59 Fig. 71 – Fissura longitudinal no arco [16] ............................................................................................ 60 Fig. 72 – Excesso de vegetação ........................................................................................................... 61 Fig. 73 – Destacamento dos guarda-corpos [35] .................................................................................. 62 Fig. 74 – Ruína da ponte causada pela cheia e erosão, Ponte Hintze Ribeiro [36] ............................. 63 Fig. 75 – Injeção de calda no solo [4] ................................................................................................... 70 Fig. 76 – Enrocamento na base do pilar [17] ........................................................................................ 70 Fig. 77 – Secção de uma microestaca [37] ........................................................................................... 71 Fig. 78 – Fases de aplicação de microestacas [37] .............................................................................. 72 Fig. 79 – Recalçamento de uma fundação [4] ...................................................................................... 73 Fig. 80 – Acabamento de junta correto [4] ............................................................................................ 74 Fig. 81 – Fecho dos furos de injeção [9] ............................................................................................... 74 Fig. 82 – Injecção de calda no intradorso do arco, Ponte de Segura [9] .............................................. 75 Fig. 83 – Pré-esforço horizontal, Ponte do Tâmega [4] ........................................................................ 75 Fig. 84 – Encamisamento geral com blocos de granito, Ponte do Sabor [4] ........................................ 76 Fig. 85 – Pregagens radiais [9] ............................................................................................................. 77 Fig. 86 – Tirantes transversais (alçado) [16] ......................................................................................... 78 Fig. 87 – Tirantes transversais (planta) [9] ............................................................................................ 78 Fig. 88 – Estrutura interior de reforço [4] .............................................................................................. 79 Fig. 89 – Reforço arco com vigas metálicas no seu intradorso [4] ....................................................... 80 Fig. 90 – Esquematização do reforço Archtec [9] ................................................................................. 81 Fig. 91 – Tirantes transversais [9] ......................................................................................................... 81 Fig. 92 – Tirantes Verticais [9] ............................................................................................................... 82 Fig. 93 – Pontes sobre o Rio Liffey [38] ................................................................................................ 85 Fig. 94 – Carlisle Bridge em 1794 [38] .................................................................................................. 86 Fig. 95 – Pintura de Carlisle Bridge em 1835 [22] ................................................................................ 86 Fig. 96 – O’Connell Bridge em 1880 [38] .............................................................................................. 87 Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway Fig. 97 – Arcos semicirculares de Carlisle Bridge [22] .......................................................................... 87 Fig. 98 – Arcos semielípticos de Carlisle Bridge [22] ............................................................................ 88 Fig. 99 – Ponte O’Connell durante as obras em 1879 [38] ................................................................... 88 Fig. 100 – Corte longitudinal, com pormenor de identificação dos subways [39] ................................. 88 Fig. 101 – Detalhe do anel do arco [40] ................................................................................................ 89 Fig. 102 – Pormenor, no intradorso do arco, do subway menor [40] .................................................... 89 Fig. 103 – Esquema longitudinal com identificação dos limites do material de enchimento [15] ......... 90 Fig. 104 – Ensaio realizado para conhecimento do solo [39] ............................................................... 90 Fig. 105 – Esquema da geometria dos pilares e encontros [41] ........................................................... 91 Fig. 106 – Esquema da ponte ............................................................................................................... 91 Fig. 107 – Vista superior dos subways [39] ........................................................................................... 92 Fig. 108 – Interior do arco [40] .............................................................................................................. 93 Fig. 109 – Pormenor subway maior [40] ................................................................................................ 94 Fig. 110 – Pormenor muro de tímpano [40]........................................................................................... 94 Fig. 111 – Fissuras nos encontros do tabuleiro e no passeio [40] ........................................................ 95 Fig. 112 – Vegetação na extremidade do encontro [41] ....................................................................... 96 Fig. 113 – Pormenor do pilar [41] .......................................................................................................... 96 Fig. 114 – Pormenor do corta-águas [41] .............................................................................................. 97 Fig. 115 – Esquema representativo do veículo metro [43] .................................................................. 101 Fig. 116 – Representação de uma elipse ............................................................................................ 103 Fig. 117 – Distinção dos layers, representação 2D ............................................................................. 103 Fig. 118 – Diferenciação dos layers, representação 3D ..................................................................... 104 Fig. 119 – Representação dos sólidos ................................................................................................ 104 Fig. 120 – Representação da malha de elementos finitos e dos apoios ............................................. 105 Fig. 121 – Resistência à compressão [44] .......................................................................................... 106 Fig. 122 – Representação do peso próprio do betuminoso ................................................................ 106 Fig. 123 – Esquematização do veículo [44]......................................................................................... 107 Fig. 124 – Representação das cargas do veículo ............................................................................... 108 Fig. 125 – Representação das cargas do metro ................................................................................. 108 Fig. 126 – Gráfico representativo da variação das tensões induzidas pelo veículo rodoviário .......... 111 Fig. 127 – Gráfico representativo da variação das tensões impostas pelo veículo metro .................. 111 Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway ÍNDICE DE TABELAS Tabela 1 – Fator de material do vão ..................................................................................................... 42 Tabela 2 – Fator do material de enchimento ........................................................................................ 42 Tabela 3 – Fator de espessura das juntas ............................................................................................ 42 Tabela 4 – Factor de profundidade de juntas ....................................................................................... 43 Tabela 5 – Fator de qualidade da argamassa ...................................................................................... 43 Tabela 6 – Características geométricas .............................................................................................. 100 Tabela 7 – Fatores de modificação ..................................................................................................... 100 Tabela 8 – Restantes fatores .............................................................................................................. 100 Tabela 9 – Carga máxima em toneladas ............................................................................................ 101 Tabela 10 – Carga máxima em kN...................................................................................................... 101 Tabela 11 – Cargas por bogie em kN ................................................................................................. 102 Tabela 12 – Conclusões da comparação ............................................................................................ 102 Tabela 13 – Caracterização dos materiais .......................................................................................... 105 Tabela 14 – Tensão máxima em função do caso ............................................................................... 108 Tabela 15 – Tensões máximas para cada valor de rigidez ................................................................ 110 Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 1 INTRODUÇÃO 1.1. CONTEXTUALIZAÇÃO LUAS, que em irlandês significa velocidade, é um tram que serve a cidade de Dublin, a capital da República da Irlanda. A ideia da sua construção surgiu em 1994 num relatório da Dublin Transportation Inniciative que referia a primeira rede de metro que serviu a cidade. Essa antiga rede unia várias partes da cidade numa extensão de 60 km. Na sequência deste relatório, a empresa de transportes públicos da Irlanda, Córas Iompair Éireann, foi convidada a estudar diferentes hipóteses para essa nova rede. O início das obras foi bastante demorado, uma vez que o governo levantou diversos entraves para a existência de obras subterrâneas no centro da cidade. Assim, em 2001 foi criada uma agência governamental independente, a Procurement Agency Railway, que ficou responsável pelo desenvolvimento da rede do LUAS. As suas obras começaram então em Março de 2001, com as ligações entre Tallaght e Connolly (linha vermelha com 23 estações) e Sandyford e St. Stephen’s Green (linha verde com 13 estações) [1]. As obras da linha verde terminaram em Junho de 2004 e as da linha vermelha em Setembro do mesmo ano. Com o aumento da população e o desenvolvimento dos arredores do centro da cidade, era necessário aumentar as linhas existentes. Assim, entre 2009 e 2011 as linhas foram aumentadas, passando a linha vermelha a operar entre The Point e Saggart ou Tallaght e a verde entre Brides Glen e St. Stephen’s Green, como é possível observar na Fig. 1. Fig. 1 – Mapa do tram em Dublin [2] Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 8 Fig. 5 – Elementos constituintes de uma ponte em arco [9] Seguidamente descrevem-se as funções e as características principais de cada elemento. 2.2.1. PAVIMENTO OU TABULEIRO É sobre o tabuleiro que são descarregadas a maioria das cargas a que a ponte está sujeita. Estas cargas podem ser:  Verticais: o Peso próprio; o Sobrecargas rodoviárias ou ferroviárias; o Neve; o Sobrecarga nos passeios.  Horizontais: o Sismo; o Vento; o Frenagem. Para além de forças aplicadas, podem atuar na ponte ações que introduzem deformações nos elementos estruturais, como a variação da temperatura e assentamentos de apoio. Este elemento estrutural tem como função facilitar a circulação na ponte, receber as cargas e transmiti- -las para o material de enchimento. Numa grande parte das pontes de alvenaria antigas, devido às intervenções que já foram realizadas, não se consegue ver o pavimento original, sendo que geralmente é observada uma camada constituída por material betuminoso. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 9 2.2.2. MATERIAL DE ENCHIMENTO O material de enchimento é colocado no espaço existente entre os pilares e os muros de tímpano e sobre os arcos e tem como principal função completar a forma da ponte, constituindo a via de atravessamento, e transmitir as cargas do tabuleiro para os arcos e os muros de tímpano. Os impulsos horizontais que o material de enchimento exerce nos muros de tímpano podem ser estimados através da determinação do impulso ativo. Geralmente, este elemento é constituído por materiais soltos de granulometria extensa (desde elementos grossos a elementos finos) de modo a diminuir a existência de vazios. No entanto, em alguns casos o material de enchimento pode ser igual ao que constitui os muros de tímpano, como é o caso da Ponte Aemilius, representada na Fig. 6. Fig. 6 – Pormenor do material de enchimento da Ponte Aemilius [9] As características do material de enchimento, em conjunto com o confinamento conferido pelos arcos e muros de tímpano, influenciam o seu comportamento na degradação das cargas que lhe são transmitidas [10]. A diminuição da rigidez do material de enchimento implica uma menor degradação das cargas, enquanto que o seu confinamento conduz a uma melhor degradação das mesmas. O modo como ocorre a degradação das cargas é função da altura do material de enchimento. A zona do material de enchimento pode ser reforçada com segundos muros de tímpano com o intuito de reduzir os impulsos horizontais transmitidos e estabelecer um sistema de distribuição de cargas alternativo. 2.2.3. MUROS DE TÍMPANO Os muros de tímpano correspondem aos paramentos verticais exteriores sobre os arcos, os pilares e os encontros. Têm como função servir de cofragem perdida para o material de enchimento, resistir aos impulsos horizontais que este lhes transmite e encaminhar esses esforços para os arcos e os pilares. De modo a resistir melhor aos impulsos horizontais, estes elementos podem ser inclinados ou apresentar degraus de diferentes espessuras. Como é percetível, os esforços horizontais são maiores na base, logo é de esperar que o muro de tímpano seja mais espesso na base. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 10 No caso da Ponte de Vilar de Mouros, representada na Fig. 7, os muros de tímpano apresentam algumas aberturas, os olhais, que têm como objetivo aumentar a secção de vazão da ponte, de modo a diminuir os estragos em caso de cheias. Fig. 7 – Olhais na Ponte de Vilar de Mouros [11] Nas pontes cujos arcos têm vãos elevados, de modo a diminuir as cargas que lhes são transmitidas, os muros de tímpano apresentam aberturas que correspondem a arcos secundários, como é o caso da Ponte de Drizes, Fig. 8. Fig. 8 – Arcos secundários na Ponte de Drizes [12] Estes elementos podem ser considerados elementos estruturais de grande rigidez que funcionam como se fossem vigas altas. A sua elevada rigidez na direção longitudinal contribui para a estabilização dos arcos ao restringir os deslocamentos do extradorso na direção dos muros de tímpano. Na direção transversal, os muros de tímpano resistem aos impulsos horizontais que posteriormente são transmitidos aos arcos. 2.2.4. ARCOS Os arcos são os elementos que materializam os vãos e sobre os quais se apoia a estrutura que permite a ligação entre as duas margens. Têm como função encaminhar as cargas (aplicadas no tabuleiro) para os pilares e fundações. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 11 Quanto à forma, estes elementos podem ser classificados como [13], [14] (ver Fig. 9):  Semicirculares – ou de volta inteira ou perfeita. O conhecido arco romano. Não é aconselhável para vãos muito grandes;  Segmentado;  Parabólico – é a forma mais adequada a nível estrutural uma vez que tem a mesma forma que o diagrama de momentos (no caso de cargas uniformemente distribuídas). Esta igualdade permite eliminar as tensões de flexão;  Ogival – característico da Era Medieval com justificação religiosa, estilo gótico;  Semielíptico – pode ser usado tanto para grandes como para pequenos vãos;  Abatido – ou arco multi-raio. Fig. 9 – Tipologias dos arcos [14] O arco consiste num corpo solidário de pedras talhadas, as aduelas, apoiadas em sequência desde a pedra colocada no arranque até à pedra de fecho (situada no cume do arco). Fig. 10 - Arco Este sistema arquitetónico foi inventado no século III aC e tem como principal vantagem o facto de descarregar todo o peso que nele é aplicado nos pilares. Este elemento funciona essencialmente à compressão. A sua superfície interna é denominada de intradorso e a externa de extradorso. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 12 2.2.5. PILARES E ENCONTROS Os pilares e os encontros correspondem aos apoios dos arcos e têm como função encaminhar as ações, tanto aquelas que os arcos lhes transmitem, como as que lhes são diretamente aplicadas (vento e ação do escoamento) para as fundações. A sua secção é, maioritariamente, retangular. Os pilares são, geralmente, protegidos das ações erosivas do escoamento através de talhantes e quebrantes. Os talhantes encontram-se a montante e normalmente apresentam secção triangular, enquanto os quebrantes se localizam a jusante e têm secção retangular. Em pontes antigas, estes elementos de proteção eram construídos alguns anos após a construção da ponte. Como exemplo, podemos observar na Fig. 11 a Ponte da Lagoncinha em Braga, que apresenta talhantes triangulares e quebrantes retangulares. Como se trata de uma ponte antiga, estes elementos foram construídos alguns anos após a sua construção. Fig. 11 – Pormenores do quebrante e do talhante, respetivamente, da Ponte da Lagoncinha [9] Os talhantes e os quebrantes têm como função encaminhar a corrente do rio de modo a reduzir a pressão sobre os pilares a montante e proteger da sucção a jusante. Para além de proteção, estes elementos aumentam a rigidez da ponte. 2.2.6. FUNDAÇÕES As fundações têm como função transmitir as cargas da superestrutura para o maciço de fundação. Existem vários tipos de fundações, sendo as mais comuns as fundações diretas materializadas por sapatas isoladas ou contínuas e as fundações indiretas através de poços e pegões [10]. 2.2.7. GUARDAS LATERAIS As guardas laterais não são elementos estruturais, mas têm um papel importante na conservação da ponte. Estes elementos têm como função a proteção dos peões aquando da sua circulação na ponte e dos veículos no caso de ocorrerem pequenos embates. Estes elementos podem ser em alvenaria, madeira ou metálicas, sendo que as primeiras são as mais comuns. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 13 2.3. FUNCIONAMENTO ESTRUTURAL O mecanismo funcional de transmissão de cargas gravíticas nas pontes em arco é bastante diferente na direção longitudinal e na direção transversal. Na direção longitudinal, o comportamento da ponte é determinado pelo funcionamento do arco relativamente às cargas transmitidas pelo material de enchimento e pelos muros de tímpano, ver Fig. 12. Fig. 12 – Esquema do comportamento na direção longitudinal [9] Na direção transversal, as cargas que são aplicadas no tabuleiro são transmitidas para os muros de tímpano através dos impulsos horizontais, ver Fig. 13. Estes impulsos atuam na direção perpendicular ao plano dos muros. Assim, o comportamento é determinado pela interação entre o material de enchimento, os muros de tímpano e os arcos, mas também pela ligação entre estes elementos. Fig. 13 – Esquema do comportamento na direção transversal [9] A maioria das cargas aplicadas à estrutura são diretamente transmitidas para o arco, pelo que, dado o seu material constituinte (pedra), a sua geometria deve ser escolhida de modo a garantir que o esforço axial de compressão seja o esforço predominante, o que lhe vai conferir uma elevada capacidade portante. Verifica-se que, os arcos de alvenaria têm uma reduzida resistência a esforços de tração, pelo que a eficácia do seu funcionamento depende da capacidade de distribuição de cargas do material de enchimento, da importância das cargas pontuais em comparação com a das cargas permanentes e da capacidade de serem mobilizadas as reações horizontais nos apoios [15]. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 14 No que diz respeito ao pavimento, este pode ser o de origem ou ter sido reforçado com uma laje. No caso de ter sido reforçado, o seu comportamento deve ser tido em conta uma vez que restringe o movimento para fora do plano dos muros de tímpano e, devido à sua elevada rigidez, a sua espessura influencia a degradação das cargas. O ângulo do cone de degradação das cargas é dependente do tipo de material de enchimento, do seu grau de compactação e da sua rigidez: à medida que a rigidez do solo diminui, o cone de degradação das cargas fica menos amplo, ou seja, a probabilidade de rutura aumenta, dada a concentração localizada de elevadas tensões verticais. [9]. Tal como referido anteriormente, os muros de tímpano podem ser considerados vigas altas de elevada rigidez. Na direção longitudinal, essa rigidez contribui para a estabilização do arco ao restringir os seus deslocamentos. Na direção transversal, os muros de tímpano resistem aos impulsos horizontais e transmitem-nos para os arcos. Segundo [9], foi realizado um ensaio experimental, em modelo físico, com o intuito de avaliar a evolução do deslocamento máximo a meio vão com a evolução da carga aplicada a meio vão até à rutura, em quatros modelos diferentes: 1. Ponte completa com arcos, material de enchimento, muros de tímpano e encontros; 2. Ponte completa com arcos, material de enchimento e muros de tímpano; 3. Arco com material de enchimento; 4. Arco Deste ensaio foi possível retirar algumas conclusões, sendo que a mais importante foi que o valor da carga última obtida para os modelos 1, 2 e 3 foi entre 3 e 12 vezes superior ao valor mínimo obtido para o modelo 4. Esta conclusão permite evidenciar o efeito rigidificador dos muros de tímpano. Estas informações permitem concluir que o funcionamento global de uma ponte constituída por pavimento, material de enchimento, muros de tímpano, arcos, pilares e fundações é determinado pelo material que os constitui. Material esse que normalmente é de granulometria extensa no material de enchimento e alvenaria nos restantes elementos. Mas o funcionamento de uma ponte também é condicionado pela interação entre os elementos que a constituem. Assim, só após o conhecimento profundo de todas as características de todos os constituintes de uma obra de arte é que se pode proceder à avaliação do seu comportamento. Para conhecer detalhadamente as suas características, é importante saber em que período histórico a ponte se insere, de modo a facilitar o conhecimento das técnicas implementadas na sua construção. 2.4. BREVE HISTÓRIA DAS PONTES DE ALVENARIA 2.4.1. INTRODUÇÃO Ao longo dos tempos, tem-se vindo a designar por Obra de Arte todas as obras especiais de vias de comunicação, tais como pontes, viadutos, pontões, que em tempos eram projetadas por artificies que, utilizando a sua grande intuição e conhecimento empírico, idealizaram obras que hoje em dia são inquestionavelmente autênticas Obras de Arte [16]. As pontes em arco trabalham por transferência direta do seu peso e das suas cargas num impulso restringido pelos encontros em ambos os lados do arco. Os arcos são estruturas bastante fortes que têm Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 15 tendência para se tornarem ainda mais rígidos quando carregados, devido à capacidade que a pedra apresenta em resistir a esforços de compressão. Deste modo, os arcos das pontes em alvenaria são construídos de modo a estarem sempre sujeitas a esforços de compressão. As pontes foram sempre o elemento primordial no desenvolvimento da civilização e da cultura dos povos e, sobretudo, no intercâmbio entre os mesmos [9]. Com o decorrer dos anos, as soluções utilizadas para transpor os obstáculos evoluíram com o intuito de se tornarem mais seguras, duradouras e arrojadas. As primeiras pontes de que há registo surgiram de modo natural, causadas pela queda de troncos e pedra, como é exemplo a Ponte d’Arc em Ardèche, França apresentada na Fig. 14. Fig. 14 – Ponte d’Arc [17] Posteriormente, as primeiras pontes construídas pelo Homem eram constituídas por troncos e pedras, tipo de pontes conhecido como as Clapper Bridges, podendo observar um exemplo na Fig. 15. Estas pontes eram formadas por grandes lajes de granito ou xisto suportadas em pedras ou pousadas nas margens dos rios. Os materiais eram dispostos de modo a garantir a passagem pelo obstáculo, mas sem grandes preocupações de estética. Fig. 15 – Exemplo de uma Clapper Bridge, a Postbridge em Inglaterra [18] Segundo [17], a maioria das pontes pré-históricas desapareceu com o decorrer dos anos, não só por motivos que englobam a sua fragilidade estrutural, mas também devido a causas naturais como cheias, elevadas correntes dos rios ou fogo. Para além disso, algumas delas também podem ter sido destruídas pelo Homem, com o intuito de construir no seu local estruturas mais resistentes e duradouras. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 16 Em Portugal ainda existem algumas pontes bastante antigas, como é o caso das Poldras, ver Fig. 16. Fig. 16 – Exemplo de uma Ponte Poldra [19] Com o decorrer dos anos e o desenvolvimento das civilizações, as pontes sofreram inúmeras evoluções construtivas nas épocas romana, medieval, renascentista e clássica. Até ao final do século XVIII, as pontes eram construídas em alvenaria ou madeira. Com a revolução industrial, no século XIX, começaram a ser contruídas em ferro fundido e aço. Mas a maior evolução foi quando surgiu o betão, no início do século XIX, e o betão pré-esforçado em 1938. Estes novos materiais permitiram aumentar substancialmente o desempenho mecânico da ponte, diminuir os custos de mão-de-obra e realizar a construção das pontes de modo mais célere. Assim, a construção de pontes em alvenaria é praticamente inexistente nos dias de hoje. Para além do surgimento dos novos matérias, também foram desenvolvidas novas técnicas estruturais e construtivas. Com o desejo de superar o recorde anterior, desenvolvem-se novas técnicas cada vez mais frequentemente. Atualmente, a Ponte Chaotianmen, Fig. 17, é a ponte em arco metálico com maior vão a nível mundial, 552m. Fig. 17 – Ponte Chaotianmen [20] 2.4.2. O PROBLEMA DA DATAÇÃO É frequente dizer-se que uma ponte em arco de pedra é uma ponte Romana. Não será exagero, no entanto, afirmar que apenas cerca de 10% das supostas pontes Romanas no território português podem de facto ser consideradas memórias desta civilização [4]. Esta confusão pode ser causada por dois Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 17 motivos: apesar de as pontes serem mais recentes, estas foram construídas segundo as mesmas técnicas, com o mesmo traçado e o mesmo estilo ou, então, porque se tratam de reconstruções de pontes antigas. Mas o problema da datação pode ser mais complexo do que aparenta. A reduzida evolução das técnicas construtivas até ao século XX é uma das várias justificações possíveis para esta confusão. Outro motivo pode ser o facto de a maioria das pontes em alvenaria estarem localizadas ao longo de ruas romanas, o que dificulta a determinação da diferenciação entre as pontes originais do Império Romano, as pontes que sofreram obras de reconstrução ou obras construídas na Idade Média. Qual será então o fascínio que estas pontes provocam no Homem, para que este as queira conservar? Pois que para além de as conservar, a humanidade tem tratado delas de modo a que assegurem as exigências atuais com o intuito de continuar a servir o mundo geração após geração. E, principalmente, todos os trabalhos de conservação efetuados têm mantido a sua aparência estética e arquitetónica, garantindo assim o seu valor cultural. 2.4.3. DA PRÉ-HISTÓRIA ATÉ À ERA ROMANA Tal como já foi mencionado anteriormente, as primeiras pontes construídas pelo Homem eram constituídas pelos materiais disponíveis na natureza dispostos de forma aleatória. Com o aumento do tipo de vida sedentária, apareceu a necessidade de construir pontes mais robustas e resistentes, como as pontes de laje de pedra. Há registos que indicam que as primeiras estruturas em arco surgiram na Mesopotâmia e no Egipto no ano 4000 aC e, mais tarde, na Pérsia e na Grécia, no ano 500 aC. No entanto, segundo [17], a ponte mais antiga em arco de pedra que ainda existe nos dias de hoje situa-se sobre o Rio Meles, na Turquia, e está datada do ano 850 aC, ver Fig. 18. Fig. 18 – Ponte de Caravana, Turquia Devido ao seu elevado peso e à diminuta resistência a esforços de tração e flexão, as pontes de laje de pedra foram sendo substituídas pelo arco de volta perfeita. A sua construção requeria elementos mais pequenos que eram sustidos pela força de compressão causada pelo seu peso próprio (efeito de arco). O aparecimento deste método permitiu a construção de pontes com maior vão, pois não necessitavam de elementos únicos para a sua construção. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 24 Ainda que frequentemente se note a presença de cal hidráulica nas pontes medievais, a falta do cimento pozolânico implica a renomeação da pedra como elemento fundamental. A não presença de argamassa favorece o comportamento por gravidade do arco [17] e tem implicações negativas a nível de resistência ao esforço transverso e de coesão interna. Para resistir melhor às ações das correntes, as pontes medievais dispõem de contrafortes que aumentam a rigidez da estrutura e reforçam os apoios entre os arcos. 2.4.6. ÉPOCA MODERNA Devido principalmente à lógica construtiva e não à vontade de regresso às origens renascentistas, as pontes construídas na Época Moderna aproximam-se mais das pontes romanas. O arco medieval de volta quebrada volta a dar lugar ao arco semicircular. Esta mudança é motivada pelo uso de uma nova argamassa, à base de cal hidráulica, que retira o privilégio do comportamento por gravidade/compressão. O resultado eram pontes mais resistentes e flexíveis, que permitem a construção de arcos com vãos maiores e pilares mais esbeltos. Com os ensinamentos do mestre Perronet, a construção e o projeto de pontes em arco de alvenaria sofreram grandes desenvolvimentos. Mas devido à Revolução Industrial no século XIX e ao aparecimento da rede ferroviária como via de comunicação, os produtos provenientes de siderurgias, como o ferro e o aço, tornaram-se mais competitivos. Houve nesta época grandes avanços científicos e tecnológicos usados na construção metálica. A primeira ponte metálica construída no mundo foi a Ironbridge, de 1779, em Inglaterra, ver Fig. 31. Esta ponte tem algumas características especiais, nomeadamente o facto de o único arco que tem ser constituído por cinco arcos semicirculares paralelos. Fig. 31 – Ironbridge [30] Independentemente da novidade dos materiais siderúrgicos, as pontes em alvenaria continuaram a ser as prediletas para pontes ferroviárias devido à sua elevada rigidez, pois transmitiam uma sensação de maior segurança. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 25 Ao mesmo tempo que acontecem estes avanços, é descoberto outro material novo, o betão, no final do século XIX. Assim, a primeira ponte em betão armado surge em 1873, de Joseph Monier, representada na Fig. 32. Fig. 32 – Primeira ponte em betão armado Umas das obras de arte em alvenaria mais bela é o Viaduto de Goltzsch, construído em 1845 na Alemanha. Este viaduto, constituído por 98 arcos, foi considerado durante muitos anos a oitava maravilha do mundo [5], ver Fig. 33. Fig. 33 – Viaduto de Goltzsch [31] Com o contínuo crescimento da importância das vias ferroviárias, foi necessário aumentar a construção de viadutos que permitissem a passagem das ferrovias. Com esse objetivo, os engenheiros começaram a projetar pontes mais ousadas, principalmente a nível dos pilares, que começaram a ser cada vez mais esbeltos. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 26 Um exemplo é a Ponte do Vale de Bietigheim Enz, na Alemanha, ver Fig. 34. Este viaduto foi construído em 1853 e tem uma característica muito peculiar: os pilares têm 36m de comprimento e uma secção quadrangular de 2m de lado. Fig. 34 – Ponte do Vale de Bietigheim Enz, Alemanha No início do século XX, devido à concorrência das pontes metálicas e de betão armado, o domínio das pontes de alvenaria começa a diminuir. O custo dos materiais e o desaparecimento dos cantoneiros de pedra faz com que as pontes em pedra comecem a ser preteridas em relação às metálicas e às de betão armado. Em Portugal, foram construídas várias pontes em alvenaria até metade do século XX. Um dos exemplos é a Ponte Duarte Pacheco, representada na Fig. 35, construída em 1941 sobre o Rio Tâmega, com três arcos semicirculares com 40m de vão. Fig. 35 – Ponte Duarte Pacheco [17] Com o decorrer dos anos, não foram só os materiais, as ferramentas e as exigências regulamentares e ambientais que evoluíram, os métodos construtivos também. Um dos que mais evoluiu foi o cimbre, que se tornou cada vez mais complexo. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 27 Um dos exemplos da sua elevada complexidade é o cimbre usado na construção da Ponte Duarte Pacheco. Representado na Fig. 36. Fig. 36 – Cimbre utilizado na Ponte Duarte Pacheco [17] Na Época Moderna, a aprendizagem empírica dá lugar a um pensamento mais teórico, exigindo conhecimentos matemáticos e de geometria. Conceber e projetar uma ponte exigia uma conceção mais cuidada, que recorria sistematicamente a desenhos. 2.5. CONCLUSÃO As pontes romanas, medievais e modernas que chegaram até aos dias de hoje são responsabilidade nossa. Assim, as pontes que ainda podem ser úteis para a população atual devem ser preservadas, devido ao seu elevado valor patrimonial, e adaptadas às novas exigências. Várias obras de arte antigas pertencem ao sistema viário atual e como é de conhecimento geral, as cargas ferroviárias e rodoviárias têm sofrido aumentos significativos, tanto com o aumento do peso como com o aumento das dimensões. Estes acréscimos exigem estruturas mais resistentes e mais largas que aquelas que foram previstas para o atravessamento de carroças e cavalos [4]. Com o intuito de se obter o conhecimento sobre as técnicas construtivas empregues e as características gerais da estrutura, há uma grande importância em atribuir às pontes de alvenaria uma época específica. Essa datação torna-se ainda mais relevante quando é necessário recorrer a trabalhos de manutenção e/ou reforço de modo a garantir a escolha do método mais adequado para cada obra de arte. A melhor opção é sempre a que conduz à menor intervenção de modo a respeitar o máximo possível a conceção inicial. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 28 Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 29 AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE RESISTENTE 3.1. EVOLUÇÃO DO CONHECIMENTO DO COMPORTAMENTO DE ARCOS DE ALVENARIA 3.1.1. INTRODUÇÃO Durante muitos anos, a construção de pontes em arco de alvenaria foi levada a cabo pelo método da tentativa e erro, que permitiu a criação de um conjunto de regras básicas que se deveriam considerar. As respostas à maioria das questões que eram colocadas durante a conceção de uma ponte eram reunidas e condensadas sob a forma de tratados. Estes documentos circulavam em meios restritos, com o intuito de assegurar a passagem dos conhecimentos de geração em geração, pelos mestres construtores, ou postulados em tratados de arquitetura, como por exemplo os tratados de Vitrúvio (101-44 aC), Plínio (23-70 dC) e Vegécio (385-400 dC) e o livro dos apontamentos de Villard de Honnecourt datado de 1235 [10]. No entanto, foi nos séculos XVII e XVIII que o conhecimento científico relativo às pontes em arco de alvenaria começou a aumentar. As maiores preocupações no dimensionamento das pontes em arco de alvenaria residiam principalmente nos arcos, mais propriamente na sua geometria e na determinação do caminho das cargas (linha de impulsos). É sabido que o colapso dos arcos não ocorre por esmagamento das unidades de alvenaria, uma vez que o valor das tensões máximas a que estão sujeitas é bastante reduzido quando comparado com a sua resistência, nem por deslizamento das aduelas. O colapso ocorre devido à falta de equilíbrio, ou seja, quando a linha de impulsos não se situa na secção transversal do arco. Foram vários os autores que realizaram trabalhos e estudos com o intuito de aprofundar o conhecimento nesta área. Seguidamente, são explicitados alguns desses trabalhos segundo [10] e [5]. 3.1.2. LEON BASTTISTA ALBERTI (1452) Alberti criou o primeiro documento onde era explicado o comportamento estrutural do arco. Este documento realçava a importância da distribuição da massa para que o arco fosse estável. Após vários estudos, propôs valores para diversas proporções (Fig. 37):  Limite de esbelteza, ao admitir que a largura do pilar deve ser ¼ da sua altura;  Admite que o vão do arco deve estar compreendido entre 4 e 6 vezes a largura do pilar; Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 30  A espessura do arco deve ser 1/10 do seu vão. Fig. 37 – Representação das relações propostas por Alberti [5] 3.1.3. LEONARDO DA VINCI (1452-1519) Da Vinci realizou o primeiro esboço do estudo mecânico dos arcos onde é possível visualizar a identificação dos mecanismos de colapso por formação de rótulas ou articulações. Em 1967 foram encontrados manuscritos que colocam a hipótese de que Leonardo da Vinci planeava editar um tratado de arquitetura onde utilizava linguagem mais clara, sendo mais preciso e meticuloso [32]. Segundo [5], estes documentos tiveram pouca influência nas construções, dado que os conhecimentos eram transmitidos oralmente pois os construtores, pessoas pobres e do povo, não poderiam adquirir livros técnicos. Os conhecimentos consistiam em regras ou normas que, devido à falta de rigor, de verificações e de justificações não poderiam ser escritos. 3.1.4. ROBERT HOOKE (1675) Hooke enunciou o seguinte teorema “Da mesma forma que se suspende um fio flexível, também assim, mas invertido, se susterá um arco rígido”, apesar de não ter apresentado qualquer tipo de justificação matemática que sustente este teorema. Aparece assim a noção de catenária invertida, representada na Fig. 38. Fig. 38 – Modelo da catenária invertida [10] 3.1.5. PHILIPPE DE LA HIRE (1712) La Hire estudou o comportamento mecânico dos arcos e das abóbadas, aplicando conceitos de estática. Afirmou que “…o mecanismo através do qual o arco poderia colapsar era constituído por cunhas Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 31 deslizantes, que, por ação do seu peso próprio, fariam deslocar a parte superior do arco…empurrando os encontros para o exterior”. Nos seus estudos ignorou o efeito de atrito entre as aduelas e considerou que as juntas de escorregamento existiam em secções distanciadas de aproximadamente meia distância entre os encontros e a aduela de fecho, reduzindo o estudo do arco ao equilíbrio dos três corpos rígidos resultantes, representados na Fig. 39. Fig. 39 – Representação do mecanismo de rutura proposto por La Hire [10] 3.1.6. PIERRE COUPLET DE TARTREAUX (1729) Couplet apresentou duas memórias que incluíam estudos sobre o comportamento estrutural dos arcos. Na sua primeira memória, estudou as linhas de impulso baseando-se na hipótese de atrito nulo entre as aduelas, hipótese já considerada anteriormente por La Hire. Na sua segunda memória, admitiu que o atrito entre as aduelas é o suficiente para que não ocorra o deslizamento. Considerou também que as unidades de alvenaria estão sujeitas a níveis de tensão normal suficientemente baixos, o que permite desprezar o perigo de colapso das unidades de alvenaria por compressão. Considerou ainda que o nível de resistência à tração era bastante reduzido. Ou seja, teve em consideração as três premissas que permitem a aplicação da teoria da análise plástica: 1. A alvenaria não resiste a esforço de tração; 2. Os níveis de tensões nas unidades de alvenaria são tão reduzidos que se pode considerar resistência à compressão infinita; 3. Não existe deslizamento entre aduelas contíguas. Justificou a aplicabilidade da teoria da análise plástica de duas formas:  Estática – existindo uma linha de impulso localizada dentro da espessura do arco que se encontre em equilíbrio com o peso próprio e as cargas, o arco não colapsa;  Cinemática – um arco é instável quando a linha de impulso passa alternadamente em pontos do extradorso e do intradorso do arco. Com estas considerações, Couplet preocupou-se em determinar a espessura mínima de um arco semicircular sujeito apenas ao seu peso próprio. Estas hipóteses foram comprovadas por Danysy em 1732 através da realização de ensaios em modelos reduzidos. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 32 3.1.7. JEAN-RODOLPH PERRONET (1768) Ao contrariar as regras estabelecidas até à data, este engenheiro francês do século XVIII revolucionou o projeto e a construção de pontes. Perronet, na construção da Ponte de Neuilly, reduziu as dimensões dos pilares para 1/11 do vão e construiu os cinco arcos em simultâneo de modo a tirar partido da compensação ao nível de cada pilar dos impulsos horizontais provenientes dos arcos adjacentes. Melhorou as técnicas de descimbramento dos arcos e estabeleceu uma relação para determinar a espessura dos arcos: Le  035,0325,0 (1) onde e representa a espessura do arco e L o seu vão. Em 1750, o engenheiro francês elaborou umas tabelas de cálculo de pontes em arco semicircular e arco de três centros, que tiveram uma grande propagação entre todos os engenheiros durante a segunda metade do século XVIII. 3.1.8. CHARLES AUGUSTIN DE COULOMB (1773) Coulomb, físico e engenheiro francês, elaborou um documento onde juntou todos os conhecimentos existentes sobre pontes em arco de alvenaria, que se tornou uma referência a nível histórico e científico. Defendeu a teoria de que “…a rugosidade é frequentemente tão elevada nos materiais que se usam na construção dos arcos de alvenaria, que as aduelas nunca podem deslizar umas sobre as outras…”, ou seja, o atrito entre as aduelas é o suficiente para que o colapso não ocorra por deslizamento. Assim, pôde-se concluir que só pode ocorrer o colapso através da formação de um número suficiente de rótulas alternadas entre o intradorso e o extradorso do arco. Os seus estudos permitiram concluir que, para além de ser necessário verificar o escorregamento relativo das aduelas, também era preciso averiguar se existia ou não a possibilidade de ocorrer rotação relativa entre as aduelas. 3.1.9. TRANSIÇÃO ENTRE O SÉCULO XVIII E O SÉCULO XIX Até ao século XVIII, todas as teorias sobre arcos de alvenaria eram baseadas em análises efetuadas em arcos existentes. Embora existissem grandes avanços no estudo das pontes de alvenaria, os projetistas e os construtores pouca importância lhes davam. A sua forma de trabalhar permaneceu inalterada e estruturada em fórmulas empíricas, passadas de geração em geração, que se baseavam em proporções geométricas. Estas proporções eram bastante fidedignas uma vez que tinham sido aplicadas em pontes que tinham sido construídas vários anos antes. Assim, é possível concluir que no final do século XVIII o comportamento dos arcos de alvenaria ainda não estava completamente compreendido. O início do século XIX mostra uma tentativa diferente de abordagem a esta problemática. Com o desenvolvimento de ciências como a Resistência dos Materiais e tirando partido da Teoria da Elasticidade dos Corpos Sólidos apresentada nesta altura, os arcos deixaram de ser estudados com uma estrutura particular sujeitos a mecanismo de colapso característicos e passaram a ser estudados através da Teoria da Elasticidade [5]. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 33 3.1.10. CLAUDE NAVIER (1826) A paternidade da nova ciência intitulada “Resistência dos Materiais” foi atribuída a este engenheiro francês. Navier criou a primeira teoria geral sobre a elasticidade dos corpos sólidos. Introduziu o conceito de núcleo central, propôs a utilização da Teoria da Elasticidade para o dimensionamento dos arcos de alvenaria e propôs também uma lei linear de distribuição de tensões ao longo da altura da secção. 3.1.11. JEAN VICTOR PONCELET (1835) Poncelet desenvolveu métodos de cálculo gráfico, baseando-se na geometria descritiva de Gaspar Monge. Foi o primeiro a reconhecer que os métodos gráficos, por serem mais expeditos que os analíticos, ofereciam uma aproximação mais do que suficiente. Engenheiro e matemático francês, introduziu através da investigação de métodos gráficos alguns progressos na análise dos arcos; sendo uma delas a possível determinação da secção de rutura. 3.1.12. E. MÉRY (1840) Méry desenvolveu um método gráfico baseado nos estudos de Navier e de Moseley, considerando a formação de um mecanismo de três rótulas no arco, ver Fig. 40: uma na aduela de fecho e duas simétricas em relação ao eixo central. Admitiu também que a linha de impulso deve estar contida no terço central da espessura do arco (núcleo central de uma secção retangular), sendo coincidente com os limites nas secções de colapso. Fig. 40 – Mecanismo de três rótulas [10] 3.1.13. ALFRED JOHN PIPPARD (1948) Pippard, com o intuito de aprofundar as metodologias de cálculo, realizou vários ensaios em modelos de arcos com aduelas de aço e concluiu que basta uma pequena deformação para que estes possam ser estaticamente determinados. Em 1948, desenvolve uma metodologia de análise elástica que se baseia nos teoremas de Castigliano para o estudo de arcos de alvenaria. O seu extenso trabalho baseado simultaneamente na análise elástica e na análise plástica para a formação de mecanismos de rutura permitiu-lhe afirmar que existe uma grande reserva de resistência quando se “obriga” a linha de pressões a passar dentro do terço central da secção [32]. Elaborou várias tabelas para arcos parabólicos utilizando como parâmetros variáveis a carga, a espessura e o vão do arco e a diferença de cota entre o pavimento e o extradorso da aduela de fecho. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 40 3.3.2.1. Método MEXE O método MEXE (Military Engineering Experimental Establishment), que se enquadra nos métodos elásticos, foi desenvolvido durante a segunda guerra mundial, tendo como objetivo uma avaliação rápida da capacidade de carga das pontes existentes com a finalidade de permitir a passagens das colunas militares em segurança. O método MEXE modificado pode ser usado para estimar a capacidade de carga de pontes em arco cujo vão seja inferior a 18m. Nos casos em que o vão se encontra entre 12m e 18m, este método é extremamente conservativo [33]. Uma característica muito importante deste método é que a contribuição dos muros de tímpano para a capacidade de carga da ponte é completamente desprezada. Este método tem como base alguns pressupostos:  Arcos de forma parabólica;  Nos arcos construídos com pedra de boa qualidade, a relação entre o vão e a flecha deve ser igual a 4;  Juntas fechadas e ausência de fissuração. As variáveis que influenciam este método encontra-se indicadas na Fig. 46. Fig. 46 – Representação das variáveis: L – vão, rc – flecha, rq – flecha para ¼ de vão, d – espessura do arco, h – distância entre o topo do arco e o pavimento [23] No método MEXE modificado, a carga máxima, por eixo, (PAL – provisional axle loading – em toneladas) é calculada com recurso a uma fórmula semi-empírica, tem um limite superior e é alterada por fatores de modificação e pelo fator de condição geral. Este método é bastante conservativo, isto é, o valor da capacidade resistente obtido é bastante inferior ao real. 70 )(740 3,1 2  L hd PAL (3) Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 41 Fatores de modificação:  Fsr – fator de vão/flecha, tem em consideração a diminuição da resistência para arcos abatidos. Este fator assume valor unitário nos casos em que a relação entre o vão e a flecha é menor que 4. Fig. 47 – Fator de vão-flecha [33]  Fp – fator de perfil, tem em consideração a diminuição da resistência dos arcos elípticos ou circulares em relação aos arcos parabólicos. Nos casos em que a razão rq/rc toma valor igual ou inferior a 0,75, este fator assume valor unitário. Fig. 48 – Fator de perfil [33] 6,0 3,2        rc rqrc Fp (4) Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 42  Fm – fator de material, tem em consideração as propriedades mecânicas do material que constitui os arcos e do material de enchimento.     hd hFfdFb Fm    (5) Tabela 1 – Fator de material do vão Fb Granito 1,5 Arenito 1,4 Betão 1,2 Calcário 1,0 Alvenaria em más condições 0,7 Tabela 2 – Fator do material de enchimento Ff Betão 1,0 Argamassa 0,9 Material bem compacto 0,7 Material fraco 0,5  Fj – fator de juntas, tem em consideração a espessura das juntas e as suas condições. 0FmFdFwFj  (6) Tabela 3 – Fator de espessura das juntas Fw Espessura < 6mm 1,0 6mm < Espessura < 12,5mm 0,9 Espessura > 12,5mm 0,8 Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 43 Tabela 4 – Factor de profundidade de juntas Fd Abertura ≤ 12,5mm 0,9 Abertura > 12,5mm 0,8 Tabela 5 – Fator de qualidade da argamassa Fm0 Boas condições 1,0 Fraca, más condições 0,9 Fcm – fator de condição geral, apreciação global do estado da estrutura. A estimativa dos fatores de modificação é baseada em informação quantitativa obtida através de uma inspeção rigorosa da estrutura da ponte, enquanto que o fator de condição geral depende do balanço entre uma avaliação objetiva das fissuras e deformação e as indicações de bom material e de boa mãode-obra. Ao mesmo tempo, deve ser realizada pelo engenheiro, num intervalo entre 0 e 1., sendo que o valor mais baixo é para pontes em mau estado, enquanto que o valor unitário deve ser atribuído em pontes de muito boas condições, sem qualquer tipo de fissuras ou deformações. Este fator deve ser independente do estado particular das juntas e do material, devendo ser efetuada uma avaliação geral do estado da ponte. No anexo D da norma BA16/97, são dados alguns exemplos que devem ser tidos em consideração. Por exemplo as Fig. 49 e Fig. 50 representam uma ponte cujo arco está em bom estado, mas com uma ligeira deformação a ¼ de vão, algumas fissuras pouco importantes e algumas juntas com falta de argamassa, sendo-lhe atribuído Fcm = 0.9. Fig. 49 – Vista frontal [33] Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 44 Fig. 50 – Vista detalhada [33] Outro exemplo é a ponte representada nas Fig. 51 e Fig. 52 cujo arco está em bom estado, mas o seu interior apresenta graves fissuras longitudinais que vão alargando do interior para o exterior com Fcm = 0.3. Fig. 51 – Vista detalhada [33] Fig. 52 – Vista geral [33] Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 45 Após conhecidos os valores dos fatores de modificação e do fator de condição geral, deve-se calcular a carga máxima, por eixo, modificada (Pcorr). PALFcmFjFmFpFsrBAPcorr )( (7) Visto que a ponte em análise se localiza em Dublin, será também calculada a carga máxima, por eixo, modificada segundo a equação irlandesa modificada. PALFcmFjFmFpFsrIPcorr  2 2)( (8) Ao comparar as duas equações que permitem conhecer o valor da carga máxima, por eixo, modificada é possível verificar que a equação irlandesa modificada dá maior peso à opinião do engenheiro, pois eleva ao quadrado o fator de condição geral. Nos casos em que o engenheiro define Fcm < 0,50, a equação irlandesa modificada agrava a situação e diminui a carga máxima, por eixo, modificada. Nos casos em que Fcm > 0,50, a mesma equação beneficia e aumenta a carga. Para Fcm = 0,50 o valor é igual ao obtido segundo a norma BA16/97. Se se compararem os valores obtidos para a carga máxima, por eixo, modificada, das duas equações, será possível concluir que, segundo a norma o valor será mais reduzido, logo mais conservativo, enquanto que pela equação irlandesa o valor será mais elevado, mas mais realista. O método MEXE provém das tabelas elaboradas por Pippard ao idealizar o arco como uma estrutura contínua cujos esforços se encontram no regime linear elástico do comportamento do material, não considerando a formação de fissuras. Assim sendo, deve ser considerado um método preliminar que permite obter a avaliação da capacidade resistente de uma forma célere. A aplicabilidade deste método é, hoje em dia, bastante limitada e nos casos em que os parâmetros se situam fora dos limites de aplicação do método, deve recorrer-se a análises mais detalhadas. Tal como referido anteriormente, o fator de condição geral é definido pelo engenheiro, sendo assim um fator bastante subjetivo, pois depende de uma opinião baseada em bom senso e experiência. Segundo [9], verificou-se que na Ponte Bridgemill, que foi ensaiada até à rutura, o resultado proveniente da aplicação do método MEXE foi muito menor do que a carga de colapso que se obteve no ensaio in situ. A agência para as autoestradas no Reino Unido refere de forma bastante explicita num manual que, embora este método se tenha revelado conservativo para pontes com grandes vãos, a sua utilização como método de previsão da capacidade de carga de uma ponte em arco de alvenaria não é aconselhável [5]. 3.3.2.2. Método Gráfico para Determinar a Linha de Pressões e o Fator de Segurança Geométrico Antes de proceder à explicação do método em si, é bastante importante realçar que este contém alguns erros devidos ao facto de a representação gráfica não ser completamente rigorosa. Mesmo assim, tratase de um método muito atual e viável. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 46 Para que este método possa ser aplicado, o arco deve ser dividido em aduelas de largura constante. Esta divisão deve respeitar as aduelas reais, mas nos casos em que não é possível, a divisão deve ser feita em aduelas de largura unitária. O objetivo é obter a linha de pressões entre o limite do pilar e a aduela de fecho [5]. Na Fig. 53 é possível observar a geometria real de um arco (imagem da esquerda) e a sua idealização em aduelas unitárias (imagem da direita). Fig. 53 – Divisão do arco em aduelas [5] Numa primeira análise, e a partir da divisão efetuada, é calculado o peso próprio de cada aduela (Wi) e o seu centro de gravidade, onde será aplicada a carga representativa do peso próprio. Após conhecido o peso próprio de cada aduela, é possível determinar o impulso H atuante na aduela de fecho, como se pode ver representado na Fig. 54. Fig. 54 – Representação do peso próprio e centro de gravidade de cada aduela [5] Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 47 Este valor é calculado recorrendo a uma equação de equilíbrio estático do arco, a equação de momentos no ponto O, o que implica admitir que o arco é um arco de três rótulas e que o impulso na aduela de fecho apenas tem componente horizontal. 665544332211 XWXWXWXWXWXWfH     XiWifH (9) Quanto ao sentido da força, é admitido como sentido positivo o sentido da direita para a esquerda. Uma vez conhecido o valor do impulso horizontal existente na aduela de fecho e as forças aplicadas à estrutura, já é possível construir o polígono das forças, que é um passo intermédio para o conhecimento da linha de pressões do arco em análise. Mas a construção do polígono das forças não é muito célere nem simples, implicando a execução de vários passos [5]: 1. União entre o ponto 0 e o ponto de aplicação da carga vertical W6 na aduela 6, com comprimento a igual ao valor do impulso horizontal. Cria-se assim a linha a (Fig. 55); Fig. 55 – Etapa 1 [5] 2. Representação da carga da aduela 6 (W6), com ponto de aplicação no fim da linha a. Obtenção do ponto P6 (Fig. 56); Fig. 56 – Etapa 2 [5] Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 48 3. União do ponto P6 ao ponto 0 e consequente obtenção da linha b (Fig. 57); Fig. 57 – Etapa 3 [5] 4. Representação das restantes cargas Wi das restantes aduelas i, com ponto de aplicação em P(i-1) e consequente obtenção dos pontos Pi. União dos pontos Pi ao ponto 0, resultando as linhas c, d, e, f, g (Fig. 58); Fig. 58 – Etapa final [5] Após completo o polígono de forças, começa-se a construir o polígono funicular: 5. Traçar uma paralela à linha a até esta intersectar o ponto P6. De seguida, traçar uma paralela à linha b até esta intersectar a carga W5, representando esse ponto de intersecção como ponto P5. E assim sucessivamente até à linha f. 6. Quanto à linha paralela à linha g, esta deve ser prolongada até atingir o limite da primeira aduela, aduela 1. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 49 7. Traçar uma linha a unir todos os pontos Pi. O último troço desta linha deve unir o ponto P1 e o ponto onde a linha paralela à linha g encontrou o fim da aduela 1. Fig. 59 – Linha de pressões [5] O traçado a linha cheia representado na Fig. 59 representa a linha de pressões do arco em análise. O procedimento anteriormente descrito pode ser usado para qualquer que seja o caso de carga pretendido. Pode conter apenas o peso próprio do arco, o peso próprio do arco e do material de enchimento ou até o peso próprio do arco, material de enchimento e cargas aplicadas sobre o tabuleiro como é o caso das cargas rodoviárias. Conhecendo o raio do arco, admitindo que é constante, e o seu centro, pode-se desenhar o arco de espessura mínima que contém a linha de pressões, como é possível observar na Fig. 60. Este arco encontra-se no interior do arco em análise. Fig. 60 – Arco de espessura mínima [5] Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 56 permite à partida ter uma ideia da necessidade de ser realizada uma intervenção de reparação e/ou de reforço. 4.2. ANOMALIAS As anomalias presentes nas obras de arte têm natureza variada e quando não são detetadas a tempo ou tratadas do modo mais indicado, podem comprometer a funcionalidade e segurança da estrutura. De modo a facilitar a análise, as anomalias podem ser divididas em três grandes grupos:  Anomalias de índole estrutural – tais como fissuras, resultam da rutura de elementos e podem conduzir ao mau funcionamento da estrutura. Também podem ser classificadas como anomalias geométricas;  Anomalias de índole não estrutural – tais como perdas de argamassa, não tendo implicação direta no funcionamento da estrutura. Também podem ser consideradas anomalias nos materiais que constituem a ponte;  Anomalias de índole funcional – tais como obstrução nos sistemas de drenagem, estando na maior parte das vezes relacionados com o meio envolvente, a exposição a agentes agressivos e à falta de manutenção. Algumas destas patologias são relacionadas com agentes exteriores. 4.2.1. ANOMALIAS GEOMÉTRICAS / DE ÍNDOLE ESTRUTURAL Dentro deste tipo de patologias pode-se dar maior destaque a fissuras, erosão das fundações, danos nos muros de tímpano e movimentos dos apoios. Relativamente às fissuras, estas podem ser causadas por inúmeros fatores, sendo que os principais são assentamentos diferenciais, presença de água na estrutura e ações dinâmicas. Estas fendas, normalmente, acompanham as juntas entre blocos e apresentam-se longitudinal ou transversalmente à ponte. Podem ainda provocar fratura em alguns elementos, principalmente nos elementos estruturais arcos e pilares, como se pode verificar na Fig. 64. Fig. 64 – Abertura de juntas, Ponte de Espindo [34] Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 57 No que diz respeito aos danos nos muros de tímpano, estes podem ser provocados pelo incremento das cargas aplicados no tabuleiro que provocam assentamento no material de enchimento e também por problemas de drenagem, que provocam impulsos hidrostáticos no interior do enchimento. Com menor importância, o assentamento diferencial das fundações também pode originar anomalias nos muros de tímpano. Os danos principais são (Fig. 65):  Inclinação;  Escorregamento;  Empolamento;  Fendilhação do arco e destacamento do muro de tímpano. Fig. 65 – Danos nos muros de tímpano [23] A erosão e o descalçamento das fundações são maioritariamente causada pela corrente do rio e pelos detritos por ele transportados e pela alteração do leito do rio provocada pela remoção de inertes ou por cheias. Para evitar este tipo de danos, são usados quebra-águas, ver Fig. 11, que desviam a corrente das fundações, impedindo a sua erosão, ver Fig. 66. Estes danos podem provocar a ocorrência de fissuras nos tímpanos, nos arcos e a ruína da ponte. Fig. 66 – Erosão da fundação Os movimentos de apoio têm como consequência grave a descompressão do arco, o que pode provocar o seu abatimento e, em casos mais extremos, a sua queda, ver Fig. 67. Os movimentos de apoio são causados, principalmente, pela falta de capacidade resistente de elementos da estrutura e por assentamentos diferenciais das fundações, ver Fig. 68. Estes fatores podem ser causados pelo aumento das cargas a que a ponte está sujeita, uma vez que, por exemplo, os veículos têm evoluído bastante no Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 58 decorrer dos últimos anos. Os assentamentos diferenciais podem ainda ser causados por modificações no terreno perto do local das fundações. Fig. 67 – Movimentos de apoio [17] Fig. 68 – Ruína do arco, Ponte Velha do Vouga [v] 4.2.2. ANOMALIAS NOS MATERIAIS / DE ÍNDOLE NÃO ESTRUTURAL Dentro deste tipo de danos pode-se dar maior relevância à perda de argamassa nas juntas, à degradação do material pétreo e à corrosão no caso de existirem peças metálicas (por exemplo, guardas). Estas anomalias estão associadas aos processos de degradação dos materiais causados tanto pelo processo natural de envelhecimento como pela exposição a agentes erosivos e a ações meteorológicas e químicas e também pela falta de manutenção e má intervenção. Este tipo de patologias afeta a durabilidade da estrutura, e podem por vezes diminuir a sua segurança. A perda de argamassa nas juntas, representada na Fig. 69, está relacionada com as condições externas a que a ponte está exposta. Os agentes biológicos, as matérias orgânicas e a existência de água no interior da estrutura, pode conduzir a uma alteração química da argamassa provocando a perda de coesão, o que em muitos casos implica que esta se desfaça e caia. Fig. 69 – Perda de argamassa [4] Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 59 A ação do vento e da chuva, (ações mecânicas), provocam a erosão do material. A escolha da argamassa a usar nas juntas de determinada ponte, em situação de reparação, deve ser ponderada e ter em consideração as cargas a que a estrutura vai estar sujeita e ao meio envolvente. O material pétreo está sujeito à ação dos mesmos agentes que a argamassa. Apesar de, em alguns casos, a fratura e a degradação da alvenaria não colocarem em causa a segurança da ponte, afeta a sua aparência. 4.2.3. ANOMALIAS RELACIONADAS COM AGENTES EXTERIORES / DE ÍNDOLE FUNCIONAL Este tipo de anomalias é o mais comum e o que menos consequências graves pode acarretar para a estrutura. No entanto, estas patologias, se não forem tratadas corretamente e a tempo, podem evoluir para anomalias mais graves, tais como a diminuição da resistência da alvenaria. Assim, destacam-se a circulação de água provocada pela obstrução dos sistemas de drenagem, a existência de vegetação e de micro-organismos e a deformação e deterioração dos passeios. A obstrução dos sistemas de drenagem impede a circulação da água, provocando que esta fique estagnada em algumas zonas e acabe por ser absorvida. Após a sua infiltração, a água desloca-se pelo interior da estrutura provocando o seu desgaste. No caso de a água ser rica em sais minerais, estes vãose depositando e formam eflorescências e cripto-florescências entre as juntas, ver Fig. 70. Fig. 70 – Eflorescências [4] A existência de vegetação e de micro-organismos impregnados nas juntas pode ser causada pelo vento, pois pode transportar sementes que deposita em pequenas aberturas já existentes. Ao desenvolveremse, as raízes vão-se espalhando pela estrutura provocando erosão da argamassa. 4.3. CAUSAS DAS ANOMALIAS Algumas das patologias referidas anteriormente podem ser evitadas ou então pode-se diminuir o seu impacte se forem efetuadas inspeções periódicas e, em alguns casos, diminuídas as cargas a que a ponte está sujeita. Após levantamento das anomalias mais comuns em pontes de alvenaria, é de grande importância tentar perceber o porquê de elas existirem, uma vez que para se realizar uma boa reparação é necessário eliminar a causa da anomalia para que esta não volte a aparecer. Caso a origem não seja bem detetada ou eliminada, é só uma questão de tempo até que a anomalia volta a aparecer. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 60 Cada anomalia não tem única e exclusivamente uma causa, do mesmo modo que uma causa pode originar diferentes anomalias. Na origem das anomalias que podem provocar e aumentar o processo de degradação das pontes de alvenaria, encontram-se fatores associados não só à ausência ou inadequada manutenção e utilização da estrutura como também à sua má conceção, tanto a nível da escolha do material como nos processos construtivos usados. De entre muitas, de seguida referem-se as de maior relevo:  Alterações associadas ao uso, ao meio envolvente e ao escoamento do rio;  Aumento das cargas;  Tipo de terreno e de fundação;  Agentes biológicos, químicos e atmosféricos;  Vegetação;  Falta de manutenção;  Defeitos na conceção, execução e controlo da obra;  Ação humana;  Ações acidentais;  Presença de água;  Má escolha dos materiais de construção;  Regime de escoamento. 4.3.1. AUMENTO DAS CARGAS Com o decorrer dos anos, os veículos têm sofrido grandes desenvolvimentos mecânicos e com isso o seu peso tem aumentado significativamente. Este fenómeno pode implicar um grande incremento das cargas a que a ponte ficará sujeita, quando comparadas com aquelas para que foi dimensionada. Este facto tem particular importância em pontes de alvenaria construídas nos séculos XVIII e XIX, dado o aparecimento e grande desenvolvimento dos veículos automóveis durante o século XX, significativamente mais pesados que os veículos de tração animal. Esse aumento de cargas pode provocar assentamentos no material de enchimento e um agravamento dos impulsos laterais que provocam danos nos muros de tímpano e, em alguns casos, excesso de carga nos arcos provocando fissuras e, possivelmente, problemas de estabilidade, ver Fig. 71. Fig. 71 – Fissura longitudinal no arco [16] Para além das cargas rodoviárias, também é necessário ter em consideração que as cargas dinâmicas aumentaram, uma vez que a velocidade de circulação dos veículos sofreu um enorme incremento. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 61 4.3.2. TIPO DE TERRENO E DE FUNDAÇÃO Nas pontes de alvenaria antigas não eram realizadas inspeções geotécnicas, o que não permitia um conhecimento fidedigno das características do solo em que a ponte era fundada. Este desconhecimento pode ter implicado um mau dimensionamento das fundações, o que pode provocar assentamentos diferenciais. É também de notar que, devido à falta de informação, algumas fundações podem estar assentes em solo bastante bom enquanto que outras podem estar assentes em aluviões, o que provocará certamente assentamentos diferenciais entre pilares de fundações, com as respetivas consequências para a obra de arte. 4.3.3. VEGETAÇÃO O efeito do desenvolvimento de vegetação no interior da estrutura provoca fissuras, abertura das juntas e absorção da humidade do solo. Mas a sua existência não acarreta só desvantagens. O facto de existir vegetação na superfície da ponte reduz o desgaste da alvenaria no caso de tempestades, mas ao mesmo tempo impede a evaporação da água, ver Fig. 72. Fig. 72 – Excesso de vegetação O crescimento de vegetação na parte interior dos arcos, pode causar problemas a nível do escoamento, pois diminui a secção de vazão, o que faz aumentar a velocidade do escoamento. A velocidade ao ser maior, a erosão das fundações torna-se mais significativa pois evolui mais rapidamente. 4.3.4. FALTA DE MANUTENÇÃO A não existente ou insuficiente manutenção deste tipo de estruturas pode provocar o desenvolvimento de anomalias que, no caso de serem tratadas a tempo, não implicam danos graves nem irreversíveis. 4.3.5. DEFEITOS NA CONCEÇÃO, EXECUÇÃO E CONTROLO DA OBRA Aquando da construção das juntas, deve-se limitar a espessura mínima e máxima, uma vez que podem conduzir a descompressões (muito largas) ou a repartição de cargas de modo não uniforme provocando fissuras (muito estreitas). Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 62 A escolha da argamassa a usar nas juntas deve ter em consideração a porosidade da rocha, uma vez que no caso de a rocha ser porosa e a argamassa seca, a pouca água existente na argamassa é completamente absorvida pela rocha provocando a desagregação da argamassa. Devido à não formação dos intervenientes na conceção e execução da obra, problemas tais como subdimensionamento dos arcos, dos muros de tímpano e das fundações são bastante reais. A fase de desmonte do cimbre é uma etapa bastante crítica pois pode provocar deformações na estrutura. 4.3.6. AÇÃO HUMANA Em alguns casos, esta causa é a que provoca problemas de maior importância. Devido a uma utilização descuidada, vandalismo e intervenções de reabilitação e reforço inadequadas, o Homem tem uma responsabilidade bastante significativa no estado atual de algumas das obras de arte mais antigas. O facto de, muitas vezes, a sinalização que indica o peso e alturas máximos que os veículos podem ter para circularem não ser respeitada, implica um aumento de carga não previsto sobre a estrutura. Para além do aumento de carga, a execução de manobras perigosas também desencadeia acidentes desastrosos que podem comprometer a segurança da obra. Esses acidentes, muitas vezes, provocam destacamento dos guarda-corpos da estrutura principal, ver Fig. 73. Fig. 73 – Destacamento dos guarda-corpos [35] O vandalismo também é um problema causado pelo Homem. Apesar de não serem danos a nível estrutural, os graffiti só conseguem ser removidos utilizando produtos muito fortes que podem destruir a argamassa das juntas e provocar a deterioração das alvenarias. As intervenções impróprias a que as estruturas são sujeitas podem causar graves problemas a nível estrutural, devido à incompatibilidade entre os materiais existentes e o novo material. Assim, o material usado nas intervenções deve ser quimicamente compatível com o existente. O facto de o refechamento de juntas ser efetuado com materiais com maior resistência do que o original vai desencadear problemas mecânicos pois o funcionamento da estrutura é alterado. 4.3.7. PRESENÇA DE ÁGUA Ao estar muito tempo em contacto com a água, a durabilidade da alvenaria é posta em causa, logo a da ponte também. A existência de água no interior da estrutura é uma das causas da existência de fissuras e de perdas de argamassa. Essa água pode provir da chuva, de águas subterrâneas ou de águas que Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 63 escorrem nas margens. A sua infiltração é permitida devido à má impermeabilização do tabuleiro e à obstrução ou quantidade insuficiente de sistemas de drenagem. Em casos extremos, pode haver o perigo de arrasto do material de enchimento. Nos casos em que a água é rica em sais, ao ocorrer a evaporação, os sais cristalizam e formam eflorescências. A presença da água cria um ótimo ambiente para o desenvolvimento de microorganismos na estrutura. 4.3.8. MÁ ESCOLHA DOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO Defeitos de origem, tais como vazios e cavidades, podem diminuir a resistência da alvenaria à compressão, uma vez que estes podem ser preenchidos por material menos resistente. Pedras com elevada porosidade permitem a fácil circulação da água no seu interior, aumentando o risco de abertura de juntas, perda de argamassa e aumento de tensões internas devido aos ciclos de gelo/degelo. 4.3.9. REGIME DE ESCOAMENTO No decorrer do tempo, o rio e o seu escoamento podem sofrer alterações que alteram o seu leito e o regime do escoamento, o que pode erodir as fundações. Como consequência, podem-se formar fossas de erosão que instabilizam a estrutura, podendo provocar o seu colapso. Um exemplo de desastre numa ponte devido a cheias e erosão é o caso da Ponte Hintze Ribeiro, ver Fig. 74. Fig. 74 – Ruína da ponte causada pela cheia e erosão, Ponte Hintze Ribeiro [36] A ação da corrente, das cheias e dos detritos transportados pela corrente também podem provocar erosão das fundações, degradação e deterioração da alvenaria. Em caso limite, as cheias podem ser de tal maneira significativas que por vezes podem passar por cima do tabuleiro da ponte. Uma vez que esta não foi dimensionada para tal situação, tal facto, aliado à ação da corrente, pode acarretar graves problemas de estabilidade. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 64 Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 65 INSPEÇÕES, MANUTENÇÃO E TRABALHOS DE REFORÇO 5.1. INTRODUÇÃO A existência de danos, principalmente fissuras, não significa obrigatoriamente um sinal de perigo, uma vez que podem originar redistribuição de esforços, para a qual pode não existir perigo de colapso. No entanto, quando a presença de anomalias ameaça a segurança, tornando-se necessário assegurar a estabilidade estrutural da ponte através da realização de reparações e/ou reforços. Estas medidas são motivadas tanto pela importância que as pontes têm na rede rodoviária e ferroviária como também pelo valor arquitetónico, histórico e cultural que representam. Antes de serem realizados trabalhos de manutenção, é necessário serem efetuadas inspeções para um melhor conhecimento das anomalias e suas causas o que permite, posteriormente, uma melhor escolha do tipo de manutenção a efetuar. Essa melhor escolha está ligada a menores gastos económicos. A manutenção de rotina é um procedimento necessário no que diz respeito às pontes em alvenaria. Este procedimento é levado a cabo através de tarefas regulares e pequenas, que necessitam de poucos recursos, tanto a nível de materiais como de mão-de-obra, e que evitam a realização frequente de operações muito especializadas, pesadas e dispendiosas. No entanto, em diversas situações, como no caso de a tarefa de manutenção que foi realizada não ter sido a mais eficaz, é necessário recorrer a técnicas de manutenção mais especializada ou a técnicas de reparação e/ou reforço. Uma vez estabelecido que se vai proceder a trabalhos de reparação/reforço, é preciso definir claramente a causa das anomalias e o método de reparação mais eficaz. Cada ponte de alvenaria é única e, como tal, pode ser necessário realizar-se alguns ajustes à técnica a utilizar, com o intuito de se obterem os melhores resultados para cada caso. Os trabalhos de reforço existentes vão ser explicitados no subcapítulo 5.4. 5.2. INSPEÇÕES Para além de detetar as anomalias existentes, as inspeções permitem concluir o estado da anomalia, isto é, a sua estabilidade e a sua velocidade de desenvolvimento. No caso de se concluir que a avaria é estável ou que a sua evolução é lenta, o processo de manutenção pode ser adiado. A grande vantagem da realização de inspeções é o facto de não envolverem grandes gastos e, no caso de serem efetuadas com Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 72 As microestacas são colocadas seguindo quatro passos [37]: 1. Furação; 2. Introdução da estaca; 3. Preenchimento com calda de cimento; 4. Após existência de bolbo de selagem, finaliza-se a injeção. Fig. 78 – Fases de aplicação de microestacas [37] Se forem colocadas com espaçamento reduzido, para além de limitarem os assentamentos e de permitirem que a estrutura suporte cargas mais elevadas, funcionam como meio de compactação do terreno. A calda de cimento, para além da função de proteção da estaca e de garantir a ligação direta entre a estrutura e o terreno, também contribui para a resistência à compressão. 5.4.2.4. Preenchimento de Zonas Infra escavadas É sabido que o fenómeno de infraescavação é o mesmo que erosão localizada nos pilares e encontros. Tal como referido anteriormente, a alteração do regime de escoamento e consequente alteração do leito dos rios tem como consequência a perda de material junto à base dos pilares tornando-os suscetíveis ao embate de partículas e ao enfraquecimento da ligação ao solo. Uma vez a descoberto a fundação, o fenómeno de erosão contínua, podendo erodir a própria alvenaria. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 73 Assim, a primeira medida corretiva a ser realizada é a reposição das condições originais do leito do rio. Seguidamente, procede-se ao reforço das fundações, normalmente através do uso de paredes de betão ou elementos metálicos em torno da mesma. Na maior parte dos casos, antes de serem colocados estes elementos, efetua-se uma limpeza e dragagem do fundo do rio nos locais a serem intervencionados. 5.4.2.5. Recalçamento O principal objetivo deste método é conduzir as cargas para um terreno com melhores características, tanto de resistência como de deformabilidade. Esta técnica, que é utilizada quando a camada de solo onde a estrutura está fundada se revela inadequada, consiste em escavar o terreno onde a estrutura está fundada e em colocar inferiormente um material mais resistente, normalmente betão. De modo a garantir um desempenho ainda melhor, constroem-se vigas de fundação em betão armado, a ligar os diferentes maciços, ver Fig. 79. Fig. 79 – Recalçamento de uma fundação [4] Esta metodologia apresenta um grande inconveniente, visto que aquando da escavação no solo a estrutura sofre uma descompressão, sendo assim necessário prever contenções provisórias eficazes, de modo a prevenir danos graves na estrutura. 5.4.3. SUPERESTRUTURA - GERAL Antes de serem explicitados os métodos mais utilizados na reparação e reforço dos diferentes elementos estruturais da superestrutura, o refechamento de juntas e a injeção de calda são duas técnicas de reabilitação que devem ser aplicadas nos constituintes principais: pilares, arcos, encontros, muros de tímpano. 5.4.3.1. Refechamento de Juntas Este processo, que consiste em preencher com argamassa as juntas entre os blocos onde se verifica a existência de degradação ou ausência do material, limita a entrada de água e promove o aumento da área de contacto entre blocos, o que proporciona uma redução da tensão efetiva nas juntas e um melhoramento das condições de durabilidade. Esta técnica é de fácil intervenção e de gastos reduzidos, mas é necessário garantir a compatibilidade química e mecânica com os materiais existentes. Para que esta técnica seja bem realizada, deve proceder-se primeiramente à remoção parcial da argamassa degradada das juntas, com o apoio de um jato de água, seguida de uma lavagem das juntas Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 74 abertas de modo a retirar detritos e sujidades e só depois é que se deve colocar a argamassa nova. De modo a evitar uma nova degradação, a nova argamassa deve ficar um pouco recuada em relação à alvenaria e em forma côncava, ver Fig. 80, permitindo o seu confinamento por apiloamento. Fig. 80 – Acabamento de junta correto [4] É aconselhável que a argamassa nova seja à base de cal hidráulica e água, de composição e cor compatíveis com o material existente, de modo a ser garantida a compatibilidade mecânica e visual. Tal como referido no capítulo anterior, as causas principais para as perdas de argamassa e aberturas nas juntas são as anomalias nos sistemas de drenagem. Assim, ao mesmo tempo que se realiza a reabilitação das juntas, também se deve proceder à reabilitação dos sistemas de drenagem. 5.4.3.2. Injeção de Calda A ideia base deste procedimento é o mesmo que para as fundações, consistindo na injeção de caldas nos vazios do interior da estrutura e nas fissuras existentes. Tem como principal objetivo o restabelecimento da transmissão dos esforços de compressão entre os elementos que constituem a alvenaria. Existem várias técnicas de injeção, mas a mais corrente consiste em introduzir a calda sob pressão, ou por gravidade, a partir de furos realizados com essa função, de tal forma que penetrem a estrutura e preencha os vazios no interior da ponte. Conquanto o preenchimento dos vazios, a argamassa vai reposicionando o material de enchimento. É de notar que esta técnica só pode ser realizada após o refechamento das juntas de modo a garantir que a calda não é expelida. A velocidade do trabalho e a quantidade de material que é utilizado pode ser diferente em cada ponto de injeção, pois não depende apenas da natureza e viscosidade da calda e da permeabilidade do material de enchimento, depende também do tamanho das fissuras e da pressão empregue. A injeção deve ser realizada de baixo para cima. Após a finalização da injeção, os tubos são todos removidos e os furos tapados, de modo a que a estrutura esteja a mais parecida possível com a original, ver Fig. 81. Fig. 81 – Fecho dos furos de injeção [9] Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 75 Esta técnica, no caso de ser utilizada nos arcos, ver Fig. 82, tem a desvantagem de a injeção ser feita contra a gravidade, sendo assim necessário recorrer à pressurização do procedimento. Neste caso, é necessária a realização de várias injeções no mesmo furo, de modo a ter-se a certeza de que a fissura está completamente preenchida, instalando noutros pontos da estrutura, se possível, tubos de purga. Fig. 82 – Injecção de calda no intradorso do arco, Ponte de Segura [9] 5.4.3.3. Considerações Finais Após a realização das duas técnicas de reabilitação/reforço comuns a todos os elementos constituintes da superestrutura da ponte, pode proceder-se ao reforço e/ou reabilitação de cada elemento em particular. Algumas técnicas que vão ser analisadas seguidamente não são única e exclusivamente aplicadas a um único elemento, pelo que serão expostas mais do que uma vez. 5.4.4. SUPERESTRUTURA – PILARES 5.4.4.1. Pré-esforço A técnica de pré-esforço pode ser usada para reforçar os pilares das pontes de alvenaria quando estes apresentam fissuras verticais, de comprimento significativo, nas juntas e nas pedras. Esta prática impede o aumento da fissura e aumenta a resistência estrutural do pilar, por confinamento transversal. Fig. 83 – Pré-esforço horizontal, Ponte do Tâmega [4] Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 76 O pré-esforço aplicado tanto pode ser horizontal como vertical, criando um estado de compressão elevado (confinamento). Como as estruturas de alvenaria apresentam resistência à compressão elevada, o uso de pré-esforço não implica a existência de problemas. Tem o inconveniente de causar descaracterização da ponte, alterando o seu aspeto. 5.4.4.2. Encamisamento Geral Esta técnica de reforço é aplicada, na maioria dos casos, nas secções dos pilares perto das fundações. Este reforço é efetuado colocando cintas de maciços de betão armado em torno da base do pilar. No caso da Ponte do Sabor, o encamisamento foi efetuado com recurso a blocos de granito, ver Fig. 84. Fig. 84 – Encamisamento geral com blocos de granito, Ponte do Sabor [4] Estas cintas têm como funções compensar a redução da secção na base dos pilares causada por erosão, proteger os pilares de futuras erosões e aumentar a resistência e a rigidez destes elementos. Com o intuito de garantir uma boa ligação entre o material de cintagem e a alvenaria do pilar, é aconselhável que a alvenaria seja picada e limpa, tendo assim uma superfície rugosa onde o betão adere melhor. Tal como a técnica de pré-esforço, o encamisamento geral altera a aparência da ponte. 5.4.5. SUPERESTRUTURA – ARCOS Algumas das técnicas de reforço aplicáveis aos arcos também podem ser aplicadas noutros elementos estruturais, como é o caso dos atirantamentos e das pregagens. Nos casos onde é preciso e possível, um arco pode ser reforçado por baixo com a construção de uma abóbada de alívio em alvenaria, betão ou aço. No caso de a estrutura apresentar anomalias muito graves, uma solução que pode ser aplicada é a construção de um arco interior de betão que permite a transferência das cargas, diminuindo o esforço provocado ao arco existente. Estas técnicas, e outras, serão explicadas mais detalhadamente de seguida. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 77 5.4.5.1. Pregagens e Atirantamentos Esta técnica, ao ser adotada, permite a ligação de elementos estruturais que pode ser comparada com uma costura que confina os elementos e aumenta a resistência à compressão e ao corte. Este aumento de resistência reflete-se na capacidade de descompressão, ou seja, capacidade de funcionar em flexão. É um método de consolidação que consiste na introdução de varões metálicos (com diâmetros compreendidos entre 20mm e 40mm) em furos que atravessam a estrutura de uma extremidade à outra. Após a colocação dos varões, os furos são selados com caldas de injeção. Existem diferentes tipos de pregagens e atirantamentos, sendo de realçar:  Pregagens Radiais; Este tipo de reforço é usado para garantir um melhor comportamento longitudinal do arco. Para isso, colocam-se pregagens a partir do intradorso que têm como objetivo melhorar a ligação do arco aos muros de tímpano ou, no caso de existirem arcos com várias camadas (arcos multicamadas), a ligação das diferentes camadas. Fig. 85 – Pregagens radiais [9] Segundo [9], foram realizados ensaios à rutura em cinco arcos com o intuito de avaliar a eficiência de três tipos de reforço em arcos multicamadas com as mesmas características: 1. Arco reforçado com betão projetado no intradorso; 2. Arco reforçado com cinta de betão no extradorso; 3. Arco construído com as camadas desligadas sem reforço; 4. Arco construído com as camadas desligadas reforçado com pregagens radiais; 5. Arco são sem reforço. Os resultados dos ensaios permitiram concluir que os arcos construídos com as camadas desligadas (arcos 3 e 4) apresentam menor capacidade resistente que o arco são (arco 5). Também permitiu concluir que a utilização de pregagens radiais provoca um aumento de 14% da capacidade resistente dos arcos. Relativamente ao arco 1 (técnica de betão projetado no intradorso), verificou-se um aumento da sua capacidade de carga de um fator de 3,9 quando comparado com o arco 5, mas apresentou ductilidade reduzida e rutura frágil. Enquanto que o arco 2 (técnica da cinta de betão no extradorso) registou um aumento da capacidade de um fator de 2,9, sem perda de ductilidade. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 78  Tirantes Transversais. Os tirantes transversais são ancorados na alvenaria com o intuito de reporem a forma original do arco (reforço ativo) ou de travarem a deformação na direção transversal do arco resistindo aos impulsos horizontais transmitidos pelos muros de tímpano (reforço passivo). Fig. 86 – Tirantes transversais (alçado) [16] Fig. 87 – Tirantes transversais (planta) [9] Estes tirantes podem ser aderentes, no caso de os furos serem preenchidos com calda de cimento de baixa retração, ou não aderentes. Esta técnica foi usada para travar a abertura das juntas longitudinais na Ponte de Donim e na Ponte de Segura. É de salientar que as pregagens impõem restrições de movimentos, o que introduz tensões internas que pode provocar fendilhação. Ao mesmo tempo, é de elevada importância que os varões sejam de aço inoxidável, de modo a garantir a não corrosão dos mesmos. Devido às vibrações induzidas pela circulação dos veículos, a zona do arco é a mais afetada. Assim, a solução de reforço, recorrendo a tirantes transversais, vai provocar uma concentração de esforços na ligação do arco aos muros de tímpano, provocando fissuras. Uma forma de combater essas fissuras é, aliada ao uso dos tirantes transversais, colocar pregagens radiais no arco ou tirantes transversais em todo o comprimento dos muros de tímpano (técnica que será explicada posteriormente). 5.4.5.2. Betão Projetado O betão projetado é composto por uma mistura de cimento, agregados, água e adjuvantes que é projetada a alta velocidade a partir de uma agulha para a estrutura. O facto de ser projetado a alta velocidade permite a sua auto compactação, formando uma massa densa e homogénea. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 79 Esta técnica é bastante usada quando a superfície da obra de arte sofreu deterioração devido ao ataque mecânico ou químico, às condições atmosféricas ou ao fogo. Neste caso, a camada de betão projetado a usar é relativamente fina. Em pontes de alvenaria, o uso de betão projetado deve ser limitado, pois ao ser aplicado no intradorso do arco provoca alterações significativas na estética e arquitetura da obra de arte. Para além disso, este método de reforço apresenta outras desvantagens: a grande compacidade do betão provoca dificuldade na saída da água, logo pode causar problemas de infiltrações e muitas vezes acaba por esconder as anomalias em vez de as reparar. No entanto, tem a vantagem de ser fácil de executar e tem um bom desempenho. 5.4.5.3. Novos Elementos Estruturais Apesar de ser um dos métodos mais eficientes, a colocação de novos elementos estruturais também é um dos métodos mais dispendiosos de reforço de arco. Esta técnica consiste na construção de um novo arco, normalmente em betão, no interior da estrutura, que tem como função suportar a maioria das cargas. O arco em alvenaria deve permanecer principalmente por razoes estéticas, mas também, porque serve de cofragem para a construção do elemento novo. Fig. 88 – Estrutura interior de reforço [4] De modo a garantir que o arco em alvenaria não tem de suportar mais cargas do que as que resiste, é aplicado um material compressível que impede a transferência de cargas do arco novo para o antigo. No entanto, é necessário assegurar que as reações do novo arco são transmitidas de forma correta aos apoios existentes. Esta técnica tem a vantagem de não reduzir a flecha do arco e não alterar o seu aspeto exterior, mas ao mesmo tempo tem a desvantagem de ser irreversível, dispendiosa e muito trabalhosa pois é necessário fechar a ponte ao trânsito, retirar todo o material de enchimento, construir o novo arco, colocar de novo o material de enchimento e regularizar o pavimento de modo a que este fique com a cota pretendida. O material de enchimento que se coloca pode ser o mesmo ou diferente. O processo de substituição do material de enchimento pode estar, ou não, associado a esta técnica, pelo que será explicado com mais detalhe posteriormente. A grande vantagem desta técnica é que tanto a durabilidade como a resistência da obra de arte registam um acréscimo muito significativo. Nas pontes em que esta técnica é utilizada, os sistemas de drenagem e a impermeabilização devem ser verificados de modo a que não haja problemas de infiltrações. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 80 5.4.5.4. Introdução de Vigas e Chapas Metálicas Este método de reforço consiste na colocação de elementos metálicos no intradorso do arco, com forma adaptada ao perfil do arco e coladas a este por argamassa ou betão. Trata-se de uma técnica bastante rápida. Fig. 89 – Reforço arco com vigas metálicas no seu intradorso [4] Estes elementos devem ser colocados nas obras de arte que apresentem deslocamentos transversais ou excessivas deformações nos muros de tímpano, fendas longitudinais no intradorso do arco ou reduzida capacidade resistente. A característica fulcral desta técnica é a transferência de cargas da estrutura de alvenaria, em arco, para a nova estrutura metálica. Para que esta transferência seja garantida e adequada, o material que as une deve ser compatível tanto com a estrutura metálica como com a alvenaria. A principal desvantagem deste método é que altera o aspeto estético, descaracterizando a ponte. 5.4.5.5. Substituição do Material de Enchimento Ao realizar este método de reforço, a carga da estrutura é aliviada, pois o material de enchimento antigo é substituído por um material mais leve, como por exemplo material de entulho ou betão leve. Esta técnica é utilizada no caso de a ponte estar a suportar cargas superiores à sua capacidade e existir o risco de colapso ou então quando é necessário estabilizar os movimentos dos muros de tímpano. Aquando da sua realização, devem ter-se cuidados especiais nas operações que envolvam a remoção do material pois estas provocam alterações no carregamento da ponte. De modo a evitar desequilíbrios que possam causar danos, os trabalhos devem ser executados simetricamente em relação ao eixo do arco. 5.4.5.6. Sistema de Reforço Archtec Segundo [9], este método foi desenvolvido por uma parceria das empresas Cintec, Rockfield Software e Gifford e tem sido muito usado no reforço de pontes no Reino Unido. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 81 Esta técnica consiste no reforço do arco através de tirantes diagonais dispostos em furos realizados a partir do tabuleiro. A ideia base deste método é colocar o reforço em posições críticas, de modo a limitar o desenvolvimento dos mecanismos de rótulas no arco. Fig. 90 – Esquematização do reforço Archtec [9] Segundo [9], foram efetuados ensaios que permitiram concluir que a introdução deste tipo de reforço aumenta a capacidade resistente do arco num fator de 3, quando comparado com um arco não reforçado. A desvantagem deste método é que reduz a ductilidade do arco. 5.4.6. SUPERESTRUTURA – MUROS DE TÍMPANO 5.4.6.1. Atirantamento Como já referido no capítulo anterior, as anomalias mais comuns nos muros de tímpano são sob a forma de inclinações, abaulamentos ou deslizamentos sobre o extradorso do arco, bem como o aparecimento de fissuras. É de salientar que a necessidade de atirantamento dos muros de tímpano deve ser diferenciada da necessidade de atirantamento no arco. A primeira só deve ser realizada quando as fissuras se localizam uma fila de pedras após as que constituem o arco. Essas fissuras podem ser devidas ao impulso das terras no interior, à presença de água ou ao excesso de cargas. A melhor maneira de contrair essas fissuras é aumentar a compressão nos muros de tímpano. O método mais eficaz nesse campo é o atirantamento transversal. Fig. 91 – Tirantes transversais [9] Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 88 Fig. 98 – Arcos semielípticos de Carlisle Bridge [22] Uma vez aumentados os pilares e posterior alargamento dos arcos, foi possível abrir a ponte ao trânsito, permitindo apenas a circulação na nova estrutura enquanto trabalhos prosseguiam na ponte existente. Os registos indicam que isto ocorreu em Maio de 1879. Fig. 99 – Ponte O’Connell durante as obras em 1879 [38] A superestrutura da ponte existente foi retirada e reformulada de modo a garantir uma boa ligação entre a estrutura nova e a existente. As obras de reconstrução da ponte sofreram um atraso de 6 meses por diversos motivos, entre os quais a dificuldade em afundar os caixões no bedrock, a escassez no fornecimento da pedra e o clima de inverno severo. Ao longo da ponte, existem três aberturas para a passagem de tubagens de água e gás: a ¼, ½ e ¾ da largura da ponte. Devido às grandes dimensões das tubagens, não foi possível colocá-las no enchimento, o que exigiu a formação de aberturas na coroa dos arcos, designados posteriormente por subways, ver Fig. 100 e Fig. 107. Fig. 100 – Corte longitudinal, com pormenor de identificação dos subways [39] Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 89 6.2.2. DESCRIÇÃO DA SUPERESTRUTURA A alvenaria que constitui os arcos, os muros de tímpano e parte inferior dos pilares é uniforme e é de granito, os parapeitos e a parte superior dos pilares são em arenito [22]. Segundo [39], uma caraterística bastante interessante nesta ponte é o facto de, à primeira vista, parecer que o arco é formado por dois anéis de aduelas. Ao fazer uma observação mais próxima é possível concluir que é apenas um anel de pedra que está talhada de modo a parecem dois, ver Fig. 101. Fig. 101 – Detalhe do anel do arco [40] Apesar da escassa informação relativamente aos subways, através da observação de imagens e da realização de algumas inspeções (explicado com mais detalhe posteriormente) é sabido que na parte superior da abertura há uma placa metálica sob a qual foi aplicado o betuminoso. Nos subways de secção menor (nas extremidades), os cabos e as condutas são rodeados por estruturas de madeira que estão ligadas à estrutura através de barras metálicas, ver Fig. 102. Fig. 102 – Pormenor, no intradorso do arco, do subway menor [40] No subway de secção maior (central), existem duas caixas metálicas que envolvem os cabos e as condutas, e que estão ligadas ao arco através de vigas de betão, observar Fig. 109. As fundações dos pilares são compostas por dois elementos diferentes: as dos pilares da estrutura nova são de betão enquanto que as dos antigos são de alvenaria. Apesar de serem compostos por materiais diferentes estão solidarizados ao longo de toda a largura da ponte. As fundações dos pilares recentes atingem o nível do bedrock. Apesar de as fundações da ponte existente estarem pouco abaixo do nível do leito do rio, o terreno já tinha atingido o seu assentamento máximo aquando o aumento da ponte. Assim, o risco da existência de assentamentos diferenciais é bastante reduzido. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 90 Os encontros estão fundados em estacas de madeira de carvalho pouco espaçadas (formando quase uma cortina) estendidas até ao bedrock. As estacas têm secção quadrangular (0,30m x 0,30m) e estendem-se por toda a largura do encontro. Segundo [39], os arcos estão preenchidos com betão até ao nível inferior dos subways e na restante altura contêm cascalho. Ver esquema dos limites do material de enchimento na Fig. 103. O facto de uma parte do enchimento ser em betão, significa que a ponte funciona como um elemento monolítico nessa zona o que lhe confere uma resistência superior. Fig. 103 – Esquema longitudinal com identificação dos limites do material de enchimento [15] Relativamente à profundidade do bedrock, foram realizadas inspeções, ver Fig. 104, que permitiram concluir que este se encontra a um nível mais profundo do lado norte (≈8m) quando comparado com o lado sul (≈4m), o que significa um maior comprimento de estacas no encontro norte. Fig. 104 – Ensaio realizado para conhecimento do solo [39] Nas extremidades dos pilares, na direção da corrente do Rio Liffey (jusante e montante), existem cortaáguas metálicos de secção triangular que se estendem até ao leito do rio. Estes elementos têm como função diminuir os riscos de erosão das fundações dos pilares causada pelos detritos transportados pelo rio e pela força da corrente. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 91 Fig. 105 – Esquema da geometria dos pilares e encontros [41] 6.2.3. CARACTERIZAÇÃO GEOMÉTRICA A ponte em estudo tem 45m de comprimento e 47m de largura. É composta por três arcos, sendo o vão dos arcos das extremidades de 12,20m e o do arco central de 14,92m. A flecha dos arcos das extremidades é de 3,73m e a do arco central é de 3,96m. A largura dos pilares é de 2,84m. A espessura dos arcos de extremidade é de 558mm e a do arco central é de 680mm. Fig. 106 – Esquema da ponte Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 92 No que diz respeito aos subways, sabe-se que o central tem 2,80m de largura enquanto que os das extremidades têm apenas 1,50m [39]. Na Fig. 107 é possível observar a secção de corte que os subways introduzem nos arcos. Fig. 107 – Vista superior dos subways [39] 6.3. DESCRIÇÃO DO ESTADO DE O’CONNELL BRIDGE Como o objetivo desta tese é estudar o reforço a aplicar na O’Connell Bridge, antes de se analisar os tipos de reforço existentes e escolher os mais apropriados, é necessário conhecer o estado da ponte. Com esse intuito, foi realizada uma inspeção bastante pormenorizada aquando do surgimento da ideia de construção da nova linha. Antes de se proceder à caracterização da inspeção realizada e à conclusão sobre o estado atual da ponte, vão ser descritas algumas conclusões de inspeções anteriores. É importante realçar que antes da realização da inspeção foram revistos alguns desenhos e fotografias de inspeções antigas com o intuito de se poder fazer uma observação mais rigorosa nos locais onde já existiam danos. Esta observação permitirá concluir se esses danos aumentaram ou se se mantiveram estáveis. 6.3.1. DESCRIÇÃO DAS CONCLUSÕES RETIRADAS DE INSPEÇÕES ANTIGAS Ao longo de toda a sua existência, foram realizadas várias inspeções de forma a caracterizar o estado de deterioração da ponte e a possível existência de problemas estruturais. De seguida, são relatadas algumas conclusões de diferentes inspeções [39]:  Março 2002 – estrutura em excelente estado. Sem observação de danos sérios, apenas recomendada manutenção nos dispositivos de drenagem [15].  Outubro 2004 (inspeção subaquática) – alvenaria dos pilares e dos encontros em boas condições. O leito do rio em torno dos pilares e dos encontros sem demonstração de erosão. É recomendada a monitorização da ponte devido a possíveis erosões na base dos pilares e encontros [42].  Dezembro 2008 – secções visíveis das fundações dos pilares e dos encontros em boas condições, estacas de madeira de boa qualidade. Visualização de algumas juntas abertas, possivelmente causadas por instalação de condutas. Existência de algumas fissuras e falta Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 93 de argamassa nos parapeitos. É recomendado o fecho das juntas e das fissuras e a manutenção dos dispositivos de drenagem [40]. Apesar dos resultados das inspeções realizadas terem sido bastante positivos relativamente ao estado da ponte, foram efetuados alguns trabalhos de manutenção e remodelação, nomeadamente selagem com argamassa de algumas juntas dos parapeitos e de fissuras superficiais. Em Fevereiro de 2009, foi realizada uma inspeção mais detalhada, de onde se puderam tirar algumas conclusões importantes. Foi dividida em três fases: na primeira foi realizada uma análise visual das partes exteriores da ponte, seguida de uma análise ao tabuleiro, aos parapeitos e às extremidades. Por último, foram analisados os arcos, as aduelas, os encontros e pilares, os muros de tímpano e os contra fortes com recurso a um barco. No decorrer da inspeção foram tiradas várias fotografias, tanto ao aspeto global da ponte, como a algumas características relevantes: fissuras, sinais de desgaste e erosão, falta de argamassa e abertura de juntas. No relatório [39], é feita uma descrição pormenorizada do estado de cada elemento constituinte da ponte. 6.3.1.1. Arcos Acima do nível do rio, a alvenaria encontra-se em bom estado. Não há evidências de humidade acima da linha de água. Todas as juntas estão bem fechadas, não há ausência de argamassa, ver Fig. 108. A zona do arco entre os níveis máximo e mínimo de água encontra-se em bom estado, sem danos causados por detritos. Fig. 108 – Interior do arco [40] 6.3.1.2. Subways A alvenaria que se encontra na lateral dos subways encontra-se em bom estado, sem fissuras. As caixas metálicas que envolvem os cabos e as condutas do subway central apresentam um grau de corrosão Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 94 elevado, ver Fig. 109, ao mesmo tempo que as vigas de betão, que garantem a sua ligação ao arco, se apresentam bastante fissuradas, o que pode comprometer a sustentação das caixas metálicas. Fig. 109 – Pormenor subway maior [40] Fazendo uma comparação entre os subways de extremidade e o subway central, conclui-se que os primeiros estão sujeitos a esforços muito superiores, pois encontram-se sob faixas de rodagem, enquanto que o central se situa sob o passeio central. Admite-se ser este o motivo pelo qual são explicados assentamentos do betuminoso na zona dos subways de extremidade, principalmente do lado este. Como já referido anteriormente, existem poucas informações sobre estes elementos. Assim sendo, dever-se-ia fazer uma investigação mais pormenorizada relativamente aos subways de modo a poder obter mais informações, tais como:  Espessura da chapa envolvente;  Cota superior do subway, uma vez que as únicas informações existentes sobre a geometria do canal são de desenhos datados de 1880;  Número de condutas e tipo de serviço existente em cada elemento;  Inatividade ou atividade das condutas. 6.3.1.3. Muros de Tímpano As pedras que constituem os muros de tímpano encontram-se em ótimas condições, sem sinais de fissuras, juntas abertas, presença de humidade ou deformações horizontais (causadas pelo material de enchimento), ver Fig. 110. Fig. 110 – Pormenor muro de tímpano [40] 6.3.1.4. Pilares, Encontros e Fundações Ao efetuar uma inspeção aquática, foi possível verificar o estado das fundações dos pilares e dos encontros e concluiu-se que ambas se encontravam em boas condições, incluindo os caixões metálicos utilizados para fundar os pilares da estrutura recente. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 95 Foram encontrados alguns danos nos encontros (na parte interior do arco), tais como fissuras largas com infiltrações, sendo que no encontro norte há falta de argamassa nas juntas. Estas fissuras podem ser justificadas por possíveis assentamentos das estacas, uma vez que só são visíveis nos encontros. Estes assentamentos não são totalmente inesperados, dada a natureza rígida da alvenaria e a variação de rigidez e integridade das estacas de madeira ao longo da largura dos encontros. 6.3.1.5. Parapeitos Os parapeitos aparentam ter sido remodelados recentemente, pois encontram-se limpos, sem vestígios de humidade, nem das aberturas relatadas nas inspeções anteriores. 6.3.1.6. Faixas de Rodagem e Passeios As faixas de rodagem encontram-se em boas condições, apesar da existência de algumas fissuras perto dos encontros, ver Fig. 111. A existência destas fissuras pode dever-se ao facto de não existir betão na zona dos encontros, visto que nesta zona o material de enchimento é apenas cascalho. Essas fissuras podem indicar que o material de enchimento ainda não se encontrava completamente consolidado aquando da colocação do betuminoso. Fig. 111 – Fissuras nos encontros do tabuleiro e no passeio [40] Para além das fissuras na zona dos encontros, também existem algumas ao longo da linha dos subways, principalmente do lado este, acompanhadas com pequenos assentamentos. Relativamente aos passeios, estes apresentam algumas fendas, mas aparentemente não têm qualquer significado importante no comportamento da estrutura. 6.3.1.7. Considerações Finais Após analisado cada elemento estrutural, é possível elaborar uma conclusão sobre o estado global de O’Connell Bridge. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 96 Assim, segundo [39], a ponte encontra-se em bom estado, sem sinais de deformações, deslocamentos, fissuras de grande importância e condições de suporte não adversas. 6.3.2. DESCRIÇÃO DAS CONCLUSÕES RETIRADAS DA ÚLTIMA INSPEÇÃO Apesar de existirem várias inspeções realizadas a O’Connell Bridge, a empresa responsável pela ponte decidiu efetuar uma nova inspeção, aquando do início dos estudos para a passagem da linha do metro em O’Connell Bridge. Esta nova inspeção, efetuada em Janeiro de 2010, foi apenas realizada aos pilares e encontros da ponte. De seguida, vão ser apresentadas as conclusões retiradas sobre o estado destes elementos constituintes da obra de arte em análise, segundo [41]. No que diz respeito à alvenaria, esta encontra-se em bom estado, sem sinais de fissuras, tanto nos pilares como nos encontros. Informações importantes, obtidas durante a inspeção, e que serão tidas em conta na avaliação do estado de O’Connell Bridge:  Grande quantidade de detritos ao longo da base dos encontros;  Alguma vegetação e moluscos nas extremidades dos encontros Fig. 112 – Vegetação na extremidade do encontro [41]  Existência de uma espécie de consola de fundação ao longo do pilar acima do nível do leito do rio Fig. 113 – Pormenor do pilar [41] Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 97  Corta-águas com sinais de desgaste, possivelmente causado pela forte corrente. Apresentam alguma vegetação e moluscos Fig. 114 – Pormenor do corta-águas [41] Simultaneamente à inspeção da ponte, foi efetuada uma inspeção ao fundo do rio, o que permitiu concluir que este era composto por areia e cascalho, sem sinais de erosão junto dos pilares. Após analisados de modo mais detalhado os pilares, encontros e leito do rio, é possível tirar algumas conclusões sobre o estado de O’Connell Bridge. Assim, segundo [41], a ponte encontra-se globalmente em boas condições, sendo que a camada de detritos encontrada ao longo dos encontros deve ser retirada. 6.4. CONCLUSÕES Após análise dos relatórios de todas as inspeções, documentos [15], [39], [40], [41], [42] e [43], foi possível concluir que a ponte tem uma capacidade resistente bastante elevada, mesmo no que diz respeito a esforços causados pela ação dinâmica ou resultantes de forças horizontais causadas por tração ou efeitos de travagem. Apesar dos bons resultados relativamente à existência de patologias, é aconselhável realizar a monitorização e a manutenção aconselhada para reduzir os riscos e as probabilidades de ocorrerem danos que, detetados a tempo, podem ser corrigidos sem consequências graves e incontornáveis. Apesar de haver registos das inspeções realizadas no decorrer dos últimos anos e de a maioria ser bastante pormenorizada, é recomendável a realização de uma inspeção ainda mais detalhada. Esta recomendação é justificada pela escassez de informação referente aos subways e pela falta de informação relativamente à resistência do material de enchimento. A possível realização de ensaios de resistência ao material de enchimento e à alvenaria que constitui o arco seria bastante importante para se poder conhecer a capacidade resistente da ponte com uma maior certeza. De modo a não existirem problemas posteriores causados pela má interpretação dos desenhos ou informação mal compreendida, é aconselhável a realização de inspeções às fundações dos encontros. Estas inspeções têm o intuito de minimizar dúvidas sobre o tipo e o estado destas fundações. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 104 Fig. 118 – Diferenciação dos layers, representação 3D Como o intuito era analisar a estrutura, o desenho foi exportado para o programa de cálculo ROBOT. Neste programa, converteram-se os elementos de barras e nós em elementos de casca. Com o objetivo de realizar uma análise 3D, transformaram-se os elementos de casca em elementos de sólido, através da função EXTRUD. Fig. 119 – Representação dos sólidos Apesar de este modelo, ver Fig. 119, ser uma representação relativamente correta da realidade, o facto de a alvenaria não resistir a esforços de tração e a dificuldade da representação dos subways e das juntas provocaram grandes problemas na utilização deste modelo. Assim sendo, recorreu-se a um modelo 2D, onde o elemento arco é representado por elementos de barra. Foram utilizados elementos de barra com características especiais, que só permitem esforços de compressão. Deste modo, os esforços de tração são redistribuídos pelos restantes elementos num processo iterativo, até que não hajam esforços desta natureza nas barras representativas dos arcos. As barras apresentam secção com altura igual à espessura do arco, 558mm no caso dos arcos de extremidade e 610mm no arco central, e profundidade de 3,50m, largura da via do metro [43]. Os restantes constituintes foram representados por elementos de casca. A espessura desses elementos é a mesma que a profundidade das barras. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 105 7.2.2.2. Condições de Apoio Relativamente aos apoios, foram aplicados apoios elásticos verticais e nas restantes direções apoios rígidos nos encontros. Fig. 120 – Representação da malha de elementos finitos e dos apoios No que diz respeito ao valor de rigidez da mola, foram admitidos vários valores para que se pudesse proceder a uma comparação das tensões em função da rigidez do solo. Variou-se assim o valor de K entre 2.000 kN/m e 500.000 kN/m. A geração da malha de elementos finitos foi efetuada através de um método de geração automática tendo sido imposto o tamanho de 1m. 7.2.2.3. Características dos Materiais Tal como já foi referido no capítulo anterior, a ponte em análise é constituída por arcos e muros de tímpano em alvenaria tendo como material de enchimento betão, até ao nível inferior dos subways, e cascalho, daí para cima. Na tabela seguinte são apresentadas as características de cada um desses materiais. Tabela 13 – Caracterização dos materiais Material Módulo de Elasticidade (E) Peso Volúmico (γ) Alvenaria 6 GPa 26 KN/m3 Betão C12/15 27 GPa 24 KN/m3 Betuminoso - 22 KN/m3 Cascalho 1 GPa 20 KN/m3 Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 106 Sabendo que a ponte é constituída por alvenaria de granito de forma retangular, através do ábaco da Fig. 121 pode-se concluir que a resistência da alvenaria à compressão (R) é de, aproximadamente, 13MPa. Fig. 121 – Resistência à compressão [44] 7.2.2.4. Cargas Aplicadas Para analisar as tensões a que a ponte está sujeita, consideraram-se as seguintes ações:  Peso próprio da estrutura (PP) - calculado diretamente pelo programa;  Peso próprio do betuminoso (PPb) – calculado aplicando a equação 17;  Carga rodoviária (VEÍCULO);  Carga do metro (LUAS). Para o cálculo do peso próprio do betuminoso, representado por uma carga uniformemente distribuída, admite-se uma espessura de 10cm. A profundidade (h) do elemento é de 3,50m. mKNhePPb /70,7  (17) Fig. 122 – Representação do peso próprio do betuminoso Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 107 Existem dois modos distintos de representar as cargas rodoviárias:  Carga distribuída conjuntamente com carga faca (UDL – uniformly distributed load e KEL – knife edge load). É de notar que esta representação tem em consideração a existência de engarrafamentos.  Carga individual do veículo (single wheel loads) Relativamente ao primeiro modo, a carga uniformemente distribuída é dada pela equação 18 e é função do comprimento (L) da ponte, que no caso em estudo é 45m. Esta carga distribuída deve ser colocada em todo o comprimento da ponte. mkN L UDL /2,26 1 336 67,0         (18) Pelo ponto 5.18 da norma BD 21/01, o valor da carga faca é de 120kN. Para a carga individual do veículo, tem-se em consideração o esquema imposto pela norma, representado na Fig. 123. Fig. 123 – Esquematização do veículo [44] Analisando a tabela 5.4 e o ponto 5.12 da norma BD 21/01, verificou-se que o veículo tipo pesa cerca de 40 toneladas. Este valor pode ser representado por um conjunto de forças, W1 e W2, cujos valores respetivos são 100 kN e 60 kN. Para este tipo de veículo o valor a assumir é de 1,50 m. Como se trata de um modelo a duas dimensões, não é possível representar as quatro rodas que constituem o veículo. Assim, as forças foram agrupadas em dois grupos, afastados de 1,50m: KNWWP 200111  (19) KNWWP 120222  (20) Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 108 Fig. 124 – Representação das cargas do veículo Quanto ao metro LUAS, o seu esquema de carregamento encontra-se representado na Fig. 125. Para a análise efetuada no programa de cálculo, foi admitido um fator dinâmico de 1,5, que aumenta o valor das cargas para 180 kN [43]. Fig. 125 – Representação das cargas do metro 7.2.2.5. Análise das Tensões Rodoviárias Para decidir qual o modo de representação a usar para as cargas rodoviárias, é necessário calcular as tensões para ambos. Após conhecidos esses valores, a representação utilizada será a que induzir esforços maiores na estrutura. Como neste caso o que importa é uma análise comparativa, o valor de rigidez do solo adotado é irrelevante. Na Tabela 14 são apresentados os valores máximos de tensão, em MPa, para cada modo de representação da carga rodoviária. Tabela 14 – Tensão máxima em função do caso Tensão UDL + KEL 0,23 Carga veículo 0,25 Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 109 Ao analisar a Tabela 14 é possível concluir que o modo de representação mais pejorativo, ou seja, aquele que impõe tensões maiores é a carga individual do veículo. 7.2.2.6. Análise das Tensões Com o intuito de verificar a segurança da ponte à passagem do metro, foram calculadas as tensões impostas pelo veículo tipo rodoviário, designadas por tensões existentes. Essas tensões serão comparadas com as tensões impostas pelo metro, designadas por tensões novas. De modo a avaliar a tensão máxima provocada pelas cargas rodoviárias, utilizou-se a opção de cargas móveis que o ROBOT apresenta. Esta opção origina o movimento das cargas segundo um passo admitido. Neste caso optou-se por um passo de 1m. Quer isto dizer que o programa calcula os esforços provocados pelas cargas rodoviárias à medida que estas avançam 1m. Esta opção também foi utilizada para o estudo das tensões provocadas pelas cargas do metro. Para a verificação de segurança, as tensões foram avaliadas para a combinação das cargas em estado limite último. )(40,3)(20,1 VEÍCULOPPbPP  (21) )(00,2)(20,1 LUASPPbPP  (22) Segundo a tabela 3.1 da norma BD21/01, o coeficiente para as cargas permanentes deve ser 1,15 para a alvenaria e 1,20 para o material de enchimento e betuminoso. No caso presente adotou-se o valor 1,20 para todas as cargas permanentes (peso próprio da estrutura e betuminoso). De acordo com a nota posterior a essa mesma tabela, para as pontes em arco de alvenaria os fatores para as cargas variáveis devem assumir valor 3,40 nos casos em que a geometria da carga não é muito bem conhecida e 2,00 para os casos em que se tem a certeza da configuração. Assim, na presente dissertação optou-se para fator da carga tipo veículo o valor de 3,40 uma vez que circulam na ponte não só veículos ligeiros, mas também pesados, e para o veículo metro decidiu-se o valor de 2,00 uma vez que é bem conhecida a configuração do metro LUAS. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 110 Aplicando nas equações 21 e 22 os valores máximos das tensões, em MPa, para cada ação considerada, obtêm-se os valores presentes na Tabela 15. Tabela 15 – Tensões máximas para cada valor de rigidez Rigidez [kN/m] PP+PPb+V PP+PPb+L 2.000 5,16 5,32 5.000 3,35 3,39 10.000 2,92 2,85 50.000 2,67 2,44 100.000 2,57 2,27 250.000 2,33 2,10 500.000 2,19 1,98 Ao analisar a Tabela 15Tabela 15 é possível concluir que as tensões vão diminuindo com o aumento de rigidez do solo. Ao mesmo tempo é possível concluir que, apenas para valores de rigidez baixos, as tensões impostas pelo metro são superiores às impostas pelo veículo. Comparando os valores das tensões verifica-se que houve, no máximo, um aumento de 3,1%, o que pode ser considerado residual. Assim, a análise à segurança de O’Connell Bridge vai ser realizar para os valores de tensão máxima, ou seja, para K = 2000 kN/m. Ao analisar o ponto 6.20 da norma BD 21/01, verifica-se que o fator de segurança que minora a resistência à compressão da alvenaria tem valor 2. MPa R R50,6 2 13 '  (23) Comparando os valores das tensões máximas totais obtidos e a resistência à compressão da alvenaria, é possível concluir que a segurança de O’Connell Bridge está garantida. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 111 Nos gráficos seguintes estão registados os diferentes valores das tensões para cada posição da carga. No eixo vertical estão representadas as tensões em MPa e no eixo horizontal está representada a posição da carga em m relativamente ao início da ponte. Fig. 126 – Gráfico representativo da variação das tensões induzidas pelo veículo rodoviário Analisando a Fig. 126, é possível verificar que a variação das tensões pode ser considerada simétrica. Esta característica era esperada uma vez que tanto a ponte como o carregamento também o são. As tensões são máximas nas posições 8, 23 e 40, ou seja, a ¼ de vão do primeiro arco (simetricamente a ¾ do último arco) e a meio vão do arco central. Fig. 127 – Gráfico representativo da variação das tensões impostas pelo veículo metro Observando a Fig. 127, não é possível tirar a mesma conclusão uma vez que o carregamento não é simétrico. 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 010 20 30 40 50 60 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 010 20 30 40 50 60 Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 112 7.3. TRABALHOS DE REFORÇO A EFETUAR Uma vez que a segurança da ponte em análise está garantida, não é necessário realizar trabalhos de reforço estrutural. Assim, recomenda-se a realização de trabalhos de reforço não estrutural, nomeadamente o refechamento das juntas e a injeção de caldas. Ao serem realizadas estas tarefas garante-se um período de duração maior e um melhor comportamento da estrutura. Reforço de uma Ponte Rodoviária em Dublin, de forma a Suportar o Tráfego de um Tramway 113 CONCLUSÃO Terminada a realização desta dissertação sobre o possível reforço a aplicar numa ponte rodoviária em Dublin, de forma a permitir a circulação de um tramway, é possível obter algumas conclusões. Primeiramente, é importante salientar a relevância que as pontes em arco de alvenaria apresentaram ao longo da História e que continuam a apresentar nas redes rodoviárias e ferroviárias. Uma vez que estas podem ter sido construídas em diversas épocas e com inúmeras técnicas diferentes, é de grande importância a realização de estudos pormenorizados antes de se proceder a qualquer tipo de trabalhos. É também importante salientar os esforços, levados a cabo ao longo dos tempos, de aumentar o conhecimento relativamente à avaliação da capacidade resistente das pontes, sendo de destacar os estudos de Tartreaux (definição das três premissas que permitem a aplicação da teoria de análise plástica), Méry (proposta da existência do mecanismo de três rótulas), Pippard (aprofundamento das metodologias de cálculo e mentor do método MEXE) e de Heyman (definição dos três requisitos que se devem exigir a uma estrutura e proposta da existência de um fator geométrico de segurança). Devido ao seu elevado valor cultural, patrimonial e arquitetónico, é extremamente importante garantir o funcionamento e a segurança destas obras, realizando, periodicamente, trabalhos de inspeção e de manutenção que diminuem a probabilidade de existirem patologias graves que impliquem trabalhos de reforço dispendiosos. Infelizmente, não é dado o devido valor a estes trabalhos, uma vez que grande parte das pontes em alvenaria apresentam um elevado número de diferentes patologias. Com este trabalho foi possível fazer um levantamento das mais comuns, sendo de destacar, pelo facto de serem mais gravosas, a fissuração, os assentamentos e a erosão das fundações. Com o intuito de corrigir estas anomalias e de aumentar o tempo de vida útil destas obras de arte, estudaram-se os diversos tipos de reforço que podem ser aplicados às pontes em arco de alvenaria. A escolha do tipo de reforço a aplicar numa estrutura só deve ser tomada após levantamento de todas as anomalias que apresenta e verificação das suas possíveis causas. Após conhecimento da evolução das pontes em arco de alvenaria, das suas características, do seu funcionamento, das patologias que apresentam e possíveis causas e dos trabalhos de reforço existentes, prosseguiu-se para o estudo pormenorizado da ponte em análise, O’Connell Bridge. Ao longo desta dissertação, é descrita a história de O’Connell Bridge, enunciando os trabalhos de aumento a que foi sujeita, as conclusões retiradas de diferentes inspeções realizadas e as avarias que apresenta. Como o objetivo deste trabalho era verificar a eventual necessidade de realizar trabalhos de reforço nesta ponte, foi avaliada a sua capacidade resistente e os esforços instalados quando sujeita à carga rodoviária