Reforo de Fundaes de Pontes e Viadutos - Trs Casos Reais

Jos Afonso Pereira Vitrio

Engenheiro Civil, projetista e consultor de estruturas; Professor Convidado de Recuperao e Reforo de Pontes e Viadutos da Escola Politcnica da UPE; Doutorando

em Engenharia Civil pela Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Portugal, afonsovitorio@gmail.com

Rui Manuel Meneses Carneiro de Barros

Engenheiro Civil; Professor Doutor da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto - Portugal, rcb@fe.up.pt

Resumo O reforo de fundaes de Obras de Arte Especiais algo bastante complexo, pelo fato

de envolver uma srie de incertezas quanto capacidade de carga real de tais fundaes, muitas vezes dimensionadas h vrias dcadas com a utilizao de normas j superadas, para suportar carregamentos mveis tambm atualmente defasados. A estes problemas devem ainda ser acrescentados o desconhecimento dos projetos originais e as dificuldades para a realizao de inspees, medies e ensaios.

Este trabalho apresenta trs casos reais de projetos de reforo de fundaes de Obras de Arte Especiais, sendo duas pontes e um viaduto. Cada situao teve causa especfica para a necessidade do reforo. O primeiro caso refere-se a uma ponte da rodovia estadual PE-507 em Pernambuco, cujas fundaes diretas foram comprometidas pela eroso aps a ocorrncia de uma cheia no rio. O segundo caso trata de uma ponte rodoviria na BR 101/BA, cuja adequao do tabuleiro s cargas mveis do Trem-tipo Classe 45 da NBR 7188 e precrias condies do estaqueamento original, implicaram na necessidade da cravao de novas estacas e do reforo dos blocos de coroamento. O terceiro caso por sua vez, retrata um problema atual, e cada vez mais frequente, nas obras civis do Brasil: a no conformidade do concreto estrutural, que causou a necessidade do reforo de um bloco de estacas em um viaduto em fase de construo no Recife, que teve a resistncia compresso do concreto bastante inferior estipulada no projeto.

Ao longo do texto so detalhadas e comentadas as concepes adotadas para cada um dos casos, justificando os conceitos utilizados para o dimensionamento, com as devidas ilustraes, incluindo, tambm, as concluses e contextualizao dos problemas que levaram aos reforos das trs fundaes.

Palavras-chave Estruturas; Fundaes; Reforo; Protenso.

1 Introduo

No h qualquer exagero em afirmar que as fundaes significam o que existe de mais importante para a garantia da segurana de uma edificao.

Por se tratarem de elementos estruturais que trabalham enterrados e/ou submersos, na maioria das vezes no acessveis vistorias, as fundaes apresentam uma srie de fatores dificultadores para a identificao de problemas que, muitas vezes, s so detectados quando j esto repercutindo na estrutura como um todo.

No caso das pontes e viadutos, as fundaes se revestem de uma importncia especial, pela prpria natureza e peculiaridades dessas obras que, de modo geral, esto expostas a condies ambientais totalmente adversas, so submetidas a condies de uso para as quais no foram projetadas e so carentes de manuteno ao longo da vida til.

Sabe-se que um dos fatores que mais influenciam o aparecimento de graves problemas em fundaes de pontes a eroso (ou solapamento) ao longo tempo, sendo este fenmeno responsvel por significativa quantidade de acidentes com estes tipos de obras em todo o mundo.

Outro tipo de fenmeno com grande poder de devastao sobre as pontes a ocorrncia de cheias nos rios, por causa da rpida elevao do nvel da gua, associada a grandes descargas e velocidades. A intensidade da fora de arrasto aumenta o poder erosivo do leito do rio, descalando as fundaes e os aterros das cabeceiras. A grande presso dinmica da gua, que atua transversalmente sobre os pilares e encontros causa, muitas vezes, a ruptura da ponte.

Outros fatores que tambm contribuem para o aparecimento de problemas relacionados s fundaes das Obras de Arte Especiais: movimentaes causadas por recalques diferenciais; submisso da obra a carregamentos excessivos para os quais no foi projetada (como os dos veculos transportadores de equipamentos especiais); alargamento para a adio de mais pistas de rolamento; deficincias de projeto; falhas construtivas; utilizao de taxas de trabalho insuficientes para os materiais e principalmente, ausncia de manutenes preventivas peridicas ao longo do tempo.

Neste artigo sero apresentadas trs situaes nas quais foram realizadas intervenes para execuo de reforo de fundaes de Obras de Arte Especiais, sendo duas pontes e um viaduto.

O primeiro caso refere-se a uma ponte localizada sobre o riacho Ingazeira na PE-507 em Pernambuco que teve as fundaes solapadas aps a ocorrncia de uma cheia em 2005.

No segundo caso, abordado o problema causado pela eroso nas fundaes de uma ponte na BR-101/BA devido modificaes do perfil do rio ao longo dos anos, com rebaixamento do leito e a perda do confinamento das estacas que ficaram expostas e com a capacidade de carga reduzida.

O terceiro caso aborda uma situao bem recente e que tambm est se tornando frequente nas obras civis do Brasil, que a no conformidade do concreto estrutural. No caso exposto, um bloco de fundao da ala ainda em fase de construo de um viaduto na cidade do Recife teve que ser reforado por cauda da resistncia compresso do concreto ter apresentado valores bem inferiores aos estipulados no projeto estrutural.

Nos prximos itens sero feitas as descries resumidas de cada obra com os respectivos problemas ocorridos nas fundaes e as solues adotadas para corrg-los.

2 Ponte na rodovia PE-507

2.1 Descrio do problema ocorrido

A obra apresentada neste primeiro caso trata-se de uma ponte com 40m de extenso e trs vos de 12,50m, 15,00m e 12,50m; a superestrutura constituda por tabuleiro de concreto armado convencional (vigas, lajes e transversinas); a meso e infraestrutura so compostas por pilares com seo octogonal, sapatas isoladas de concreto armado assentes sobre blocos corridos de concreto ciclpico e encontros de concreto ciclpico nas extremidades.

Logo aps uma grande cheia no riacho Ingazeira houve uma significativa eroso, que causou o rebaixamento do leito do rio e solapou as fundaes das duas linhas de pilares, conforme ilustrado na figura 1. A intensidade da fora de arrasto, associada s caractersticas erodveis do solo, retiraram parte da camada superficial sob os blocos e quase causaram o desabamento da ponte, conforme mostram as figuras 2 e 3.

Algum tempo depois, os encontros, que at ento permaneciam ntegros, tambm comearam a apresentar sinais de ruptura, causada pelo grande aumento do empuxo devido s presses hidrostticas (agravado pela ausncia de drenagem) e pela eroso do solo, conforme mostra a figura 4.

Figura 1 Vista geral da ponte e da eroso causada pela cheia nas fundaes dos pilares na calha do rio.

Figura 2 Ruptura do bloco e descalamento das fundaes.

Figura 3 Fuga de material sob as fundaes, causando risco de ruptura da obra.

Figura 4 Ruptura do encontro causada por infiltrao de gua no aterro e pela eroso na fundao

2.2 Soluo adotada

Considerando que a situao requeria a adoo de providencias imediatas para realizao do reforo de fundaes e evitar a ruptura total da ponte, foi providenciado o escoramento do tabuleiro, de modo a reduzir substancialmente as cargas nos pilares, enquanto eram realizadas as sondagens geotcnicas e elaborado o projeto de reforo.

Com base no resultado das sondagens foi adotado para as fundaes dos pilares o reforo com estacas raiz 310mm e comprimento mdio de 12m, sendo 4 estacas por pilar, conforme detalhamento na figura 5.

Figura 5 Esquema do reforo das fundaes dos pilares.

Como foi dito anteriormente, algum tempo depois, logo aps a concluso dos servios de reforo das fundaes dos pilares, os encontros comearam tambm a apresentar sinais de avarias causadas pelos empuxos e deformaes do solo, o que levou necessidade de realizao de reforo, com a utilizao de estacas escavadas 250mm.

Aps o reforo das fundaes houve a substituio dos aparelhos de apoio por meio de macaqueamento e as cargas do tabuleiro foram transmitidas para novos encontros de concreto armado, construdo rente aos encontros existentes, conforme ilustrado na figura 6. As figuras 7, 8, 9 e 10 mostram fases da execuo do reforo das fundaes dos pilares.

Figura 6 Reforo da fundao dos encontros.

Figura 7 Escoramento da ponte.

Figura 8 Consolidao da base da sapata com argamassa projetada.

Figura 9 Furos nas sapatas para a cravao das estacas.

Figura 10 Reforo dos pilares e cravao das estacas.

3. Ponte na BR-101/BA

3.1 Descrio do problema ocorrido

Trata-se de uma Obra de Arte Especial com 81,00m de extenso, dois vos de 22,00m, um vo de 30,00m e dois balanos de 3,50m; fundaes em estacas e presumidamente construda na dcada de 70 sobre o rio Pojuca na BR-101/BA. A obra necessitou ser recuperada e reforada para se adequar ao novo gabarito transversal da ampliao da rodovia e s novas cargas mveis do Trem-tipo Classe 45, uma vez que foi projetada para o Trem-tipo Classe 36.

Em 2008, durante a vistoria para o levantamento da geometria existente, e identificao das patologias para a realizao do projeto de recuperao e reforo, foi observado que havia ocorrido uma grande eroso no leito do rio, que causou o rebaixamento do mesmo e deixou exposta a parte superior das estacas dos blocos centrais, diminuindo consideravelmente a capacidade de carga, conforme ilustrao nas figuras 11 e 12.

Figura 11 Estacas expostas e desconfinadas por causa do rebaixamento do leito do rio.

Figura 12 Detalhe da deteriorao e perda de seo transversal das estacas.

3.2 Soluo adotada

Considerando que o estaqueamento existente no apresentava condies de integridade estrutural e, nem ao menos, condies para a realizao de uma anlise mais profunda sobre as suas capacidades de cargas estrutural e geotcnica, optou-se pela criao de um novo estaqueamento capaz de absorver totalmente os esforos para as combinaes mais desfavorveis das aes, com o Trem-tipo Classe 45. Com base no resultado do dimensionamento e das sondagens realizadas, foram adotadas estacas raiz 410mm, (sendo 8 estacas para cada pilar), que foram solidarizadas ao bloco original por meio do encamisamento com um novo bloco. A solidarizao entre os dois blocos foi feita com a aplicao de protenso com barras Dywidag, de modo a garantir que o conjunto trabalhasse como um bloco monoltico para efeito da transmisso das cargas dos pilares para as novas estacas. A figura 13 mostra o envolvimento dos blocos originais pelos novos blocos, a configurao do novo estaqueamento e o posicionamento das barras de protenso. Na figura 14 est representada uma vista frontal do novo bloco e das ancoragens das barras Dywidag.

Para a melhor garantia da aderncia entre concreto novo e concreto antigo, foram colocados conectores metlicos e aplicada pintura de aderncia ao longo de todas as superfcies de ligao entre os dois concretos.

Figura 13 Configurao do novo estaqueamento

Figura 14 Vista frontal do bloco reforado e do novo estaqueamento.

4 Viaduto Capito Temudo

4.1 Descrio do problema ocorrido

O viaduto Capito Temudo, construdo na dcada de 70, representa a principal ligao viria com a Zona Sul da cidade do Recife.

Essa Obra de Arte Especial passa atualmente por intervenes para o alargamento do tabuleiro no trecho retilneo e para o acrscimo de uma nova ala com 400m de extenso.

A superestrutura da ala projetada constituda por um tabuleiro celular de concreto protendido, com resistncia caracterstica compresso (fck) igual a 40MPa. A mesoestrutura formada por 12 pilares-parede, com dimenses variveis, em concreto armado com fck = 30MPa. Para as fundaes foram utilizadas estacas de concreto centrifugado EC-600/10; cada pilar tem apenas um bloco de coroamento com fck = 30MPa.

O bloco de estacas objeto do reforo corresponde ao pilar P4, submetido a carga vertical de 16.960KN, momentos Mx = 3.385KNm, My = 479KNm e dimensionado para 10 estacas.

Aps o rompimento dos corpos de prova dos concretos utilizados no pilar e no bloco, nas idades previstas pela norma, foi constatado que o concreto utilizado no pilar tinha resistncia compatvel com a que foi prevista no Projeto Estrutural, mas o concreto do bloco apresentava resistncia caracterstica compresso de apenas 14MPa. Foram ento retirados e rompidos testemunhos do concreto do bloco que por sua vez confirmaram o fck = 14MPa, caracterizando a no conformidade do concreto estrutural e, portanto, a necessidade de reforo para o referido bloco, cujas caractersticas geomtricas esto indicadas na figura 15.

Figura 15 Geometria original do Bloco B4.

4.2 Soluo adotada

Para solucionar o problema foram apresentadas duas alternativas para reforo do bloco. A 1 soluo previu o encamisamento do bloco existente com concreto auto adensvel, de fck = 30MPa, e a utilizao de barras Dywidag na parte inferior. O dimensionamento foi feito pela teoria das bielas e tirantes para o novo bloco, de modo a obter-se a seo de armaduras de protenso necessria, alm das armaduras passivas complementares. Essa soluo, que est ilustrada na figura 16, apresentou dificuldades para ser executada pelo fato de o bloco encontrar-se no limite do canteiro central das duas faixas de trfego da via inferior, impossibilitando a execuo das escavaes nas dimenses necessrias para introduo e protenso das barras rgidas Dywidag de 4,50m de comprimento, pelo fato de s se dispor de um espao de 60cm de cada lado para os trabalhos de reforo.

Diante disso, foi necessrio estudar outra alternativa de reforo que fosse possvel de ser executada no pequeno espao disponvel entre as faces do bloco e os limites da via.

Figura 16 Reforo com aplicao de protenso com barras rgidas Dywidag.

A segunda alternativa partiu da premissa de que teriam que ser utilizadas barras flexveis para o reforo, de modo que a protenso pudesse ser realizada dentro do pequeno espao disponvel ao longo do permetro do bloco.

Considerando tratar-se de um bloco rgido com relao a/d = 0,27 (a condio de rigidez a/d 0,50). O reforo pde ser calculado com base na teoria da ruptura por compresso diametral, de modo que a armadura principal passa a ser constituda por barras horizontais na forma de estribos (ALONSO, 1982). O dimensionamento foi feito utilizando-se armaduras ativas compostas por cabos com 4 cordoalhas de 12.7mm, ao CP-190 RB, envoltas em bainha chata retangular, tendo sido necessrios 4 cabos distribudos ao longo da altura do bloco, envolvendo-o em todo o permetro. Foi aplicada uma fora de protenso de 560KN (140KN por cordoalha), aps o concreto auto adensvel ter atingido a resistncia necessria. Tambm foram utilizados conectores e ponte de aderncia com epxi entre as superfcies de contato entre concreto existente e concreto novo.

Esta foi a soluo escolhida e o bloco encontra-se atualmente devidamente reforado. A figura 17 mostra o corte transversal do reforo. As figuras 18, 19, 20 e 21 ilustram detalhes da execuo do reforo.

Figura 17 - Detalhe do reforo do bloco com concreto auto adensvel e protenso com cabos horizontais ao longo do permetro.

Figura 18 Colocao das armaduras ativas e passivas do reforo.

Figura 19 Detalhe dos cabos de protenso.

Figura 20 Detalhe das armaduras passivas e dos conectores de aderncia.

Figura 21 Vista geral do pilar e do bloco.

Figura 22 Posicionamento do pilar e do bloco no canteiro estreito entre duas pistas.

4 Concluses

Os trs casos de reforo de fundaes de Obras de Arte Especiais relatados neste artigo permitem tirar algumas concluses sobre as condies funcionais e estruturais das pontes e viadutos que fazem parte da malha viria brasileira, at porque no constituem situaes

isoladas, o que pode ser comprovado pela significativa quantidade de relatos de casos sobre estes tipos de problemas.

O primeiro caso relatado, por exemplo, mostra que os problemas ocorridos nas fundaes da ponte esto relacionados prpria concepo do projeto, que adotou fundaes diretas e superficiais em um solo arenoso com grande poder de eroso. Ou seja, as fundaes sempre estiveram vulnerveis eroso do rio, principalmente durante a ocorrncia das cheias que sempre aconteceram na regio.

A evoluo dos problemas atingiu uma situao crtica por ocasio da cheia em 2005, causando os problemas que geraram a necessidade do reforo para evitar a ruptura da obra.

Convm lembrar que os problemas poderiam ter sido evitados se, alm de uma outra concepo para as fundaes (estacas ou tubules), a obra tivesse passado por vistorias e manutenes peridicas que identificassem os problemas ainda na fase inicial.

Outro fator que contribuiu para a acelerao dos problemas foi a colocao de duas linhas de pilares no leito do rio que, ao funcionarem como obstculos para a seo de vazo sob a ponte, tornaram-se geradores de fossas de eroso em torno das fundaes.

No caso da segunda ponte estudada, a concepo das fundaes em estacas foi a mais apropriada, porm, a falta de inspees e manutenes peridicas ao longo das ltimas dcadas fez com que os problemas causados pelo desvio e rebaixamento do leito do rio no fossem percebidos.

Talvez, o fato de se tratar de uma obra localizada em uma rea rural, com pouco acesso de pedestres, fez com que os graves problemas relacionados ao estaqueamento s fossem descobertos quando se fez necessria a realizao de uma vistoria com a finalidade de levantar a geometria existente e identificar as patologias estruturais, com vistas a adequao para o novo gabarito transversal da rodovia e ao Trem-tipo Classe 45.

possvel que, caso a obra no estivesse includa no programa de alargamento e restaurao da BR-101/BA, os problemas no fossem identificados e a ponte viesse a sofrer o colapso de suas fundaes, cujas consequncias poderiam ser desastrosas.

O terceiro e ltimo caso exposto neste trabalho mostra um problema que, embora devesse ser tratado como uma exceo, est se tornando bastante frequente nas obras civis, no apenas em Pernambuco, mas em todo o Brasil.

A no conformidade do concreto estrutural fornecido pelas concreteiras tm se constitudo nos ltimos anos em uma grande dor de cabea para construtores e engenheiros estruturais. Os construtores, pelos transtornos causados quando o concreto de determinada estrutura est com a resistncia aqum daquela estipulada no projeto; os engenheiros projetistas da estrutura, porque ficam com o nus de fazer todos os malabarismos de clculo possveis para salvar as estruturas cujos concretos esto no conformes, como foi o caso do bloco da ala do viaduto Capito Temudo.

Este tema merece, portanto, ser objeto de muitos estudos e discusses entre projetistas, construtores e fornecedores de concreto, para que se consiga chegar a uma concluso sobre as reais causas de tais problemas e corrigi-los de forma definitiva.

Concluindo, os trs casos apresentados neste texto significam apenas uma pequena amostra dos fatores que intervm direta ou indiretamente na segurana e estabilidade das fundaes das Obras de Arte Especiais e que necessitam ser objetos das maiores atenes possveis de todos os participantes do setor produtivo da construo civil nacional.

5 Referncias ABNT NBR 6118. Projeto de Estruturas de Concreto. Procedimento. Rio de Janeiro, 2007. ABNT NBR 7187. Projeto e Execuo de Pontes de Concreto Armado e Protendido. Rio de Janeiro,

2003. ALONSO, U. R. Exerccios de Fundaes. Editora Edgard Blcher Ltda. So Paulo, 1982. ARAJO, J. M. Curso de Concreto armado. Editora Dunas. Rio de Janeiro, 2003. DEGUSA. Manual de Reparo, Proteo e Reforo de Estruturas de Conreto. Red Rehabilitar editores.

So Paulo, 2003. GUSMO, J. A. Fundaes de Pontes Hidrulica e Geotcnia. Ed. Universitria. Recife, 2003. MORAES, M. C. Estruturas de Fundaes. Editora McGraw Hill. Rio de Janeiro, 1976. VITRIO, J. A. P. Acidentes Estruturais em Pontes e Viadutos Causas, Diagnsticos e Solues.

Anais do II Congresso Brasileiro de Pontes e Estruturas. Rio de Janeiro, 2007. VITRIO, J. A. P. Avaliao do Grau de Risco Estrutural de Pontes Rodovirias de Concreto. Anais

do 50 Congresso Brasileiro do Concreto. Salvador, 2008.