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ANAIS DO 48º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2006 - 48CBC0240 1

Aspectos Relevantes do Projeto e Execução do Reforço da Ponte sobre o Rio Chapecó

The Most Relevant Aspects of the Project and Construction of the Strengthening of the Bridge on Rio Chapecó

Sérgio Marques Ferreira de Almeida (1); Flávia Moll de Souza Judice (2); Mayra Soares Pereira Lima Perlingeiro (3); Eduardo Souza de Melo (4)

(1) M.Sc. em Doutoramento, Professor Adjunto do Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal Fluminense (2) D.Sc., Professora Adjunto do Departamento de Mecânica Aplicada e Estruturas da Universidade Federal do Rio de Janeiro

(3) D.Sc., Professora Substituta do Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal Fluminense (4) Mestrando, COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro

Resumo Apresentam-se neste trabalho os aspectos relevantes do projeto e execução do reforço da ponte sobre o Rio Chapecó, construída em 1975, no km 559 da BR-282, no sudoeste do Estado de Santa Catarina. Esta ponte constitui-se na principal ligação rodoviária da capital Florianópolis com o extremo oeste do estado na fronteira com a Argentina. Totalizando 255 m de comprimento e largura de 10 m, a ponte é constituída por uma viga contínua com seção unicelular, de altura variável, composta por três vãos e dois balanços. O vão central possui 115 m de comprimento e foi construído pelo método dos balanços sucessivos. Já os vãos laterais e os balanços, com 60 m e 10 m de comprimento, respectivamente, foram executados sobre escoramento direto. Os pilares foram moldados em concreto armado e assentes sobre tubulões, também em concreto armado, executados a ar comprimido. Desde a sua inauguração, a ponte sobre o Rio Chapecó vem apresentando problemas estruturais e de deformação, tendo sido motivo de estudos e reforços em mais de uma ocasião. No início do ano de 2005, um novo e sério problema ocorreu com a obra, colocando-a em risco iminente de colapso: a detecção de uma forte inclinação nos pilares da linha de apoio P4 (lado Chapecó) motivada por empuxo do aterro de acesso executado impropriamente com blocos de rocha (rachão). O deslocamento do topo do pilar de 5 m de altura atingiu 55 cm, expulsando o aparelho de apoio e concentrando a reação da superestrutura na quina do pilar, o que provocou uma enorme rachadura na parte superior do mesmo com comprimento de aproximadamente 2,80 m. Estavam, assim, comprometidas as estabilidades global (pela inclinação do pilar) e local da estrutura (pela rachadura da cabeça do pilar). As peculiaridades do sistema estrutural da ponte, as falhas ocorridas e a concepção do projeto de reforço são descritas neste trabalho. O modelo em elementos finitos utilizado para a análise da estrutura é apresentado e os resultados obtidos são discutidos. São mostrados os detalhes mais importantes do projeto de reforço, que lançou mão de estacas raiz, de cortinas atirantadas e de protensão com cabos externos. Após os reforços emergenciais que garantiram a estabilidade da obra foram feitas provas de carga dinâmica e semi-estática pelo Laboratório de Sistemas Estruturais da USP. Com o intuito de comprovar sua eficiência, estes mesmos ensaios foram refeitos após a conclusão do reforço. Os resultados experimentais comprovaram a eficácia do reforço e o tráfego da via encontra-se restabelecido. Palavra-Chave: reforço estrutural; análise estrutural. Abstract This work focus the most relevant aspects of the project and construction of the strengthening of the bridge on Rio Chapecó, built in 1975, in the km 559 of BR-282, in the Southwest of the State of Santa Catarina. This bridge is the main road connection of the capital Florianópolis with the west of the state in the border with Argentina. The bridge of 255 m of length and 10 m of width is formed by a continuous beam with unicellular cross section, of variable height, with three spans and two cantilevers. The central span of 115 m was built by the cantilevering method. The lateral spans and the cantilevers, of 60 m and 10 m of length, respectively, were executed on supports. The columns were cast in reinforced concrete and over pipes, also in reinforced concrete, executed to compressed air. Since its opening, the bridge on Rio Chapecó presents structural and deformations problems, so researches and strengthening have been made. In the beginning of 2005, a new and serious problem occurred, putting it in imminent risk of collapse: a strong inclination in the columns of the support line P4 (side Chapecó) due to earth pressure of the access embankment executed improperly with rock blocks. The displacement of the top of the column of 5 m of height reached the mark of 55 cm, putting out the support and concentrating the reaction of the superstructure in the corner of the column, that caused an enormous crack in the top with length of approximately 2,80 m. In that way, the global (by the inclination of the column) and local stabilities (by the crack of the head of the column) of the structure were committed This work presents the bridge structural system details, the flaws and the design of the strengthening project. A model based on finite elements used for the analysis of the structure is presented and the results are discussed. The most important details are presented, root piles, strut walls and external prestressing. After emergencies strengthening, dynamic load and semi-static tests were made by the Laboratory of Structural Systems of USP. To prove the efficiency of the work, the same rehearsals were remade after strengthening conclusion. The experimental results proved the effectiveness of the strengthening and the road traffic was reestablished. Keywords: strengthening; structural analysis.


1 Introdução Por solicitação do DNIT, em 11 de abril de 2005 foi realizada a inspeção da Ponte sobre o Rio Chapecó, situada na BR 282/SC, km 559, no sub-trecho Chapecó-Maravilha, cuja estrutura apresentava risco iminente de colapso provocado pela forte inclinação nos pilares da linha de apoio P4 (lado Chapecó). 2 Descrição do Problema A ponte sobre o Rio Chapecó possui 255 m de comprimento e 10 m de largura, tendo sido dimensionada (ESCRITÓRIO TÉCNICO ADERSON MOREIRA DA ROCHA, 1972) para absorver as solicitações decorrentes de um carregamento equivalente ao antigo trem-tipo Classe 36. Apresenta duas faixas de rolamento de 3,60 m, acostamentos de 0,50 m, passeios e guarda-corpos que ocupam 0,90 m de cada lado do tabuleiro. Longitudinalmente, a obra é constituída por um vão central com 115 m, dois vãos laterais com 60 m e dois balanços com 10 m de extensão. O vão central foi construído pelo método dos balanços sucessivos, enquanto os vãos laterais e os balanços foram executados sobre escoramento direto. Nos acessos não há laje de transição. A seção transversal da ponte é unicelular protendida com altura variável – 2,50 m no meio do vão e extremidades e 8,50 m nos apoios centrais – ligada por lajes superior e inferior e transversinas de apoio. A superestrutura é suportada por quatro conjuntos de pilares em concreto armado e tubulões executados a ar comprimido. Os pilares centrais possuem seção em forma de parede vazada com altura de 19,80 m e apóiam-se sobre blocos de coroamento assentes em seis tubulões com 2,0 m de diâmetro e base alargada. Já os pilares extremos possuem seção retangular de 0,30 x 1,60 m e apresentam no topo uma viga com seção transversal de 0,50 x 2,0 m, formando um pórtico que se apóia em tubulões com diâmetro de 2,0 m. Na margem ao lado de Nova Erechim, o pilar tem 10 m de altura, enquanto no lado Chapecó tem 6,50 m. A Figura 1 ilustra a obra em elevação e a Figura 2 apresenta a seção transversal na região dos apoios e do vão.

Figura 1 - Elevação


a) b)

Figura 2 – Seção transversal: a) no apoio; b) no vão

Pode-se observar na Figura 3 uma vista geral da ponte antes da intervenção do reforço.

Figura 3 – Vista geral da ponte sobre o Rio Chapecó antes do reforço


2.1 Histórico da Obra A ponte sobre o Rio Chapecó foi construída em 1975 pela empresa SERGEN e está localizada no km 559 da BR 282/SC, que é a principal ligação rodoviária da capital Florianópolis com o extremo oeste do Estado de Santa Catarina. Desde sua inauguração, a ponte vem apresentando problemas estruturais e de deformação. Em 1977, um ano e meio após ter sido liberada para o tráfego, surgiram fissuras nas vigas e na laje inferior que levaram à execução de reforço na região comprometida. Grande parte dos problemas surgidos deveu-se à concepção inadequada do projeto e do detalhamento das armaduras. A altura elevada das vigas principais na região dos apoios centrais, as espessuras insuficientes das peças e o reduzido diâmetro das barras das armaduras contribuíram para a fissuração generalizada da obra. Outro grave problema constatado foi a deformação excessiva do vão central provocada por um plano de contra-flechas impróprio, em que provavelmente foram desconsiderados os efeitos de fluência do concreto, fato comum nas primeiras obras executadas pelo método dos balanços sucessivos. Como solução, foram introduzidos cabos de protensão externos na região do vão central. Posteriormente, estudos e medições da evolução das deformações do vão central foram realizados pelo Professor Walter do Couto Pfeil (SOMAC, 1974). 2.2 Problemas Apresentados

2.2.1 Principal Problema Relatórios de vistoria (M. MARTINS, 2005) indicaram que os aterros de acesso foram realizados com material proveniente de corte de rocha basáltica (rachão) empurrados contra as extremidades da obra. Devido à sua característica, este material não tem coesão e desliza facilmente. Com o movimento dos balanços e a sobrecarga dos veículos junto aos acessos da ponte, o corpo do aterro flui sob a estrutura, abatendo-se junto à cortina de entrada e provocando desnível entre o pavimento asfáltico e o pavimento da superestrutura da ponte. A continuidade desse processo é agravada pela inexistência de laje de acesso nas cabeceiras, levando a inúmeras intervenções para recomposição do pavimento asfáltico. A dificuldade de estabilidade do pavimento nas cabeceiras da obra foi aumentada pelo fato das cortinas estarem rompidas, pois possuíam armações passivas inadequadas. Ao longo do tempo, com o propósito de controlar o deslizamento dos aterros, foram montados maciços de pedra seca empilhada sob os balanços que, no lado Chapecó, alcançou aproximadamente 5 m. Essa solução, além de aumentar bruscamente o empuxo nos pilares extremos, resultou no deslocamento do topo dos mesmos e alterou o comportamento estático da obra. A reação vertical da superestrutura nos pilares também deixou de ser centrada, como previsto em projeto. Na linha de apoio do pilar P1 (lado Nova Erechim), o deslocamento do topo dos pilares alcançou 12 cm e na margem oposta (lado Chapecó), o deslocamento atingiu 55 cm no sentido da calha do rio. O pilar P4E não comportou tal excentricidade de reação e rompeu verticalmente, apresentando uma rachadura que se estendeu do seu topo até cerca de 2,80 m, conforme mostra a Figura 4.


a) Detalhe da trinca na cabeça do pilar P4E b) Trinca do topo do pilar até 2,80 m

Figura 4 – Trinca vertical no pilar P4

Notam-se, na Figura 5, a inclinação do talude (≅ 45º) e o deslocamento transversal entre a superestrutura e o conjunto pilares-viga de topo (≅ 2,0 cm).

Figura 5 – Inclinação do talude e desaprumo do pilar P4


Cerca de 2,0 m abaixo do topo do pilar de montante observou-se uma série de fissuras que indicam o estado crítico do pilar. Com o deslocamento dos pilares, os aparelhos de apoio neoprene ficaram presos entre a superestrutura e a viga de ligação dos pilares, tendo sido completamente danificados (v. Figura 6a). Conseqüentemente, o livre deslocamento da ponte sob a ação do gradiente térmico ficou impedido, gerando mais solicitações horizontais nos pilares extremos e amplificando os deslocamentos de seus topos iniciados pela ação do empuxo do rachão nas cabeceiras. Em vista disso, os pilares e tubulões que compõem o conjunto de apoios P1 e P4, face ao deslocamento horizontal, estavam totalmente comprometidos, prejudicando a estabilidade de toda a obra. 2.2.2 Outros Problemas

a) As cortinas estavam rompidas (v. Figura 6b); b) No projeto, não foi prevista armadura de fretagem na cabeça dos pilares para

absorver os esforços devidos ao efeito de bloco parcialmente carregado; c) O pavimento em concreto apresentava alguns buracos com armaduras expostas; d) A obra apresentava grande deformação na sua região central que aparentemente

encontrava-se estabilizada; e) Os dispositivos de drenagem do tabuleiro eram suficientes, porém não

ultrapassavam a parte inferior da laje, permitindo o escoamento de água e de sujeira na estrutura;

f) Em vários locais da estrutura verificaram-se, em pequena escala, algumas patologias, tais como: manchas escuras, eflorescências (manchas brancas), manchas de corrosão, desplacamentos de concreto, ninhos de concretagem e armaduras expostas e oxidadas;

g) A estrutura apresentava vibração excessiva com a passagem de veículos.

a) Aparelho neoprene danificado b) Cortinas rompidas

Figura 6 – Aparelho de apoio e cortinas antes da intervenção


2.3 Diagnóstico Os danos na linha de apoio do pilar P4 geraram grave insuficiência estrutural. O pilar encontrava-se em estado crítico, havendo risco tangível de colapso estrutural. Por se tratar de viga contínua, o colapso do apoio poderia desencadear a ruína total da ponte. 3 O Projeto de Reforço Frente às graves anomalias constatadas na estrutura da ponte, recomendou-se a imediata interdição parcial da obra e realização de projeto de reforço (ARTE PONTES, 2005), desdobrando-se os serviços de recuperação em duas etapas distintas, a saber:

1. Primeira etapa da recuperação: Serviços iniciais A primeira etapa, de caráter emergencial, foi contratada imediatamente para eliminar a situação de risco iminente de ruína da obra. Essa etapa compreendeu a execução das seguintes providências e serviços essenciais:

a) Limitação do tráfego para meia-pista, com a passagem de um veículo por vez; b) Limitação da velocidade dos veículos sobre a ponte a 20 km/h; c) Instalação de sinalização de semáforo automático nos acesso à ponte, conforme

instruções vigentes do DNIT; d) Limitação das cargas ao peso máximo de 24 ton por veículo; e) Execução de vistoria diária para verificação da evolução dos danos; f) Remoção do enrocamento de pedra seca empilhada sob os balanços extremos

para aliviar o empuxo gerado sobre os pilares P1 e P4; g) Serviços de melhoramento provisório da cabeça do pilar P4 com reforço por meio

de chapas metálicas coladas com resina epóxi e parafusos passantes (v. Figura 7).

Figura 7 – Reforço da cabeça do pilar P4 com chapas metálicas coladas


2. Segunda etapa da recuperação: Complementação dos serviços de recuperação e reforço da estrutura da ponte

Os serviços dessa etapa compreenderam as seguintes atividades:

a) Mobilização e instalação do canteiro de obras; b) Instalação de inclinômetros e piezômetros para verificação da estabilidade das

encostas e dos aterros de acesso e execução de sondagens mistas SPT 45; c) Execução de um par de pilares de segurança em concreto armado, fundados sobre

bloco de concreto armado com dimensões em planta dimensionadas para transmitir uma tensão ao solo inferior a 0,0025 MPa;

d) Realização de duas provas de carga dinâmicas e semi-estáticas, conforme instruções da DEP-DNIT – uma antes de executados os reforços e outra após a conclusão de todos os serviços (LSE, 2005);

e) Execução de estacas raízes para reforço das fundações dos pilares extremos, ligadas em seus topos por blocos de concreto armados com barras DYWIDAG;

f) Encamisamento dos pilares comprometidos; g) Execução de cortinas atirantadas sob os balanços da ponte – com altura de

aproximadamente 5 m e extensão de 14 m no topo e 30 m na base – para estabilizar o empuxo elevado sobre as fundações e pilares extremos;

h) Injeção com resina epóxi SIKADUR 52, ou similar, de todas as fissuras e trincas com abertura superior a 0,3 mm existentes nos elementos estruturais da obra;

i) Execução de reforço da armadura de protensão sobre os apoios extremos e no vão lateral – após verificações na memória de cálculo e desenhos da obra;

j) Recomposição das cortinas (transversinas extremas) por meio de reforço e construção de alas longitudinais, bem como execução de dentes de apoio das lajes de transição;

k) Execução de laje de transição nos acessos da ponte para minimização das oscilações nos balanços;

l) Após a reconstrução das cortinas e execução das lajes de transição, retirada do material que eventualmente estava coibindo a livre movimentação dos balanços da superestrutura.

Considerações sobre os serviços da segunda etapa de recuperação:

i. Blocos de coroamento das estacas raízes Optou-se por blocos protendidos com barras DYWIDAG para assegurar a incorporação dos pilares existentes ao novo bloco. A Figura 8 ilustra o detalhe das armaduras ativas em barras DYWIDAG no bloco de reforço.


Figura 8 – Detalhe do bloco de reforço com barras DYWIDAG

ii. Cortinas atirantadas (GEOPROJETOS, 2005) A execução das cortinas atirantadas exigiu cuidados especiais. Como a instabilidade do rachão que constituía as cabeceiras da ponte era grande, foi necessária a execução de uma camada de concreto projetado sobre o talude para auxiliar a consolidação do mesmo.

Figura 9 – Detalhe da cortina e do reforço do pilar


A cortina teve que ser executada na própria inclinação do talude, não só por razões de estabilidade na fase construtiva, como também para que os bulbos de ancoragem dos tirantes atingissem o solo, uma vez que todo o corpo da estrada atrás da cortina era constituído de rachão, material totalmente inadequado para execução da injeção dos referidos bulbos.(v. Figura 9).

iii. Blocos de ancoragem dos cabos de reforço Uma das partes mais delicadas do reforço foi a execução dos blocos de ancoragem dos cabos de protensão. Adotaram-se, por viga, dois cabos de protensão com 12 cordoalhas de 12,7 mm em aço CP-190 RB. Esses cabos foram ancorados nas extremidades dos balanços e atrás das transversinas dos apoios centrais por meio de blocos de concreto. Os blocos de ancoragem nas extremidades da ponte transmitiam as forças de protensão (3360 kN por bloco) através de aberturas nas lajes superiores e inferiores. Essa solução não apresentou problemas de execução e sua realização foi possível graças à inexistência de cabos de protensão nas regiões onde o concreto das lajes foi demolido. Os desenhos do projeto original mostravam que solução semelhante poderia ser adotada para os blocos situados atrás das transversinas dos apoios centrais. O desenho das armaduras de protensão indicava espaços entre cabos quase suficientes para transmissão do esforço compressivo resultante da introdução da protensão de reforço. A parcela restante seria transmitida através de abertura na região superior da alma das vigas, onde não havia cabos de protensão. Durante a execução do reforço, porém, dois fatos levaram à modificação do projeto original:

o Os cabos existentes estavam fora das posições previstas no projeto e o espaço necessário para a transmissão do esforço estava comprometido;

o A resistência à compressão do concreto, especificada no projeto em 24 MPa, mostrou-se muito superior. Comprovou-se, por intermédio de ensaios de testemunhos retirados da laje, que a resistência do concreto atingia 60 MPa, impedindo completamente a execução do corte manual que se fazia necessário para que os cabos de protensão não fossem atingidos com equipamentos mecânicos de corte.

Diante de tamanhas restrições, optou-se por fixar os blocos de ancoragem com barras DYWIDAG. O esforço foi absorvido por atrito, desprezando-se, por medida de segurança, a aderência entre o concreto novo e o concreto existente, bem como a contribuição da transversina de apoio, que além de pouco espessa era fracamente armada. Durante as operações de protensão acompanhou-se atenciosamente o comportamento dos blocos de ancoragem, tendo sido comprovado ao final o perfeito desempenho dos mesmos. Essa solução, além de eficiente, mostrou-se bastante simples construtivamente. A Figura 10 ilustra o detalhamento do bloco de ancoragem na região das transversinas centrais.


a) Bloco de ancoragem em elevação

b) Seção transversal do bloco de ancoragem

Figura 10 – Detalhe das barras DYWIDAG para fixação dos blocos de ancoragem

A Figura 11 ilustra alguns serviços executados na segunda etapa de recuperação da ponte.


a) Execução das cortinas atirantadas b) Execução das estacas raízes

c) Recomposição das cortinas d) Substituição dos aparelhos de apoio

e) Execução dos blocos e pilares f) Injeção com resina epóxi de fissuras e trincas

Figura 11 – Serviços realizados na segunda etapa de recuperação da estrutura


4 O Modelo de Análise A determinação das solicitações na estrutura, para efeito do dimensionamento do reforço, foi obtida com a análise pelo método dos elementos finitos de um modelo de pórtico plano discretizado em 55 nós e 54 barras (v. Figura 12).

Figura 12 – Modelo de pórtico plano (SALT/UFRJ)

As solicitações mais desfavoráveis de carga móvel foram obtidas por meio do módulo de linhas de influência do programa utilizado. Por medida de economia, adotou-se como carga móvel o trem-tipo TB 36 tf da antiga NB-6 da ABNT, já que não havia recursos para a execução de todos os reforços necessários.


5 Conclusões O reforço, embora parcial e em caráter emergencial, mostrou-se eficiente no restabelecimento das condições de estabilidade da obra. A reconstituição dos aparelhos de apoio liberou as deformações longitudinais da ponte, aliviando os esforços horizontais nos pilares extremos. Mais uma vez a solução de reforço de flexão com cabos externos de protensão mostrou-se mais adequada, econômica e tecnicamente, além de ser de fácil execução. A utilização de barras DYWIDAG para fixação dos blocos de ancoragem, pouco explorada nesses casos, provou-se eficaz e de execução simples e rápida. As provas de carga dinâmica e semi-estática, efetuadas antes e após o reforço, indicaram que o coeficiente de impacto da ponte diminuiu após o término dos serviços e as freqüências naturais da estrutura aumentaram, demonstrando a eficiência dos procedimentos de reforço adotados. 5 Agradecimentos Agradecemos ao Engenheiro Eduardo Calheiros de Araújo, coordenador de estruturas do DNIT, pela cooperação e acompanhamento dos trabalhos. Agradecemos, também, ao Engenheiro Márcio Martins e a toda equipe técnica da construtora M. MARTINS, pela confiança depositada no desenvolvimento do projeto e assessoria técnica na execução do reforço estrutural e, em especial, ao Engenheiro Augusto Tozzi por ter coordenado os trabalhos em campo. 6 Referências ARTE PONTES CONSULTORIA E PROJETOS LTDA. Relatório do Projeto e Supervisão de Recuperação e Reforço da Ponte sobre o Rio Chapecó. Rio de Janeiro, RJ, 2005. ESCRITÓRIO TÉCNICO ADERSON MOREIRA DA ROCHA. Projeto Original, Rio de Janeiro, RJ, 1972. GEOPROJETOS Engenharia LTDA. Projeto Executivo das Cortinas Atirantadas. Rio de Janeiro, RJ, 2005. LSE – LABORATÓRIO DE SISTEMAS ESTRUTURAIS LTDA. Relatório Técnico LSE-DEE95-R090905. São Paulo, SP, 2005. M. MARTINS ENGENHARIA E COMÉRCIO LTDA. Relatórios de Vistoria e de Acompanhamento da Execução. Belo Horizonte, MG, 2005. SOMAC. Relatório dos Estudos e Medições de Deformações, Rio de Janeiro, RJ, 1974.

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