Fundações em meios fluviais e marítimos - Evolução e Inovação Tecnológicas

FUNDAÇÕES EM MEIOS FLUVIAIS E MARÍTIMOS EVOLUÇÃO E INOVAÇÃO TENOLÓGICAS PAULO MATIAS RAMOS DISSERTAÇÃO DE MESTRADO APRESENTADA À FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO EM ÁREA CIENTÍFICA M 2016 FUNDAÇÕES EM MEIOS FLUVIAIS E MARÍTIMOS EVOLUÇÃO E INOVAÇÃO TECNOLÓGICAS PAULO NUNO RAMALHO MATIAS RAMOS DISSERTAÇÃO DE MESTRADO APRESENTADA À FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO EM ÁREA CIENTÍFICA ENGENHARIA CIVIL — ESPECIALIZAÇÃO EM GEOTECNIA Orientador: Professor Doutor António José de Magalhães Silva Cardoso Coorientador: Engenheiro Baldomiro Faustino Rosa Xavier SETEMBRO DE 2016 MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL 2015/2016 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 - 2014/2015 - Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal, 2015. 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. Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas Às pequenas Maria da Luz e Maria do Carmo Quanto mais conhecemos, mais amamos. Leonardo da Vinci Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas i AGRADECIMENTOS O autor gostaria de agradecer à empresa Teixeira Duarte, Engenharia e Construções, S.A., sua entidade empregadora, que, através da aposta na formação contínua e na valorização da busca da constante melhoria dos seus principais ativos (as pessoas), impondo uma filosofia de trabalho segundo a qual o conformismo não é uma opção, lhe proporcionou este prestigiante desafio. À minha esposa, Juliana, e às minhas filhas, Maria da Luz e Maria do Carmo, pela compreensão e incentivo demonstrados durante as múltiplas horas de trabalho suplementar impostas pelo estudo, pesquisa e produção escrita, necessários para a realização deste documento. À minha mãe, Maria José, e ao meu pai, Carlos, pelo apoio carinho e pelos valores transmitidos, nos quais o esforço e o trabalho são referências permanentes. Um agradecimento especial ao Engenheiro Baldomiro Xavier que, desempenhando as funções de diretor da Direção Central de Projeto da Teixeira Duarte, tem a capacidade de aliar o seu vasto saber e competência ao serviço da empresa com a contínua transmissão de experiência e conhecimento à sua equipa, usando uma pedagogia e humanismo enaltecíeis, especialmente se considerarmos as exigências de um mercado tão competitivo como o da construção. Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas viii 4.2.2. ENQUADRAMENTO GEOLÓGICO E GEOTÉCNICO ............................................................................... 29 4.2.3. EXECUÇÃO DAS FUNDAÇÕES DA PONTE .......................................................................................... 30 4.3. FUNDAÇÕES DOS PILARES CENTRAIS DO VIADUTO DA A22 SOBRE O RIO ARADE .................... 32 4.3.1. DESCRIÇÃO GERAL DA OBRA .......................................................................................................... 32 4.3.2. ENQUADRAMENTO GEOLÓGICO E PRINCIPAIS ASPETOS HIDRÁULICOS ............................................... 33 4.3.3. EXECUÇÃO DAS FUNDAÇÕES DA PONTE .......................................................................................... 34 4.3.4. EXECUÇÃO DOS MACIÇOS DE FUNDAÇÃO ........................................................................................ 35 4.4. FUNDAÇÕES DO PILAR CENTRAL DA PONTE INTERNACIONAL SOBRE O RIO GUADIANA ........... 37 4.4.1. ASPETOS GERAIS DA OBRA ............................................................................................................. 37 4.4.2. ENQUADRAMENTO GEOLÓGICO E PRINCIPAIS ASPETOS HIDRÁULICOS ............................................... 37 4.4.3. EXECUÇÃO DAS ESTACAS DE FUNDAÇÃO DA PONTE ......................................................................... 38 4.4.4. EXECUÇÃO DOS MACIÇOS DE ENCABEÇAMENTO .............................................................................. 41 5. UTILIZAÇÃO DE MEIOS FLUTUANTES E PONTES PROVISÓRIAS COMO PLATAFORMAS DE TRABALHO PARA A EXECUÇÃO DE FUNDAÇÕES INDIRETAS USANDO ENSECADEIRAS PRÉ-FABRICADAS DE BETÃO ARMADO PARA CONSTRUÇÃO DOS MACIÇOS .. 45 5.1. FUNDAÇÕES DOS PILARES P8 E P9 DA PONTE “17 DE SETEMBRO”, SOBRE O RIO KWANZA, EM ANGOLA .................................................................................................................. 45 5.1.1. RESUMO DA ABORDAGEM A ESTA INTERVENÇÃO .............................................................................. 45 5.1.2. CONSIDERAÇÕES GERAIS DA OBRA ................................................................................................. 45 5.1.3. ENQUADRAMENTO GEOLÓGICO E GEOTÉCNICO ............................................................................... 46 5.1.4. CONSTRUÇÃO DAS ESTRUTURAS PROVISÓRIAS DE ACESSO .............................................................. 47 5.1.5. EXECUÇÃO DAS ESTACAS DE FUNDAÇÃO DA PONTE ......................................................................... 49 5.1.6. EXECUÇÃO DOS MACIÇOS DE ENCABEÇAMENTO DAS ESTACAS ......................................................... 51 5.1.7. CONSIDERAÇÕES ACERCA DAS OPÇÕES CONSTRUTIVAS ADOTADAS ................................................. 55 5.2. FUNDAÇÕES DOS PILARES P3 E P4 DA PONTE SOBRE O RIO DOURO, EM CRESTUMA ............. 57 5.2.1. RESUMO DA ABORDAGEM A ESTA INTERVENÇÃO .............................................................................. 57 5.2.2. CONSIDERAÇÕES GERAIS DA OBRA ................................................................................................. 58 5.2.3. ENQUADRAMENTO GEOLÓGICO E GEOTÉCNICO ............................................................................... 58 5.2.4. EXECUÇÃO DAS ESTACAS DE FUNDAÇÃO DOS PILARES P3 E P4 ....................................................... 60 5.2.4.1. Descrição da solução adotada ................................................................................................. 60 5.2.4.2. Estaleiro, cais de embarque e meios flutuantes....................................................................... 60 5.2.4.3. Passadiços de acesso aos pilares do rio ................................................................................. 61 5.2.4.4. Fabrico e cravação dos tubos de revestimento ........................................................................ 61 5.2.4.5. Furação, colocação de armaduras e betonagem das estacas ................................................ 64 Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas ix 5.2.5. EXECUÇÃO DOS MACIÇOS DE ENCABEÇAMENTO DAS ESTACAS ......................................................... 67 5.2.5.1. Descrição da solução adotada ................................................................................................. 67 5.2.5.2. Elementos pré-fabricados dos cofres ....................................................................................... 67 5.2.5.3. Sistema de transferência de carga entre o cofre e as estacas de fundação ........................... 69 5.2.5.4. Execução dos maciços de encabeçamento das estacas de fundação .................................... 73 5.2.6. CONSIDERAÇÕES ACERCA DAS OPÇÕES CONSTRUTIVAS ADOTADAS ................................................. 74 6. ESTRUTURAS ESPECIAIS DE ACESSO PARA TRABALHOS SUBAQUÁTICOS DE REABILITAÇÃO E REFORÇO DE FUNDAÇÕES DE PONTES EXISTENTES .. 77 6.1. ENQUADRAMENTO E PARTICULARIDADES DE INTERVENÇÕES DE REABILITAÇÃO E REFORÇO DE FUNDAÇÕES ............................................................................................................. 77 6.2. ENSECADEIRAS PARA REABILITAÇÃO DAS ZONAS IMERSAS DOS PEGÕES DE FUNDAÇÃO DA PONTE DA BARRA SOBRE O CANAL DE MIRA ......................................................................... 79 6.2.1. CONSIDERAÇÕES GERAIS DA INTERVENÇÃO .................................................................................... 79 6.2.2. DESCRIÇÃO DA ESTRUTURA DAS ENSECADEIRAS ............................................................................. 81 6.2.3. FABRICO, TRANSPORTE E MONTAGEM ............................................................................................. 83 6.3. ENSECADEIRAS E PLATAFORMAS DE TRABALHO PARA REALIZAÇÃO DAS OBRAS DE REFORÇO E REABILITAÇÃO DAS FUNDAÇÕES DA PONTE EIFFEL EM VIANA DO CASTELO ....... 87 6.3.1. CONSIDERAÇÕES GERAIS DA INTERVENÇÃO .................................................................................... 87 6.3.2. BREVE DESCRIÇÃO GEOLÓGICA /SOLUÇÃO DE REFORÇO DAS FUNDAÇÕES ........................................ 89 6.3.3. PLATAFORMAS DE TRABALHO PARA EXECUÇÃO DAS MICROESTACAS DE REFORÇO ............................ 90 6.3.4. ENSECADEIRAS DE TRABALHO ........................................................................................................ 92 6.4. ENSECADEIRA PARA REALIZAÇÃO DAS OBRAS DE REFORÇO E REABILITAÇÃO DAS FUNDAÇÕES DA PONTE DE VALENÇA ........................................................................................... 97 6.4.1. CONSIDERAÇÕES GERAIS DA INTERVENÇÃO .................................................................................... 97 6.4.2. TRABALHOS DE REFORÇO DOS ELEMENTOS DE SUPORTE DA PONTE ................................................. 99 6.4.2.1. Consolidação dos terrenos sob os maciços ancorados localizados junto aos encontros ....... 99 6.4.2.2. Confinamento das fundações dos pilares P2 a P5 .................................................................. 99 6.4.3. REABILITAÇÃO DAS ZONAS IMERSAS DO FUSTE DOS PILARES .......................................................... 101 6.4.3.1. Condicionalismos existentes .................................................................................................. 101 6.4.3.2. Descrição da estrutura da ensecadeira .................................................................................. 101 6.4.3.3. Breve abordagem ao dimensionamento da ensecadeira ....................................................... 103 6.4.3.4. Processo construtivo, transporte e montagem da ensecadeira ............................................. 106 6.5. CONSIDERAÇÕES FINAIS ACERCA DA IMPORTÂNCIA DE ESTRUTURAS DE ACESSO NA REALIZAÇÃO DE OBRAS DE REABILITAÇÃO DE INFRAESTRUTURAS DE PONTES ..................... 110 Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas x 7. CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................... 111 7.1. ENQUADRAMENTO DAS OPÇÕES DE CONTEÚDO ....................................................................... 111 7.2. CONCLUSÃO ................................................................................................................................ 113 Consultas Bibliográficas…...………………...…………………………………………………………115 Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas xi ÍNDICE DE FIGURAS Fig. 2.1 – Aspeto do porto na fase preparatória dos trabalhos de construção do cais de acostagem . . 4 Fig. 2.2 – Desenhos do faseamento construtivo ilustrando as atividades chave da intervenção.......... 5 Fig. 2.3 – Cais provisório, dotado de linha férrea, utilizado durante a empreitada……………………… 6 Fig. 2.4 – Alguns troços da linha férrea provisória e as locomotivas Montania e Rurthal em operação. ………………………………………………………………………………………………………………….... . 6 Fig. 2.5 – Imagens das principais gruas utilizadas na obra (a grua Koppel, sobre carris, e a grua Bucyrus, com um pormenor de dois grabs utilizados nos trabalhos de escavação...…………………... 7 Fig. 2.6 – Central de produção de betão (com recurso à betoneira Ransome) e central de armazenamento e tratamento de inertes .........…………………………………………………................. 7 Fig. 2.7 – Imagens do transporte da cofragem metálica e da moldagem da base biselada do primeiro poço ………………………………………………………………………..................................................... .. 8 Fig. 2.8 – A escavadora Koppel escavando pelo interior de um troço facilitando a sua cravação……. 8 Fig. 2.9 – A grua Koppel carregando os poços para forçar a sua descida ………………………………. 9 Fig. 2.10 – Bombagem de água do interior da ensecadeira para posterior betonagem de um troço de pegão …………………………………………………………..………………..……………………………... . 9 Fig. 2.11 – Selagem do fundo dos poços através de betonagem submersa com aplicação de betão por grab ou através de uma coluna de betonagem (tubo em ferro com 10’’ de diâmetro) …………….. 9 Fig. 2.12 – Transporte, usando a linha férrea, e enchimento do interior dos poços por aplicação, a balde, de betão ciclópico …………………………………………………………………………………….. 10 Fig. 2.13 – Várias fases da betonagem das abóbadas, de um ensaio de carga sobre uma delas e da betonagem de nivelamento da frente de cais ……………………………………………………………… 10 Fig. 2.14 – Colocação/lançamento de pedra para construção do prisma de enrocamento e nivelamento do seu nível superior com recurso a mergulhadores ………………………….................. 11 Fig. 2.15 – Imagens do estaleiro de pré-fabricação dos caixotões para os muros cais de suporte gravítico da plataforma portuária ……………………………………………………………………………. 11 Fig. 2.16 – Transporte, posicionamento, preenchimento e betonagem dos caixotões ……………….. 12 Fig. 2.17 – Disposição dos blocos e realização do aterro da plataforma portuária …………………… 12 Fig. 2.18 – Imagem do cais de Vila Real de Santo António imediatamente após conclusão da intervenção …………………………………………………………………………………………………….. 13 Fig. 2.19 – Imagem da travessia existente até à construção da nova ponte …………………………... 13 Fig. 2.20 – Montagem da cofragem e disposição das armaduras sobre os fundos provisórios usados para conferir a navegabilidade dos caixões ……………………………………………………………….. 14 Fig. 2.21 – Conclusão da betonagem de pré-fabricação e início da escavação da península de aterro ……………………………………………………………………………………………………………. 15 Fig. 2.22 – Transporte, em navegação, dos caixões pré-fabricados ……………………………………. 15 Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas xii Fig. 2.23 – Afundamento e início da cravação dos caixões ……………………………………………… 15 Fig. 2.24 – Remoção do material aluvionar por bombagem e imagem das ferramentas de escavação utilizadas na fase final da cravação …………………………………………………………….................. . 16 Fig. 2.25 – Imagens da coluna de betonagem, da linha férrea de acesso e fornecimento de betão (através de vagões), e do enchimento do interior dos cofres ……………………………………………. 16 Fig. 2.26 – Fotografias após conclusão da infraestrutura (Fig. 2.26.a) e após montagem do tabuleiro da ponte (Fig. 2.26.b) ………………………………………………………………………………………… 17 Fig. 3.1 – Imagens dos principais materiais que constituem as fundações em estacas cravadas ….. 19 Fig. 3.2 – Cravação por pilão de queda livre: Fig. 3.2.a - Estacas de madeira para fundação dos encontros da ponte rodoviária de Alcácer do Sal - Teixeira Duarte 938; (Fig. 3.2.b, Fig. 3.2.c e Fig. 3.2.d) - Estacas pré-moldadas de betão armado para fundação dos edifícios da Base Naval do Montijo - Teixeira Duarte 1941 ……………………………………………………………………………... 20 Fig. 3.3 – Vibrofonceur cravando um tubo de encamisamento para atravessamento das areias do leito da albufeira da barragem de Crestuma-Lever (Ponte sobre o rio Douro da A41 – Teixeira Duarte2010) …………………………………………………………………………………………………………… 20 Fig. 3.4 – Esquemas ilustrativos do funcionamento de martelos a diesel e imagens das operações de cravação das estacas dos estaleiros navais de Setúbal, executadas pela Teixeira Duarte em 1973. 22 Fig. 3.5 – Esquemas de projeto ilustrativos da solução concebida para as fundações da ponte provisória ………………………………………………………………………………………………………. 23 Fig. 3.6 – Imagens da cravação das estacas metálicas da ponte provisória …….…………………… 24 Fig. 3.7 – Imagens da montagem dos travamentos à cabeça das estacas metálicas ……………….. 24 Fig. 3.8 – Soldadura das travessas, posicionamento das longarinas e montagem das vigas secundárias …………………………………………………………………………………………………… 25 Fig. 3.9 – Posicionamento das pré-lajes e utilização destes elementos como pavimento de suporte dos meios elevatórios de montagem dos tramos adjacentes …………………………………………… 25 Fig. 3.10 – Imagem da ponte após a sua conclusão ilustrando a sua utilização como faixa complementar de circulação de tráfego (neste caso no sentido Sul/Norte) …………………………… 26 Fig. 4.1 – Destruição de um aterro após cheia (linha de Setil – cheia de 1979) ……………………… 27 Fig. 4.2 – Imagens ilustrando a construção e a geometria dos pilares e superestrutura da Ponte de VNM ……………………………………………………………………………………………………………. 28 Fig. 4.3 – Corte longitudinal ilustrando a implantação da ponte sobre o perfil geológico interpretativo ………………………………………………………………………………………………………................. 29 Fig. 4.4 – Corte longitudinal incluindo a estrutura da ponte e a península de aterro implantadas sobre o perfil geológico interpretativo ……………………………………………………………………………… 29 Fig. 4.5 – Corte longitudinal já com a correção do perfil geológico interpretativo e a reformulação da solução para as fundações indiretas do pilar P3 …………………………………………………………. 30 Fig. 4.6 – Aspeto geral da obra e pormenores de algumas das fases de execução das barretas do pilar P3 ………………………………………………………………………………………………………… 31 Fig. 4.7 – Construção dos maciços de encabeçamento da Ponte de VNM …………………………… 31 Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas xiii Fig. 4.8 – Construção dos pilares e início da escavação para remoção do aterro provisório ………. 32 Fig. 4.9 – Ponte de Vila Nova de Milfontes após a sua conclusão ……………………………………… 32 Fig. 4.10 – Imagem ilustrando a construção do tabuleiro através de viga de lançamento …………… 33 Fig. 4.11 – Imagens da península de aterro na sua extensão máxima e dos inúmeros equipamentos de furação, elevação e escavação em operação …………………………………………………………. 34 Fig. 4.12 – Esquema ilustrando o preenchimento de um carso pela injeção abaixo da ponta das estacas ………………………………………………………………………………………………………… 35 Fig. 4.13 – Imagens ilustrando os processos de cravação das estacas prancha, a execução do “rolhão” de jet-grouting e os níveis de escoramento a serem montados sobre a península de aterro. 36 Fig. 4.14 – Imagens ilustrando as ensecadeiras no decorrer da escavação e a ponte já concluída... 36 Fig. 4.15 – Corte longitudinal ilustrando a implantação da ponte sobre o perfil geológico interpretativo e as estruturas de acesso concebidas para execução das infraestruturas da ponte ………………… 38 Fig. 4.16 – Avanço na vibrocravação, inspeção e soldadura de um troço de um tubo de encamisamento ………………………………………………………………………………………………. 39 Fig. 4.17 – Imagens da escavação, pelo interior dos tubos, com recurso a Hammer-Grab ………… 39 Fig. 4.18 – Procedimento utilizado para evitar a ocorrência de fenómenos de assoreamento da furação ………………………………………………………………………………………………………… 40 Fig. 4.19 – Imagens de duas fases distintas das operações de limpeza da ponta das estacas que foi sucedida pela injeção de calda de cimento ………………………………………………………………. 41 Fig. 4.20 – Esquema ilustrando o faseamento da ensecadeira construtivo da ensecadeira da Ponte Internacional sobre o Rio Guadiana ……………………………...………………………………………… 42 Fig. 4.21 – Imagens que ilustram a realização de algumas das atividades descritas neste capítulo. 43 Fig. 4.22 – Imagem da ponte em 1991, imediatamente após a sua conclusão ………………………. 43 Fig. 5.1 – Localização da “Ponte 17 de Setembro” ………………………………………………………. 46 Fig. 5.2 – “Ponte 17 de Setembro” - Corte longitudinal ilustrando a ponte principal ………………… 46 Fig. 5.3 – Corte geológico esquemático ilustrando as formações intersetadas pelas estacas de fundação ……………………………………………………………………………………………………. 47 Fig. 5.4 – Imagens e corte longitudinal ilustrando as operações de montagem do jetty 1 …………... 48 Fig. 5.5 – Imagens e esquemas ilustrando as operações de montagem do jetty 2 …………………... 49 Fig. 5.6 – Cravação dos tubos de encamisamento a partir do jetty 2 …………………………………. 50 Fig. 5.7 – Furação das estacas a partir do jetty 2 ………………………………………………………... 50 Fig. 5.8 – Imagens ilustrativas da altimetria de implantação dos maciços e da fauna local …………. 51 Fig. 5.9 – Esquema construtivo e imagens ilustrando o posicionamento dos troços de pré-laje do cofre sobre os capitéis metálicos de suporte provisório ………………………………………………………. 52 Fig. 5.10 – Betonagem das ligações entre as pré-lajes do cofre ………………………………………. 52 Fig. 5.11 – Montagem dos sistemas de suspensão e execução das paredes dos cofres …………… 53 Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas xiv Fig. 5.12 – Esquemas e imagens ilustrando a remoção dos capitéis metálicos (após suspensão e elevação do cofre) e a montagem da cofragem dos capitéis de suporte subaquático do cofre ………………………………………………………………………………………………………………...… 54 Fig. 5.13 – Esquemas e imagens ilustrando o posicionamento altimétrico e a betonagem dos capitéis …………………………………………………………………………………………………………………... 54 Fig. 5.14 – Execução de um “rolhão” de betão armado e bombagem da água do interior…………… 55 Fig. 5.15 – Saneamento da cabeça das estacas …………………………………………………………. 55 Fig. 5.16 – Disposição das armaduras e betonagem dos maciços …………………………………….. 55 Fig. 5.17 – “Ponte 17 de Setembro” imediatamente após a sua conclusão, em de Setembro de 2010, quatro meses antes do fim do prazo ………………………………………………………………………................. 56 Fig. 5.18 – Localização da ponte, na albufeira da Barragem de Crestuma/Lever …………………… 57 Fig. 5.19 – Imagem aérea da ponte, após sua conclusão, ilustrando o posicionamento dos pilares centrais ………………………………………………………………………………………………………… 58 Fig. 5.20 – Imagens da amostra integral de uma sondagem (retirada na zona do maciço grauváquico) e do modelo elastoplástico de elementos finitos utilizado na modelação computacional das fundações da ponte ………………………………………………………………………………………………………. 59 Fig. 5.21 – Corte Geológico ao longo do eixo da Ponte sobre o rio Douro na albufeira da Barragem de Crestuma/Lever ……………………………………………..……………………………………………. 59 Fig. 5.22 – Passadiços de acesso às fundações dos pilares P3 e P4 ………………………………... 61 Fig. 5.23 – Esquema ilustrando a cravação dos tubos de encamisamento com recurso a vibrocravador suspenso por grua a operar a partir de batelão …………………………………………………………. 62 Fig. 5.24 – Imagens dos trabalhos preparatórios realizados para cravação dos tubos ………………. 62 Fig. 5.25 – Cravação dos tubos de encamisamento das estacas de fundação da ponte …………………………………………………………………………………………………………………. 63 Fig. 5.26 – Metodologia usada na cravação dos tubos, por avanço, para penetração no substrato rochoso ………………………………………………………………………………………………………. 64 Fig. 5.27 – Esquemas das operações de furação, introdução da armadura e betonagem das estacas de fundação da ponte ………………………………………………………………………………………. 64 Fig. 5.28 – Registo das penetrações no estrato rochoso adotadas para as estacas de fundação e imagens das ferramentas de corte utilizadas no atravessamento do substrato rochoso …………….. 65 Fig. 5.29 – Imagens das operações de furação pelo interior dos tubos de revestimento ……………. 65 Fig. 5.30 – Esquema do modelo de cálculo, esquiço de dimensionamento e imagem das operações de suspensão para movimentação de um troço de armadura ………………………………………….. 66 Fig. 5.31 – Suspensão de um troço de armadura e pormenor da execução de um empalme entre 2 troços ………………………………………………………………………………………………................. 66 Fig. 5.32 – Betonagem das estacas de fundação ……………………………………………………….... 67 Fig. 5.33 – Alguns elementos do cofre armazenados no estaleiro de pré-fabricação ……………….. 68 Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas xv Fig. 5.34 – Esquemas de dimensionamento, modelos de cálculo e cargas de suspensão para movimentação e posicionamento das peças primárias do cofre ……………………………………….. 69 Fig. 5.35 – Perspetivas e modelo de cálculo para o dimensionamento dos anéis do sistema de transferência …………………………………………………………………………………………………. 70 Fig. 5.36 – Esquemas de faseamento e imagens ilustrando o posicionamento a montagem dos anéis em torno das estacas de fundação …………………………………………………………………………. 70 Fig. 5.37 – Elementos complementares do sistema de transferência de carga ……………………….. 71 Fig. 5.38 – Esquema de posicionamento e imagens do modelo, ilustrando a colocação sequencial das 10 peças primárias de cada cofre …………………………………………………………………………… 71 Fig. 5.39 – Posicionamento das peças do cofre sobre o sistema de transferência …………………... 72 Fig. 5.40 – Selagem do cofre aos tubos de encamisamento e execução do “rolhão” de betão armado ………………………………………………………………………………………………………………...... 72 Fig. 5.41 – Execução do maciço de fundação utilizando o “cofre” como ensecadeira ………………. 73 Fig. 5.42 – Conclusão da betonagem dos maciços e “arranque” dos pilares da ponte ……………… 74 Fig. 5.43 – Imagem da Ponte sobre o rio Douro na albufeira da barragem de Crestuma/Lever imediatamente após a sua conclusão …………………………………...………………………………….. 75 Fig. 6.1 – Esquemas exemplificativos da importância acrescida que as tecnologias adquirem em intervenções de reabilitação e reforço de estruturas existentes ……….………………………………. 78 Fig. 6.2 – Imagem representativa do desenvolvimento longitudinal da Ponte da Barra ……………… 80 Fig. 6.3 – Imagem e esquemas ilustrativos da estrutura e fundações da Ponte da Barra …………… 80 Fig. 6.4 – Esquemas de projeto que ilustram a metodologia prevista no projeto para a execução dos trabalhos de reabilitação dos pegões de fundação (com recurso exclusivo a equipas de mergulhadores) ………………………………………………………………………………………………. 81 Fig. 6.5 – Perspetivas ilustrativas da estrutura das ensecadeiras para a Ponte da Barra …………… 82 Fig. 6.6 – Dimensões, esquemas de travamento e imagem da deformada de cálculo da ensecadeira em serviço ……………………………………………………………….…………………………………….. 83 Fig. 6.7 – Perspetivas dos negativos na base das ensecadeiras e do sistema de estanquicidade colocado em torno de cada um dos pegões a tratar …………………………………………………….. 83 Fig. 6.8 – Estaleiro de montagem e de teste do aperto relativo das duas metades das ensecadeiras 84 Fig. 6.9 – Esquemas e imagem do transporte e posicionamento dos sistemas de fecho das ensecadeiras …………………………………………………………………………………………………. 84 Fig. 6.10 – Esquemas de dimensionamento e imagens das operações de transporte ……………… 85 Fig. 6.11 – Posicionamento da ensecadeira em torno das fundações de um pilar da Ponte da Barra a tratar ………………………………………………………………………………………………….……….. 86 Fig. 6.12 – Bombagem da água do interior das ensecadeiras da Ponte da Barra ……………………. 86 Fig. 6.13 – Esquema e imagens das zonas de trabalho criadas com a montagem das ensecadeiras da Ponte da Barra ………………………………………………………………………………………………... 87 Fig. 6.14 – Imagem da Ponte Eiffel e esquemas das secções transversal e longitudinal …………… 87 Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas xvi Fig. 6.15 – Imagens que ilustram algumas das patologias verificadas nas infraestruturas da Ponte Eiffel …………………………………………………………………………………………………………… 88 Fig. 6.16 – Perfil longitudinal destacando as cotas da base das fundações dos pilares da ponte Eiffel e a profundidade de ocorrência das formações graníticas …………………………………………………..89 Fig. 6.17 – Axonometrias dos modelos tridimensionais adotados no dimensionamento das Plataformas de trabalho concebidas para a Ponte Eiffel ……………………………………………… 90 Fig. 6.18 – Alguns esquemas de dimensionamento para uma Plataforma de Trabalho Tipo 1 ……... 91 Fig. 6.19 – Alguns esquemas de dimensionamento para uma Plataforma de Trabalho Tipo 2 ……... 91 Fig. 6.20 – Fotos das Plataformas durante a sua montagem e durante as operações de furação…. 92 Fig. 6.21 – Perspetiva ilustrativa da estrutura da ensecadeira concebida para a Ponte Eiffel…………………………………………………………………………….……………………………….. 93 Fig. 6.22 – Alguns esquemas dos desenhos de dimensionamento da ensecadeira de trabalho concebida para a Ponte Eiffel ……………………………………………………………………….… 94 Fig. 6.23 – Esquemas ilustrando o faseamento das operações de transporte e posicionamento em torno de um pilar da Ponte Eiffel a tratar …………………………………………………………………. 94 Fig. 6.24 – Imagens da montagem, transporte e posicionamento das ensecadeiras em torno de um pilar da Ponte Eiffel ………………………………………………………………………………………… 95 Fig. 6.25 – Imagens ilustrando pormenores dos escoramentos aos fuste dos pilares, os sistemas de suspensão ao tabuleiro e esquemas de dimensionamento do “rolhão” ……………………................ 96 Fig. 6.26 – Imagens das ensecadeiras da Ponte Eiffel em serviço …………………………………… 97 Fig. 6.27 – Alçado de jusante da Ponte Internacional de Valença …………………………………… 97 Fig. 6.28 – Imagem da ponte de Valença e pormenor de algumas das patologias observadas nos pilares ………………………………………………………………………………………………………….. 98 Fig. 6.29 – Esquemas de dimensionamento e modelos de cálculo, utilizados pelo gabinete de projeto da Teixeira Duarte, para simular, otimizar e validar as soluções concebidas e patenteadas a concurso ………………………………………………………………………………………………………. 99 Fig. 6.30 – Esquemas da consolidação das fundações com recurso à tecnologia de jet-grouting…………………………………………………………………………………………………… .. 100 Fig. 6.31 – Execução das colunas de consolidação das fundações dos pilares da Ponte de Valença ……………………………………………………………………………………………………… . 100 Fig. 6.32 – Planta, corte esquemático e perspetiva da estrutura da ensecadeira da Ponte de Valença em torno do pilar …………………………………………………………………………………………... .. 102 Fig. 6.33 – Pormenores das ligações por selagem dos ferrolhos da laje de fundo e dos tubos metálicos de alta resistência ao fuste do pilar ………………………………………………................. . 103 Fig. 6.34 – Modelo de cálculo utilizado para simulação numérica da estrutura principal da ensecadeira concebida para a Ponte de Valença ……………………………………………………………………. .... 105 Fig. 6.35 – Esquema ilustrando o modelo de cálculo utilizado no dimensionamento da chapa calandrada ………………………………………………………………………………………………….. .. 105 Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas xvii Fig. 6.36 – Operações de montagem e de ensaio da ensecadeira sobre o cais de embarque ….. ... 106 Fig. 6.37 – Operações de elevação da ensecadeira e colocação no rio em flutuação …………….. . 107 Fig. 6.38 – Transporte e rotação das metades da ensecadeira para posicionamento em torno do pilar ………………………………………………………………………………………………………………...... 107 Fig. 6.39 – Alívio da pressão nos balões de flutuação para posicionamento altimétrico da ensecadeira sobre o leito do rio; operação auxiliada pelo sistema de suspensão montado no tabuleiro da ponte.108 Fig. 6.40 - Sistema de escoramento da ensecadeira ao pilar da Ponte de Valença a intervencionar e bombagem da água do seu interior ................................................................................................... 109 Fig. 6.41 – Perspetiva tridimensional da ensecadeira ilustrando o seu funcionamento operacional e imagens durante a fase de realização e após conclusão dos trabalhos de reabilitação do fuste do pilar ………………………………………………………………………………………………………………… . 109 Fig. 7.1 – Equipamentos de escavação através de Fly-Drill e do sistema Symmetrix em operação.. 112 Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 4 inversa, escavação por dragagem, através de grabs, por bombagem, utilizando trados, baldes, etc.);  Na eventual utilização de campânulas de ar comprimido, normalmente associadas à necessidade de impedimento da entrada de água no interior imposto, nomeadamente, pela presença de meios humanos;  Nas operações de eventual carregamento para forçar a descida das entivações, necessárias quando o peso próprio destas se revelar insuficiente para romper o atrito lateral (carregamentos estáticos, carregamentos dinâmicos, macacos hidráulicos, etc).  Na materialização de procedimentos para execução do enchimento do seu interior (após serem atingidas as profundidades previstas), que vão desde ao preenchimento com inertes (areia, brita, etc.) à betonagem (submersa ou não). O sucesso das intervenções utilizando a metodologia de havage está, portanto, intimamente ligada à adequabilidade das soluções adotadas em cada operação, cabendo aos técnicos responsáveis definir, dentro das opções disponíveis, as técnicas mais apropriadas para realização de cada operação, tendo em conta as especificidades geográficas, geotécnicas, estruturais e operacionais de cada obra. 2.2. FUNDAÇÕES E ESTRUTURA DO PORTO DE VILA REAL DE SANTO ANTÓNIO – 1928/1935 2.2.1. CARACTERIZAÇÃO GERAL DA OBRA Esta obra, executada entre 1928 e 1935, constitui um marco na história da empresa Teixeira Duarte (à data ainda uma empresa unipessoal) e uma demonstração do arrojo e empreendorismo do Engenheiro Ricardo Esquível Teixeira Duarte que, implementando metodologias construtivas assentes na lógica da linha de montagem, concebeu estruturas e procedimentos construtivos engenhosos e eficazes, especialmente se forem consideradas as limitações tecnológicas de meios, tendo em conta a época e o local da construção (longe das cidades mais desenvolvidas do país). Fig. 2.1 - Aspeto do porto na fase preparatória dos trabalhos de construção do cais de acostagem Salientam-se a utilização das condições geográficas do local (estuário do Guadiana) como meio para superar as dificuldades de acesso e as limitações de capacidade dos meios elevatórios, bem como a capacidade de ultrapassar a problemática associada à existência de material aluvionar, geomecânicamente incompetente para fundação da infraestrutura do cais, com uma possança bastante elevada (cerca de 19 m). Trata-se de uma estrutura para um cais acostável, de 300 m de extensão, constituída por abóbadas de betão simples, de 10 m de vão, assentes sobre pilares/pegões, do mesmo material, Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 5 com uma secção de 6,0mx4,0m. Os pegões de fundação atingiram os 20 m de profundidade, após cravação de entivações pela técnica de havage. A estrutura é ainda dotada de muretes de coroamento e de um muro cais de suporte, também de betão, destinado à retenção dos aterros da plataforma do cais. O muro cais é constituído por 3 fiadas de blocos de betão de cerca de 1,5 m de altura (cada uma), fundadas sobre uma base de enrocamentos de 7 m de espessura. A empreitada implicou ainda a execução da dragagem do leito do estuário até à cota prevista (-6,00 ZH) e a execução do aterro da plataforma do cais. 2.2.2. ESQUEMAS DE PROJETO E DE FASEAMENTO CONSTRUTIVO Antecipando uma prática que se mantém na empresa, o Engenheiro Ricardo Esquível Teixeira Duarte procedeu à execução de inúmeros esquemas e desenhos de projeto e das metodologias construtivas a adotar, ilustrando a solução estrutural concebida e o faseamento construtivo das etapas mais relevantes da intervenção. Disso são exemplo as imagens subsequentes correspondentes às três fases construtivas que se consideram como mais significativas e que ilustram a estrutura concebida para o cais e a sequência dos trabalhos:  Construção dos pegões/pilares estruturais, executados após escavação do material aluvionar (e do topo da camada de burgau, onde estes se encontram fundados) e sua substituição pelo preenchimento com betão ciclópico, realizada ao abrigo de entivações, previamente posicionadas em profundidade por intermédio de cravação por havage (figura 2.2a);  Execução de um prisma de enrocamento que, dotado de uma espessura de cerca de 7,0 m, funciona como componente de estabilização das camadas inferiores de aterro e como elemento de fundação do muro cais de suporte dos aterros mais superficiais da plataforma portuária (muro representado a tracejado – figura 2.2b);  Construção das abóbadas de betão simples, dimensionadas para vencer o vão (10 m) entre os pilares estruturais (figura 2.2c). Fig. 2.2 - Desenhos do faseamento construtivo ilustrando as atividades chave da intervenção Fig. 2.2b Fig. 2.2a Fig. 2.2c Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 6 2.2.3. PRINCIPAIS MEIOS E EQUIPAMENTOS UTILIZADOS Uma das principais características que os documentos de acervo da empresa referentes a esta intervenção deixam transparecer, prende-se com a forma rigorosa e metódica com que o faseamento sequencial das atividades foi planeado. Neste contexto, enfatizam-se a organização e a gestão dos meios utilizados, com preparação assente numa produção planeada, segundo a qual cada atividade foi idealizada numa lógica assente no conceito da linha de montagem, revelando um detalhe preparatório notável, mesmo quando comparado com um modelo de organização e gestão de um estaleiro dos dias de hoje. O rigoroso planeamento da empreitada implicou uma mobilização de meios e de equipamentos, cuja operacionalidade foi gerida de acordo com o planeamento das atividades. Dos meios e equipamentos concebidos e/ou mobilizados destacam-se:  O dimensionamento e montagem de uma linha férrea provisória, especialmente concebida para assegurar mobilidade de equipamentos (operando sobre carris) e materiais (transportados em vagões ou sobre bogies) ao longo da área de implantação do estaleiro;  A construção de pontes cais provisórias, abrangidas pela linha férrea, especialmente concebidas para o aprovisionamento fluvial/marítimo de materiais de construção (essencialmente material de enrocamento) e embarque de material para transporte a vazadouro;  A utilização de diversos tipos de gruas e escavadoras, quer operando sobre carris quer operando sobre lagartas;  A utilização de locomotivas, vagões e bogies que eram usados na “alimentação” das frentes obra em termos de materiais e no transporte de material da escavação, para posterior depósito em vazadouro;  Conceção e montagem de centrais de produção de betão e de armazenamento de inertes, onde também se procedia à sua lavagem e britagem, que eram abrangidas pela linha férrea de distribuição. Fig. 2.3 – Cais provisório, dotado de linha férrea, utilizado durante a empreitada Fig. 2.4 – Alguns troços da linha férrea provisória e as locomotivas Montania e Rurthal em operação Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 7 Fig. 2.5 – Imagens das principais gruas utilizadas na obra (a grua Koppel, sobre carris, e a grua Bucyrus, com um pormenor de dois grabs utilizados nos trabalhos de escavação Fig. 2.6 – Central de produção de betão (com recurso à betoneira Ransome) e central de armazenamento e tratamento de inertes 2.2.4. CONSTRUÇÃO DA ESTRUTURA DO CAIS 2.2.4.1. Resumo sequencial dos trabalhos realizados De uma forma simplificada, a sequência construtiva utilizada na construção do cais iniciou-se pela execução de 31 pilares/pegões estruturais, que foram posteriormente encimados pelos arcos de betão simples, interligando-os, entre si, e formando uma estrutura porticada com cerca de 300 m de desenvolvimento. A contenção da plataforma portuária foi assegurada por muros de gravidade, cuja base, materializada por caixotões pré fabricados de betão simples, foi fundada sobre um prisma de enrocamento. Os muros cais foram constituídos por 3 secções distintas, cada uma com cerca de 1,50 m de altura, perfazendo um altura total de cerca de 4,50 m. A intervenção ficou concluída com os aterros da plataforma portuária e com os trabalhos de dragagem do fundo marinho nas imediações do cais (até sensivelmente à cota -6,00 ZH). 2.2.4.2. Execução dos pegões/pilares com recurso a poços cravados por « havage » Tal como ilustrado na Figura 2.2a, a conceção dos poços previu a execução de uma base biselada, adotada por forma a facilitar as operações de cravação. O bisel de cravação era moldado com recurso a uma cofragem metálica que, depois da betonagem do primeiro troço, era reutilizada na execução do poço adjacente. Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 8 O transporte dessa cofragem, desde o seu estaleiro de pré-fabricação até ao local da implantação do primeiro pilar construído (pilar P8), foi realizado com a adoção de um fundo provisório, que permitiu a sua flutuação e a consequente navegabilidade. Fig. 2.7 – Imagens do transporte da cofragem metálica e da moldagem da base biselada do primeiro poço Após betonagem do primeiro troço dos poços iniciavam-se as operações inerentes ao processo de havage, materializadas pela escavação pelo seu interior, facilitando a sua descida em profundidade, e pela betonagem dos troços sucedâneos, até que fosse atingida a profundidade de projeto (aproximadamente 20 m). Fig. 2.8 – A escavadora Koppel escavando pelo interior de um troço facilitando a sua cravação Sempre que se verificavam dificuldades na descida dos troços da entivação, procedia-se ao seu carregamento estático, forçando a sua cravação até que as cotas de projeto fossem atingidas. Para o efeito, foram utilizados sacos de areia e, numa fase mais avançada da obra, blocos préfabricados de 2 toneladas, constituintes das secções superiores da estrutura dos muros cais, de suporte do aterro da plataforma portuária. Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 9 Fig. 2.9 – A grua Koppel carregando os poços para forçar a sua descida Quando, por carregamento excessivo ou por incapacidade da camada aluvionar, a descida dos troços dos poços de havage atingiu profundidades superiores às desejadas, submergindo o seu topo abaixo da cota de preia-mar, a continuação da betonagem do troço subsequente era realizada ao abrigo de uma ensecadeira. Fig. 2.10 – Bombagem de água do interior da ensecadeira para posterior betonagem de um troço de pegão Depois de atingidas as profundidades de projeto, procedia-se à limpeza do fundo da escavação e à respetiva selagem do poço, através da aplicação submersa de betão. Essa operação era realizada através da aplicação de betão com recurso ao grab escavador ou através de uma coluna de betonagem (à semelhança dos procedimentos de betonagem submersa utilizados atualmente). A escolha que levava à adoção de cada uma destas metodologias de selagem era gerida em função da trabalhabilidade do betão (e consequente eficiência da sua aplicação por coluna) e da gestão dos meios disponíveis. Fig. 2.11 – Selagem do fundo dos poços através de betonagem submersa com aplicação de betão por grab ou através de uma coluna de betonagem (tubo em ferro com 10’’ de diâmetro) Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 10 Após selagem do fundo dos poços, procedia-se ao seu enchimento, através de uma betonagem a seco, com recurso a baldes, usando um sistema de roldanas simples onde o peso de um balde cheio era usado para a subida de um balde vazio. Este procedimento já havia sido utilizado nas operações de betonagem das paredes e nas operações de selagem do fundo dos poços. O betão era fabricado na central e transportado para as frentes de obra através de vagões ou estrados (bogies), circulando sobre os carris da linha férrea implementada. Fig. 2.12 – Transporte, usando a linha férrea, e enchimento do interior dos poços por aplicação, a balde, de betão ciclópico Findas as operações de selagem e enchimento, os poços, agora transformados em pegões/pilares, encontravam-se prontos para receberem as abóbadas do cais. As abóbadas, em betão simples, foram betonadas sobre um par de cimbres metálicos (ferro fundido), devidamente apoiados nos pegões do cais, após colocação de aduelas em cantaria que, dispostas sobre os cimbres, funcionavam como cofragem às operações de betonagem. A frente do Cais foi concluída pela betonagem de nivelamento, executada por forma a que o seu coroamento fosse coincidente com a cota de fecho das abóbadas. Fig. 2.13 – Várias fases da betonagem das abóbadas, de um ensaio de carga sobre uma delas e da betonagem de nivelamento da frente de cais Concluída a execução da frente do cais, procedia-se à dragagem da zona de cais, (em torno dos pilares) e à aplicação do prisma de enrocamento. Após nivelamento do seu coroamento com recurso a mergulhadores, estas operações foram seguida pelo posicionamento de caixotões pré- Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 11 fabricados que, uma vez preenchidos com enrocamento, constituíram a secção base dos muros cais de suporte gravítico da plataforma portuária. Fig. 2.14 – Colocação/lançamento de pedra para construção do prisma de enrocamento e nivelamento do seu nível superior com recurso a mergulhadores A inexistência de meios elevatórios compatíveis com o peso dos caixotões da secção da base do muro cais, precipitou que estes tivessem sido executados num estaleiro de pré-fabricação, montado nas imediações do local intervenção. Esse estaleiro, abrangido pela linha férrea provisória, era dotado de um sistema de pórticos de suspensão, auxiliares ao fabrico dos caixotões, que se encontrava apoiado em bogies posicionados sobre troços de linha férrea. Fig. 2.15 – Imagens do estaleiro de pré-fabricação dos caixotões para os muros cais de suporte gravítico da plataforma portuária Uma vez concluída a pré-fabricação dos caixotões, realizou-se a dragagem dos aterros de proteção permitindo que o estaleiro pudesse ser inundado. Esta operação possibilitou que estes Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 12 elementos pudessem ter sido transportados, por via marítima, em flutuação, e posicionados no local previsto pelo seu afundamento através da introdução de água. A estas operações sucedeu-se o preenchimento do seu interior com enrocamento (substituindo a água utilizada no seu afundamento) e uma betonagem de coroamento/nivelamento, convertendo os caixotões na seção inferior dos muros cais de gravidade. Fig. 2.16 – Transporte, posicionamento, preenchimento e betonagem dos caixotões As seções superiores desses muros cais, dotados de uma altura total de 4,50 m, foram materializadas pelo posicionamento criterioso de blocos pré-fabricados de betão simples (pesando sensivelmente 2 toneladas), realizado através dos meios elevatórios existentes em obra, operando a partir da estrutura da frente do cais (concluída em fase anterior). Fig. 2.17 – Disposição dos blocos e realização do aterro da plataforma portuária Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 13 A intervenção ficou concluída com a instalação dos equipamentos marítimos (escadas, defensas, cabeços de amarração, etc.), com a realização das dragagens do fundo marinho, com a execução do aterro portuário, utilizando material selecionado das dragagens e das escavações do interior dos poços de havage, e com a realização dos arranjos exteriores. Fig. 2.18 – Imagem do cais de Vila Real de Santo António imediatamente após conclusão da intervenção 2.3. FUNDAÇÕES DA PONTE RODOVIÁRIA DE ALCÁCER DO SAL – 1936-1940 2.3.1. CARACTERIZAÇÃO GERAL DA INTERVENÇÃO Esta obra, executada entre 1936 e 1940, é mais um exemplo de uma intervenção emblemática de fundações indiretas em pegões de havage, realizada pela empresa Teixeira Duarte. Mandada construir pelo Ministério das Obras Públicas (à data tutelado pelo Engº Duarte Pacheco) com a finalidade de substituir a ponte de madeira existente, esta estrutura apresenta uma extensão total de aproximadamente 107,5 m (incluindo encontros) e constitui um marco histórico no percurso de num país rural rumo à modernidade, tendo estabelecido a ligação (da crescente circulação) rodoviária entre as duas margens do rio Sado. Fig. 2.19 – Imagem da travessia existente até à construção da nova ponte Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 20 As técnicas mais usuais na execução deste tipo de fundações são a cravação por percussão, por vibração, por prensagem ou por rotação. A cravação por percussão é a metodologia mais utilizada e que apresenta um maior número de equipamentos/tecnologias disponíveis dos quais se destacam:  Os bate estacas com pilão de queda livre;  Os martelos pneumáticos (elétricos ou a ar comprimido);  Os martelos hidráulicos;  Os martelos a diesel. Fig. 3.2 – Cravação por pilão de queda livre: Fig. 3.2.a - Estacas de madeira para fundação dos encontros da ponte rodoviária de Alcácer do Sal - Teixeira Duarte 938; (Fig. 3.2.b, Fig. 3.2.c e Fig. 3.2.d) - Estacas prémoldadas de betão armado para fundação dos edifícios da Base Naval do Montijo - Teixeira Duarte 1941 Na cravação por vibração, a introdução das estacas no solo é assegurada pela ação de martelos vibradores (vibrofonceurs). Particularmente adequada à cravação em areias (especialmente se forem monogranulares), a eficiência na cravação é igualmente dependente da adequação das características dos equipamentos ao tipo de estaca e às particularidades dos solos a atravessar, destacando-se a importância da adaptação da capacidade e da frequência de vibração do equipamento a essas especificidades. Fig. 3.3 – Vibrofonceur cravando um tubo de encamisamento para atravessamento das areias do leito da albufeira da barragem de Crestuma-Lever (Ponte sobre o rio Douro da A41 – Teixeira Duarte-2010) Fig. 3.2.a Fig. 3.2.dFig. 3.2.cFig. 3.2.b Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 21 Uma outra possibilidade é a designada por cravação por prensagem, onde os elementos são introduzidos por forças pseudoestáticas, habitualmente impostas por macacos hidráulicos atuando a partir de um sistema de reação. Embora pouco frequente em Portugal, outro método utilizado é o da cravação por rotação mecânica, onde as estacas (normalmente metálicas ou de betão armado, dotadas de abas metálicas helicoidais) são introduzidas no terreno por rotação, com um princípio de atuação semelhante ao de um parafuso autoperfurante. Apesar de poder constituir uma generalização incorreta, uma vez que não atende à metodologia e ao tipo de solo, é comum considerar-se que, em muitas situações, a utilização de estacas cravadas admite elementos sujeitos a cargas superiores e assentamentos inferiores em relação a elementos com a mesma secção, mas executados com técnicas que obriguem à extração de solos. Este método apresenta a vantagem suplementar de constituir um ensaio real, cujos dados são extrapoláveis para determinação da resistência nominal das estacas. Esta poderá ser obtida através de correlações a partir do registo da energia utilizada na cravação ou, caso se verifique, pelo valor da energia máxima associada à obtenção de nega. Como vantagem adicional, poder-se-ão referir os benefícios associados à possibilidade de controlo e inspeção da estaca, após sua pré-fabricação e antes da cravação, oferecendo maiores garantias quanto à integridade do elemento e maior controlo dos materiais constituintes. Outra vantagem consiste na possibilidade de poder dispensar a necessidade de utilização de elementos de entivação (encamisamento) no comprimento do atravessamento da espessura de água. Contudo, este processo construtivo apresenta algumas desvantagens como sejam a grande emissão de ruido e vibração, a possibilidade de perturbação e deformações no terreno (e estruturas vizinhas), a inadequabilidade ao atravessamento de blocos ou camadas rígidas (podendo, inclusivamente, ser danificadas por ação de energia de cravação excessiva) e a impossibilidade de implementação em condições de limitação de pé direito. No entanto, o maior custo construtivo, que normalmente lhe está normalmente associado, constitui o principal obstáculo à utilização disseminada desta tecnologia no nosso País. No entanto, na ausência de impedimentos físicos e quando as características geomecânicas são favoráveis (inexistência de solos granulares grossos/compactos, elementos ou blocos rígidos e intercalações de estratos rijos), esta metodologia está associada a uma grande rapidez de execução, apresentando ainda a vantagem associada à possibilidade de compactação do solo e a garantia de uma boa ligação do interface ponta/terreno. Nestas condições, a grande rapidez de execução poderá revelar-se uma mais-valia técnica que compense os maiores encargos económicos, que geralmente lhe estão associados. Um exemplo de uma intervenção onde a velocidade de execução e a adequabilidade da tecnologia se revelou determinante na sua escolha, foi a cravação dos 78000 metros lineares de estacas pré-fabricadas de betão armado, para fundação e ancoragem das lajes de fundo das docas 21 e 22 dos estaleiros navais de Setúbal. As particularidades geotécnicas do local, a inexistência de estruturas vizinhas e as características da estrutura a fundar/ancorar, onde a espessura da laje de fundo poderia ser diminuída pelo aperto da malha de estacas, estiveram na origem do dimensionamento de uma solução com estacas curtas, pouco espaçadas, (diminuindo o vão e a respetiva área de influência de cada elemento) com grandes rendimentos na cravação. Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 22 Com esta opção, que diminuía as tensões atuantes nas estacas de fundação, foi possível dimensionar uma solução em estacas curtas, com 12 m de comprimento e 520 mm, que foram executadas a seco, através do rebaixamento do nível freático. Este rebaixamento foi conseguido através da implementação de malhas paralelas de agulhas filtrantes (well points) e através da cravação de uma cortina perimetral em estacas prancha. Além das vantagens descritas, esta solução apresentou como principal beneficio a grande rapidez de execução. Os elevados custos energéticos, relacionados com as operações de bombagem necessárias para manutenção do local de intervenção a seco, favoreceram, de forma economicamente decisiva, esta metodologia construtiva, onde as 6500 estacas de fundação e ancoragem das lajes de fundo foram executadas com recurso a três bate estacas, equipados com martelos a diesel (Delmag). Fig. 3.4 – Esquemas ilustrativos do funcionamento de martelos a diesel e imagens das operações de cravação das estacas dos estaleiros navais de Setúbal, executadas pela Teixeira Duarte em 1973 3.2. ESTACAS CRAVADAS PARA A PONTE PROVISÓRIA DE CIRCULAÇÃO RODOVIÁRIA DE ALCÁCER DO SAL 3.2.1. ENQUADRAMENTO Apesar do bom comportamento estrutural da, entretanto, “velha” ponte rodoviária de Alcácer do Sal, cuja construção foi apresentada no capítulo 2.3, que permite que esta se mantenha em funcionamento nos dias de hoje, a evolução das exigências rodoviárias tornaram-na inadequada para o funcionamento sob ação de tráfego sem restrições. Com efeito, o acréscimo do volume de tráfego, o aumento das dimensões físicas dos veículos circulantes e o incremento das solicitações atuantes (estabelecidas pela atualização das exigências regulamentares), determinaram a necessidade de criação de uma travessia alternativa, sem as restrições à franca circulação rodoviária que eram impostas pela reduzida largura transversal do tabuleiro. Perante este cenário, a Junta Autónoma de Estradas definiu a realização de uma nova travessia, inserida numa rede viária nacional, que simultaneamente desviasse o tráfego rodoviário do interior de Alcácer do Sal e que cumprisse todos os requisitos regulamentares em vigor. No entanto, a elevada duração prevista para o final da construção do novo troço viário (que atualmente se encontra inserido no IC1), impôs a necessidade de, em regime provisório, garantir um atravessamento rodoviário do Sado que assegurasse a simultaneidade de circulação em ambos os sentidos de tráfego (o que não era possível com a ponte existente). Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 23 Neste contexto, em 1982, a Junta Autónoma de Estradas lançou a concurso a conceção/execução de uma nova travessia, que transitoriamente assegurasse a possibilidade de circulação rodoviária simultânea em ambos sentidos. Para o efeito, a Teixeira Duarte concebeu uma ponte provisória, idealizada tendo em conta o caráter transitório da intervenção, dotada de uma largura útil compatível com as exigências geométricas de uma faixa de rodagem, que permitiu a duplicação da circulação de tráfego (mantendo a “velha” ponte para a circulação no sentido inverso). 3.2.2. CONCEÇÃO ESTRUTURAL Tendo em conta o caráter provisório da intervenção, foi concebida uma estrutura modelar onde o prazo, a facilidade construtiva e o custo da execução fossem privilegiados em relação a aspetos estéticos ou de durabilidade. Para o efeito, dimensionou-se uma estrutura com um tabuleiro composto por 6 tramos de grelhas metálicas, constituídas por conjuntos de duas longarinas longitudinais e vigas transversais, que estabeleceram o suporte de conjuntos de lajes pré fabricadas de betão armado de sustentação do pavimento e das sobrecargas rodoviárias. As infraestruturas de suporte do tabuleiro, dotados de vãos livres da ordem dos 20 m de comprimento, foram formadas por 5 pórticos tridimensionais constituídos por conjuntos de 4 estacas, encimadas por um sistema metálico de contraventamento. Cada estaca foi constituída por conjuntos de pares de estacas prancha, de 12 m de comprimento, dotados de soldadura de ligação, entre cada elemento e entre os pares de estacas prancha, formando elementos metálicos para cravação com um comprimento total de 24 m (18 m correspondentes ao atravessamento do leito aluvionar do rio Sado). Por forma a serem dotadas de uma capacidade resistente compatível com as ações verticais (evitando fenómenos de encurvadura) e com as ações horizontais de frenagem (o caráter provisório da obra levou à não consideração da ação sísmica), as estacas foram reforçadas por um enchimento de betão armado, disposto ao longo do seu comprimento elástico de encastramento, numa extensão correspondente ao 12 m mais superficiais. Fig. 3.5 – Esquemas de projeto ilustrativos da solução concebida para as fundações da ponte provisória Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 24 Depois de estabelecida a união dos pares de estaca prancha, por soldadura, estes elementos, constituindo uma estaca metálica, eram cravadas no solo por intermédio de um bate estacas dotado de um pilão de queda livre, içado por motor a diesel, operando a partir de meios flutuantes. As características aluvionares dos terrenos de fundação revelaram-se favoráveis à utilização de uma cravação por impacto, uma vez que, em terrenos destas características, esta técnica apresentava melhores rendimentos que os obtidos uma cravação através de vibro-fonçage. Usando esta metodologia, foi possível executar as 20 estacas de fundação de uma forma expedita, atingindo as profundidades de projeto, que estabeleciam a sua cravação até profundidades de cerca de 18 m abaixo da cota do leito do rio. Fig. 3.6 – Imagens da cravação das estacas metálicas da ponte provisória Depois das operações de cravação, procedeu-se à montagem dos sistemas de contraventamento, estabelecendo o travamento, à cabeça, de cada conjunto de quatro estacas, por forma a formar os cinco pórticos tridimensionais, de sustentação dos seis tramos do tabuleiro. Fig. 3.7 – Imagens da montagem dos travamentos à cabeça das estacas metálicas Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 25 A conclusão das infraestruturas da ponte foi realizada com montagem de travessas metálicas, soldadas no topo das estacas, formando uma grelha (mesa) de suporte, onde foram instalados os aparelhos de apoio, que transmitiam os esforços advenientes das longarinas do tabuleiro aos pórticos de fundação. Finalizada a execução das infraestruturas, incluindo os seus encontros, a construção do tabuleiro foi realizada por montagem sequencial dos elementos estruturais, a partir das margens do rio. Fig. 3.8 – Soldadura das travessas, posicionamento das longarinas e montagem das vigas secundárias Em termos de faseamento construtivo, o tabuleiro foi executado por troços, correspondentes a cada um dos seus seis tramos. A montagem de cada tramo era iniciada pelo posicionamento das longarinas metálicas de suporte primário sobre os aparelhos de apoio das travessas de encabeçamento dos pórticos tridimensionais. A esta operação sucedia-se a montagem das vigas secundárias e a colocação das pré-lajes de betão armado. A construção do tabuleiro prosseguia com a montagem do tramo adjacente, utilizando o tramo montado anteriormente como elemento de suporte para os meios elevatórios de posicionamento das longarinas. A instalação dos revestimentos e dos equipamentos rodoviários era precedida de uma betonagem complementar (lâmina de compressão) que estabelecia a ligação entre os vários troços de laje pré fabricada Fig. 3.9 – Posicionamento das pré-lajes e utilização destes elementos como pavimento de suporte dos meios elevatórios de montagem dos tramos adjacentes Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 26 Tirando partido do caráter provisório da obra, a execução das fundações e superestrutura da ponte foi realizada através de soluções expeditas, utilizando uma lógica de montagem sequencial que permitiu, num curto espaço de tempo, implementar uma solução economicamente muito vantajosa e capaz de solucionar o problema rodoviário no imediato. Fig. 3.10 – Imagem da ponte após a sua conclusão ilustrando a sua utilização como faixa complementar de circulação de tráfego (neste caso no sentido Sul/Norte) Como nota final deste capítulo, salienta-se que, embora tenha sido projetada como obra provisória, com um pressuposto que estabelecia um período máximo de funcionamento de dois anos, esta ponte apenas foi desmantelada no final de 2008, cerca de vinte anos após a sua conclusão. Este aspeto merece ser destacado uma vez que, dado o caráter provisório com que foi concebida, a ponte não havia sido dimensionada para os fenómenos decorrentes da ação sísmica regulamentar e os elementos de fundação não haviam sido protegidos em conformidade com os efeitos dos fenómenos de corrosão sobre os elementos em aço, num período de 20 anos. Apesar do sucesso da intervenção, que cumpriu todos os objetivos inerentes à construção, o facto de a sua utilização ter ultrapassado largamente o caráter provisório com que havia sido concebida, subverteu os pressupostos que estiveram na base do seu dimensionamento. Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 27 4 ATERROS PROVISÓRIOS E ENSECADEIRAS FORMANDO ILHAS COMO MEIOS PARA EXECUÇÃO DE FUNDAÇÕES INDIRETAS 4.1. ENQUADRAMENTO E PARTICULARIDADES Quando as características hidráulicas, os aspetos ambientais, a capacidade geomecânica dos leitos, a características físicas do local (geográficas/topográficas), os prazos de execução e as especificidades técnicas das intervenções forem favoráveis, a realização de aterros, a partir de uma das margens, ou a construção de ilhas, poderão constituir opções válidas na execução de plataformas de trabalho para execução das infraestruturas de uma obra. No entanto, uma obra de desvio ou de obstrução de um curso de água está sempre associada a um determinado risco, muitas vezes bastante elevado, e a sua consideração como hipótese construtiva deverá ser sempre precedida de uma análise bastante pormenorizada. Nesta análise, a caracterização dos aspetos hidráulicos assume particular importância constituindo, na grande maioria dos casos, a principal condicionante na avaliação técnico-económica comparativa da solução a adotar. Fig. 4.1 – Destruição de um aterro após cheia (linha de Setil – cheia de 1979) Deste modo, o conhecimento dos parâmetros hidráulicos, que permitam a correta caracterização das condições de escoamento do curso de água em análise, é de importância extrema. Salientam-se, neste particular, os aspetos relacionados com:  Estabilidade do leito e margens;  Caudais de cheias, influência das marés e correspondentes níveis de água;  Velocidades de escoamento;  Características físicas dos cursos de água, especialmente em períodos de cheia (maior ou menor meandrização)  Existência de obras nas imediações da intervenção;  Evolução das erosões (localizadas ou generalizadas) e da deposição de sedimentos; Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 28  Condicionamentos impostos pela navegação;  Sobreelevações da superfície livre;  Ações hidrodinâmicas sobre as estruturas provisórias e seus efeitos nos leitos e fundos marinhos (averiguando a possibilidade de ocorrência de infraescavações por obstrução). O conhecimento e a parametrização dos fenómenos deverá ser realizado numa perspetiva de quantificação de efeitos. Essa avaliação não se deverá cingir às penínsulas ou ilhas de aterro, propriamente ditas, mas também à análise dos fenómenos atuantes sobre o leito, margens e obras adjacentes, sendo determinante na validação das soluções e na definição das medidas de proteção que se considerem necessárias. Neste contexto, um aspeto que assume particular relevância é a definição do período de retorno, que parametrizará os dados que servirão como base aos estudos de avaliação. A sua escolha deverá ser adequada ao tempo da intervenção, ao período em que esta vai ocorrer (estiagem ou período de cheias, etc.) e à avaliação da magnitude dos eventuais danos que uma falha por subparametrização dos dados possa vir a provocar. Apesar das particularidades e dos riscos apontados, quando bem aplicadas e corretamente executadas, estas soluções constituem opções válidas que poderão ser bastante vantajosas uma vez que constituem meios francos de acesso (no caso das penínsulas, a partir das margens) e plataformas de trabalho (no caso das penínsulas e das ilhas) que facilitam consideravelmente as condições de execução das infraestruturas. 4.2. FUNDAÇÕES DOS PILARES CENTRAIS DA PONTE DE VILA NOVA DE MILFONTES 4.2.1. ASPETOS GERAIS DA OBRA Localizada na estrada nacional EN393, na foz do rio Mira, junto a Vila Nova de Milfontes, esta ponte foi construída entre 1976 e 1978, a partir de um projeto de autoria do Engenheiro Lobo Fialho. Em termos gerais, a ponte apresenta três tramos centrais de cerca de 70 m de extensão, dois tramos transitórios com aproximadamente 61,6 m de comprimento e tramos de extremidade com sensivelmente 20 m de vão, num total de 373,2 m de extensão. Aproveitando a geometria em “V” dos seus pilares centrais, o tabuleiro apresenta uma estrutura principal executada em aduelas, construídas em avanços incrementais a partir de cada lâmina do pilar. Nas suas extremidades em consola, estes tramos sustentam um outro troço, central, executado em vigas pré-fabricadas com configuração em “barriga de peixe”, favorável ao funcionamento de tramo simplesmente apoiado, constituindo uma estrutura comummente designada como tabuleiro em vigas Gerber. Fig. 4.2 – Imagens ilustrando a construção e a geometria dos pilares e superestrutura da Ponte de VNM Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 29 4.2.2. ENQUADRAMENTO GEOLÓGICO E GEOTÉCNICO O projeto da estrutura da ponte foi feito com base na interpretação de uma campanha de sondagens, que forneceu dados acerca das características geomecânicas das formações intersetadas e que esteve na origem da definição da solução para as suas fundações. Com base nas sondagens realizadas, foi traçado um perfil geológico interpretativo, que ilustrou a necessidade de execução de fundações indiretas em três dos quatro pilares principais da ponte, localizados no leito de cheia do rio Mira. Perante estes dados, o projeto de estrutura previu que os pilares apoiassem sobre maciços de 22 estacas de 1,10 m de diâmetro, com penetrações de cerca de 3,5 m no maciço carbónico, materializado por xistos argilosos acinzentados, decompostos no seu topo. De acordo com o perfil interpretativo, as estacas deveriam atingir comprimentos da ordem dos 45 m. Fig. 4.3 – Corte longitudinal ilustrando a implantação da ponte sobre o perfil geológico interpretativo Apesar dos ensaios geotécnicos (SPT e laboratório) terem revelado que as formações mais superficiais, atuais ou recentes, constituídas por aterros e aluviões de Mira, materializados por areias lodosas com cascalheira na sua base, não tinham capacidade compatível com a execução de fundações diretas, estes permitiram concluir que as suas características geomecânicas eram compatíveis com a realização de um aterro com cerca de 4 metros de altura que, satisfazendo as exigências geométricas para construção das infraestruturas, era compatível com as cotas altimétricas de uma cheia com um período de retorno de 10 anos. Este facto, associado às características hidráulicas da foz do rio Mira, onde o grande espraiamento do curso de água permitia que os caudais de cheia não estivessem associados a grandes velocidades de escoamento, esteve na origem da decisão de execução de uma península de aterro, construída a partir da margem esquerda, que funcionou como plataforma de trabalhos para execução da ponte e sobre a qual foram realizadas as suas fundações. Fig. 4.4 – Corte longitudinal incluindo a estrutura da ponte e a península de aterro implantadas sobre o perfil geológico interpretativo Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 36 Fig. 4.13 – Imagens ilustrando os processos de cravação das estacas prancha, a execução do “rolhão” de jet-grouting e os níveis de escoramento a serem montados sobre a península de aterro A remoção das terras no interior das ensecadeiras era realizada de acordo com um dimensionamento e faseamento específicos, que previram a colocação de 1 ou 2 níveis de escoramento metálico, consoante a altura final da escavação. De salientar que a malha de jet-grouting funcionava simultaneamente como um “rolhão”, impeditivo à entrada de água, e como escoramento na base. O seu dimensionamento foi realizado para as ações de impulsão, considerando o efeito favorável do seu peso e a aderência aos tubos de encamisamento das estacas de fundação. Este dimensionamento foi efetuado para o vão correspondente ao espaçamento entre estacas e tendo em conta a incapacidade resistente do jet-grouting a esforços de tração (por flexão). Concluídas as infraestruturas da ponte, procedeu-se à escavação da península de aterro, no sentido inverso da sua construção. Fig. 4.14 – Imagens ilustrando as ensecadeiras no decorrer da escavação e a ponte já concluída Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 37 4.4. FUNDAÇÕES DO PILAR CENTRAL DA PONTE INTERNACIONAL SOBRE O RIO GUADIANA 4.4.1. ASPETOS GERAIS DA OBRA A Ponte internacional sobre o rio Guadiana foi executada a partir de um projeto inovador do Engenheiro Câncio Martins, que concebeu uma estrutura com um tabuleiro em caixão unicelular de betão armado pré esforçado, suspenso através de tirantes apoiados a partir de duas torres, em forma de “A”, com cerca de 100 m de altura. A ponte possui um vão central de 324 m, dois tramos adjacentes com 135 m de vão e dois tramos de extremidade que, juntamente com os encontros, têm comprimentos de 36 m, perfazendo uma extensão total de 666 m. Apesar do enormíssimo interesse estrutural desta obra, que constituiu um projeto pioneiro no domínio das pontes de tirantes múltiplos com tabuleiro em betão, a sua elevada complexidade faria que uma análise mais abrangente implicasse uma extensão descritiva que sairia fora do âmbito deste trabalho. Deste modo, e por forma a poder incluir uma obra tão emblemática, que utilizou uma península e uma ilha de aterro para execução das suas fundações, enquadrando-se no capítulo em causa, optou-se por fazer uma abordagem que se cinge, quase exclusivamente, à descrição das técnicas utilizadas na execução das estacas e na construção das fundações e maciços. 4.4.2. ENQUADRAMENTO GEOLÓGICO E PRINCIPAIS ASPETOS HIDRÁULICOS A ponte está localizada no vale da foz do Guadiana onde as formações recentes, geomecanicamente incompetentes para fundação dos pilares da ponte, são constituídas por intercalações de lodos silto-arenosos e areias mais ou menos lodosas. Estas formações têm espessuras negligenciáveis nas margens (EEsq., P1, P4 e Edir.) mas atingem profundidades da ordem dos 80 m, no alinhamento do talvegue do rio. O substrato rochoso, subjacente, é constituído por grauvaques e xistos do período Carbónico e, tendo em conta a implantação das infraestruturas da ponte, encontra-se a profundidades da ordem dos 20 m, na zona de implantação do pilar P2, e de 50 m no alinhamento do pilar P3. Apesar do elevado espraiamento do Guadiana, as velocidades do escoamento atingiam, na maré vazante, valores que desaconselhavam a execução de penínsulas de aterro, uma vez que a sua construção interferiria de forma expressiva na secção de vazão do rio. Deste modo, as estacas de fundação foram executadas a partir de meios distintos. As estacas de fundação do pilar P3, lado de Portugal, foram executadas a partir de uma península de aterro de cerca de 2 m de altura. As estacas de fundação do pilar P2, lado de Espanha, foram executadas a partir de meios flutuantes. Ambos os maciços, com 5,0 m de altura, foram executados com recurso a ensecadeiras em estacas prancha. Tendo em conta a sua localização, a ensecadeira do pilar P2 constituiu uma ilha (com 51 m × 20 m) executada sobre o leito do rio. Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 38 Fig. 4.15 – Corte longitudinal ilustrando a implantação da ponte sobre o perfil geológico interpretativo e as estruturas de acesso concebidas para execução das infraestruturas da ponte 4.4.3. EXECUÇÃO DAS ESTACAS DE FUNDAÇÃO DA PONTE No projeto patenteado a concurso estava prevista a execução de 16 × 2 = 32 estacas 1500 mm, por pilar. Com o objetivo de diminuir a esbelteza das estacas, aumentar a rigidez global do maciço e de diminuir os prazos de execução, a Teixeira Duarte propôs uma solução variante, constituída por 13 × 2 = 26 estacas 2000 mm, por pilar. Esta solução foi alvo de uma análise bastante minuciosa de modo a obter uma rigidez global e frequências próprias de vibração idênticas às obtidas na solução base. No cálculo da matriz de rigidez, o efeito de grupo associado à interação dos impulsos passivos (rigidez horizontal) e à interação dos bolbos (rigidez vertical), foi tida em consideração tendose, para o efeito, utilizado a metodologia proposta por Poulos. A execução das 26 estacas de 2000 mm de fundação de cada um dos pilares principais da ponte (num total de 52 estacas de 2000 mm) foi realizada com equipamentos de cravação, escavação, elevação e bombagem (entre outros). Na execução das estacas do pilar P2 estes equipamentos operavam sobre batelões enquanto que na execução das estacas do pilar P3 os equipamentos atuavam a partir da península de aterro. A escavação foi realizada com recurso a Hammer-Grab, suspenso através de gruas de grande capacidade. Nas formações aluvionares (quaternárias) a escavação foi realizada ao abrigo de tubos de encamisamento definitivo, com 16 mm de espessura, que eram vibrocravados até ao atravessamento do interface com o maciço grauváquico. No atravessamento do substrato rochoso a escavação foi desprovida de qualquer elemento estabilizante. Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 39 Fig. 4.16 – Avanço na vibrocravação, inspeção e soldadura de um troço de um tubo de encamisamento Apesar de não ter rendimentos comparáveis com os de uma furação a trado ou balde (especialmente nas formações mais brandas), a escavação com recurso a Hammer Grab tinha a grande vantagem de poder ser realizada à distância, com suspensão em meios elevatórios de grande capacidade. Além dessa possibilidade, que se tornou especialmente útil na execução das estacas do pilar P2 (a partir de batelão), a opção de adotar uma escavação com recurso a Hammer Grab teve como principal fator de decisão o facto de, funcionando como um trépano escavador, ser compatível com as penetrações de 6 m a 8 m no maciço rochoso, previstas no projeto de execução. Fig. 4.17 – Imagens da escavação, pelo interior dos tubos, com recurso a Hammer-Grab No entanto, a elevada dureza e inclinação do substrato rochoso, associada ao grande diâmetro das estacas, implicaram, por vezes, a necessidade de adoção de procedimentos específicos que garantissem, entre outros aspetos, a penetração total dos tubos de encamisamento no substrato rochoso. Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 40 Este aspeto é fundamental para garantir a integridade do betão no fuste das estacas com vista à obtenção da qualidade final das fundações. De forma sucinta, o procedimento consistiu na realização de um “rolhão” provisório de betão simples (pobre), complementado pela subida e recrava dos tubos, sucedida da sua reescavação, com recurso ao Hammer-Grab, até que fossem atingidas as profundidades de projeto. Fig. 4.18 – Procedimento utilizado para evitar a ocorrência de fenómenos de assoreamento da furação Os procedimentos desta operação resultaram na obtenção de um elemento de tamponamento diametral, que impediu a existência de janelas que pudessem provocar o assoreamento do furo, pela incapacidade de penetração total de alguns tubos de encamisamento no substrato rochoso. Atingidas as profundidades de cálculo, correspondentes a comprimentos com valores entre os 28,2 m e os 33,5 m, no pilar P2, e entre os 47,6 m e os 57,2 m, no pilar P3, procedeu-se à introdução da armadura e à betonagem das estacas. Além das particularidades referidas anteriormente, a grande capacidade geomecânica dos xistos grauváquicos e o elevado diâmetro das estacas, conferiram à sua resistência de ponta a principal componente para superar as solicitações atuantes no topo dos maciços de fundação. A particular relevância da componente de resistência de ponta nesta intervenção está relacionada com o facto de o seu valor ser proporcional à resistência à compressão do maciço rochoso e ao quadrado do diâmetro das estacas. A elevada dureza e resiliência do substrato grauváquico e a metodologia utilizada na escavação, com trepanagem para desagregação sucedida da remoção de material, originava uma deposição de material no fundo do furo. Deste modo, a limpeza eficaz do fundo do furo revelou-se imprescindível na obtenção da qualidade final das estacas de fundação, uma vez que esta afeta diretamente a tensão de contacto da sua extremidade inferior com o maciço rochoso e, consequentemente, a sua resistência de ponta. Esta operação, de extrema importância na execução de estacas de grande diâmetro, foi realizada através de tubos metálicos (negativos) que haviam sido acoplados às armaduras das estacas. Estes tubos, foram utilizados para verificação da verticalidade (inclinómetros), integridade e como meio para realização de injeções de limpeza, colagem e aperto. O procedimento de limpeza foi realizado pela introdução de mangueiras nos furos que, devidamente equipadas com obturadores simples, procederam à sua limpeza pela injeção controlada e criteriosa de água. Após limpeza do interface entre as estacas e o maciço rochoso, controlada pela observação da coloração da água na saída dos tubos de purga, procedeu-se à injeção, a média/baixa pressão, de calda de cimento, para obtenção do total preenchimento da superfície de contacto entre estes elementos. Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 41 Fig. 4.19 – Imagens de duas fases distintas das operações de limpeza da ponta das estacas que foi sucedida pela injeção de calda de cimento 4.4.4. EXECUÇÃO DOS MACIÇOS DE ENCABEÇAMENTO Concluída a execução das estacas de fundação, dava-se início à construção dos seus maciços de encabeçamento. Por constituir o elemento cuja execução impôs maiores dificuldades, este capítulo vai incidir sobre a ensecadeira do pilar P2, construída a partir de batelão, com atravessamento de uma altura de escoamento que, em maré cheia, atingia os 12 m de profundidade. A ensecadeira foi concebida para possibilitar a execução dos maciços de encabeçamento e como estrutura de proteção de fase definitiva, atuando como elemento de proteção dos maciços e como estrutura de confinamento dos terrenos, acima do leito do rio, diminuindo o comprimento de encurvadura das estacas. Apesar de constituir uma estrutura de proteção e confinamento, o cálculo das fundações da ponte (em "Estado Limite Último” – fase definitiva) foi realizado considerando a possibilidade de colapso desta estrutura, não fazendo depender a segurança das infraestruturas da ponte da sua integridade. Com topo à cota +3,00 m e base à cota -20,00 m (num total de 23 m de comprimento) as estacas prancha foram vibrocravadas a partir de meios flutuantes com verticalidade assegurada por estruturas metálicas que garantiram o seu guiamento em dois níveis altimétricos. O seu dimensionamento foi feito com base numa análise minuciosa de todas as ações e variáveis, estabelecendo cenários que simulassem todos os fenómenos existentes ou passíveis de ocorrer. Além dos impulsos hidrostáticos e dos impulsos de terras (que, nesta ensecadeira atuavam de “dentro para fora”), deu-se particular ênfase à análise sísmica, considerando as acelerações sísmicas regulamentares e o risco de liquefação das camadas arenosas mais superficiais, e à avaliação das ações hidrodinâmicas, das quais se destaca a possibilidade de ocorrência de fenómenos de infraescavação. Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 42 Todos os procedimentos de execução foram associados em fases construtivas, nas quais as atividades foram agrupadas sequencialmente por forma a que as medidas estruturais fossem realizadas de acordo com a implementação das ações ou com a possibilidade de ocorrência dos fenómenos. Apesar de, durante a construção, ter havido alguma flexibilização de procedimentos com sobreposição de algumas atividades, o faseamento construtivo adotado para a ensecadeira pode ser sintetizado segundo a sequência esquemática ilustrada na Fig. 4.20. Fig. 4.20 – Esquema ilustrando o faseamento construtivo das ensecadeiras da Ponte Internacional sobre o Rio Guadiana Após execução das operações descritas, concluídas com a construção, a seco, da laje de betão armado (com 0,50 m de espessura) que funcionou como “rolhão” e como plataforma de trabalho, iniciaram-se os trabalhos subsequentes desde o corte dos tubos, saneamento da cabeça das estacas e construção dos maciços e da viga de fundação (que os une), que são ilustrados na figura seguinte (Fig. - 4.21). Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 43 Fig. 4.21 – Imagens que ilustram a realização de algumas das atividades descritas neste capítulo Apesar do atraso inicial no arranque dos trabalhos, fruto de algumas indecisões quanto às verificações de cálculo e quanto às metodologias construtivas a adotar, a que não é alheio o facto de se tratar de uma ponte internacional, com uma estrutura altamente inovadora e com intervenientes de várias entidades e empresas pertencentes a dois países distintos, a implementação das medidas descritas possibilitou a realização dos trabalhos de uma forma expedita, que permitiu a conclusão da ponte dentro dos prazos contratuais. Fig. 4.22 – Imagem da ponte em 1991, imediatamente após a sua conclusão Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 44 Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 45 5 UTILIZAÇÃO DE MEIOS FLUTUANTES E PONTES PROVISÓRIAS COMO PLATAFORMAS DE TRABALHO PARA A EXECUÇÃO DE FUNDAÇÕES INDIRETAS USANDO ENSECADEIRAS PRÉ-FABRICADAS DE BETÃO ARMADO PARA CONSTRUÇÃO DOS MACIÇOS 5.1. FUNDAÇÕES DOS PILARES P8 E P9 DA PONTE “17 DE SETEMBRO”, SOBRE O RIO KWANZA, EM ANGOLA 5.1.1. RESUMO DA ABORDAGEM A ESTA INTERVENÇÃO Neste capítulo são descritas e justificadas as soluções metodologias e os faseamentos construtivos adotados para a execução das fundações dos pilares centrais da Ponte principal da nova travessia sobre o rio Kwanza, situada entre as localidades de Catete e Muxima, na Republica de Angola. São abordadas as técnicas utilizadas e as metodologias construtivas desenvolvidas para a execução das infraestruturas da ponte, contextualizando as razões que estiveram na origem das principais opções tomadas. Destas metodologias destacam-se a opção de utilizar passadiços, modelares, provisórios, funcionando simultaneamente como meio de acesso e como plataformas de trabalho para execução das estacas de fundação, e a conceção de sistemas de caixões/ensecadeiras, dimensionados com o intuito de contornar a dificuldade (impossibilidade) de realização de trabalhos subaquáticos, com recurso a mergulhadores, na construção dos maciços de encabeçamento das estacas de fundação. 5.1.2. CONSIDERAÇÕES GERAIS DA OBRA Inserida num extenso vale aluvionar, com cerca de 1500m de largura, a nova “Ponte 17 de Setembro” encontra-se localizada na província do Bengo, na República de Angola, e estabelece a travessia sobre o rio Kwanza, na localidade de Cabala, constituindo a ligação rodoviária (e pedonal) entre as localidades de Catete e Muxima. Não considerando os 2109m de extensão dos dois aterros de aproximação, a travessia é constituída por três tipos de estruturas, independentes, formadas por dois viadutos de acesso (com 204 m e 774+300 = 1074 m de comprimento) e uma ponte principal (com 256 m de comprimento), numa extensão total de 1534 m. O seu projeto foi da autoria do gabinete Armando Rito, Engenharia, S.A.. Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 52 Fig. 5.9 – Esquema construtivo e imagens ilustrando o posicionamento dos troços de pré-laje do cofre sobre os capitéis metálicos de suporte provisório É de salientar que o número (3) e a geometria das pré lajes foi concebido por forma a permitir o seu posicionamento, sobre os capitéis provisórios, através dos meios elevatórios existentes no local e que o limite de capacidade destes equipamentos já havia sido condicionado pela capacidade de suporte da estrutura do jetty. A ligação entre os três troços de pré-laje era realizada, in situ, após betonagem dos dois elementos de ligação, precedida da disposição das armaduras devidamente apoiadas em cofragens suspensas à estrutura das extremidades adjacentes dos troços pré-fabricados. Fig. 5.10 – Betonagem das ligações entre as pré-lajes do cofre Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 53 Em seguida procedeu-se à montagem do sistema de posicionamento altimétrico dos cofres. Este sistema era composto por pares de perfis metálicos, apoiados no topo dos tubos de encamisamento das estacas, formando três vigas onde foram colocados macacos hidráulicos (num total de 6) com capacidade para suspender varões tipo dywidag dotados de resistências compatíveis com as cargas correspondentes ao peso do cofre (depois de concluído). A disposição das armaduras, montagem da cofragem e betonagem das paredes dos cofres era feita em seguida, feita deixando mangas não aderentes em torno dos seis varões tipo dywidag de suspensão. Fig. 5.11 – Montagem dos sistemas de suspensão e execução das paredes dos cofres Utilizando o sistema de suspensão anteriormente descrito, a estrutura tinha a capacidade de poder ser inicialmente içada para remoção dos capitéis metálicos de suporte provisório e, posteriormente, ser posicionada até à cota final de projeto, prevista para o maciço de encabeçamento das estacas. Uma vez que os trabalhos de saneamento da cabeça das estacas e os pormenores da ligação entre as suas armaduras e as armaduras dos maciços implicavam o corte dos tubos de encamisamento (acima da cota do topo do cofre), e a consequente desativação do sistema de suspensão dos cofres, houve necessidade de prever um outro sistema de suporte, que fizesse a sustentação provisória dos cofres durante os trabalhos preparatórios que antecederam a betonagem do maciço. No entanto, a implementação de sistemas materializados por capitéis metálicos de suporte, ligados ao fuste das estacas através da execução de soldaduras subaquáticas ou através de anéis de aperto em pré-esforço, era altamente desaconselhada, tendo em conta a fauna existente no rio Kwanza. Deste modo, concebeu-se um sistema materializado por capitéis em betão simples que, funcionando através da mobilização dos esforços de compressão impostos pela excentricidade da transmissão das cargas (advenientes do peso próprio do cofre), estabeleceram a sua ligação provisória às paredes dos tubos de encamisamento. Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 54 Fig. 5.12 – Esquemas e imagens ilustrando a remoção dos capitéis metálicos (após suspensão e elevação do cofre) e a montagem da cofragem dos capitéis de suporte subaquático do cofre A betonagem submersa desses capitéis foi realizada com recurso a betão não retrátil de elevado desempenho, ao abrigo de uma cofragem flexível (composta por uma membrana plástica cintada bidireccionalmente por armaduras) que foi montada em torno dos tubos, ainda em posição emersa, e posteriormente colocada à cota de projeto, por ação do peso do cofre, durante as operações de posicionamento realizadas através do sistema de suspensão. Fig. 5.13 – Esquemas e imagens ilustrando o posicionamento altimétrico e a betonagem dos capitéis Por forma a dotar a ensecadeira de uma capacidade resistente compatível com as ações de impulsão hidrostática e, simultaneamente, melhorar a sua impermeabilização pelo fundo, executou-se uma laje de betão armado que complementou a resistência dos cofres a todas as solicitações operacionais, permitindo a bombagem de água do seu interior. Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 55 Fig. 5.14 – Execução de um “rolhão” de betão armado e bombagem da água do interior Com os cofres convertidos em ensecadeiras foi possível desenvolver os trabalhos subsequentes, desde o corte dos tubos de encamisamento (acima da cota da laje de “rolhão”), o saneamento da cabeça das estacas, a montagem das armaduras e a betonagem dos maciços, utilizando os cofres como elementos de cofragem perdida. Fig. 5.15 – Saneamento da cabeça das estacas Fig. 5.16 – Disposição das armaduras e betonagem dos maciços 5.1.7. CONSIDERAÇÕES ACERCA DAS OPÇÕES CONSTRUTIVAS ADOTADAS As restrições dos meios disponíveis, ou a mobilizar, assumiram, nesta obra, uma importância da maior relevância no que à escolha das opções construtivas, adotadas para execução das fundações, diz respeito. Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 56 A gestão da mobilização desses meios teve que se adaptar e ultrapassar as dificuldades existentes, utilizando soluções construtivas que, noutra realidade, possivelmente não seriam equacionadas. Uma análise de risco (e de custo) associada à construção das infraestruturas desta ponte, avaliando a possibilidade da sua execução exclusivamente a partir de meios flutuantes, veio a revelar a mais-valia operacional, e económica, associada à implementação dos passadiços de acesso. Com efeito, a possibilidade de movimentação de equipamentos entre as duas margens do rio, com as vantagens ao nível do aprovisionamento de materiais e de acesso de mão-de-obra, que lhe são inerentes, e, em simultâneo, a existência de uma plataforma que permitiu a execução dos trabalhos em todas as condições de segurança, constituíram uma mais valia que se revelou imprescindível no sucesso alcançado nesta empreitada. Outras características que se revelaram decisivas nas opções construtivas adotadas, especialmente no que à metodologia implementada na construção dos maciços diz respeito, foram as particularidades do rio Kwanza que, caracterizado pela possibilidade de ocorrência de cheias torrenciais e dotado de uma fauna potencialmente perigosa, desaconselhava a execução de ensecadeiras em estacas prancha (muito dispendiosas e potencialmente sujeitas a instabilidade por fenómenos de infraescavação) e a realização de trabalhos subaquáticos. Fig. 5.17 – “Ponte 17 de Setembro” imediatamente após a sua conclusão, em de Setembro de 2010, quatro meses antes do fim do prazo Por último, salienta-se que, à semelhança das obras apresentadas em capítulos anteriores, todas os sistemas e estruturas acessórias descritos foram alvo de projetos específicos, realizados pelo departamento de projeto da Teixeira Duarte, S.A., que foram executados de modo evolutivo com constantes adaptações às reais necessidades das equipas de produção. Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 57 5.2. FUNDAÇÕES DOS PILARES P3 E P4 DA PONTE SOBRE O RIO DOURO, EM CRESTUMA 5.2.1. RESUMO DA ABORDAGEM A ESTA INTERVENÇÃO Neste capítulo são descritas e justificadas as soluções e os faseamentos construtivos adotados para a execução das fundações dos pilares centrais de uma Ponte sobre o rio Douro, integrada na A41, executada no âmbito da construção da nova travessia sobre a albufeira da barragem de Crestuma-Lever. Nesta descrição são abordadas as principais opções estruturais e construtivas desenvolvidas e descritos os faseamentos que lhes estão associados, referindo as condicionantes e particularidades geotécnicas bem como as limitações de meios e de acesso que, associadas às especificidades estruturais da obra, estiveram na origem da adoção das decisões tomadas. Além disso, destacam-se a adoção, conceção e as metodologias utilizadas na execução de “cofres”/ensecadeiras, especialmente concebidos por forma a permitir a construção dos maciços de encabeçamento das estacas de fundação “a seco”, bem como algumas das obras acessórias que, apesar de terem uma importância vital na execução dos trabalhos, são tantas vezes esquecidas ou relegadas para segundo plano, na realização de dissertações académicas. Fig. 5.18 – Localização da ponte, na albufeira da Barragem de Crestuma/Lever 5.2.2. CONSIDERAÇÕES GERAIS DA OBRA A travessia sobre o Rio Douro, a montante da atual barragem de Crestuma-Lever, é constituída por uma ponte em pórtico contínuo com dois tabuleiros independentes, vãos centrais de 150 m e um comprimento total de 740 m, estando dois dos pilares centrais localizados no leito do rio. O projeto estrutural, desenvolvido pela Armando Rito Engenharia, determinou que as fundações destes dois pilares, P3 e P4, fossem executadas com recurso a 18 estacas de betão armado de diâmetro Ø2000 mm, com revestimento metálico definitivo de 16 mm de espessura. Barragem de Crestuma Lever Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 58 As estacas, que atravessam os estratos arenosos das formações aluvionares e Plio-plistocénicas, vindo a ganhar encastramento no substrato xisto-grauváquico, são encabeçadas por maciços de betão armado com 4,2 m de altura e uma geometria em planta de 12 m de largura e cerca de 39,6 m de comprimento, tendo as extremidades, segundo a dimensão maior do maciço, uma geometria semicircular com 12,0m de diâmetro. As fundações dos restantes pilares e encontros são materializadas por sapatas assentes diretamente sobre o maciço rochoso. Fig. 5.19 – Imagem aérea da ponte, após sua conclusão, ilustrando o posicionamento dos pilares centrais 5.2.3. ENQUADRAMENTO GEOLÓGICO E GEOTÉCNICO O estudo das fundações da ponte foi suportado em fase de projeto por uma campanha de prospeção geotécnica e de ensaios in situ e laboratoriais, contemplando 21 sondagens mecânicas, 11 perfis sísmicos de reflexão, valas de prospeção nos encontros, ensaios de resistência à compressão uniaxial, entre outros. Na zona dos pilares P3 e P4, estes elementos foram complementados com a informação de uma segunda campanha de prospeção, elaborada com o objetivo de identificar e caracterizar o maciço xisto-grauváquico e assim confirmar os pressupostos de projeto, nomeadamente a profundidade das estacas e o seu comprimento de encastramento. Esta campanha complementar envolveu a execução de 27 sondagens mecânicas que, conjuntamente com as 9 sondagens executadas na fase inicial, permitiu a implementação de uma sondagem por cada uma das 36 estacas dos pilares P3 e P4. Para além dos ensaios de penetração dinâmica, nas formações arenosas, e dos ensaios de compressão simples, sobre as amostras colhidas no substrato rochoso, esta última campanha contou ainda com a execução de duas sondagens com amostragem integral, uma em cada um dos pilares, P3 e P4, com furação dupla coaxial e introdução no furo interior de um elemento rígido, solidarizado à rocha envolvente com resinas epoxídicas, permitindo a obtenção de amostras orientadas e “integrais” do maciço rochoso. P4 P3 Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 59 Fig. 5.20 – Imagens da amostra integral de uma sondagem (retirada na zona do maciço grauváquico) e do modelo elastoplástico de elementos finitos utilizado na modelação computacional das fundações da ponte Resumidamente, o local onde está inserida a ponte é caracterizado pela ocorrência de formações metamórficas xisto-grauváquicas, recobertas por um horizonte Plio-Plistocénico, formado por depósitos de terraço fluviais. Nas zonas dos pilares P3 e P4, sobre as formações xisto-grauváquicas ocorrem formações aluvionares arenosas que exibem espessuras de 22,0 m a 27,0 m junto ao pilar P3 e de 21,0 m a 28,0 m junto ao pilar P4. As formações aluvionares são constituídas por areias médias a grossas, por vezes com areão e seixos rolados, passando a areias médias a finas, na transição para os xistos luzentes, cinzentosescuros, do Complexo Xisto-Grauváquico. Fig. 5.21 – Corte Geológico ao longo do eixo da Ponte sobre o rio Douro na albufeira da Barragem de Crestuma/Lever Solo orgânico siltoso com restos vegetais dispersos (ocorrência esporádica de pequenos fragmentos xisténicos) Areias de granulometria variável, por vezes com areão e seixos rolados mais ou menos abundantes, amareladas a acinzentadas medianamente compactas (10<NSPT<50 Pancadas) SOLO ORGÂNICO DEPÓSITOS ALUVIONARES PLIO-PLISTOCÉNICO - DEPÓSITOS DE TERRAÇOS FLUVIAIS Areia de granulometria variável, por vezes siltosa, castanha a amarelada medianamente compacta a compacta (25<NSPT<45 Pancadas) COMPLEXO XISTO-GRAUVÁQUICO ANTE-ORDIVÍCICO Xisto grauváquico luzente, cinzento escuro, pouco a medianamente alterado (W2-3), com fraturas medianamente afastadas (F3-4) a afastadas (F2) e intercalações preenchidas com material argiloso Quartzito esbranquiçado. Rochas filonianas Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 60 5.2.4. EXECUÇÃO DAS ESTACAS DE FUNDAÇÃO DOS PILARES P3 E P4 5.2.4.1. Descrição da solução adotada As estacas dos pilares P3 e P4 (18 por pilar) localizam-se no leito do Rio Douro, respetivamente a cerca de 90 m e 130 m de distância das margens. As estacas têm um diâmetro nominal de 2,0 m e um comprimento efetivo entre 24,0 m e 36,0 m, acrescido da altura da lâmina de água, que é de cerca de 15,0 m. A reduzida compacidade das areias e os riscos associados à sua eventual instabilização, durante os trabalhos de perfuração na rocha, foram determinantes na decisão de levar o entubamento metálico definitivo até ao topo do substrato rochoso. A solução construtiva adotada para a execução das estacas, tendo em conta os condicionamentos impostos pelas dimensões da eclusa da barragem de Crestuma Lever, da elevada profundidade da lâmina de água e do posicionamento das estacas em relação à margem, consistiu na cravação dos tubos metálicos com vibrador hidráulico suspenso em grua de lagartas e na subsequente furação através do interior dos tubos, com os equipamentos a operar sobre pontões flutuantes. Para a ligação entre as margens e os maciços dos pilares foram construídos passadiços provisórios, permitindo a circulação de pessoas e o transporte de betão e de energia elétrica, necessários para a execução dos trabalhos. 5.2.4.2. Estaleiro, cais de embarque e meios flutuantes Para além dos estaleiros centrais e industriais, a obra contou com a disponibilização de dois cais para o embarque de equipamento e de materiais. O cais existente na Central Termoelétrica da Tapada do Outeiro, entretanto desativada, localizado na margem direita, a cerca de 400 m da frente de trabalho, foi escolhido para a instalação do estaleiro de frente de obra e do estaleiro de produção das armaduras. O elevado desnível entre a cota do cais e a cota do convés do pontão inviabilizou a sua utilização para o embarque dos equipamentos, obrigando a deslocação do local de embarque para o cais da Várzea do Douro, a cerca de 27 km a montante do local da obra. As condições de navegabilidade impostas pela eclusa da barragem de Crestuma Lever, que restringem a eclusagem a embarcações até 11,4 m de boca e 3,8 m de calado, condicionaram a utilização de pontões com largura superior ao indicado e precipitaram a utilização de um pontão modular, transportado por via terrestre e montado na água a partir do cais de embarque da Várzea do Douro, localizado a montante da barragem. O pontão modular foi utilizado para suportar a grua de 200 toneladas de capacidade e o equipamento de furação (pesando 95 toneladas em operação e impondo ações horizontais associadas a 300 kNm de torque), apresentava uma área total de 36,6 m × 17,1m e 1,83 m de altura e estava equipado com quatro spudlegs de 22 m de comprimento, para estabilização no leito. Para o transporte dos materiais, nomeadamente dos tubos e das armaduras, foi utilizado um batelão auxiliar de apoio com 51,3 m × 7,7 m com 2,6 m de altura. A necessidade de aumentar os rendimentos de execução das estacas, devido aos constrangimentos inerentes ao aprovisionamento dos tubos metálicos, levou à instalação de um segundo pontão operacional, de menores dimensões, reforçado com flutuadores laterais, onde se instalou o equipamento de furação. Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 61 5.2.4.3. Passadiços de acesso aos pilares do rio Para acesso de pessoas e para o transporte de betão, água e energia elétrica, ao local de implantação dos pilares P3 e P4, foram construídos dois jetties concebidos em estrutura metálica modular, apoiada em estacas materializadas por tubos metálicos de Ø820 mm com cerca de 26 m de comprimento, afastados de 12 m e cravados nas formações arenosas do leito da albufeira até aproximadamente 9 m de profundidade. O tabuleiro metálico, formado por 2 vigas IPN320, devidamente contraventadas no seu plano horizontal, comportava uma zona de circulação de 1,50 m de largura, pelo qual se procedia o acesso de trabalhadores, e uma altura livre entre o nível de pleno armazenamento da albufeira e a parte inferior das vigas metálicas de cerca de 2,0 m. Nas zonas exteriores ao guarda corpos, foi montada uma linha com tubagem metálica de alta pressão Ø125 mm para o transporte do betão, um tubo corrugado para infraestruturas elétricas e um tubo de 2” para circulação de água. Fig. 5.22 – Passadiços de acesso às fundações dos pilares P3 e P4 As estacas foram cravadas por meio de um vibrocravador suspenso numa grua de lagartas e trabalhando sobre um pontão. A estrutura do passadiço foi pré-montada nas margens em módulos de 12 m e colocada sobre as estacas metálicas, previamente cravadas. 5.2.4.4. Fabrico e cravação dos tubos de revestimento As 36 estacas de fundação dos pilares P3 e P4 foram executadas com recurso a um revestimento metálico definitivo. Os tubos de encamisamento têm um diâmetro nominal de 2050 mm, são dotados de 16 mm de espessura e têm comprimentos variáveis entre os 38 m e 45 m, correspondentes a penetrações mínimas de 23 m e máximas 30 m (23+15 = 38 m < Ltubos < 30+15 = 45 m). Os tubos foram fabricados em troços de cerca de 20 m e transportados em batelões até ao local de implantação das estacas. Tendo em conta a necessidade de proteger as extremidades dos tubos durante o atravessamento dos estratos mais compactos e perante a ação das pinças do vibrocravador, as suas extremidades foram reforçadas com anéis metálicos numa extensão de 0,5 m. 1100 688688 875 187 187 875 1750 575 500 1500 500 500 EST ACA Ø820 Esp.=8,3 Ch.5 Ch.5 425 160 Ø48 Ø48 Ø48 Ø48 Ø48 Ø48 15.16 15.00 Ch.7Ch.7 Ch.8 Ch.8 Ch.11 Ch.11 UPN 140 IPE 80 HEB 160 Ch.4Ch.4 Ch.4 PRANC HAS DE MADEIRA L 50x50x5 L 50x50x5 IPN 320 2500 Secção transversal dos passadiços de acesso Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 68 Esses elementos eram constituídos por 10 peças primárias, dotadas de laje de fundo e paramento vertical de apenas 3 m de altura (por questões associadas às limitações de peso de cada peça), e 13 peças secundárias que funcionavam como complemento de altura (1,70 m) dos paramentos verticais das 10 peças primárias. Este facto implicou a necessidade de prever sistemas de acoplagem entre peças, previamente posicionadas segundo uma sequência definida, que lhes conferisse uma ligação compatível com o seu funcionamento em conjunto. Estes elementos de betão armado foram pré-fabricados em estaleiro, transportados para o local através de meios aquáticos e posteriormente posicionados sobre os sistemas de transferência de carga. Fig. 5.33 – Alguns elementos do cofre armazenados no estaleiro de pré-fabricação A conceção de todo este sistema foi executada tendo em conta a envolvente de esforços máximos associada à simulação de todas as situações decorrentes do processo de transporte e posicionamento dos elementos pré-fabricados do “cofre”. Para o efeito, o Departamento de Projeto da Teixeira Duarte desenvolveu modelos tridimensionais de cálculo que permitiram efetuar o dimensionamento das peças pré-fabricadas de betão armado e dos elementos estruturais necessários à sua suspensão (olhais, cadernais, rigidificadores e quadros metálicos de suspensão), aferindo os esforços de elevação (e a distância operacional que lhes está associada) com a capacidade das gruas. Com a elaboração desses modelos computacionais obtiveram-se previsões detalhadas das forças de elevação associadas a cada peça pré fabricada de betão armado. As peças primárias, com pesos entre 290 kN e 414 kN, implicaram forças máximas de suspensão nos cadernais de 216 kN e as secundárias, com pesos de aproximadamente 70 kN, implicaram cargas máximas de suspensão nos cadernais de 35 kN. A elevação e posicionamento controlado das peças primárias do “cofre”, alinhando os negativos das lajes de fundo em torno das estacas de betão armado (previamente executadas), foi feito com auxílio de uma estrutura de suspensão, constituída por um quadro metálico em perfis HEB280 e por oito cadernais de 100 kN e 250 kN e respetivos olhais de suspensão. Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 69 Fig. 5.34 – Esquemas de dimensionamento, modelos de cálculo e cargas de suspensão para movimentação e posicionamento das peças primárias do cofre 5.2.5.3. Sistema de transferência de carga entre o cofre e as estacas de fundação Os 10 elementos primários de cada “cofre” foram posicionados e acoplados, entre si, seguindo metodologias e faseamentos criteriosos, após a sua prévia colocação sobre alinhamentos de vigas metálicas HEB300. De salientar que o posicionamento das peças pré-fabricadas de betão armado sobre essas vigas metálicas foi precedido da colocação de “anéis” metálicos de suporte, montados a uma cota altimétrica compatível com o correto posicionamento do maciço, tal como previsto no Projeto de Execução da Ponte. Esse facto implicava a montagem submersa desses anéis, a uma cota sensivelmente 3,7m abaixo do nível de pleno armazenamento da albufeira, que corresponde a 2 m, abaixo do seu nível médio, que é sensivelmente correspondente ao valor do nível de água durante a execução dos trabalhos. Os “anéis” do sistema de transferência de carga eram constituídos por conjuntos de chapas metálicas, sendo algumas calandradas por forma a envolver os tubos de revestimento das estacas de betão armado, tendo sido dimensionados de modo a poder transmitir o peso dos elementos estruturais constituintes do “cofre” às estacas de fundação (previamente executadas). Estes elementos foram alvo de um dimensionamento minucioso, simulando as cargas advenientes das peças do cofre em todas as fases da intervenção, tendo sido determinadas as espessuras das chapas constituintes dos anéis e o sistema de conexão entre as suas duas metades (nº, tipo e nível de pré-esforço de aperto dos parafusos de ligação), por forma a garantir a estabilidade de toda a solução. PEÇA CADERNAL CDL-1 CADERNAL CDL-2 CADERNAL CDL-3 CADERNAL CDL-4 CADERNAL CDL-5 CADERNAL CDL-6 CADERNAL CDL-7 CADERNAL CDL-8 (-) Ton (m) (º) (kN) (kN) (kN) (TON) (TON) Peças 1 e 2 6.5 6.5 6.5 6.5 4.0 4.0 4.0 4.0 Peças 3 e 4 5.5 5.5 5.5 5.5 3.6 3.6 3.6 3.6 Peças 5 e 6 6.5 6.5 6.5 6.5 3.8 3.8 3.8 3.8 Peças 7 e 8 5.6 5.6 5.6 5.6 3.7 3.7 3.7 3.7 Peças 9 e 10 5.3 15.5 5.3 15.5 1.6 0.1 0.1 1.6 CARGAS MÁXIMAS DE SERVIÇO EXPECTÁVEIS PARA OS CADERNAIS APÓS EQUILÍBRIO DAS PEÇAS DO "COFRE" NOS 8 PONTOS DE SUSPENSÃO DO SISTEMA PEÇA CADERNAL CDL-1 CADERNAL CDL-2 CADERNAL CDL-3 CADERNAL CDL-4 CADERNAL CDL-5 CADERNAL CDL-6 CADERNAL CDL-7 CADERNAL CDL-8 (-) Ton (m) (º) (kN) (kN) (kN) (TON) (TON) Peças 1 e 2 6.5 6.5 6.5 6.5 4.0 4.0 4.0 4.0 Peças 3 e 4 5.5 5.5 5.5 5.5 3.6 3.6 3.6 3.6 Peças 5 e 6 6.5 6.5 6.5 6.5 3.8 3.8 3.8 3.8 Peças 7 e 8 5.6 5.6 5.6 5.6 3.7 3.7 3.7 3.7 Peças 9 e 10 5.3 15.5 5.3 15.5 1.6 0.1 0.1 1.6 CARGAS MÁXIMAS DE SERVIÇO EXPECTÁVEIS PARA OS CADERNAIS APÓS EQUILÍBRIO DAS PEÇAS DO "COFRE" NOS 8 PONTOS DE SUSPENSÃO DO SISTEMA Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 70 Fig. 5.35 – Perspetivas e modelo de cálculo para o dimensionamento dos anéis do sistema de transferência Estes elementos implicaram a conceção de sistemas de conexão, entre os referidos “anéis” e as estacas, recorrendo a “uniões de aperto por esmagamento”, materializadas pela utilização de ligações aparafusadas pré-esforçadas, de fácil aplicação submersa (com recurso a mergulhadores). O pré-esforço que assegura a transmissão de carga entre os dois elementos (estaca/anel) foi materializado pela aplicação de torque a 18 parafusos M36 (com um valor mínimo de projeto de 500 Nm), mobilizando o aperto relativo das duas metades constituintes de cada anel (uma contra a outra) e, consequentemente, uma pressão radial de aperto do sistema em cada tubo de revestimento das estacas. Fig. 5.36 – Esquemas de faseamento e imagens ilustrando o posicionamento a montagem dos anéis em torno das estacas de fundação Perspetivas do modelo de cálculo adotado para os anéis de transferência de carga Perspetiva do modelo de cálculo para dimensionamento dos anéis Diagrama das tensões de comparação (Von Mises) atuantes nos elementos finitos do modelo de cálculo Posicionamento através do topo do encamisamento Submersão para garantir o correto posicionamento altimétrico (cota final 2m abaixo da cota da albufeira) •Torque 500Nm •=>90kN/parafuso (M36) Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 71 O sistema de transferência de carga implicou ainda a disposição de 6 fiadas paralelas de perfis metálicos (HEB300) que, colocados sobre os anéis suporte, no alinhamento da maior dimensão do maciço ( 39,6 m), constituíram uma grelha estrutural de suporte compatível com as cargas associadas ao peso das peças do cofre e do “rolhão” de selagem. Por forma a garantir a estanquidade das peças do cofre em torno dos tubos de encamisamento, permitindo a selagem entre estes dois elementos sem perda de material, o sistema foi complementado pela colocação de anéis metálicos de estanquidade que, dispostos sobre os perfis metálicos no perímetro de cada tubo, foram forrados no seu perímetro interior com uma camada de neopreno de 5 cm de espessura. Fig. 5.37 – Elementos complementares do sistema de transferência de carga Cada um dos elementos primários pré-fabricados era constituído por uma peça base específica, incorporando uma laje de fundo com 0,20 m de espessura e paredes laterais, também com 0,20 m de espessura e 3,0 m de altura. As peças primárias, constituintes do cofre de betão armado pré-fabricado, foram executadas deixando negativos na zona de implantação das estacas, formando aberturas com 2,20 m de diâmetro (constituindo um folga de cerca de 8 cm em todo o perímetro do diâmetro exterior do tubos de encamisamento das estacas). Fig. 5.38 – Esquema de posicionamento e imagens do modelo, ilustrando a colocação sequencial das 10 peças primárias de cada cofre Anel de estanquicidade Neopreno de aperto (5cm) Perspetiva do modelo de cálculo ilustrando o posicionamento sequencial das peças do cofre sobre os perfis metálicos Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 72 A ligação entre os elementos pré-fabricados do cofre foi estabelecida pela incorporação de inúmeras cantoneiras metálicas (no perímetro de contacto entre peças), que permitiram formar a conexão entre peças adjacentes através do aperto de parafusos M20. Com vista a melhorar a estanquidade do cofre, as paredes de contacto entre peças confinantes foram betonadas com uma geometria compatível a uma ligação macho/fêmea entre elementos adjacentes. Fig. 5.39 – Posicionamento das peças do cofre sobre o sistema de transferência Após conclusão dos trabalhos de acoplagem das 10 peças primárias que o constituem, a geometria interna da laje do cofre apresentava uma área idêntica à área exterior do maciço de projeto, mas dotada de negativos no local de implantação das estacas de fundação. Procedeu-se de seguida à sua selagem/ligação aos tubos metálicos de encamisamento das estacas de fundação. Para essa operação recorreu-se a uma argamassa de alta resistência passível de aplicação submersa. Após colocação de grelhas pré-fabricadas das armaduras de cálculo, executava-se a betonagem submersa de um “rolhão” de fundo, dimensionado para as ações da impulsão hidrostática (gerada após bombagem da água interior) e para as ações correspondentes ao peso da betonagem definitiva do maciço. Fig. 5.40 – Selagem do cofre aos tubos de encamisamento e execução do “rolhão” de betão armado Posicionamento sequencial das peças do cofre Transporte e início da suspensão de uma peça do cofrePosicionamento de uma peça do cofre Ligação tipo fêmea Ligação tipo macho Ligação tipo fêmea Selagem das peças pré-fabricadas aos tubos de encamisamento das estacas, disposição das armaduras e betonagem submersa de um rolhão Selagem com argamassas de alta resistência de aplicação submersa Rolhão (0.30m) Selagem Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 73 5.2.5.4. Execução dos maciços de encabeçamento das estacas de fundação Com o “rolhão” de fundo executado, realizou-se a bombagem da água existente no interior do “cofre”, transformando-o numa ensecadeira capaz de permitir a execução dos trabalhos subsequentes, de construção do maciço de encabeçamento, a seco, e com condições privilegiadas de acesso. Desses trabalhos destacam-se o corte dos tubos metálicos de encamisamento das estacas (acima da cota de topo do “rolhão”), o saneamento do betão à cabeça das estacas, a disposição das armaduras e início da 1ª fase de betonagem do maciço de encabeçamento das estacas de fundação. Fig. 5.41 – Execução do maciço de fundação utilizando o “cofre” como ensecadeira A geometria final do “cofre” foi complementada, posteriormente, pela colocação de um segundo nível de painéis, com 1,70 m de altura, acoplados às peças base, garantindo assim uma altura total de cofre de 4,70 m (descontando os 0,20 m de espessura da laje de fundo das peças e os 0,30 m do “rolhão” de fundo garantiam-se os 4,20 m, úteis, necessários para betonagem do maciço de Projeto). Tal como muitas das medidas adotadas durante a construção da ponte, esta medida foi implementada por forma a aliviar o peso das peças primárias, tornando-as passíveis de movimentação através de uma grua de 110 toneladas de capacidade (movimentando peças de 41,4 toneladas, a 15 m do eixo da grua, a partir de um batelão). A betonagem do maciço de encabeçamento das estacas foi realizada em três fases, após saneamento da cabeça das estacas e montagem das armaduras do maciço de encabeçamento das estacas. Corte do encamisamento acima da cota do “rolhão”Saneamento da cabeça das estacas Montagem da armadura do maciço de encabeçamento das estacas (trabalhos realizados “a seco”) Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 74 A betonagem da primeira fase foi efetuada com 1,0m de altura, após a qual foram montados e acoplados os painéis secundários do “cofre” (um total de 13 elementos pré-fabricados com 1,70 m de altura). Atingido o endurecimento do betão, correspondente à primeira fase de betonagem, executaram-se as betonagens subsequentes, com 1,70 m e com 1,50 m, até atingir a altura total de 4,20 m. Fig. 5.42 – Conclusão da betonagem dos maciços e “arranque” dos pilares da ponte Todas as operações referidas neste capítulo foram executadas após desenvolvimento de inúmeros projetos por parte do Departamento de Projeto da Teixeira Duarte (comummente designados como auxiliares). Esses projetos, elaborados em estreita colaboração com a frente de obra, tiveram como objetivo o dimensionamento dos elementos estruturais secundários e a definição dos faseamentos de execução por forma a adotar soluções construtivas que se revelassem eficientes face a todas as condicionantes existentes. 5.2.6. CONSIDERAÇÕES ACERCA DAS OPÇÕES CONSTRUTIVAS ADOTADAS A organização de um estaleiro e o dimensionamento dos meios de execução de estacas de grande diâmetro no leito de um rio estão profundamente dependentes das soluções construtivas projetadas. Na situação específica da Ponte sobre o Rio Douro, em Crestuma, em que dois dos seus pilares estão localizados na albufeira da barragem, as fortes restrições inerentes à instalação dos meios flutuantes (limitados pelas dimensões das eclusas) e, consequentemente, dos equipamentos mobilizados foram condicionantes na definição do próprio processo construtivo das estacas e dos respetivos maciços de encabeçamento. Outras características que se revelaram decisivas nas opções construtivas adotadas, especialmente no que à construção dos maciços diz respeito, foram as especificidades geotécnicas e a elevada profundidade de água. A implementação de estruturas acessórias, tais como os jetties de ligação entre as margens e os locais de construção dos pilares, permitindo a circulação de pessoas e o transporte de betão e Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 75 energia elétrica, necessários para execução dos trabalhos, relevaram-se cruciais para o desenvolvimento dos trabalhos subsequentes. A solução de cofres, em elementos pré-fabricados, funcionando simultaneamente como ensecadeira e como cofragem para a execução do maciço de encabeçamento das estacas, permitiu, não só realizar os trabalhos abaixo do nível das águas da albufeira, a seco, mas também, prescindir da execução das tradicionais ensecadeiras em estaca prancha que, tendo em conta a particularidades da intervenção, teriam implicações negativas no seu custo e prazo. Fig. 5.43 – Imagem da Ponte sobre o rio Douro na albufeira da barragem de Crestuma/Lever imediatamente após a sua conclusão Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 76 Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 77 6 ESTRUTURAS ESPECIAIS DE ACESSO PARA TRABALHOS SUBAQUÁTICOS DE REABILITAÇÃO E REFORÇO DE FUNDAÇÕES DE PONTES EXISTENTES 6.1. ENQUADRAMENTO E PARTICULARIDADES DE INTERVENÇÕES DE REABILITAÇÃO E REFORÇO DE FUNDAÇÕES A valorização do conceito de sustentabilidade na indústria da construção levou à incorporação de conceitos tão importantes como a preservação ambiental, a minimização das emissões energéticas e a proteção dos valores culturais/patrimoniais do edificado nas análises custo benefício. Neste contexto, uma ponderação sobre a execução de uma construção nova, em contraposição à reabilitação de uma estrutura existente, não deverá ser feita com base numa avaliação meramente económica uma vez que variáveis como a proteção ambiental, preservação do património e valores culturais não podem nem devem ser negligenciadas. No sentido de contrariar as patologias e a degradação das estruturas existentes, potenciadoras da perda de capacidade resistente, e proceder à sua adaptação a novas exigências de caráter geométrico, funcional ou regulamentar, a reabilitação de estruturas assume um papel de grande relevância, apresentando particular destaque quando realizada em estruturas de pontes existentes. Contudo, a realização de intervenções em estruturas existentes assume particularidades especialmente sensíveis que obrigam a que todos os intervenientes no processo construtivo (destacando os donos de obra, os projetistas, os empreiteiros e as fiscalizações) adotem uma cooperação excecional, com o objetivo de ultrapassar os inúmeros desafios que estas obras normalmente implicam. A perceção estrutural das obras existentes, compreendendo o seu comportamento, as suas anomalias e os mecanismos que as precipitaram, o conhecimento profundo das propriedades reológicas dos materiais utilizados e o seu comportamento conjunto com os materiais de reforço, tornam-se fundamentais no dimensionamento e conceção de qualquer intervenção de reabilitação. Outra particularidade deste tipo de obras é a necessidade de considerar que a barreira física, estabelecida pelas estruturas existentes, constitui um obstáculo à realização da intervenção que condiciona, e muito, as tecnologias e as metodologias a utilizar nos trabalhos de reabilitação ou reforço. Esta singularidade, manifestamente notória nos conflitos de gabarito impostos pelas superestruturas existentes, deverá estar presente desde a fase de projeto, uma vez que Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 84 dimensionadas para permitir transmissão de esforços entre perfis das duas metades da ensecadeira. Todos os trabalhos de aperto associados à ligação das duas metades que constituem uma ensecadeira, do sistema de estanquidade em torno dos pegões e de montagem dos sistemas de escoramento vertical e horizontal, foi executado com recurso a mergulhadores, antes de se proceder à bombagem da água no seu interior. Deste modo, todas as operações foram previamente testadas em estaleiro para que, em fase de montagem “in situ”, pudessem ser realizadas com o mínimo risco possível. Fig. 6.8 – Estaleiro de montagem e de teste do aperto relativo das duas metades das ensecadeiras O transporte de uma ensecadeira foi precedido pelo transporte e posicionamento dos anéis de estanquidade em torno dos pegões de um elemento a tratar. Esta operação foi realizada com meios marítimos e auxílio de boias de flutuação. Fig. 6.9 – Esquemas e imagem do transporte e posicionamento dos sistemas de fecho das ensecadeiras Anel de estanquicidade devidamente posicionado Suspensão a partir do topo do lintel Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 85 A flutuação das ensecadeiras (abertas em duas metades) foi assegurada por um sistema de boias e tirantes, ficando o transporte para cada um dos pilares a tratar a cargo de meios marítimos de reboque. Esse sistema de flutuação foi constituído por boias de 1 a 5 toneladas de capacidade que, dispostas pelo intradorso e pelo extradorso das paredes de cada metade da ensecadeira, eram posicionadas por forma a minimizar as excentricidades entre o centro de flutuação e o centro de gravidade das peças. O equilíbrio durante o transporte era complementado por um conjunto de tirantes, dispostos em dois níveis altimétricos (junto ao fundo e no topo das metades da ensecadeira). Esses tirantes foram dimensionados para, por tração, contrariarem momentos fletores associados a excentricidades entre o centro de impulsão e o centro de gravidade das metades da ensecadeira, com valores até 1,0 m. O desequilíbrio provocado por um binário de rotação no sentido horário implicava o funcionamento dos cabos do nível altimétrico superior e o desequilíbrio no sentido de rotação anti-horário seria equilibrado pelos cabos colocados a um nível inferior. Fig. 6.10 – Esquemas de dimensionamento e imagens das operações de transporte O posicionamento de uma ensecadeira em torno das fundações de um elemento a intervencionar foi realizado com recurso a equipas de mergulhadores auxiliados por meios marítimos. As operações envolveram a gestão do equilíbrio entre o centro de impulsão e de gravidade da estrutura gerindo a pressão nas boias e a tensão nos tirantes, materializados por cabos tipo TireFort. A esta operação sucedia-se a união das duas metades das ensecadeiras (através do aperto de parafusos pré-esforçados de ligação, previstos no seu dimensionamento), pela sua suspensão a partir do topo dos lintéis e pela sua ligação ao sistema de fecho e estanquidade, previamente posicionado em torno dos pegões de fundação, por forma a colmatar a área excedente dos seus negativos relativamente à secção e posicionamento do par de pegões a intervencionar. d1 (C. G.) F impulsão interior F impulsão exterior F peso de metade da ensecadeira d3 d1 (X c.g.) (0,0) d2 (Y c.g.) d5 Ti d4 Ts d5 Eixo vertical de rotação entre as duas metades das ensecadeiras Tirantes superiores Tirantes inferiores Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 86 Fig. 6.11 – Posicionamento da ensecadeira em torno das fundações de um pilar da Ponte da Barra a tratar Concluídas as operações de posicionamento, de união entre as duas metades, de montagem dos sistemas de estanquidade e de ativação dos sistemas de suspensão e escoramento (vertical e horizontal), procedia-se à bombagem da água do interior das ensecadeiras. Fig. 6.12 – Bombagem da água do interior das ensecadeiras da Ponte da Barra Com esta operação, as ensecadeiras estavam em condições de ser convertidas em zonas de trabalho, de acesso franco, compatíveis com a realização e fiscalização das intervenções de reabilitação e reforço, “a seco”. Suspensão a partir do topo do lintel Posicionamento em torno dos pegões Remoção das boias de flutuação Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 87 Fig. 6.13 – Esquema e imagens das zonas de trabalho criadas com a montagem das ensecadeiras da Ponte da Barra 6.3. ENSECADEIRAS E PLATAFORMAS DE TRABALHO PARA REALIZAÇÃO DAS OBRAS DE REFORÇO E REABILITAÇÃO DAS FUNDAÇÕES DA PONTE EIFFEL EM VIANA DO CASTELO 6.3.1. CONSIDERAÇÕES GERAIS DA INTERVENÇÃO A Ponte rodo-ferroviária Eiffel existente sobre o Rio Lima, em Viana do Castelo, foi construída entre Março de 1877 e Maio de 1878, segundo o Projeto de Gustavo Eiffel e Theóphile Seyrig. Trata-se de uma obra classificada como Património Municipal e apresenta uma estrutura de dois tabuleiros sobrepostos, apoiados numa estrutura principal constituída por duas treliças metálicas de 7,5 m de altura, espaçadas, entre si, de 5,20 m. O tabuleiro ferroviário encontra-se apoiado nas longarinas que constituem as cordas inferiores das treliça e o tabuleiro rodoviário na sua parte superior. A estrutura da Ponte encontra-se apoiada em 11 pilares de alvenaria de granito aparelhado e argamassado, executados pelo processo de havage e fundados entre 7 m e 22 m abaixo da cota do leito do rio, numa camada arenosa da formação aluvionar com SPT superior a 60 pancadas. Fig. 6.14 – Imagem da Ponte Eiffel e esquemas das secções transversal e longitudinal Escoramento horizontal máx 8.0m Escoramento vertical Montantes verticais Lintel de fundação do pórtico Sistema de suspensão da ensecadeira Sistema de fecho em torno dos pegões Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 88 Ao longo do seu período de exploração, a Ponte foi sujeita a várias intervenções das quais se realçam:  O reforço do tabuleiro ferroviário e os trabalhos de consolidação dos pilares, levados a cabo pela C.P entre 1985 e 1986;  Uma intervenção estrutural que, realizada em 1994, consistiu fundamentalmente no reforço das vigas principais pela aplicação de um sistema de pré-esforço, executado de acordo com um Projeto elaborado pelo Eng. Câncio Martins;  Uma intervenção em 2006 que consistiu na execução de trabalhos de beneficiação e alargamento do tabuleiro rodoviário, de acordo com Projeto da autoria da empresa LISCONCEBE, Consultadoria de Projectos de Engenharia, SA. No ano de 2006 iniciaram-se novas inspeções, no sentido de avaliar o estado de conservação das infraestruturas da Ponte. Esses trabalhos revelaram a existência de inúmeras patologias das quais se destacam:  A batimetria revelou a grande variabilidade da cota do leito do rio (atingindo, junto ao pilar P5, o valor de +5,24 m ZH) e a ocorrência de fenómenos de erosão na zona de jusante dos pilares (com fossas de erosão a atingirem profundidades da ordem dos 2 m);  Inspeções subaquáticas revelaram danos na cofragem metálica usada na construção dos pilares, fendilhação das cantarias e aberturas nas juntas dos blocos de granito;  Fenómenos de corrosão no tirante horizontal (  60 mm), existente no topo dos pilares, na maioria das chapas de cintagem dos pilares (intervenção de 1986) e nos balanceiros e chapas de guiamento dos aparelhos de apoio;  Desagregação/falta de compacidade da argamassa existente nas juntas entre blocos de granito. Fig. 6.15 – Imagens que ilustram algumas das patologias verificadas nas infraestruturas da Ponte Eiffel Perante as patologias observadas, em Outubro de 2006 a REFER, EP solicitou à empresa A2P – Consultadoria, Estudos e Projetos, Lda a execução do Projeto de Reabilitação e Reforço das Infraestruturas da Ponte. Esse Projeto incluiu a análise da estabilidade das infraestruturas existentes, verificando a sua adequação às sobrecargas de cálculo e, sempre que necessário, a especificação das medidas de reparação/reabilitação e reforço a adotar em cada um dos casos. Dessas medidas, destacam-se o encamisamento em betão armado e o reforço das fundações com recurso a microestacas, preconizadas para 4 dos seus pilares (P1, P2, P3 e P5). Além das obras de reforço das fundações e de inúmeras intervenções noutros elementos estruturais (cintas de proteção, balanceiros dos aparelhos de apoio, etc) salienta-se a reabilitação geral dos pilares (zonas imersas e emersas), incluindo refechamento das juntas entre cantarias, a injeção de calda de cimento no seu interior e a proteção do leito do rio junto à zona dos pilares, por forma a contrariar a ocorrência de fenómenos de infraescavação. Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 89 Apesar da urgência da intervenção, a importância vital da Ponte para a cidade de Viana do Castelo inviabilizava a sua interdição, implicando a necessidade de realização dos trabalhos sem interrupção da circulação ferroviária. Tal facto condicionava ainda mais os meios e equipamentos a utilizar, exigindo um planeamento minucioso das equipas de produção, devidamente adequado às condicionantes ocupacionais da Ponte. Estas particularidades precipitaram a conceção e dimensionamento de meios especiais de acesso, destinados a permitir a realização dos trabalhos previstos no Caderno de Encargos do Programa de Concurso, garantindo todas as condições de segurança e de acesso por forma a possibilitar a sua qualidade final. 6.3.2. BREVE DESCRIÇÃO GEOLÓGICA /SOLUÇÃO DE REFORÇO DAS FUNDAÇÕES A caracterização dos terrenos de fundação dos pilares da Ponte foi realizada a partir da análise do Relatório Geologico/Geotécnico (“Tecnasol” 2003) que incluiu a execução de 15 sondagens (6 no rio e 9 nos pilares da ponte). Da análise da campanha de prospeção constatou-se que os Pilares P1 a P3 e P5 estavam fundados sobre uma formação recente, de depósitos aluvionares, constituída por areias de granulometria variada, argilas lodosas e, pontualmente, seixos rolados de natureza variada. Essa camada, de fracas características de resistência, apresenta uma espessura que aumenta progressivamente de Norte para Sul. Subjacente aos depósitos aluvionares foi intersectada a formação granítica na qual se encontraram, mais à superfície, saibros graníticos ou granitos decompostos (W5 a W4) sob os quais ocorrem granitos muito a medianamente alterados (W4 a W3). Tendo em conta o referido anteriormente, o Projeto previu a realização de microestacas de reforço nas fundações nos pilares fundados sobre as formações aluvionares. No caso dos pilares P1 a P3, a necessidade de reforço com microestacas (14 por pilar) justificava-se pela elevada espessura das formações aluvionares, cuja resistência geomecânica se revelava incompatível com ao aumento de carga inerente ao alargamento do tabuleiro rodoviário da Ponte. No caso do pilar P5 (sobre o qual a ligação ao tabuleiro é constituída por aparelhos de apoio fixos), a execução de microestacas justificava-se pela necessidade de dotar as suas fundações de uma capacidade resistente compatível com os esforços resultantes das forças horizontais de frenagem, atuantes no tabuleiro. Fig. 6.16 – Perfil longitudinal destacando as cotas da base das fundações dos pilares da Ponte Eiffel e a profundidade de ocorrência das formações graníticas Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 90 O cenário traçado e as condicionantes existentes, permitiram concluir que as microestacas de reforço teriam que ser seladas nas formações graníticas, com SPT superior a 60 pancadas, e realizadas com equipamento a operar em plataformas de trabalho, criadas propositadamente para o efeito, por forma a poder contornar as dificuldades associadas à impossibilidade de interdição da Ponte. 6.3.3. PLATAFORMAS DE TRABALHO PARA EXECUÇÃO DAS MICROESTACAS DE REFORÇO Tendo em conta os condicionamentos descritos, as equipas de projeto e de produção da Teixeira Duarte (adjudicatária da intervenção), conceberam a execução de estruturas auxiliares (plataformas), a partir das quais foram realizados a grande maioria dos trabalhos de reabilitação e reforço dos pilares da Ponte, incluindo a execução de microestacas. Montadas, sempre que possível, prevendo o apoio no topo dos pilares existentes ou, nessa impossibilidade, pela ligação ao seu fuste (plataformas tipo 1 ou 2), as plataformas foram concebidas por forma a poderem ser reutilizadas em todos os pilares a intervir, de acordo com o planeamento definido para a obra. Para o efeito, complementaram-se os dados do Projeto de Execução da Reabilitação da Ponte com os elementos recolhidos num levantamento topográfico exaustivo, que revelou com exatidão o posicionamento e a geometria dos pilares existentes. Os esforços elásticos combinados, necessários ao dimensionamento e análise de deformações, foram simulados com base em modelos de cálculo tridimensional, cuja resolução numérica foi elaborada com recurso ao programa de cálculo automático de análise elasto-plástica SAP2000. As ações inerentes ao peso próprio da estrutura (pavimento e perfis metálicos) e às sobrecargas de utilização (“Klemm701”, pesando cerca de 3.6 toneladas, e sobrecarga de trabalho de 2 kN/m2) foram simuladas como cargas distribuídas, aplicadas diretamente nos elementos de barra do modelo. Fig. 6.17 – Axonometrias dos modelos tridimensionais adotados no dimensionamento das Plataformas de trabalho concebidas para a Ponte Eiffel As ligações das escoras metálicas, de suporte e equilíbrio das plataformas, aos pilares de alvenaria de granito foram efetuadas por intermédio de varões de aço, selados ao pilar com resinas “epoxi”. A verificação da segurança destas ligações simulou cenários de colapso, admitindo possibilidade de rotura pelo aço, pela resina ou pela alvenaria, comparando o menor destes valores com as reações obtidas no programa de cálculo automático. De salientar que na conceção das plataformas foram tomadas opções por forma a obter sistemas autoequilibrados, em que os apoios de ligação ao pilar não fossem sujeitos a quaisquer esforços de tração ou flexão, e limitando as compressões à capacidade resistente do granito, respeitando o comportamento reológico dos materiais e, desta forma, minorando o impacto destas estruturas sobre a estrutura da ponte. Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 91 A estrutura principal da plataforma tipo 1 era constituída por uma grelha metálica formada por perfis principais, perfis secundários e por escoras de travamento ao pilar. Para travamento às ações horizontais concebeu-se um sistema constituído por 2 perfis verticais que, funcionando como batentes, evitavam a transmissão de forças de tração ao topo dos pilares. Fig. 6.18 – Alguns esquemas de dimensionamento para uma Plataforma de Trabalho Tipo 1 A estrutura principal da plataforma do tipo 2 era igualmente constituída por uma grelha tridimensional de perfis metálicos, apoiados em escoras metálicas, dimensionadas para transmitir as cargas aos pilares existentes. O equilíbrio global da plataforma impunha esforços de tração no seu apoio superior de ligação. Deste modo, introduziram-se varões pré-esforçados do tipo “Dywidag” que, ligando entre si as duas meias plataformas, evitavam a transmissão de esforços de tração, passíveis de danificar a alvenaria de granito. Fig. 6.19 – Alguns esquemas de dimensionamento para uma Plataforma de Trabalho Tipo 2 Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 92 É de salientar que a análise das deformações das estruturas, ponderando todas as possibilidades e distribuições dos carregamentos operacionais, foi fundamental para compreensão do seu comportamento em serviço e no sentido de enquadrar as deformações esperadas, prevenindo a ocorrência de fenómenos de 2ª ordem, não considerados nas verificações efetuadas. Fig. 6.20 – Fotos das Plataformas durante a sua montagem e durante as operações de furação 6.3.4. ENSECADEIRAS DE TRABALHO Tal como já havia sido descrito no capítulo referente às ensecadeiras concebidas para a intervenção na ponte da Barra, o facto de se tratar de uma intervenção numa obra existente, com limitações do pé direito útil impostas pelo tabuleiro da Ponte, dificultava (inviabilizava) a possibilidade de adoção de ensecadeiras através de soluções mais tradicionais, como cortinas em estacas prancha, uma vez que obrigaria à execução de soldaduras em elementos solicitados pelas ações hidrodinâmicas dos escoamentos do rio. Neste caso esse impedimento era agravado pelo facto de o afloramento do substrato granítico ser praticamente coincidente com a cota do leito do rio, especialmente na zona de implantação do pilar P5. Esse facto impossibilitava a cravação de estacas prancha em profundidade, impedindo a obtenção de ficha. Tal como já havia acontecido na intervenção descrita anteriormente, essa particularidade precipitou o desenvolvimento de soluções alternativas, destinadas à criação de zonas de trabalho que permitissem o acesso às superfícies imersas dos pilares, viabilizando a execução da intervenção “a seco”. Deste modo, dimensionaram-se ensecadeiras reutilizáveis que, concebidas especialmente para esta obra, permitiram diminuir incertezas quanto às garantias da qualidade final dos trabalhos, facilitando consideravelmente o acesso e a inspeção das zonas a intervir, evitando que a sua execução e fiscalização fosse feita exclusivamente com recurso a mergulhadores. O planeamento dos trabalhos ditou a necessidade de execução de duas ensecadeiras, que foram dimensionadas de acordo com as profundidades de reparação previstas no Projeto de Execução da Reabilitação das Infraestruturas da Ponte (A2P), considerando os dados relativos a marés PLATAFORMA EM EXPLORAÇÃOPLATAFORMA EM MONTAGEM EXECUÇÃO DAS MICROESTACAS Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 93 fornecidos pelo Instituto Hidrológico da Marinha (que revelaram um valor máximo de preia-mar de +3,90 m ZH e um valor mínimo de baixa-mar de +0,30 m ZH), os dados relativos à velocidade do escoamento e os dados provenientes de um levantamento topográfico complementar, revelador do exato posicionamento e geometria dos pilares existentes. O cruzamento de todas estas informações ditou a necessidade de conceção de ensecadeiras com uma altura útil mínima de 7,0 m. A estrutura principal de cada ensecadeira foi constituída por perfis metálicos verticais (HEB160) que funcionavam como “costelas” de um navio. Esses elementos eram cintados por 3 níveis de vigas horizontais de distribuição, devidamente escoradas contra os pilares da Ponte. As escoras metálicas para travamento horizontal e vertical da ensecadeira, constituídas por perfis metálicos (HEB120 ou HEB100), eram ligadas ao pilar de alvenaria de granito após posicionamento da ensecadeira e antes de se proceder à bombagem da água no seu interior. A chapa metálica usada no seu revestimento exterior (de apenas 5 mm de espessura), foi dimensionada para o valor dos impulsos hidrostáticos e hidrodinâmicos gerados no vão entre perfis metálicos de suporte secundário (RHS60x40x5) que, por sua vez, foram soldados ao banzo exterior dos perfis verticais. O espaçamento entre perfis secundários de suporte da chapa de revestimento foi determinado em função do valor dos impulsos atuantes, variando entre os 0,30 m (na base da ensecadeira) e os 1,30 m (no topo da ensecadeira). Fig. 6.21 – Perspetiva ilustrativa da estrutura da ensecadeira concebida para a Ponte Eiffel O fundo da estrutura foi constituído por uma laje de betão armado com 0,40 m de espessura, concebida para funcionar como um “rolhão” à entrada de água e como 4º nível de escoramento horizontal da ensecadeira. Escoramento vertical PERSPETIVA DE UMA METADE DE UMA ENSECADEIRA Cintagem e escoramento horizontal Chapa de revestimento (5mm de espessura) Perfis secundários (RHS) de suporte da chapa de revestimento (diminuição do espaçamento em profundidade) Perfis verticais de suporte principal Rolhão em laje de betão armado (0.40m de espessura) Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 100 Perante os terrenos existentes, sugeriu-se a execução de colunas de jet-grouting de 800 mm de diâmetro, com um afastamento entre eixos de 650 mm e comprimentos totais variáveis, consoante a localização e características geológicas dos terrenos existentes sob o pilar a intervencionar. Neste caso concreto, trata-se de uma tecnologia perfeitamente conciliável com as características arenosas dos solos existentes e que, ao permitir a execução de colunas em torno do perímetro completo dos pilares, oferece boas garantias do seu confinamento, com a vantagem de estar associada a uma grande rapidez de execução. Nos pilares P2 e P4 previu-se a execução de duas fiadas de colunas secantes com a maior proximidade possível à face da fundação do pilar. Nos pilares P3 e P5, além destas duas fiadas, foram executados 10 grupos de 4 colunas suplementares na periferia das primeiras, de modo a melhorar o comportamento global da camada de Cascalheira (no P3 esta camada assume uma espessura muito relevante) e aumentar a ação de confinamento do terreno de fundação. Fig. 6.30 - Esquemas da consolidação das fundações com recurso à tecnologia de jet-grouting Os condicionalismos de acesso e a gestão dos meios utilizados levaram a que estes trabalhos tivessem sido realizados com equipamentos a operar a partir de meios flutuantes. Fig. 6.31 - Execução das colunas de consolidação das fundações dos pilares da Ponte de Valença PILARES P2 e P4 PILARES P3 e P5 Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 101 6.4.3. REABILITAÇÃO DAS ZONAS IMERSAS DO FUSTE DOS PILARES 6.4.3.1. Condicionalismos existentes Findos os trabalhos de consolidação e reforço das fundações, havia necessidade de iniciar os trabalhos de reabilitação do fuste dos pilares, incluindo zonas imersas. Mais uma vez, e face aos condicionalismos desta obra, nomeadamente o espaço disponível sob o tabuleiro e a necessidade de execução de intervenções em quatro pilares (P2 a P5), foram colocadas de parte as soluções tradicionalmente utilizadas, como sejam as cortinas de estacas prancha. Deste modo, e recorrendo à experiência adquirida em obras anteriores do mesmo tipo (algumas das quais foram descritas nos capítulos anteriores), o gabinete de projetos da Teixeira Duarte concebeu e desenvolveu a estrutura de uma ensecadeira temporária e reutilizável que fosse adequada às particularidades da intervenção. A necessidade de reduzir ao mínimo o peso da estrutura e de fazer face aos grandes impulsos hidrostáticos, resultantes de uma profundidade de intervenção bastante elevada, significativamente superior à das intervenções anteriormente realizadas na empresa, conduziu ao desenvolvimento de uma solução que aproveitasse, de uma forma mais racional, as características dos materiais utilizados. Dadas estas particularidades, concebeu-se uma estrutura constituída por um “esqueleto” metálico, composto por perfis laminados, cuja principal inovação, face ao utilizado em obras anteriores, consistiu na utilização de um revestimento em chapa curva, calandrada, funcionando puramente à tração. Além de possibilitar uma considerável diminuição da espessura da chapa de revestimento, esta configuração geométrica permitiu uma conceção estrutural sem adoção de elementos estruturais secundários. A dispensa destes elementos secundários, que seriam absolutamente necessários para a diminuição do vão numa solução com revestimento com chapa plana (pouco espessa), dadas as limitações da sua capacidade resistente para solicitações a esforços de flexão, traduziuse numa grande economia e diminuição de peso da estrutura da ensecadeira. Estas opções de conceção estiveram intimamente ligadas às características geométricas da ensecadeira (em especial a sua elevada profundidade) e foram tomadas com o objetivo de limitar custos e facilitar a sua operacionalidade, por forma a permitir a execução dos referidos trabalhos a “seco”, em plenas condições de segurança, e de a adequar às necessidades operacionais de transporte, posicionamento, montagem e reutilização, nos quatro pilares a intervencionar. 6.4.3.2. Descrição da estrutura da ensecadeira A estrutura da ensecadeira apresentava uma forma octogonal não regular, ajustada à geometria dos pilares da ponte, com dimensões máximas em planta de aproximadamente 16,70 ×10,60 m2 e uma altura total de 13,5 m. A cota de base da ensecadeira foi definida de modo a permitir a execução do encamisamento em betão armado do fuste dos pilares ao abrigo da ensecadeira (cota inferior do encamisamento = -9,50 m), enquanto o topo da ensecadeira foi estabelecido à cota +3,00 m, considerada como cota de cheia admissível para a execução dos trabalhos, de acordo com o definido no Caderno de Encargos. Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 102 O afastamento da ensecadeira ao pilar era constante e de cerca de 2,50 m, de modo a permitir a colocação e operação dos meios humanos e técnicos, necessários à realização dos trabalhos previstos. Fig. 6.32 – Planta, corte esquemático e perspetiva da estrutura da ensecadeira da Ponte de Valença em torno do pilar A estrutura principal da ensecadeira foi constituída por uma grelha tridimensional de perfis metálicos que serviram de suporte a um revestimento em chapa metálica calandrada com 6mm de espessura, a trabalhar à tração, dimensionada para o valor do impulso hidrostático atuante no vão entre perfis verticais. Este revestimento foi soldado ao banzo exterior desses perfis, garantindo a estanquidade da ligação. A grelha tridimensional foi constituída por perfis verticais HEB260, de apoio da chapa de revestimento, que se encontram travados por 5 níveis de vigas de distribuição horizontal, escorados ao fuste do pilar através de um conjunto de perfis metálicos horizontais. As vigas de distribuição foram materializadas por perfis HEB260, no 3º, 4º e 5º níveis de travamento, e HEB200, nos dois níveis superiores, sendo que a distribuição em altura das vigas de distribuição teve em consideração o aumento dos esforços em profundidade. As escoras de travamento aos pilares de alvenaria de granito foram materializadas por perfis HEB200, com exceção dos dois níveis superiores. Uma vez que se trata da zona da ensecadeira com menor altura de água e, consequentemente, menores esforços, nestes níveis utilizaram-se perfis de escoramento de menor dimensão (HEB120 e HEB180). Estes dois primeiros níveis de escoramento foram complementados por perfis inclinados, formando uma treliça, que foram dispostos por forma a que transmitissem parte da impulsão vertical, gerada na base da ensecadeira (laje de fundo - “rolhão”), ao fuste do pilar. Para materializar a ligação dos perfis inclinados ao fuste do pilar, garantindo a transmissão das elevadas forças de impulsão por corte na ligação, foram executadas carotes no fuste do pilar e introduzidos tubos metálicos de alta resistência, selados com argamassa não retráctil, aos quais foram soldadas chapas de topo para fazer a ligação aos elementos da treliça. O fundo da estrutura foi constituído por uma laje (“rolhão”) com cerca de 1,0 m de espessura, cujas funções são garantir a estanquidade na interface inferior da ensecadeira e resistir aos impulsos hidrostáticos verticais passíveis de se instalar na sua base. Este elemento, apesar de 2.50 12.47 1.95 2.75 3.00 2.27 HEB120 HEB200 HEB200 HEB200 HEB260 HEB200 HEB260 HEB260 HEB260 REVESTIMENTO CHAPA METÁLICA CALANDRADA (Esp.: 6 mm) HEB120 HEB120 HEB180 HEB200 HEB260 HEB260 HEB260 HEB120 HEB180 LAJE DE FUNDO 1.00 HEB120 HEB200 HEB200 HEB200 HEB120 HEB260 HEB200 HEB200 16.66 10.62 Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 103 dimensionado como um elemento em betão simples, foi dotado de armadura junto à face superior, através do prolongamento dos varões que constituem os ferrolhos de ligação ao fuste do pilar, de modo a conferir ao elemento alguma ductilidade. Estes ferrolhos são constituídos por varões nervurados de Ø20 mm, dispostos em quincôncio e selados com buchas químicas. Assim, de acordo com o pretendido na conceção da estrutura, parte da impulsão vertical gerada na base da ensecadeira é transmitida ao fuste do pilar através da treliça superior, enquanto a restante é transmitida diretamente pelo “rolhão” ao pilar, por atrito e corte. Quanto à ligação das escoras horizontais ao fuste do pilar, que em teoria se encontra num estado de compressão pura, foi concebido um sistema recorrendo a fusos metálicos roscados, que permitisse não só o ajuste do comprimento da escora em função do exato posicionamento da ensecadeira, como também a sua remoção no final dos trabalhos. Fig. 6.33 - Pormenores das ligações por selagem dos ferrolhos da laje de fundo e dos tubos metálicos de alta resistência ao fuste do pilar. De modo a aumentar a rigidez de torção da estrutura, foram também acrescentadas cruzes de travamento segundo os maiores alinhamentos da ensecadeira, materializadas por perfis laminados UNP120. 6.4.3.3. Breve abordagem ao dimensionamento da ensecadeira A ensecadeira foi dimensionada para a situação de máxima cheia admissível prevista no Caderno de Encargos, ou seja, para um nível de água no rio coincidente com a cota definida para o topo da ensecadeira (+3,00 m), ao qual corresponde desnível hidrostático de 12,5 m para as ações horizontais e de 13,5 m para as ações de impulsão atuantes sob a base da laje de fundo. Uma vez que a conceção da estrutura não previu o dimensionamento para a situação inversa, ou seja, a existência de uma maior altura de água no interior relativamente ao exterior (que seria possível em caso de galgamento durante uma cheia e rápido abaixamento do nível da água do rio), foram materializados na chapa de revestimento da ensecadeira dois furos (bujões) que permitiam a saída da água do interior da ensecadeira para o exterior, no caso da ocorrência desta situação, equilibrando assim as pressões internas e externas. Refira-se ainda que, as situações de cheia são situações particulares de alerta na obra, e que por isso estão associadas à implementação de planos de segurança e de inspeção minuciosos e particulares. Tratando-se de uma estrutura provisória, o coeficiente de majoração considerado para as ações foi de 1,2, entendendo-se este um valor suficientemente conservativo para a ação hidrostática de cálculo, que está associada ao desnível máximo de 13,50 m, correspondente à diferença de cotas entre o topo da ensecadeira e a base do seu “rolhão”. Na eventualidade de ocorrência de uma situação extrema de cheia, que implicasse uma subida do nível das águas acima do previsto, esta não resultaria num aumento dos impulsos, uma vez que a estrutura da ensecadeira seria galgada Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 104 e a entrada de água no seu interior originaria um imediato equilíbrio dos desníveis hidrostáticos entre o exterior e interior. Dado o carácter provisório da estrutura, não se previu a possibilidade de ocorrência de um embate de uma embarcação de grande porte. Esta questão foi avaliada conjuntamente com a equipa de obra, tendo-se verificado que o tipo de tráfego marítimo presente no Rio Minho é, na grande maioria dos casos, ligeiro e correspondente a pequenas embarcações. No entanto, e por forma a dotar a estrutura de uma capacidade compatível com a ocorrência de um eventual embate de uma embarcação ligeira ou qualquer outro material trazido pelo rio, nas suas cotas superiores, foi prevista a colocação de defensas na periferia da estrutura, materializadas por pneus, por forma a dissipar a energia de um eventual choque. Refira-se ainda que a estrutura da ensecadeira foi incluída no plano de sinalização marítimo. Uma vez que o faseamento de transporte e de montagem da ensecadeira, em torno dos pilares a intervencionar, exigiu a execução prévia dos trabalhos de dragagem e de regularização do leito do Rio, removendo os solos mais superficiais, e face ao período relativamente curto previsto para cada intervenção no fuste dos pilares, não se considerou expectável um assoreamento considerável no exterior da ensecadeira. Deste modo, a ocorrência de fenómenos de infraescavação e de assoreamento, que poderia resultar na perda de estabilidade da ensecadeira e num acréscimo dos impulsos sobre a mesma, foi limitada à consideração de um impulso de terras adicional máximo de 2,50m, resultante da acumulação de uma camada de areia sobre um dos lados da ensecadeira. Essa medida, que limitou favoravelmente a estrutura a desníveis de assoreamento abaixo dos valores máximos, tendo em conta as velocidades e a geometria de obstrução ao escoamento, impôs o controlo e monitorização desse fenómeno, durante a execução da obra. Os esforços elásticos necessários ao dimensionamento da estrutura e as respetivas deformações foram obtidos com base em modelos de cálculo tridimensionais, cuja resolução numérica foi elaborada com recurso ao programa de cálculo automático SAP2000. O modelo efetuado contemplou exclusivamente os perfis metálicos do “esqueleto” da ensecadeira, modelados através de elementos finitos de barra, e o seu “rolhão” de fundo, modelado com recurso a elementos finitos bidimensionais do tipo casca. A estes elementos foram atribuídas as respetivas características geométricas e materiais constituintes. Todas as ligações da estrutura ao pilar, tanto no “rolhão” de fundo como nas escoras horizontais de travamento e na estrutura treliçada superior, foram modeladas através de apoios simples, de acordo com os tipos de ligação adotados. As ações, nomeadamente o peso próprio da estrutura, a ação hidrostática e os impulsos relativos à hipotética deposição de areias no exterior da ensecadeira, foram introduzidas no modelo como cargas distribuídas, uniformes ou trapezoidais. Apesar de limitado a navios (pesos) bastante ligeiros e a velocidade baixas, o eventual embate de embarcações ou de objetos trazidos pelo rio foi considerado através da aplicação de cargas pontuais em vários pontos da estrutura da ensecadeira, nas cotas previsíveis de ocorrência. Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 105 Fig. 6.34 – Modelo de cálculo utilizado para simulação numérica da estrutura principal da ensecadeira concebida para a Ponte de Valença O dimensionamento da chapa metálica do revestimento (elemento secundário na estrutura de dimensionamento) foi realizado com base num outro modelo, bastante simples, baseado no efeito de membrana. Dado o constrangimento devido às vigas de distribuição horizontais, a flecha adotada para a chapa de revestimento foi definida em função da altura da secção dos perfis verticais e do seu afastamento em planta. A geometria obtida para a chapa calandrada resulta num elemento tipo membrana que, tal como num reservatório circular, trabalha apenas com tensões axiais de tração. Desta forma, foi definido um arco com base em dois pontos fixos, correspondentes às extremidades dos banzos exteriores dos perfis verticais, atribuindo-se à chapa um raio de curvatura mínimo que garantisse tensões de tração aceitáveis e que mantivesse uma folga mínima relativamente aos perfis horizontais de distribuição, de modo a garantir a transmissão de cargas pretendida. Neste modelo de cálculo, as forças de tração na chapa são transmitidas aos banzos exteriores dos perfis verticais adjacentes, que asseguram a continuidade entre os vários elementos. Com base na geometria do arco estimou-se o seu raio de curvatura e, para o impulso hidrostático máximo, calculou-se a força de tração máxima instalada na chapa, de acordo com a equação:  Nsd = psd × R Fig. 6.35 - Esquema ilustrando o modelo de cálculo utilizado no dimensionamento da chapa calandrada NN R p=140kN/m2 R Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 106 Com o esforço de tração obtido, dimensionou-se a espessura da chapa de modo a garantir a resistência axial da mesma, controlando também a deformação por forma a evitar o contacto com os perfis horizontais de distribuição. Este aspeto, bem como o objetivo de garantir um coeficiente de segurança significativo na solução estrutural, levou à adoção de uma espessura de 6 mm para a chapa, à qual ficou associada uma tensão máxima de tração da ordem dos 50 MPa, muito inferior à resistência do aço utilizado. A ligação das chapas metálicas de revestimento aos banzos foi feita através de soldadura contínua, garantindo dessa forma a estanquidade da ensecadeira nesta zona. 6.4.3.4. Processo construtivo, transporte e montagem da ensecadeira Dadas as dimensões da estrutura e a complexidade associada à sua montagem, transporte e reutilização nos vários pilares a intervencionar, o processo construtivo foi discutido pelos vários intervenientes na obra, nomeadamente o projetista da ensecadeira (gabinete de projeto da Teixeira Duarte), a equipa de obra, o cliente e, dadas as solicitação da ensecadeira à estrutura existente, o projetista da intervenção de reabilitação e reforço da ponte. Depois de numa fase inicial se ter previsto a execução da estrutura em 4 módulos separados (2 em planta e 2 na vertical), que apenas seriam ligados entre si no local, acabou por se concluir que a redução do número de ligações a executar “in situ” seria benéfica do ponto de vista da facilidade de execução, pelo que se decidiu construir a ensecadeira em apenas duas metades, que seriam então transportadas para o local da intervenção com o auxílio de meios marítimos. Deste modo, foi utilizado um cais existente na margem espanhola do Rio Minho, a cerca de 20 km a jusante do local da obra, onde se procedeu à montagem das várias peças constituintes da ensecadeira, previamente fabricadas em estaleiro de metalomecânica, com dimensões ajustadas aos meios de transporte terrestre. A montagem das duas metades da estrutura foi, assim, realizada e ensaiada “seco”, testando a ligação entre as duas peças e fazendo a correção e ajuste de alguns detalhes construtivos, por forma a evitar quaisquer incorreções durante a sua instalação em torno de um fuste imerso de um pilar a tratar. Fig. 6.36 - Operações de montagem e de ensaio da ensecadeira sobre o cais de embarque Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 107 Uma vez montada a estrutura, cada uma das duas metades estruturais (com cerca de 55 toneladas) foi elevada e colocada no rio, onde foram postas a flutuar com o auxílio de meios marítimos, nomeadamente conjuntos de balões com 5 toneladas de capacidade, aplicados em olhais fixos distribuídos uniformemente pela estrutura, de modo a assegurar a sua estabilidade em flutuação. Por questões de navegabilidade, o seu transporte pelo rio, até ao local da obra, foi realizado com as peças na posição horizontal, com recurso a uma embarcação rebocadora. Fig. 6.37 - Operações de elevação da ensecadeira e colocação no rio em flutuação Após o transporte até ao local, a rotação e o posicionamento das duas metades da ensecadeira em torno dos pilares foram executados com recurso ao manuseamento dos referidos balões e com o auxílio de uma estrutura de suspensão ligada ao topo do pilar. Durante as operações de transporte e manobra da estrutura, o posicionamento e a pressão nos balões foram constantemente monitorizados, com o objetivo de se proceder às correções necessárias em função das situações verificadas. Fig. 6.38 - Transporte e rotação das metades da ensecadeira para posicionamento em torno do pilar Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 108 Concluída a rotação e alinhamento de ambas as metades da ensecadeira, a união e aperto das duas peças foi executada por mergulhadores e estabelecida por intermédio de ligações aparafusadas. Para facilitar essa união, estas foram dotadas de um sistema de chapas de convergência e de chapas de reação que facilitava a sua aproximação relativa. A estanquidade ao longo do perímetro de união foi obtida através do esmagamento de fiadas de borracha de neopreno, colocadas em todas as chapas de ligação relevantes, estabelecido pelo aperto dos parafusos. Durante esta operação, as peças permaneceram sempre suspensas pelos cabos e em estado de flutuabilidade negativa, de modo a garantir a tração permanente dos cabos de suspensão, mantida a níveis inferiores a 10 toneladas. Para tal, foi estudado o equilíbrio entre o peso próprio da estrutura, a reação máxima admissível nos ganchos metálicos e a impulsão dos balões, de modo que as oscilações nas marés ou a ondulação não influenciassem o posicionamento da ensecadeira. Posteriormente a estrutura foi descida para a sua posição final, por diminuição do volume de ar nos balões, em função do nível de água presente na altura desta operação. Fig. 6.39 – Alívio da pressão nos balões de flutuação para posicionamento altimétrico da ensecadeira sobre o leito do rio; operação auxiliada pelo sistema de suspensão montado no tabuleiro da ponte Após o correto posicionamento da ensecadeira e da execução subaquática dos aferrolhamentos ao pilar, procedeu-se à execução da laje de fundo. Esta betonagem foi efetuada com recurso a duas mangueiras de bombagem no interior da estrutura, de modo que, durante a descarga, a operação fosse acompanhada pelos mergulhadores. De modo a evitar a lavagem do betão durante a betonagem, as peças permaneceram sempre fixas pelos cabos e em estado de flutuabilidade negativa, tendo também sido necessário manter os níveis hidrostáticos no interior e exterior da ensecadeira, de modo a evitar gradientes hidráulicos. Antes da bombagem da água do interior da ensecadeira, procedia-se à montagem do sistema de escoramento ao pilar. As forças de atrito e corte geradas entre o pilar e a laje de fundo, e as forças de corte geradas na ligação entre a treliça superior e os tubos metálicos selados ao pilar, garantiam a estabilidade da estrutura aos impulsos hidrostáticos (horizontais sobre as paredes da ensecadeira e verticais sobre a laje de fundo). Por fim, procedia-se à bombagem da água do interior da ensecadeira, operação que foi acompanhada com a monitorização permanente da estrutura e do paramento do pilar. Como seria de esperar, e face aos elevados níveis de impulsão a que a estrutura da ensecadeira estava sujeita, detetaram-se algumas zonas de entrada de água, fundamentalmente através do fuste do pilar, que foram posteriormente corrigidas “in situ”. Salienta-se que, funcionando como uma cortina impermeabilizante no solo, contrariando a percolação de água nas camadas arenosas superficiais, mais permeáveis, o maciço de jet- Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 109 grouting, executado para o confinamento e consolidação das fundações dos pilares, constituiu um elemento fundamental, que limitou a entrada de água no interior da ensecadeira pela sua base (abaixo do “rolhão” de fundo), através do fuste dos pilares. Fig. 6.40 - Sistema de escoramento da ensecadeira ao pilar da ponte a intervencionar e bombagem da água do seu interior Concluído o processo de montagem da ensecadeira, dava-se início aos trabalhos de reabilitação previstos no fuste do pilar. Fig. 6.41 – Perspetiva tridimensional da ensecadeira ilustrando o seu funcionamento operacional e imagens durante a fase de realização e após conclusão dos trabalhos de reabilitação do fuste do pilar Fundações em meios fluviais e marítimos – Evolução e Inovação Tecnológicas 116 [14] Núcleo Museológico Teixeira Duarte - Porto Comercial de Vila Real de Santo António – 1928/1935. http://museu.teixeiraduarte.pt/community/#bundle/04DF2EA563D276F691FA6CA34D7D634D [15] Núcleo Museológico Teixeira Duarte – Encontros e Pilares da Ponte Rodoviária de Alcácer do Sal – 1936/1940. http://museu.teixeiraduarte.pt/community/#bundle/298615D1A971C9C43B62F0B121F0356E [16] Núcleo Museológico Teixeira Duarte – Arquivo Fotográfico 1941-1950 – Cravação de estacas para as fundações dos edifícios da Base Naval do Montijo (1941). http://museu.teixeiraduarte.pt/community/#bundle/6C8363ECA753C434D9AD9E68DA76C909 [17] Teixeira Duarte – Pasta de projeto Nº 1305 Referente à Execução das Fundações e Ancoragem das Lajes de Fundo das docas secas 21 e 22 dos Estaleiros Navais de Setúbal. 1972-1973. [18] Teixeira Duarte – Pasta de projeto Nº 1636 Referente à Execução das Fundações da Ponte Provisória de Circulação Rodoviária de Alcácer do Sal. 1982-1983. [19] Teixeira Duarte – Pasta de projeto Nº 1299 Referente à Execução das Fundações dos pilares da Ponte de Vila Nova de Milfontes. 1975-1978. [20] Teixeira Duarte – Pasta de projeto Nº 4458 Referente à Execução das Fundações dos pilares do Viaduto da A22 sobre o Rio Arade. 2001-2002. [21] Teixeira Duarte – Pasta de projeto Nº 2193 Referente aos Estudos para as Fundações dos pilares centrais da Ponte Internacional sobre o Rio Guadiana. 1981-1986. [22] Teixeira Duarte – Pasta de projeto Nº 5574 Referente aos Estudos para construção da Ponte sobre o Rio Kwanza em Muxima. 2008-2010. [23] Teixeira Duarte – Pasta de projeto Nº5702 Referente aos Estudos para construção das Fundações dos pilares P3 e P4 da Ponte sobre o Rio Douro em Crestuma. 2008-2010. [24] Teixeira Duarte – Pasta de projeto Nº5126 Referente aos estudos inerentes à obra de reabilitação e reforço da Ponte da Barra em Aveiro. 2005-2008. [25] Teixeira Duarte – Pasta de projeto Nº5484 Referente aos estudos inerentes à obra de reabilitação e reforço da Ponte Eiffel em Viana do Castelo. 2006-2008. [26] Teixeira Duarte – Pasta de projeto Nº5466 Referente aos estudos inerentes à obra de reabilitação e reforço da Ponte de Valença. 2007-2013.