REABILITAÇÃO DA PONTE DA BARRA - REPARAÇÃO

Thomaz Ripper Eng.º Civil Leb, Lda Cascais

Pedro F. Marques Eng.º Civil Leb, Lda Cascais

J. Nunes Ferreira Eng.º Civil Leb, Lda Cascais

Armando Rito Eng.º Civil Armando Rito, Lda Lisboa

Susana Bispo Eng.ª Civil Armando Rito, Lda Lisboa

Manuel Loureiro Eng.º Civil Armando Rito, Lda Lisboa

SUMÁRIO Os requisitos para o melhor desempenho do Projecto de Reabilitação da Ponte da Barra obrigaram à definição de soluções sob duas análises diferentes, ainda que interligadas: os aspectos relacionados com capacidade resistente, que implicaram o projecto de reforço estrutural, e o estabelecimento de procedimentos de reparação que visavam, por um lado, parar os mecanismos básicos de degradação, i.e., a corrosão das armaduras da maioria dos elementos de betão armado devido à acção dos cloretos transportados no ar e por outro lado, prevenir a acção futura dos agentes agressivos, conferindo à ponte uma vida útil compatível com a sua relevância social e económica. Palavras-chave: ambiente, corrosividade, durabilidade, humidade, multi-barreira, reabilitação, reparação. 1. OBJECTIVOS Este texto tem como finalidade apresentar os aspectos mais relevantes da parte de reparação da reabilitação da Ponte da Barra considerando a melhoria do seu desempenho quanto à durabilidade. Importa referir que o Projecto da Ponte da Barra inclui também uma parte de reforço que foi desenvolvido num sistema de mutua colaboração e constante intercâmbio de informação com a parte de reparação. Os objectivos da parte de reparação do Projecto são:

− Parar e reverter o mecanismo básico de degradação da estrutura. Este mecanismo consiste na corrosão das armaduras passivas como consequência da acção dos cloretos, do exterior para o interior, sobretudo pelo transporte aéreo mas também pelo contacto directo com a água salgada nas zonas de rebentação;

− Retomar a capacidade da estrutura a uma resposta, num futuro próximo, contra a agressividade do ambiente e ainda melhorá-la para um período de via útil compatível com a sua relevância social e económica;

− Elevar o desempenho desta construção ao nível dos requisitos dos recentes códigos

europeus, em particular no que concerne à durabilidade.

Deste modo, a informação disponível, fornecida pelos relatórios de inspecções e ensaios previamente realizados in situ, foi analisada em detalhe, bem como o ambiente local, especialmente no que respeita ao seu índice de corrosividade atmosférico. Com esta informação foi possível caracterizar e quantificar o nível de degradação em cada elemento estrutural da ponte e em seguida estabelecer as tarefas de reparação – produtos e métodos de aplicação – considerados necessários para garantir o cumprimento dos objectivos anteriormente referidos. 2. BREVE DESCRIÇÃO DA PONTE A Ponte da Barra, construída na sua totalidade em betão armado – os elementos mais importantes do tabuleiro foram pré-esforçados – e o projecto da estrutura foi desenvolvido em 1971 pelo Prof. Edgar Cardoso. A ponte está aberta ao tráfego rodoviário desde 1975. A Ponte tem um comprimento total de 578 m entre encontros. O vão central tem um comprimento de 80 m e os viadutos de acesso, simétricos em relação ao vão central, têm 249 m de comprimento cada, uma vez que o vão extremo é de 25 m e os sete restantes vãos intermédios de 32 m.

Figura 1: Vista panorâmica da Ponte da Barra.

O tabuleiro do viaduto é composto por quatro vigas longitudinais (longarinas) ligadas no topo pela laje. As vigas, de altura variável, são pré-esforçadas longitudinalmente. A laje, de espessura variável, é pré-esforçada transversalmente. Sobre os apoios existem carlingas ligando apenas duas longarinas cada, sendo estas vigas reforçadas na sua base por goussets (caudas de andorinha) horizontais em betão armado, com 5 m de comprimento de cada lado do pilar. A área entre estas caudas de andorinha– ver figura 2 – que inclui parte inferior das longarinas e das carlingas, é um importante e sensível micro – ambiente que necessitou ser cuidadosamente analisado.

Figura 2: Pormenor de algumas armaduras corroídas nas caudas de andorinha. Os aparelhos de apoio sobre os pilares e os encontros são de chumbo. Os vãos isostáticos assentam em aparelhos de apoio de chumbo numa das extremidades e em rótulas metálicas na outra extremidade. Os pilares, em betão armado, são essencialmente constituídos por dois corpos. O primeiro corpo, que directamente suporta o tabuleiro, é estruturado por uma travessa e dois fustes, ambos com secção transversal rectangular. O segundo corpo é basicamente um lintel, onde os fustes do primeiro corpo estão rigidamente ligados, e dois pegões circulares de fundação. Os encontros são caixas ocas e as forças horizontais do tabuleiro são transferidas por escoras/tirantes às fundações. 3. O AMBIENTE A localização da Ponte da Barra surge, como em todas as grandes construções, em apelo a necessidades socio-económicas de um determinado meio, seja ele rural, sub-urbano ou urbano. Todavia, numa construção desta envergadura é necessário levar em conta não só os efeitos ambientais resultantes da sua existência bem como aqueles que o ambiente em si mesmo terá sobre a estrutura, designadamente no diz respeito à durabilidade.

Esta ponte tem como principal constituinte estrutural o betão armado, pré-esforço incluído, que compõe a massa de betão em si e armaduras de aço no seu interior. No seu todo, a corrosão atmosférica é o maior inimigo do betão armado, apesar de da massa de betão poder sofrer deterioração, localizada e com menor incidência, devido a acção química e biológica de determinados agentes sobre os sues constituintes – ligante e agregados.

A interpretação do fenómeno de corrosão obriga ao conhecimento das características dos constituintes da atmosfera, o que implica a caracterização do clima de Portugal, com especial incidência na área costeira ocidental que inclui a cidade de Aveiro, perto da qual se situa a Ponte da Barra. Neste sentido, torna-se necessário analisar os elementos climáticos mais relevantes com maior influência no fenómeno de corrosão na região descrita, mas também, e de grande importância, a análise dos agentes agressivos que aceleram todo o processo. Deste modo, considerando os valores mais altos de humidade relativa do ar ao longo de toda a faixa costeira ocidental (acima de 80%), o factor tempo de humidade, relacionado com o número de horas em que a humidade relativa do ar excede os 80% e a temperatura excede os 0ºC, estabelece-se como o principal factor climático que influencia a corrosividade atmosférica. Estando a estrutura perto do mar, e portanto sob a influência de ambiente marítimo, e considerando o seu alto teor de cloretos facilmente se infere a presença destes iões como catalizadora de toso o processo de corrosão. A determinação dos níveis de corrosão nos quais a construção se insere pode ser feita por meio de mapas de corrosividade atmosférica. Estes mapas foram criados para todo o território português sob três diferentes abordagens. O Índice de Brooks consiste numa abordagem que visa estabelecer um índice de deterioração de um determinado material. A expressão que determina este índice foi definida por Brooks, considerando processos de deterioração que têm em conta factores climáticos como a humidade relativa média anual e a pressão de saturação do vapor de água na atmosfera, correspondente à temperatura média. No Mapa de Portugal relativo a esta abordagem o Índice de Brooks associado ao local de implantação da construção, revela um grau de deterioração moderado (2<I<5). Todavia, este representa o mais alto grau de deterioração em Portugal, pelo que há necessidade de considerar factores de contaminação ambiental que possam aumentar significativamente os valores do índice de deterioração. No que se refere à corrosividade baseada em parâmetros climáticos, e tendo sido o sistema ISO baseado na regra de que os factores determinantes na corrosão atmosférica são a humidade relativa e o nível de agentes contaminantes na atmosfera, esta abordagem tem por base registos obtidos das estações de ensaio através da medição do tempo de humidade e da taxa de deposição de cloretos, uma vez que se lida com um ambiente marítimo, até à definição das categorias de corrosividade. Quanto ao Mapa Nacional de Corrosividade Atmosférica – Categorias de Corrosividade Atmosférica, a Ponte da Barra enquadra-se na categoria C3/C4 de um total de cinco categorias, o que significa que o ambiente circundante um grau de corrosividade moderado a elevado.

A última abordagem diz respeito à corrosividade baseada na velocidade de corrosão do aço. Na impossibilidade de medição de registos a partir de estações é necessário proceder ao estabelecimento de categorias de corrosividade baseadas na perda de massa de aço, que são representadas no Mapa Nacional de Corrosividade Atmosférica – Categorias de Corrosividade do Aço. Com este documento é possível constatar que o grau de corrosividade desta região se insere na categoria C4. Analisando o ambiente em que a construção se insere e as situações particulares onde alguns micro-ambientes se foram desenvolvendo, é possível concluir que a Ponte da Barra necessitaria especiais cuidados devido à agressividade do meio ambiente. Outra questão sensível neste Projecto está relacionada com o fraco desempenho dos materiais originais, sendo os procedimentos de reparação escolhidos de acordo com o nível de desempenho exigido. 4. SITUAÇÃO EXISTENTE Na realidade, a informação existente relativa à degradação dos elementos estruturais – ou, por outras palavras, o desempenho de durabilidade da ponte desde a sua construção – não é muita. Não existe documentação sobre esta matéria revelando análises, ensaios ou qualquer outro tipo de controlo durante a construção da ponte. Este facto não surpreende uma vez que a implementação de procedimentos de manutenção regular, particularmente inspecções técnicas instrumentadas, ainda hoje não são propriamente um dever.

O primeiro documento disponível que incluiu procedimentos de inspecção em alguns aspectos de durabilidade é datado de 1978, seguido de outros, alguns dos quais bem detalhados, outros nem tanto, em 1990, 1994 e 1995. Em suma, estes relatórios concluíram o seguinte: − Os recobrimentos das armaduras inferiores a 3 cm constituem uma protecção imprópria

contra os agentes existentes num meio tão agressivo; − A profundidade de carbonatação a partir da superfície exterior do betão é pouco

significativa; − A quantidade de cloretos entre a superfície exterior e os 3 cm de profundidade é bastante

elevada; − A maior parte das superfícies exteriores de betão dos elementos do tabuleiro e dos pilares

encontram-se em mau estado; − Existe uma grande quantidade de armaduras longitudinais e transversais fortemente

corroídas, incluindo nalguns casos a falta de uma considerável parte da secção transversal; − Algumas armaduras longitudinais das caudas de andorinha na base das longarinas estão

também fortemente corroídas, o que reduz a capacidade resistente destes elementos;

− Nos pilares existem áreas que se encontram fendilhadas e nalguns casos muito degradadas;

− O sistema de drenagem está arruinado. Mais recentemente, precisamente em Julho de 2001, um planeamento detalhado de ensaios e inspecções foram agendados, de forma a actualizar a informação existente e a estabelecer o primeiro passo para o desenvolvimento do projecto de reabilitação da Ponte da Barra. Apesar das limitações orçamentais, particularmente devido ao enorme tamanho da construção, esta intervenção foi suficiente para identificar os agentes agressivos, assim como a caracterização dos mecanismos de degradação. Resumindo, a principal informação que resultou deste conjunto de inspecções e ensaios foi a seguinte:

− Relativamente aos parâmetros de durabilidade, o betão usado em todos os elementos estruturais foi classificado como de baixa ou média qualidade. Porém, é necessário levar em conta que as exigências do projecto original em relação à durabilidade, na altura da sua concepção, não se afastam muito do que os mais recentes ensaios demonstraram. É preciso recordar que o conhecimento técnico disponível actualmente sobre esta matéria é, em muito, superior ao que havia na altura da sua concepção, há mais de 30 anos;

− A quantidade de ensaios já efectuados não é suficiente para verificar se existe

conformidade entre as características dos materiais definidas em projecto e as dos que foram efectivamente aplicados, apesar dos resultados disponíveis não apresentarem grande dispersão. O projecto de reparação requer desenvolver mais ensaios, para que esta questão se clarifique;

− O coeficiente de permeabilidade é extremamente elevado, atingindo, nos 3 cm mais

externos, valores na ordem de 10-10; − O índice de porosidade aberta situa-se nos 11%, identificando um betão poroso; − A profundidade máxima de carbonatação medida a partir da superfície exterior do betão foi

de 21,5 mm, sendo no geral menor que a espessura de recobrimento das armaduras e estando nalguns casos longe desta;

− A concentração de cloretos em relação à massa de cimento detectou-se ser no mínimo

0,4%, embora atingindo em muitos casos valores tão altos como 0,9%, particularmente nas superfícies de betão afectadas pela rebentação da água salgada. Os valores estavam abaixo do limite regulamentar de 0,4% apenas a uma distância da superfície de betão superior à espessura de recobrimento das armaduras;

− A concentração de sulfatos na massa de betão não é significativa apesar do facto de não

terem sido realizados ensaios no micro-ambiente desenvolvido no topo das caudas de

andorinha. Poderão ser efectuados alguns ensaios que clarifiquem esta situação em particular;

− A avaliação do potencial eléctrico de corrosão assim como os ensaios de condutividade

eléctrica realizados confirmaram que já existia corrosão activa nas superfícies de betão nas zonas de rebentação;

Figura 3: Fendas preenchidas com uma substância líquida ao longo de toda a superfície dos pilares.

− Uma simples inspecção visual da superfície dos pilares de betão é suficiente para demonstrar que as fendas existentes ao longo de todas estas superfícies estão preenchidas com uma substância líquida – ver figura 3. Nalguns casos é possível identificar a deposição de algo semelhante a um gel, designadamente nos cantos formados pela convergência de duas ou mais fendas;

− A análise petrográfica já efectuada em alguns provetes retirados a partir de carotes

extraídas dos pilares não foi suficiente para clarificar se o respectivo betão é afectado ou não por reacções álcalis – agregado. Esta situação obrigou a que no projecto se exigisse a execução de mais ensaios antes dos trabalhos de reparação, de forma a definir correctamente os procedimentos de reparação a serem executados face a este assunto específico;

− Por outro lado, a análise petrográfica forneceu informação relevante tais como a que

revelou que a relação água – ligante média de 0,55, atingindo valores máximos de 0,62, a percentagem de poros na massa de betão situa-se entre 1,3 e 2,7 %, estando os poros mais abertos perto dos agregados grossos, e o índice de capilaridade entre os 13,7 e os 17,6%;

− A espessura de recobrimento varia dos 35 mm (nas lajes em consola), aos 33 mm (pilares e travessas) e aos 28 mm (longarinas). Este último valor é compatível já é compatível com os que seriam aceitáveis na época em que o projecto original foi concebido, ainda que completamente aceitável no que é hoje o senso comum sobre aspectos de durabilidade;

− A inspecção debaixo de água revelou alguma falta de massa ao longo da superfície lateral

dos Pegões; − Os lintéis que reforçam a ligação entre os pilares e o pegões são os elementos em piores

condições, estando muito fendilhados, e demonstrando intensa delaminação de betão e exposição de armaduras;

− As carlingas não mostram sinais ostensivos de delaminação, fendilhação ou armaduras

corroídas. Por outro lado, como já foi referido, as finas lajes de cauda de andorinha, perto das carlingas, estão altamente corroídas. É importante mencionar que estes elementos são escolhidos pelos pombos como ponto de encontro, estando portanto cobertos por uma significativa camada de dejectos;

− Não existem evidências de anomalias nas superfícies de betão do tabuleiro, excepto nas

consolas, uma vez que estão directamente expostas a chuvas e ventos; − As longarinas mostram evidência de intensa corrosão das armaduras na parte inferior,

assim como, quando com menor recobrimento, nas superfícies laterais. Da análise dos resultados dos ensaios levados a efeito conclui-se que a situação mais crítica pertence aos elementos onde há rebentação – lintéis, a metade inferior dos pilares e o topo dos pegões. Na super – estrutura, as piores situações estão claramente relacionadas com as áreas com menor recobrimento, concentração mais intensa de armaduras e maior exposição aos agentes agressivos do ambiente – chuva e vento nomeadamente, mas também com zonas que criaram micro-ambientes, como o já referido nas caudas de andorinha. 5. IDENTIFICAÇÃO DOS AGENTES AGRESSIVOS E CARACTERIZAÇÃO DO MECANISMO DE DEGRADAÇÃO

Seguindo os anteriores capítulos, é razoável concluir que o mecanismo básico de degradação é a corrosão das armaduras causada pelos cloretos transportados pelo ar. A acção do agente agressor foi facilitada por um número de factores: − Betão muito poroso e com elevada capilaridade; − O recobrimento das armaduras é demasiado pequeno, especialmente considerando o

elevado nível de agressividade do meio;

− Os problemas ocorridos durante betonagem, devido às severas condições climáticas, e que

podem ter causado a rápida secagem do betão; − Uma elevada razão água – ligante. Tendo identificado o principal agente agressivo e caracterizado o mecanismo de degradação e a sua intensidade em cada elemento estrutural, foram criadas as condições necessárias para desenvolver um Projecto de Reabilitação eficiente. Isto implicou peças desenhadas detalhadas e as correspondentes e necessárias especificações, que incluíram também a necessidade de aumentar a quantidade de ensaios, como os já efectuados, de forma a garantir que os subsequentes trabalhos de reparação resultassem numa resolução positiva. 6. CRITÉRIOS DO PROJECTO DE REPARAÇÃO 6.1 Generalidades Os códigos europeus existentes relativos aos procedimentos de reparação estrutural são ainda poucos, apesar do intenso trabalho desenvolvido durante a última década por alguns comités técnicos que se tinham tornado instruções preliminares e até, num caso específico, um código preliminar.

Para além destes códigos existem também “guias de boas práticas” ou “recomendações de procedimentos”, que ainda que seja propriamente códigos, são uma importante fonte de informação e instrução, uma vez que resultam do trabalho de grupos técnicos de instituições internacionais reconhecidas.

Fora da Europa a situação não é muito diferente. Contudo, se por um lado não há documentos que possam ser formalmente referidos como códigos (excepto os japoneses), por outro existem diversos manuais disponíveis desde o final da década de 70 que têm sido frequentemente actualizados, tornando-se desta forma as mais importantes fontes para este assunto. O que se referiu no parágrafo anterior implica a necessidade de justificação, com referências fiáveis, das opções adaptadas a cada caso. Por conseguinte, parece razoável que os critérios estabelecidos para o desenvolvimento do projecto de reabilitação da Ponte da Barra sigam os códigos europeus, sendo complementados, quando necessário, por outras recomendações internacionais que se adeqúem melhor a determinados assuntos em particular. O Comité Europeu para a Normalização (CEN) tem o sub-comité nº 8 do Comité Técnico 104 encarregue de preparar os Códigos Europeus atendendo à protecção e reparação de estruturas de betão. A Norma Europeia 1504 “Produtos e sistemas para a protecção e reparação de estruturas de betão – definições, requisitos, controle de qualidade e avaliação de conformidade” tem as instruções básicas para os produtos e métodos de reabilitação a serem usados.

Tendo estabelecido estes critérios, o Projecto de Reabilitação definiu os produtos e métodos de aplicação a serem observados para todos os elementos estruturais. A metodologia acima referida varia de acordo com o tipo de elemento a ser reparado, assim como com o nível de degradação e de extensão do trabalho a ser feito, estando necessariamente de acordo com a parte de reforço do projecto. Neste sentido, a parte de reparação do Projecto adoptou uma estratégia multi-barreira assente em tarefas de reparação cirúrgicas em conjunto com a adição de inibidores de corrosão e um sistema de protecção adicional por meio de revestimentos, nas zonas aéreas, impermeáveis à água mas permeáveis ao vapor de água e com elevada capacidade para prevenir o ingresso de agentes agressivos, especialmente cloretos.

Figura 4. Métodos usados para a reparação dos principais elementos.

A compreensão de cada tarefa de reparação especificada implica a observação, simultaneamente, das peças desenhadas e das especificações do Projecto. Estas, de forma a serem valorizadas, foram alvo do estabelecimento de uma ligação directa com as peças desenhadas, que para o efeito incluem também esquemas detalhados dos métodos de reparação, como o que se exemplifica para os pilares na figura acima.

6.1 Produtos e Métodos Gerais para os Procedimentos de Reparação Seguindo os já estabelecidos e justificados critérios, o projecto de reparação definiu a metodologia de intervenção que implicou a execução sequencial das seguintes tarefas individuais, as quais, apesar de singulares, necessitaram ser compreendidas como um todo, já que se complementam entre si:

− Tarefas preliminares, que incluem ensaios preliminares, já mencionadas neste texto, e a limpeza de todas as superfícies expostas por jacto de água de modo a facilitar a identificação das áreas que precisam de ser tratadas. Devido à enorme extensão das estruturas em geral e ao constante aumento de superfícies deterioradas, a definição de áreas a serem reparadas implica uma metodologia de avaliação prévia e intensa, através do mapeamento da espessura de recobrimento das armaduras. Esta metodologia foi especialmente desenvolvida atendendo aos propósitos deste projecto e inclui, pela primeira vez neste tipo de trabalho, o uso complementar de martelos esclerométricos e detectores e digitalizadores de armaduras para garantir informação fiável (ver figura 5, na página seguinte) sobre este relevante e específico assunto;

Figura 5: Metodologia para a avaliação da espessura de recobrimento das armaduras.

− Intervenção principal, que consiste na substituição do betão contaminado ou deteriorado através de uma massa nova e mais alcalina, em betão projectado ou argamassa aplicada à mão (retracção controlada), dependendo da extensão das áreas a serem tratadas. Em qualquer caso, o material de reparação incluirá a adição de um inibidor de corrosão migratório e o tratamento, através de jacto de areia, das armaduras expostas;

− Aumento da espessura de recobrimento pela adição de betão ou argamassas de elevado

desempenho. Esta camada deverá ter uma espessura compatível com a agressividade do ambiente;

− Aplicação de um revestimento protector sobre todas as superfícies expostas, o que significa

não só nas que foram alvo de procedimentos de reparação mas também nas restantes, de modo a prevenir a criação de interfaces com diferença de potencial eléctrico. O revestimento especificado para as superfícies aéreas é uma tinta acrílica pura e nas zonas de rebentação uma tinta epóxida. A protecção para as zonas frequentemente submersas consiste num casaco rígido de resina epóxida reforçada com fibra de vidro que permite a injecção, no espaço entre si e o betão, de uma resina epóxida fluida.

7. CONCLUSÃO O projecto da Ponte da Barra, devido ao tamanho e intensidade de níveis de degradação existente, necessitou de um estudo abrangente de reabilitação, com a intenção de parar e reverter tais mecanismos e portanto garantir um período de vida útil mais longo à construção. O estudo consistiu no desenvolvimento e optimização de soluções de reparação e protecção para a estrutura, implicando desta forma a necessidade de torná-las fácil e confortavelmente inteligíveis para melhor produção dos trabalhos a executar em obra.

Isto significou adoptar um sistema pioneiro de desenhos, que implicaram uma apresentação esquemática – mas fiável – dos vários métodos de intervenção a serem executados e estabeleceram também uma clara e precisa ligação entre estes métodos e as especificações para os produtos e sistemas incluídos nas condições técnicas especiais.