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CONTRIBUIÇÃO PARA O ESTUDO DOS RISCOS DE COLAPSO NA ESTRUTURA DO ELEVADO DO JOÁ

A gravidade do problema dos dentes Gerber

Engenheiro Nelson Araujo Lima 21 de outubro de 2010

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Elevado do Joá (ou Elevado das Bandeiras)DER-GB

Autoestrada Lagoa-Barra (BR 101, GB-10)

ConstruçãoConstrutora Rossi Engenharia S.A.

Inauguração : 1971

Custo aproximado : 20 milhões de dólares

Projeto estrutural (1968-1969)

Engenheiros civis : Walter de Almeida Braga

Nelson Zanetti

Arquitetos : Ubirajara Ribeiro

Walter Maffei

3LADO BARRA

LADO LAGOA Túnel do Pepino

Túnel do Joá

1,1

km a

prox

.

3 tra

mos

de 2

3,30

m

29 tr

amos

de 3

5,50

mH=1

00 c

m

H=170

cm

acessibilidade difícil

ambiente muito agressivo

geometria complexa

4

P5A

P6A

CONSTRUÇÃO DO PRIMEIRO ANDAR DO ELEVADO DO JOÁ ( em 1970 aprox.)

sapata

P5B

P6B

5

6

foto 1 – ELEVADO DO JOÁ(em 1988)

Vista da estrutura, mostrando os pórticos de apoio em concreto armado e a face lateral (lado do mar) dos dois tabuleiros em concreto protendido e superpostos. Os dentes Gerber (são 512 em todo o elevado) para apoio das vigas principais (são 4 vigas em cada vão) nos pórticos ficam totalmente inacessíveis para inspeção visual.

dente Gerber “invisível”

viga

pilar do pórtico

sem placas de ancoragem das transversinas

sem pingadeira

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foto 2 – ELEVADO DO JOÁ(em 1988)

Vista de baixo do tabuleiro inferior, mostrando as 4 vigas principais em caixão fechado protendidas e 3 das quatro transversinas intermediárias em concreto protendido, situadas nos quintos do vão típico de 35,50 m. A transversina de extremidade em concreto protendido não aparece com clareza na foto, que mostra o andar inferior do pórtico de apoio em concreto armado.

viga

transversinas intermediárias

tubulão curto?

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Desenhos do Projeto Estrutural examinados para a elaboração do presente trabalhoIdentificação: arquivo número 292 DER-Estado da Guanabara

Serviço de Viação SOP-OBR-DPC

C-1 Locação

C-3 A Tramos de 35,50 m (fôrmas)

C-9 Armadura de protensão dos tramos de 35,50m

C-12 Tramo de 23,30m Armadura Suplementar

C-25 Formas e armação do pórtico P6

C-43 Formas das vigas dos tramos de 35,50m

C-48 Armadura suplementar das lajes e transversinas Tramos 23,30 m e 35,50 m

NOTA IMPORTANTE : o desenho da armadura suplementar (aço doce) das vigas pré-moldadas dos tramos de 35,50 m ainda não foi encontrado e é indispensável para se poder avaliar o grau da deterioração sofrida pelos dentes Gerber

9Desenho 1 (elaborado com base no desenho C-3A)

esbeltez 1/20 (menor do que 1/16)

nichos de ancoragemsem placa de ancoragem ?

9

10Desenho 2 (elaborado com base no desenho C-3A)cotas em cm

CONCRETO:relação água/cimento a/c=?

qual?

detalhe?

nichos na alma da viga?

forma perdida

dreno

ancoragem

60x120

pingadeira ?

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permanentevariável:

fck=19 MPa

fck=15 MPa

H=variável até 32 m

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aparelho de apoio em neoprene fretado

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compressão do neoprene

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distorção do neoprene

A deterioração natural dos aparelhos de apoio em neoprene do Elevado do Joá, agravada pela falta de proteção adequada contra a ação das intempéries, provoca o aumento significativo dos valores das diversas forças horizontais que atuam na base do dente Gerber.

NOTA IMPORTANTE : todos os neoprenes, assim como os dentes Gerber, estão totalmente inacessíveis para inspeção visual

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foto 3 – VIADUTO DE BENFICADente Gerber com as mesmas características estruturais do dente Gerber que rompeu no acidente ocorrido no Viaduto Faria-Timbó em 1985, na cidade do Rio de Janeiro, quando o vão isostático apoiado nos dentes Gerber desmoronou bruscamente sobre a linha férrea (ver no Anexo 1 artigo técnico número 17 no livro “ACIDENTES ESTRUTURAIS NA CONSTRUÇÃO CIVIL”, volume 2, Editora PINI)

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foto 4 – ELEVADO DO JOÁ (em 1988)

Uma das juntas duplas de dilatação do tabuleiro inferior, situada como as demais na posição dos apoios em dente Gerber, está desprovida de dispositivo de vedação. O elevado tem 62 juntas duplas e 4 juntas simples de dilatação.

17Desenho 4 (elaborado com base no desenho C-9)

Sistema RUDLOFF

cobrimentonominal

cotas em cm

3 ?

C nom

bainha D=45 mm

penetração de água no caixão

pacote com

6 cabos

3,5

18Desenho 5 (elaborado com base no desenho C-9)

cotas em cm

19

(maio de 1979)

19

20

21

OBSERVAÇÃO IMPORTANTE : não consta destas recomendações nenhuma referência à verificação dos dentes Gerber e dos aparelhos de apoio em neoprene

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Foto 5 - ELEVADO DO JOÁ (em 1981)

Vista lateral da estrutura do elevado em fase de inspeção e reparos. Notar os sinais de infiltração de águas pluviais e a total inacessibilidade visual dos dentes Gerber

dente Gerber embutido

efeito da falta de pingadeira

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foto 6 - ELEVADO DO JOÁ (em 1981)

Estrado de madeira suspenso nos bordos do tabuleiro inferior. Notar a proximidade do mar e os sinais de infiltração de águas pluviais através das juntas de dilatação

infiltração

dente Gerber invisível

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Foto 7- ELEVADO DO JOÁ (em 1981)

Estrado de madeira suspenso nos bordos do tabuleiro inferior, para permitir inspeção e reparação. Notar os reparos generalizados feitos na superfície do concreto e que a transversina de extremidade impede a visão dos dentes Gerber.

fundo da viga

transversina de extremidade reparos

transversina intermediária

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foto 8 - ELEVADO DO JOÁ (em 1981)

Detalhe do nicho aberto no meio do vão de uma viga pré-moldada, mostrando os cabos de protensão de um dos pacotes com 3 pares justapostos. Notar os sinais de corrosão, as falhas de concretagem, a insuficiência de cobrimento e as falhas de injeção das bainhas com nata de cimento

estribo corroído

cobrimento insuficiente

falha de injeção

vazios no concreto

corrosão nas bainhas

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foto 9 – ELEVADO DO JOÁ (em 1988)Detalhe da inspeção feita nos cabos de protensãodeteriorados por corrosão (são 15 cabos de 12 fios D=7 mm com força nominal de 40 tf cada um) na face inferior no meio do vão de uma viga pré-moldada.

dreno

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foto 10 – ELEVADO DO JOÁ (em 1988)Detalhe da inspeção feita nos cabos de protensãodeteriorados por corrosão (são 15 cabos de 12 fios D=7 mm com força nominal de 40 tf cada um) na face inferior de uma viga pré-moldada no meio do vão.

bainhas sem afastamento mínimo

nata de cimento fora das bainhas?

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foto 11 – ELEVADO DO JOÁ (em 1988)Detalhe de um dos cabos de protensão rompido por corrosão, na face inferior e na posição da seção meio de vão de uma viga pré-moldada.

cabo rompido

stress corrosion?

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foto 12 – ELEVADO DO JOÁ (em 1989)Detalhe de um cabo de protensão de reforço (cabo de 7 cordoalhas D= 12,7 mm com força nominal de 70 tf ) na sua saída no nível da laje do tabuleiro. Foram acrescentados 4 cabos de reforço em cada viga pré-moldada do elevado. Nota-se a corrosão sofrida por um dos cabos transversais (cabos de 12 fios D= 5 mm com força nominal de 20 tf cada um) que protendem a laje, espaçados de 80 cm ao longo do comprimento do tabuleiro.

cabo de protensão da laje

corroído e sem injeção

cabo de reforço da viga

30Desenho 6 (parte do desenho C-48)

Armação de aço doce da laje

viga pré-moldada

trecho concretado no local

não há ferros de ligação, só os cabos transversais

31Desenho 7 (parte do desenho C-48)

Armação de aço doce das transversinas intermediárias

trecho concretado no local

viga pré-moldada

32Desenho 8 (parte do desenho C-12)

Armação de aço doce dos dentes Gerber do tramo de 23,30 m

esbeltez 1/23 excessiva

NOTA IMPORTANTE: os desenhos de forma e de armação de protensão do tramo de 23,30 m não foram obtidos para exame

33

34

35

acesso para inspeção

juntas

drenos

cobrimento

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foto 13 - ELEVADO DA AV. 31 DE MARÇO (em 2008)

No projeto estrutural foram previstas aberturas nas transversinas de extremidade para facilitar as inspeções futuras.

acesso para inspeção

transversina de extremidade

viga

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foto 14 - ELEVADO DA AV. 31 DE MARÇO (em 2008)

Inspeção da face inferior da laje do tabuleiro, na posição de um pórtico de apoio onde está situada uma das lajes de continuidade. O acesso ao local foi facilitado palas aberturas deixadas nas transversinas de extremidade.

laje de continuidade

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foto 15 – VIADUTO DA AV. 31 DE MARÇO (em 2008)

Uma das juntas de dilatação do tabuleiro com sinais de deterioração, causada pela infiltração prolongada de águas pluviais

junta de dilatação

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injeção

40

41

42

neoprene

H

V

43Acréscimo de cabos de protensão para reforço das vigas pré-moldadas do tabuleiro inferior

cabos de protensão para reforço das vigas

44

viga

cabo

demolições na estrutura para o reforço

gabarito vertical 4,70 m

45

corrosão acentuada no corrimão do guarda-roda do tabuleiro superior

cobrimento em excesso

cobrimento em falta

46corrosão acentuada no corrimão do guarda-roda do tabuleiro superior

corrosão

cobrimento nulo

47buraco no ressalto de concreto no bordo da laje, na posição de uma das juntas duplas de dilatação no tabuleiro superior

juntas de dilatação

Qual a explicação para este buraco ?

48Parte do livro ACIDENTES ESTRUTURAIS NA CONSTRUÇÃO CIVIL –volume 1

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foto 16 - VIADUTO NEGRÃO DE LIMA (ou Viaduto de Madureira) (em 1986)

A infiltração prolongada de águas pluviais através da junta de dilatação deteriorou o dente Gerber e os aparelhos de apoio em neoprene. Hácorrosão generalizada na estrutura, construída em 1957.

dentes Gerber

laje de forro

viga pré-moldada

50

foto 17 - VIADUTO NEGRÃO DE LIMA (em 1986)

Vista de cima do trecho de laje moldado no local entre as vigas pré-moldadas, que arriou no acidente ocorrido em 1986, em uma das rampas de acesso do viaduto.

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foto 18 - VIADUTO NEGRÃO DE LIMA (em 1986)Vista de baixo do trecho de laje moldado no local entre as vigas pré-moldadas e que arriou 10 cm no acidente ocorrido em 1986, em uma das rampas de acesso do viaduto. Não há nenhuma armadura de aço doce ligando o concreto moldado no local ao concreto das vigas pré-moldadas.

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foto 19 - VIADUTO NEGRÃO DE LIMA (em 1986)

Cabo de protensão transversal da laje do tabuleiro no trecho acidentado, com fortes sinais de corrosão

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foto 20 - VIADUTO NEGRÃO DE LIMA (em 1986)Inspeção do trecho de laje moldado no local entre as vigas pré-moldadas e que arriou no acidente ocorrido em 1986, em uma das rampas de acesso do viaduto. Não há nenhuma armadura de aço doce ligando o concreto moldado no local ao concreto das vigas pré-moldadas. Escorria água de infiltração do duto do cabo de protensão transversal da laje.

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foto 21 - VIADUTO NEGRÃO DE LIMA (em 1986)

Na junta de concretagem entre o trecho de laje moldado no local e a viga pré-moldada a infiltração prolongada de águas pluviais provocou a formação de “estalactites”

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foto 22 – PONTE SOBRE O RIO BENGALAS NA RUA 7 DE SETEMBRO EM NOVA FRIBURGO (RJ)Vista de baixo do tabuleiro em concreto armado, mostrando os dentes Gerber para apoio do vão isostático central. Notam-se os sinais de infiltração de águas pluviais através das juntas de dilatação do tabuleiro não vedadas.

dentes Gerber

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foto 23 – PONTE SOBRE O RIO BENGALAS NA RUA 7 DE SETEMBRO EM NOVA FRIBURGO (RJ)

A junta de dilatação na posição do dente Gerber não tem nenhum dispositivo de vedação.

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foto 24 – PONTE SOBRE O RIO BENGALAS NA RUA 7 DE SETEMBRO EM NOVA FRIBURGO (RJ)

Detalhe do dente Gerberdeteriorado devido a corrosão das suas armaduras, visto após a demolição da laje em balanço do tabuleiro.

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Parte do livro ACIDENTES ESTRUTURAIS NA CONSTRUÇÃO CIVIL – volume 2

ver Anexo 2

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foto 25 - VIADUTO SAMPAIO CORREA (ou Viaduto Faria-Timbó) (em 1985)

Dente Gerber no ramo do viaduto situado ao lado do ramo acidentado em 1985 (o viaduto foi inaugurado em 1965).

60

foto 26 - VIADUTO SAMPAIO CORREA (em 1985)

Dente Gerber inferior do viaduto, rompido bruscamente no acidente ocorrido em 1985.

dentes Gerber

61

foto 27 - VIADUTO SAMPAIO CORREA (em 1985)

O vão isostático, que estava apoiado nos dentes Gerber inferiores do viaduto que se romperam no acidente, partiu-se em vários pedaços ao cair sobre as linhas férreas.

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A gravidade do problema dos dentes Gerber do Elevado do Joá

• Os 512 dentes Gerber foram projetados e construídos totalmente embutidos nos pórticos de apoio, sem nenhuma de suas faces acessível visualmente.

• Os dentes Gerber e os neoprenes estão há 40 anos expostos à alta agressividade do meio ambiente, e nunca foram submetidos a inspeção.

• A infiltração prolongada de águas pluviais que tem ocorrido através das juntas de dilatação com dispositivo de vedação deteriorado ou inexistente tende a agravar o processo de corrosão das armaduras dos dentes e a deteriorar os neoprenes.

• É indispensável e inadiável criar condições para possibilitar o exame cuidadoso de todos os dentes Gerber, um por um, sem exceção, a fim de poder avaliar o grau de segurança estrutural de cada um dos dentes, e decidir o que fazer para evitar o seu rompimento.

• O rompimento de qualquer um dos dentes Gerber se dará de modo brusco, sem dar nenhum aviso prévio, e provocará o desmoronamento imediato do respectivo vão. Se o dente estiver no andar superior do elevado o andar debaixo também desmoronará.

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CÁLCULOS EXPEDITOS PARA AVALIAÇÃO DA POSSIBILIDADE DE OCORRER COLAPSO PROGRESSIVO DOS PÓRTICOS

pp=1050 kN (peso próprio do semi-pórtico)

Cargas permanentes nos apoios de 2 vigas

Rg=2x650=1300 kN (reação vertical)

Hg=2x100=200 kN (reação horizontal longitudinal)

Resultantes dos esforços na base da sapata

V=3 760 kN (força vertical)

ML=9 720 kNm (momento fletor longitudinal)

HL=400 kN (força horizontal)

Excentricidade de V

e= ML/V e=2,58 m (maior do que 1,50 m)

cotas em m

baseado no desenho C-25

PÓRTICO P6

fck=15 MPa

fck=19 MPa

Pilar P6A

CONCLUSÃO :

HÁ RISCO DE TOMBAMENTO DO PÓRTICO, COM POSSIBILIDADE DE COLAPSO PROGRESSIVO

64FORMAS DA SAPATA DO PÓRTICO P6 (extraído do desenho C-25)

fck = 15 MPa

65ARMAÇÃO DO PILAR E DA SAPATA DO PÓRTICO P6 (extraído do desenho C-25)

¼” C.30 CA24

1” CA50A

2X20 5/8”CA50A

NÃO HÁ LIGAÇÃO ENTRE AS ARMADURAS VERTICAIS DO PILAR E AS ARMADURAS DA SAPATA: risco de ruptura típica de “nó de pórtico”

flambagem?

estribo a cada 30 cm

fissura de cortante?

sem

ligação?

66recuperação estrutural de um pilar com armaduras corroídas. Notar a proximidade do mar ( zona de respingo de maré)

corrosão

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armadura em processo de corrosão acentuada num dos pilares. Notar os acréscimos de concreto e de cabos de protensão longitudinais (vigas) e transversais (lajes e transversinas) nos dois tabuleiros superpostos

cabos de reforço

corrosão

68

tabuleiro superior em fev/2005

corrosão

cabos externos de reforço

Infiltração na junta

pilar reforçado ?

69

corrosão

reforçovazio

corrosão no reforço ?

08/11/08

enrocamento inadequado:

pedras menores colidem com os pilares nas ressacas

P23A

69

70

O PILAR P30A ROMPEU NO TRECHO DO TABULEIRO SUPERIOR em 23/07/1987