inspecÇÃo, diagnÓstico, conservaÇÃo e … · pontes a construir em estradas e os 3 últimos...
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INSPECÇÃO, DIAGNÓSTICO, CONSERVAÇÃO E MONITORIZAÇÃO DE PONTES
Paulo J. S. Cruz
Universidade do Minho
O ritmo de construção de pontes em Portugal nunca
terá sido tão intenso!...
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
1877-78
1877 1878
1881-82
1880 1881
1889
-92
1884-92
1886
-88
1879
1875
1907
1903
1887
1883-87
1886
1890-91
1888 / 1889
1879-80
1919
1906
18781916
1912-15
1927
1897 / 18981898
1889
1895
-98
1894
1897
1897
1908
1911
1905
- 06
1913-15
1889
EIFFEL: 1877-1892
FIVES-LILLE: 1879-1907
BRAINE-LE-COMTE: 1886-1891
CAIL & Cª: 1879-1880
EMP. IND. PORTUGUEZA: 1895-1916
Idade < 10 10-30 30-60 60-100 >100Número 19 155 141 268 119Comp. (m) 600 3650 2316 6715 8737
Grande parte do seu conteúdo era dedicado a: gestão,
conservação, inspecção e provas de carga (estáticas e dinâmicas).
Regulamento Português para Projectos, Provas e Vigilância de
Pontes Metálicas (1897): 21 pág. e 33 Art., dividido em 5 Cap.: O 1º
dedicado às pontes a construir em caminhos de ferro, o 2º às
pontes a construir em estradas e os 3 últimos às pontes
existentes.
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
Na última década o ritmo de construção de pontes em Portugal
intensificou-se.
As pontes existentes deterioram-se a um ritmo considerável.
A tradição da fiscalização rigorosa tem vindo a ser substituída pela
“mera” verificação de não conformidades.
A falta de meios para uma conservação regular conduziu a casos de
extrema degradação.
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
"Os males de que esta construção hoje enferma, constatados nesta
e em subsequentes vistorias, e que - desde já convém dizer - são
profundos, encontram justificação no desprezo a que forçosamente
tem sido votada durante 34 anos de existência que possui, por falta
de uma verba permanente destinada a cobrir a despesa exigida pela
sua conservação contínua. Esta errada noção de economia vai
conduzir agora a uma despesa elevada, se se quiser evitar a ruína
completa duma tão importante e tão grandiosa obra de arte."
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
Não é um problema só de agora
Relatório sobre o estado de conservação do tabuleiro inferior da Ponte Luís I (Maio de 1920).
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
Não é um problema apenas nacional
U.S. 35 Silver Bridge (1928)
1967.12.15
46 mortos
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
A infra-escavação de pilares e encontros provocou o colapso de cerca de 600 pontes nos EUA nas últimas 3 décadas.
Desconh.CríticasBaixo risco
Suscept.
6.2% 18.8%
5.2%
69.8%
Comparação com os valores observ. em
374 casos reais.
43.01
65.0
14321
10.2 Fr
yaKKKK
yy sd
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
1st Int. Conf. on Bridge Maintenance, Safety and Management Barcelona – July, 2002
International Association forBridge Maintenance and Safety
Structure and Infrastructure Engineering Maintenance,
Management, Life-cycle design and Performance
2004International Association for
Bridge Maintenance and Safety
2nd Int. Conf. on Bridge Maintenance, Safety and Management Kyoto – October, 2004
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
Assessment for Future Traffic Demands / Longer Lives
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
SIXTH FRAMEWORK PROGRAMME
Inspecção e diagnóstico
Resistência e fiabilidade
Monitorização
Reparação e reforço
Pontes
existentes
Pontes
novas
Divulgação
Revisão
Geral
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
www.iabmas06.com
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
INSPECÇÃO
Dentro dos programas de conservação de pontes, as inspecções
assumem uma importância crucial, já que permitem obter os dados
necessários para conhecer, em cada momento, o seu estado
funcional, resistente e inclusivamente estético. A manutenção e a
conservação de pontes baseiam-se, fundamentalmente, nos
resultados obtidos nas actividades de inspecção (de inventário, de
rotina, principais, especiais e subaquáticas).
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
Componentes
Elementos
Tipo
Inspecção de Inventário
Inspecção de Rotina
Inspecção Principal
Inspecção Especial
Inspecção Subaquática
Estudos Hidrológicos
Trabalhos de Manutenção Trabalhos de Conservação Trabalhos de ReabilitaçãoEstado de Conservação Nível de Deterioração Sistema de Gestão
Linhas Orient. de uma Política de Manut., Conserv. e Insp. de Pontes Rodoviárias
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
Instruções para o projecto e const. de pontes pré-fabricadas
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
Instruções para o projecto e construção de pontes com continuidade integral
Extensão < 8 km
3 PI’s (Lméd = 53 m)
8 viadutos (Lméd = 290 m)
400 ml de Juntas = 750.000 €
2.000 km AE 200 km /ano
Cada 10 anos 50 M € / ano
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
DIAGNÓSTICO
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
PONTE
DOCUMENTAÇÃO INSPECÇÕES
CARACTERÍSTICAS ANOMALIAS
Intensidade e extensão
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
PONTE
DOCUMENTAÇÃO INSPECÇÕES
CARACTERÍSTICAS ANOMALIAS
MODELO 3D DA PONTE PROJECTADA
MODELO 3D DA PONTE ACTUAL
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
PONTE
DOCUMENTAÇÃO INSPECÇÕES
CARACTERÍSTICAS ANOMALIAS
MODELO 3D DA PONTE PROJECTADA
MODELO 3D DA PONTE ACTUAL
ENVOLVENTEDA RESIST. PROJECT.
ENVOLVENTEDA RESIS. ACTUAL
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
A técnica de georadar é extremamente útil para a gestão de pontes
e pavimentos facilitando o diagnóstico do estado desses
elementos, nomeadamente a determinação de:
• Localização e extensão das zonas de betão delaminadas;
• Localização e extensão de vazios;
• Localização de armaduras e bainhas;
• Espessura da laje e do pavimento.
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
(Geophysical Survey Systems, Inc.)
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
Federal Highway Administration (FHWA):
HERMES* - High-speed Electromagnetic Roadway Mapping and
Evaluation System (90 km/h): Conjunto de 64 antenas cobrindo
uma faixa com 1.9 m de largura, 30 cm profundidade.
*Deus grego da velocidade
FHWA considera que o Hermes permitirá economizar 100 milhões
de dólares por ano na inspecção de pontes.
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
Bainhas com 3.5 cm de diâmetro
Bainha com 11 cm de diâmetro
Detecção de vazios e defeitos
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
Recobrimento
Detecção de armaduras
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
Detecção de espessura de pavimentos
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
Detecção de bainhas de pré-esforço
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
CONSERVAÇÃO
tt1 t2 t3 t4 t5 t6
60
70
80
90
100
Aumento da vida útil
EC
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
IC Significado
0 Est. de cons. óptimo.
1 Est. de cons. bom. Alguns defeitos sem importância..
2 Est. de cons. razoável. Qualidade do material e execução defeituosas. Podem ser detectados defeitos que não justificam a intervenção prioritária.
3 Est. de cons. mau. São especificadas reparações. Qualidade do material e execução más. Reparação a médio prazo (3-5 anos).
4 Est. de cons. mau a muito mau. São especificadas reparações prioritárias a curto prazo (1-2 anos).
5 Est. de cons. Extr. mau ou mesmo perigoso para a segurança dos utentes. Poderão ser especificadas reparações imediatas.
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
(Bartot, 2006)
Processo de decisão de Markov
0 5 10 15 20
IC
4
3
2
1100 82 67 55 45
18 30 36
3 8 11
1 5
39
82% 82% 82% 82%
81% 81% 81%
77% 77%
18%
19%
23%
18%
19%
18% 18%
23%
19%
t (anos)
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
Probabilidade de no instante t+1 ter um determinado IC
conhecendo o IC no instante t.
pij = Pr [ Xt+1 = j | Xt = i ]Matriz de
transição
Regressão multilinear
100 T × 0.90 0.10 0 0 90 T 0 0.88 0.12 0 10 0 0.85 0.15 0 0 1.00
=
0
90 T × 0.90 0.10 0 0 81 T10 0.88 0.12 0 18 0 0.85 0.15 1 0 1.00
=
0
t t+1
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
Os principais objectivos da gestão da conservação são a
minimização dos custos de conservação e o aumento da
segurança e da funcionalidade.
Sendo esses objectivos contraditórios, é fundamental a
utilização de ferramentas de optimização multi-objectivo, que
darão lugar a um conjunto de soluções óptimas, de que o gestor
das pontes pode escolher a mais indicada.
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
Integra os resultados das inspecções (índice de conservação) e
das avaliações estruturais (índice de segurança) durante a vida
útil das pontes.
As incertezas do processo de deterioração, do instante de
aplicação das acções de manutenção, bem como o seu efeito no
estado de conservação e na segurança e no custo do ciclo de
vida, são consideradas definindo todos os parâmetros como
variáveis aleatórias.
(Neves, 2005)
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
Devido à complexidade do modelo e aos erros numéricos
associados com as ferramentas de simulação, os Algoritmos
Genéticos provaram ser uma excelente opção.
(Neves, 2005)
Ind. Conservação Ind. Segurança
TD = 6 %
Cus
to A
cum
ulad
o
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
A manutenção preventiva não é suficiente para assegurar a segurança e funcionalidade. O recurso apenas a reabilitação conduz a custos mais elevados.
A combinação de ambas conduz a melhores resultados e a um menor custo.
(Neves, 2005)
3.2 3.0 2.8 2.6 2.4 2.2 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.60
2000400060008000
100001200014000160001800020000
P+RB
RB
Cus
to a
cum
ulad
o (5
0 an
os)
Ind. de Cons.0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8
Ind. de Seg.
P+RB
RB
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
MONITORIZAÇÃO
A manifestação de um mau funcionamento pode tornar-se visível
vários anos após se terem desencadeado os mecanismos que o
produziram.
As pontes deveriam incorporar sensores que permitissem
detectar “instantaneamente” um problema de mau
funcionamento.
Sensores fáceis de incorporar na fase de construção e que
tivessem um bom comportamento a longo prazo.
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
Os sistemas de monitorização habituais costumam incluir a
instrumentação das secções e elementos mais significativos.
Em geral, engloba o controlo efectivo da evolução dos seguintes
parâmetros ao longo da vida útil da estrutura: deformação do betão
e do aço; temperatura; rotação da base de alguns pilares
(inclinações); deslocamentos verticais e acelerações de vários
pontos do tabuleiro; corrosão de chapas e armaduras;
infraescavação das fundações.
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
O estado de conservação de muitas estruturas de betão
poderá ser aferido através da detecção e monitorização da
fendilhação.
A detecção e localização de fissuras em elementos metálicos
pode ser crucial para assegurar um determinado nível de
segurança à fadiga.
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
Normalmente a detecção e a análise da actividade das fendas é
feita com base numa observação visual. Os sensores de
fendilhação são, em geral, muito limitados nas suas aplicações e
exigem o conhecimento prévio da localização das fendas.
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
Aplicações
Ensaios de
flexão e
tracção em
elementos de
betão
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
Aplicações
Ensaios de
flexão em
elementos de
alvenaria e
betuminosos
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
EXEMPLO DE APLICAÇÃO
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
Temperatura (88 ponte +12 laboratório)
Deformação do betão (48 ponte + 4 laboratório)
Viaduto da margem direita V. marg.esquerda
P4 P5 P11 P12
6 5 10
P12 E2
45 4 12 54 54
22
222
2
2
2 4 4
424 2 6 42 42
1 11 12
4 46 pré - lajes
4 2 6 8 pilares4 pilares
6 5 4 12
8 pilares4 pilares
10
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
Deformação das armaduras (88) -
434 3 6 43 43
2 22 28 8
6 pré-lajes
222 2 2 2
4 44
4 4 6 3
8 pilares4 pilares2 carlingas nos encontros e sobre pilares em V
barras
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
CONCLUSÕES
A informação está, ainda, muito dispersa.
Esta matéria é pouco abordada nos cursos de Engenharia Civil.
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
O diagnóstico ou prognóstico do estado de conservação de uma
ponte existente, ou a verificação da sua segurança, são tarefas
complexas e com uma considerável margem de incerteza.
A administração ainda está pouco sensibilizada para
disponibilizar dados.
Transmitir alguns dos fundamentos no domínio da gestão de
conservação.
Evidenciar a importância, complexidade e interligação das diferentes
tarefas abordadas.
Destacar algumas das actividades de investigação do grupo de pontes
do DEC da Universidade do Minho.
Muito trabalho de investigação terá, ainda, de ser feito neste domínio.
Imprescindível a acção concertada de todos os agentes envolvidos
neste sector
Inspecção, Diagnóstico, Conservação e Monitorização Pontes
Paulo J. S. Cruz
Universidade do Minho
Estoril, 5 de Abril