O caso do Viaduto T5 na Marginal do Pinheiros

Inspeção, Análise, Diagnóstico.Histórico dos procedimentos. Projeto de Reposicionamento e Reforço.Projeto de Recuperação.

EPUSP – 25-2-19EGT Engenharia

Kalil SkafMarcelo WaimbergFabio PradoFabio FanteGuilherme ToaldoFernando Stucchi

1.Discussão preliminar das causas - Diagnóstico do acidente com o Viaduto T5, Marginal Pinheiros.

Como sempre, o 1º impulso que temos ao ver um acidente é procurar a causa e entender porque?

Entender porque, isto é, definir o “diagnóstico”, é sempre o 1º passo a dar, fundamental!

Algumas vezes ele está claro e basta um pouco de sensibilidade estrutural e conseguimos visualizar o porquê e definir o diagnóstico.

Acontece, porém, que algumas vezes as coisas não são assim. Tudo o que parecia “obvio” não se sustenta e é preciso procurar uma hipótese mais consistente.Às vezes, inclusive, não conseguimos encontrar uma hipótese que explique claramente o que ocorreu. Conseguimos

apenas descrever algumas delas que são capazes de explicar o acidente, mas não temos como escolher entre elas!

Vale lembrar que o eng. de estruturas nessa posição está numa situação bem pior que a de um médico. O doente não fala, não reclama de dor, nem quando apalpado, e na maioria das vezes, o órgão que deu origem ao acidente foi esmagado e a autópsia fica muito difícil. Aqui, no nosso caso, tivemos sorte, nem tudo ficou esmagado!

1.1.Hipóteses naturais:

1.1.1 - Corrosão da armadura. Vamos chamar o prolongamento da transversina de apoio, do fundo do caixão até o topo do pilar, de “lingueta” (nome de guerra criado na obra), ver desenho a seguir.

Como, sobre o pilar P9 do acidente, existe uma junta dilatação e de cada lado dela uma lingueta, é natural que aí corresse água e que pudéssemos encontrar corrosão da armadura.

Olhando as fotos a seguir, o concreto estava muito compacto e a armadura muito boa, sem nenhuma indicação de corrosão.

1.1.2 – Escorregamento da lingueta sobre o teflon do aparelho de apoio.Como esse trecho do viaduto é muito longo (51+62,5+62,5+51=227m), ele encurta muito ao longo dos 1os anos (13cm em ~ 10 anos) por retração e fluência.

Além disso, entre o verão e o inverno ele encurta uns 6cm. Imaginando uma condição inicial mais provável, de construção em temperatura média, teríamos um encurtamento total de 16cm no inverno, 8cm pra cada lado (a obra é simétrica!). Assim, a possibilidade de escorregamento é plausível e deve ser analisada.

Antes da obter o projeto as verificações iniciais foram feitas como indica a figura a seguir, considerando a carga vertical V excêntrica de 10cm e uma força horizontal de atrito de 5%, chegamos até 10%. A verificação passava com folga.

X

Dispondo do projeto, verifica-se que a montagem foi feita com uma excentricidade de 5cm no sentido contrário à tendência de movimento, de modo que a verificação ficou ainda mais folgada.

De fato tudo foi projetado de forma adequada (é verdade que esses detalhes só chegaram 4 semanas após o acidente) e a hipótese de escorregamento fica menos provável, mas ainda é possível.

Olhando, no entanto a foto do pilar P9 e suas linguetas logo após o acidente, a seguir, observa-se que a ponta da lingueta não escorregou, mas ficou presa na cabeça do pilar. Assim, essa é mais uma hipótese razoável que cai por terra.

1.1.3 – Insuficiência de armadura de fretagem.Essa hipótese também era, em princípio, plausível.Observando a foto do P9 no dia do acidente, essa plausibilidade se reduz já que a ponta da lingueta não estava esmagada e ainda apoiava no topo do pilar.Com a descoberta do projeto, ela se desvaneceu completamente, a armadura de fretagem estava em ordem.

1.2.Hipóteses nem tanto naturais:

1.2.1 – Excesso de protensão.A Norma vigente na época, NB116, que prescrevia protensão completa para obras como essa, é a que foi usada e nenhuma crítica pode ser feita ao projeto por obedecê-la. Foi assim que Freyssinet inventou o C. Protendido, bastante protensão e pouca armadura, e isso só foi modificado na versão 2003 da NBR6118, que aliás alguns órgãos do governo, com receio, demoraram a aceitar.Certamente o encurtamento total (Retração, Fluência e Temperatura) calculado para o caso estava bem coberto pelo projeto e não é causa do acidente.

1.3.Hipóteses ligadas a “defeitos ocultos”

Na verdade, quando essa dificuldade de definir o diagnóstico ocorre, é preciso ser teimoso, criativo e não se cansar de procurar não só no que está visível, mas também no que dizem os modelos de cálculo, que podem começar mais simples e se necessário se tornar mais complexos. No caso presente, isso começou com um modelo engastado apoiado com 51m de vão, calculado à mão, com lingueta, mas com movimentos horizontais equivalentes aos do viaduto real de 227m.

Observando bem a foto anexa do pilar P9 no dia do acidente, parece que a lingueta rompeu por esgotamento do concreto a compressão, à meia altura. De fato, a ponta da lingueta aparece apoiada no pilar com trecho integro de meio metro de altura e dele saem dobradas em S as barras de armadura vertical da lingueta, entrando na parte superior da mesma lingueta, ainda preservada e ligada à superestrutura.

1.3.2 – Esgotamento do concreto da lingueta por fadiga do concreto à compressão.Verificou-se em seguida que, considerado o desgaste por fadiga do concreto conforme critério da NBR 6118, equivalente ao do fibM1990 e Eurocode EC2, a necessária ordem de grandeza da força horizontal caia pra 200tf. Essa hipótese de diagnóstico tomou força e parece mais plausível que a descrita acima.

Essa condição de apoio foi sempre razão de preocupação, com a perda da capacidade de suportar as 700tf, seja que dificultasse a operação de macaqueamento, por conta do atrito com a lingueta vizinha uma vez que a junta estava cheia de resíduos.

1.3.1 – Esmagamento do concreto da lingueta a meia altura, lado da junta.Na procura incansável do diagnóstico, decidiu-se estudar a hipótese de que, por serem velhos (quase 40 anos), os aparelhos de apoio tivessem deixado de permitir deslizamento. De fato, para forças horizontais da ordem de 250tf, geradas por deformações impostas ainda remanescentes, a lingueta poderia ter sido esmagada a meia altura.Ok, mas 250tf é muito!!!

1.3.3 – Defeito de concretagem na lingueta.

Analisando a lingueta do ponto de vista da concretagem, verifica-se que, por conta das armaduras inferiores das 3 almas e da laje, bem como da fretagem, que toma toda a espessura da lingueta, ela deve ter sido difícil! Pode ter se formado uma “bicheira” na lingueta, favorecendo sua ruptura por flexo-compressão, com ou sem fadiga.

Já com o macaqueamento executado e com os projetos de alargamento dos pilares 5 e 9 (para dar mais liberdade para movimentos horizontais e facilitar a troca de aparelhos de apoio), começaram a aparecer surpresas:- apareceram defeitos de concretagem, bicheiras, na lingueta oposta à rompida (pilar P9). Elas apareceram quando da operação de injeção das fissuras claramente visíveis após a demolição da parte remanescente (ver figura a seguir). Dois furos de injeção vizinhos, beberam, como se diz na linguagem de obra, 4 e 3litros, totalizando 7 litros. Esse é claramente mais um possível “defeito oculto” que poderia ter agravado a condição da lingueta e contribuído para o acidente.

Porque só o lado de junta estava fissurado??

Talvez por compressão do lixo na junta, no pé da lingueta impedindoa dilatação da super no verão.

- nas linguetas remanescentes do pilar P5, simétrico do P9, verificou-se que os aparelhos de apoio com teflon estavam bem distorcidos, da ordem de 1x1, o que justifica a hipótese de estarem impedindo movimentos horizontais. Não era possível ver isso antes, só após a demolição parcial do alargamento dos pilares P5 e P9.

- prosseguindo com o trabalho nos 2 pilares, descobriu-se que em algum momento no passado, ambos foram alargados com um anel retangular da 10cm de espessura, ao longo de toda sua altura.

- isso significa que, alguém no passado pensou em dar mais liberdade aos movimentos horizontais e talvez tenha trocado os aparelhos de apoio?!. Não temos evidencia disso, uma vez que os aparelhos encontrados parecem de fato bastante desgastados.

- outro defeito oculto, falta de cobrimento e corrosão da armadura sobre o aparelho de apoio.

1.4.Outras hipóteses e diagnóstico.

Algumas outras hipóteses que apareceram a mídia, não nos pareceram plausíveis e não serão discutidas, mas entendemos que podem existir outras razoáveis, que não analisamos por não as termos visualizado, especialmente outros defeitos ocultos que ainda podem aparecer?!

A ideia desse texto é mostrar através de um caso real, que as inspeções visuais podem não ser suficientes para fazer um diagnóstico e que precisamos, entre outras coisas, de cuidadosos modelos de cálculo que nos ajudem a visualizar outras causas, sugerindo eventuais ensaios ou prospecções, e finalmente fazer o diagnóstico.

De qualquer forma, dentro das condições locais e de momento, fechamos o nosso diagnóstico: a ruína da lingueta se deveu a uma sobreposição de 3 fatores – atrito crescente nos apoios deslizantes, esmagamento do concreto à compressão, eventualmente com fadiga e defeitos de concretagem.

De posse do diagnóstico, a fase seguinte e também fundamental, é a definição da terapia a aplicar.

Às vezes é necessário monitorar parte de estrutura em alguma fase da reconstrução para melhorar as informações. Foi o que foi feito no macaqueamento, quando decidimos acompanhar o retorno das deformações plásticas na seção do tabuleiro, a 10m do apoio contínuo, que plastificou, escoando a armadura e esmagando o concreto da laje inferior. Felizmente os talões foram salvos pelas armaduras transversais que os confinaram.O retorno das deformações plásticas permitiu avaliar as deformações durante o acidente, mas mesmo assim decidiu-se fazer uma tomografia comparativa dos talões que sofreram, com alguns fora de região plastificada.

2.Histórico das atividades mais importantes até hoje.

2.1Inspeção de 15/11/18 e decisões tomadas – Kalil Skaf

- Lingueta rompida? Porque?- Seção transversal danificada a 10m do apoio continuo sobre o P8. Fissuras grandes na laje superior que atravessaram o asfalto e esmagamento da laje de fundo. Fissuras de 5mm no fundo da laje superior.- Decisão imediata – escorar os vão P9 a P8 eP8 a P7.

- Em função de existência de lingueta equivalente à do P9, escorar trecho próximo ao P5, na outra extremidade da estrutura.

2.2Programa de macaqueamento do vão que cedeu.

Uma vez cimbrada, podemos dizer que “o doente está na UTI”.A partir dai é preciso por a obra no lugar, reconstruir a lingueta e recuperar a seção danificada.São 3 “cirurgias” importantes.

1ª Procedimento para macaqueamento do viaduto, levantando-o até a cota original.

Situação a ser garantida para início da operação:- vão que cedeu e seu vizinho escorados;- bloco principal de macaqueamento liberado (fckj>40 MPa);

Estacas Raiz fi 41,5 cm de 18m, 12m no taguá.

- montagem da estrutura de reação Protende com os macacos ajustados ao fundo das almas do caixão;

- viga auxiliar de macaqueamento aplicando 3 forças de 35tf, uma sob cada alma, para ajudar a vencer o atrito com a lingueta oposta;

- junta sem contato no topo das duas estruturas, de um lado e outro do P9;- 6 LVDTs instalados nas almas do caixão, na região da fissura do pavimento. Um na fissura da alma, logo sob a laje superior, e outro na parte inferior, logo acima da laje de fundo;

LVDT topo da alma Fissura na laje superiorjá retirado o asfalto.Aparecia antes no asfalto.

Esmagamento da laje de fundo de 10cm ~ na mesma seção da fissura

- topografia preparada para medir o levantamento do tabuleiro, especialmente na junta e no eixo do bloco principal, mas também em cada uma das transversinas do vão que cedeu e no meio do vão vizinho.

- Ao terminar o levantamento verificou-se que a junta do P9 tinha abertura de 2 cm e ado P5 14 cm. Isso pode corresponder aos 13 de encurtamento por Retração e Fluência e alongamento de verão de 3 cm. Assim as juntas teriam ~ 3cm na execução e a do P9 teria ficado presa!!

Sequência de atividades de macaqueamento:

1. Começar o macaqueamento lentamente, não passando de 1cm de levantamento e 100tf no conjunto de macacos principais.2. Verificar carga e levantamento da viga auxiliar. Desejável bem aliviada e levantamento liberado. Eventual acionamento dos macacos até 3x70tf para liberar apoio preso.3. Dar mais um passo de 1cm. Se não liberar levantamento, acionar operação de limpeza da junta até liberação.4. Com a junta liberada, completar o 1º passo de levantamento de 5cm. Acompanhar com macaco auxiliar sem força.5. Ajustar forcados das torres de forma a eliminar folgas no vão que cedeu.6. Afrouxar forcados das torres do vão vizinho de forma a zerar forças.7. Executar o segundo passo de 5cm. Acompanhar com macaco auxiliar sem força.8. Ajustar forcados dos 2 vãos – eliminar folgas no vão sendo macaqueado e afrouxar forcados no vão vizinho.9. Acompanhar medidas dos LVDTs da seção fissurada.10. Repetir os passos 7, 8 e 9 mais 4 vezes, executando os passos 3º, 4º, 5º e 6º.11. Se nada inesperado ou preocupante ocorrer, prosseguir com os passos seguintes, 7º em diante, agora de 10cm, até o 19º.12. O macaqueamento termina quando o pavimento estiver alinhado na junta, recuperando total a queda.13. Medir a força nos macacos do apoio principal e retirá-los, deixando a estrutura escorada na fogueira da Protende.14. Como a estrutura ficará assim por um bom tempo (2 ou 3 meses), sob efeitos de temperatura e proteção dos cabos externos adicionais, o apoio principal deve ser deslizante.15. A viga auxiliar pode ser encunhada sem carga.

P1

P5

P9P11

Seção de VãoAlmas de 60cmLaje de fundo de 10cm

Seção de ApoiosAlmas de 80cmLaje de fundo de 30cm

3.Projeto de reposicionamento e reforço

3.1Verificação, por cálculo, da operação de macaqueamento.

Vão acidentado

227 m

Transversinas fora de junta

Transversinas nas juntas

Transversinas de apoio

Projeto original - Forma

• Concreto

• Pilares: fck = 15 MPa

• Superestrutura: fck = 30 MPa proj35 MPa testemunho

• Armadura passiva

• CA-50: fyk = 500 MPa

Armadura ativaCP-160/180: fpyk = 1600 MPa ; fptk = 1800 MPaCabos de 27 cordoalhas de 12,5mm

51 m62,5 m

Projeto original da Cablagem – cabos de 231 m com31 cordoalhas de 12,5mm.

As built da Cablagem - Tomografia

3x6 cabos com 27 cordoalhas de 12,5mm 3x2 cabos com 27 cordoalhas de 12,5mm

Total de cabos levantados por Tomografia Vão – 3x6=18 cabosApoio – 3x8=24 cabos

Seção danificada/plastificada(fissura em cima, ruptura laje em baixo)logo após ancoragem de 6 cabos.

Esforços – de projeto e após queda.

•Queda de 160cm sem a formação de rótula plástica (hipotético)

•Diagrama de momento fletor no viaduto antes do acidente – carga permanente

13386 tf.m 13207 tf.m

6877 tf.m 5532 tf.m

840 tf 2628 tf

41477 tf.m

8760 tf.m

15621 tf.m

Esforços – ao longo da queda

•Queda de 50cm (Formação da rótula plástica) MP = 8200 tfm –

•Queda de 160cm

8200

8200

Seção considerada para calcular o momento de plastificação.

Foi considerada um perda de metade da laje de fundo após o recalque do viaduto.

Momento curvatura na seção “danificada”

Situação cedida (medida)

Distribuição de fissuras na seção crítica

Situação içada (medida)

Esforços – ao longo do levantamento

•Início do levantamento – primeiros 10cm

•160cm – fim do levantamento

Situação içada (calculada)M=1560 tf.m

Esforços – após renivelamento, em operação.

•Retirado o macaco e o viaduto volta a ser apoiado pelo pilar – carga permanente

•ELU – TB450 – com coeficiente de impacto – máx e mín

Esforços – em operação com coeficientes γf reduzidos – Base teórica da fib –“Safety criteria for Existing Structures”

Projeto muito bom e obra bem construída permite!“Lembrar que bem feito não é perfeito”!!

•ELU – TB450 – com coeficiente de impacto – max e min - (coeficientes γf reduzidos) – gg=1,2 e gq=1,35

Pequena deficiência noMomento Negativo sobreo pilar P8 – Reforço a ser executado após liberação parcial do tráfego.

Atividades seguintes -

- recuperação da lingueta - parte inferior da transversina;- preparo das cabeças dos pilares de junta para maior largura e troca de A. de Apoio;- troca de aparelhos de apoio;- reforço da seção danificada;- projeto de recuperação.

Atividades ainda pendentes -

- macaqueamento de alivio do bloco principal;- ensaios de recebimento;- execução dos blocos de ancoragem e dos cabos de protensão externa adicionais junto ao pilar P8.

3.2Recuperação da lingueta

Concretagem da Lingueta P9

- Peça com espessura relativamente pequena em relação as outras dimensões;

- Região de boa densidade de armadura (fretagens);

Necessita de cuidado especial na concretagem!

Concretagem da lingueta em 3 fases – 3 fatias horizontais na altura.

- Concretagem em 3 faixas horizontais;- Concreto com aditivos retardador de pega e

superplastificante;- Limitação na relação a/c;- Uso de cimento e metacaulim;- Uso de água gelada;- Cura cuidadosa;- Controle de temperatura do concreto – max

medido foi 42 graus.

3.3 Troca dos Aparelhos de apoio – deslizante por normal

Do lado P8 troca de A. de Apoio deslizantes por normais uma vez que toda Retração e Fluência já foi e uma aparelho normal admite todo deslocamento provocado por temperatura.

Do lado P10, troca do A. de Apoio existente (normal) exigiu levantamento do vão adjacente com esquema de macaqueamento abaixo. Foi necessário reparar o fundo da lingueta, com cobrimento insuficiente e armadura corroída.

3.4Reforço da seção danificada

Fissura na laje superior de 5mm que aparecia mesmo na face superior do pavimento.

Laje inferior rompida por compressão no trecho crítico, logo após a ancoragem dos cabos negativos, tinha apenas10 cm de espessura. A pequena armadura negativa, os cabos já a meia altura na alma e a laje de fundo pouco espessa ajudaram, reduzindo o momento resistente e protegendo os resto da estrutura.

Reforços da laje superior

Reforços da laje inferior

Detalhe da Junta para Apoios P5 e P9

Foto da Junta do Apoio P5 Detalhe da Substituição da Junta

3.5Substituição da Junta Dilatação

4 Projeto de recuperação

- Rel e desenhos de anomalias

- Rel e especificações de recuperação -Terapia

Injeção e concretagem da laje na seção danificada.

Injeção e concretagem da laje na seção danificada.

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Grato pela atenção