viaduto sobre a auto-estrada a1 no carregado

4as Jornadas Portuguesas de

Engenharia de Estruturas

VIADUTO SOBRE A AUTO-ESTRADA A1 NO CARREGADO

Júlio Appleton A2P Consult, Lda Engenheiro Civil Director Técnico Lisboa

José Delgado A2P Consult, Lda Engenheiro Civil Lisboa

António Costa A2P Consult, Lda Engenheiro Civil Lisboa

SUMÁRIO Este Viaduto resultou de uma proposta variante ao projecto original submetida à BRISA pelo consórcio ACE – Edifer, RRC e Conduril. Trata-se de uma solução com tabuleiro pré-fabricado com vigas “U”, com infra-estrutura em pilar/estaca e sistemas de isolamento sísmico. Nesta comunicação realiza-se uma descrição da obra e do método construtivo e enumeram-se as motivações que suportaram a adopção da solução variante. Palavras-chave: Viaduto, Estaca, Pilar, Travessa, Viga Pré-fabricada, Pré-laje, Tabuleiro. 1. INTRODUÇÃO A obra de arte integra-se no Nó de Interligação A10/A1, do Sub-lanço Arruda dos Vinhos/Carregado – Auto-estrada Bucelas/Carregado. O viaduto desenvolve-se entre o Km 4+271.636 e o Km 5+509.636, ou seja numa extensão total de 1 238 m. Em perfil a rasante apresenta um trainel ascendente com 0.9% na zona inicial, seguida de uma curva convexa com raio de 20 000 m e prosseguindo com um trainel descendente de 2%, terminando com uma curva côncava com raio de 20 000 m. Em planta o viaduto insere-se num traçado bastante complexo caracterizado por um troço em clotóide (A = 450), seguido de nova clotóide (A = 600) e um troço em curva circular de raio 1800 m, prosseguindo com um troço em clotóide (A = 600) e finalmente de nova curva circular com raio de 5000 m. Para além desta directriz na zona do viaduto inserem-se 6 ramos, sendo 3

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de entrada e 3 de saída. A este traçado está associada uma variação significativa da sobreelevação transversal ao longo do tabuleiro, com um máximo de 7%.

Figura 1 – Traçado em Planta e Alçado do Viaduto

O perfil transversal sobre o viaduto integra 2 a 4 vias de tráfego de 3.5 m de largura. As bermas direitas são de 3.00 m (para 2 vias) ou 2.5 m (para 3 ou 4 vias). As bermas esquerdas são de 1.0 m. Os passeios têm uma largura de 1.15 m assegurando uma largura útil de 0.50 m. O separador central tem 2.0 m. Para o referido perfil transversal adoptaram-se 2 tabuleiros separados por uma junta longitudinal, com larguras variáveis de 13.05m a 19.55m para cada faixa.

Figura 2 – Faixas Rodoviárias sobre o Tabuleiro Pré-fabricado do Viaduto

A inclinação transversal do tabuleiro foi realizada através do espessamento de um dos banzos superiores das vigas pré-fabricadas. Em perfil longitudinal a posição da rasante foi garantida através do estudo das cotas do coroamento dos pilares. Dadas as condições geológicas e geotécnicas do local onde se situa a obra, as fundações são do tipo profundo por estacas. Com base nos resultados das sondagens realizadas na zona de implantação do viaduto constantes do documento de Geologia e Geotécnia, refere-se que: “... predominam as formações do Miocénico e do Plio-Plistocénico, existindo uma baixa aluvionar da vala do Carregado, constituída por formações aluvionares argilosas compressíveis. Trata-se de uma zona muito plana com cotas entre 4 e 10 m e que apresenta deficientes condições de drenagem, tornando-se inundável durante os períodos do ano de maior pluviosidade. Na margem deste vale, afloram as formações do Miocénico e dos antigos terraços fluviais. Tratam-se também de formações predominantemente argilosas e erodíveis, que formam pequenos ressaltos na topografia, constituindo uma plataforma mais elevada relativamente à anterior, com cotas entre 10 e 20 m. No local previsto para esta obra de arte

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ocorrem, à superfície, depósitos de cobertura e de antigos terraços fluviais na zona do encontro Oeste e depósitos aluvionares ao longo da restante zona de influência do viaduto. O substrato é constituído por formações areníticas do Miocénico”. Esta obra vence variados condicionamentos locais, tendo-se estabelecido um comprimento e disposição dos vãos compativel com a transposição daqueles condicionamentos. Destacam-se os atravessamentos da Auto-estrada A1 e da EN1, da faixa da EPAL, do leito de Ânodos da Transgás e a interferência com numerosos cabos e postes eléctricos de média e alta tensão. As motivações que suportaram o estudo e implementação desta solução estrutural assentaram nos seguintes critérios:

- Custo final da obra inferior comparativamente ao do projecto original de referência. O número de estacas foi reduzido em 100 unidades (cerca de 30%), o diâmetro dos pilares é inferior e o tabuleiro é pré-fabricado.

- Maior rapidez na execução do viaduto. - Facilidade na transposição dos condicionamentos locais através da adopção de um sistema construtivo simples com vãos até 45m.

- Flexibilização do processo construtivo, com o arranque da obra em diversas frentes e a interrupção, se necessário, da construção em determinadas zonas, permitindo, p.e., a compatibilização com a desactivação das linhas de média e alta tensão.

- Melhoria da qualidade construtiva dos elementos com a utilização da pré-fabricação. A grande quantidade de vigas e pré-lajes pré-fabricadas utilizadas na construção do viaduto justificou a montagem de uma fábrica de pré-fabricação junto ao local da obra, destinada exclusivamente a esta construção. 2. DESCRIÇÃO DA OBRA. SOLUÇÃO ESTRUTURAL O comprimento total da obra medida ao eixo e entre juntas dos encontros é de 1 238 m. Por forma a reduzir os efeitos da acção sísmica, da variação uniforme de temperatura, da retracção e da fluência do tabuleiro e, consequentemente, limitar os deslocamentos elevados nas juntas, optou-se por subdividir longitudinalmente o tabuleiro em 3 estruturas, separadas por juntas de dilatação instaladas em pilares de transição. O desenvolvimento longitudinal, a distribuição de vãos e as principais condicionantes resumem-se no Quadro 1.

Quadro 1: Distribuição de Vãos e Condicionamentos Atravessados Viaduto Extensão Km Inicial Distribuição de Vãos (m) Condicionamento Viaduto Poente

405.0 m 4 + 271.636 4 + 271.636

25 + 35 + 30 + 9 x 35 (Tab.Norte) 40 + 45 + 40 + 8 x 35 (Tab.Sul)

- Estrada Nacional 1

Viaduto Central

560.0 m 4 + 676.636 40 + 45 + 40 + 3x35 + 45 + 40 + 7x35 - Auto Estrada A1 - Faixa da EPAL

Viaduto Nascente

273.0 m 5 + 236.636 28 + 7 x 35 - Leito de Anôdos (Transgás)

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2.1 Fundações, Pilares e Encontros As fundações dos pilares são constituídas, em geral, por estacas com 1.50 m de diâmetro no prolongamento desses elementos, constituindo uma solução estrutural pilar-estaca. As estacas são do tipo moldado, em betão armado, e atravessam toda a espessura da baixa aluvionar, sendo fundadas no substrato Miocénico nas camadas com capacidade de carga adequada. O dimensionamento das fundações conduziu a comprimentos das estacas variando entre os 17 m e os 36 m. Em determinados alinhamentos adoptou-se uma solução de fundação constituída por duas estacas de 1.20 m de diâmetro por pilar. Esta solução está associada à utilização de apoios móveis na direcção longitudinal nos pilares em causa, impondo, assim, um encastramento na base destes elementos de modo a reduzir o comprimento de encurvadura nessa direcção e, consequentemente, os efeitos de 2ª ordem (Figura 3). Os pilares são circulares com 1.50 m de diâmetro e atingem uma altura máxima de cerca de 16.0 m. Na direcção transversal os pilares são ligados entre si, a 1.30 m do topo, por meio de travessas de secção rectangular com 1.30 m de largura e 1.50 m de altura. A localização da travessa a uma distância significativa do topo do pilar permite obter um bom enquadramento estético, não prejudicando a transparência da mesoestrutura (Figura 4). Ao nível da base os pilares são interligados, na direcção transversal, por meio de vigas com largura de 1.90 m e altura de 1.50 m ou 2.0 m. Os pilares de transição correspondem a uma duplicação dos pilares correntes, estando afastados a eixo de 6.40 m de modo a acomodarem as juntas de dilatação e os aparelhos de amortecimento das acções dinâmicas. Os pilares que o constituem têm φ1.50 m e estão travados ao nível do terreno e a cerca de 1.30 m do apoio do tabuleiro com vigas com largura de 1.90 m e altura de 1.50 m (travessa inferior) e 1.20 m (travessa superior) – Figura 5.

Figuras 3, 4 e 5: Maciço com Estacas φ1.20m. Pilares e Travessa superior e Pilar de Transição. Os encontros são aparentes, constituídos por muros de avenida, viga de estribo e espelho. Devido à pequena altura destes elementos acima do terreno natural, optou-se por fundá-los directamente na viga de estribo por meio de estacas. Desta forma, este elemento constitui simultaneamente o maciço de encabeçamento das estacas, razão pela qual apresenta uma espessura significativa. Cada encontro está fundado em 16 estacas de φ1.20 m, com 4 estacas por cada alinhamento de viga do tabuleiro.

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Nos encontros, pilares de transição e nos alinhamentos adjacentes a estas estruturas, adoptaram-se aparelhos de apoio móveis com guiamento longitudinal. Nos restantes pilares os aparelhos de apoio são fixos. Todos os aparelhos de apoio são do tipo disco (pot). 2.2 Tabuleiro O tabuleiro, em betão armado e pré-esforçado, é constituído por vigas pré-fabricadas em caixão com 1.90 m de altura, interligadas por uma laje de espessura constante com 0.30 m. Os vãos correntes têm, em geral, um comprimento de 35 m e os vãos especiais têm 40 m e 45 m para vencer os atravessamentos principais. A secção tem, assim, uma altura total e constante de 2.20 m. Devido às dificuldades inerentes à ligação com os Ramos do Nó, adoptou-se naquelas zonas uma solução tradicional em laje aligeirada por tubos φ1.40 m, betonada “in-situ”, com uma altura de 2.20 m e pré-esforçada longitudinalmente. Esta solução integra-se bem com a secção transversal tipo adoptada no viaduto. O tabuleiro da obra de arte é constituído por dois meios tabuleiros separados longitudinalmente por uma junta com 0.20 m de espessura. A sua largura total é variável ao longo do seu comprimento, atendendo às zonas de inserção nos Ramos de entrada e de saída. Cada meio tabuleiro tem uma largura variável entre 13.05 m e 19.55 m e é constituído por 2 vigas pré-fabricadas em caixão tipo “U”. Na zona corrente, com vãos tipo de 35 m, cada viga pré-fabricada tem as almas com uma espessura de 0.21 m em quase toda a sua extensão. Nas extremidades, e numa distância de 3.5 m, adoptou-se um espessamento das almas da viga de 0.30 m (0.21 m + 0.30 m), por forma a reforçar a secção junto do pilar e acomodar as ancoragens de pré-esforço pós-tensionado e das barras de alta resistência que garantem a continuidade estrutural do tabuleiro. O banzo inferior tem 0.20 m de espessura sendo também espessado junto dos apoios (Figura 6). Cada viga pesa cerca de 160 toneladas. As vigas apresentam tímpanos nas extremidades com 0.50 m de espessura, que permitem solucionar de forma adequada os problemas relacionados com a torção das vigas na fase de transporte e construtiva. Para as vigas dos tramos de extremidade (encontros e pilares de transição) aqueles tímpanos (Septos ou Diafragmas) têm uma espessura de 1.0 m, permitindo compatibilizarem-se com as carlingas betonas “in-situ”. Foram ainda previstas pequenas aberturas nas almas que dão iluminação e ventilação ao interior do caixão e são utilizados no transporte e montagem das vigas. Na base das vigas existem furações que garantem a drenagem de eventuais águas para o exterior das vigas. As vigas pré-fabricadas são pré-esforçadas em estaleiro com cordões pré-tensionados (até 76φ0.6´´) e são posicionadas com gruas sobre o pilar em apoios provisórios de areia (4 por pilar). Aqueles apoios têm as cotas definidas em projecto por forma a não solicitar o aparelho de apoio previamente montado e permitir a selagem do plinto superior. O aparelho de apoio definitivo entra em carga após desmontagem dos apoios provisórios (Figura 7).

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Figura 6: Geometria das vigas pré-fabricadas dos vãos correntes

Os topos das vigas ficam separadas por uma junta com 4cm sobre o pilar, sendo posteriormente selada com calda de cimento. Cada viga contém nas extremidades 2 furações localizadas na face inferior da passagem de homem, que acomodam os pernos dos aparelhos de apoio durante a montagem e posicionamento sobre os pilares e que são selados simultaneamente com o plinto superior, com a junta de 4cm e com o espaço entre o furo e a bainha das barras de alta resistência (Figuras 8 e 9).

Figuras 7, 8 e 9: Apoios provisórios e definitivos, junta de 4cm e selagem de juntas e apoios

Os vãos especiais (40 m e 45 m) são constituídos por vigas pré-fabricadas tipo “U” com cerca de 10.0 m, que são previamente montadas sobre os pilares, resultando uma configuração em “T”, e entre as quais se posiciona uma viga intermédia com 35.0 m.

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Aquelas vigas especiais têm diafragmas com 1.6 m e 1.0 m de espessura, respectivamente sobre o apoio e nas extremidades, que estão dotadas de aberturas de acesso para inspecção. As almas têm uma espessura de 0.51 m e o banzo inferior tem uma altura variável entre 0.20 m e 0.50 m. Nas extremidades desta viga existe um dente inferior saliente sobre o qual assenta a viga contígua num sistema tipo “macho-fémea”. A viga pesa cerca de 90 toneladas (Figura 10).

Figura 10: Geometria das vigas pré-fabricadas dos vãos especiais

A viga pré-fabricada intermédia é estruturalmente semelhante às vigas dos vãos correntes. Exceptua-se a existência nas extremidades da viga de diafragmas complementados com “dentes” de apoio, que permitem o encaixe anteriormente referido. Também aquelas vigas pré-fabricadas especiais, em “T”, são pré-esforçadas em estaleiro e são posicionadas sobre o pilar em apoios provisórios de areia e torres de equilíbrio. A viga pré-fabricada intermédia assenta na extremidade da viga especial, deixando uma junta de 4cm que é posteriormente selada com calda de cimento. A solução de encaixe anteriormente referida também foi adoptada para as vigas pré-fabricadas que realizam a transição com as zonas do tabuleiro betonadas “in situ”. No entanto, nesta viga de transição efectua-se uma betonagem de 2ª fase com 0.40 m de espessura pelo interior da viga, para acomodar as barras pré-esforçadas e a ancoragem do pré-esforço de continuidade . Para reforçar a continuidade estrutural sobre os pilares, utilizaram-se de barras de aço de alta resistência e pré-esforço de pós-tensão nas almas das vigas (1un7φ0.6´´/alma). Após o aperto daquelas barras o diafragma sobre os pilares dos vãos correntes tem a espessura de 1.0 m (Figuras 11 e 12). Adoptou-se uma solução similar na ligação do tabuleiro pré-fabricado às zonas de ligação aos Ramos betonadas “in-situ”, garantindo também a continuidade estrutural.

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Figuras 11 e 12: Ligação entre Vigas Pré-fabricadas de Vãos Correntes

A laje do tabuleiro tem 0.30 m de espessura total e incorpora pré-lajes com variados comprimentos. Foram adoptadas pré-lajes treliçadas aplicadas em zonas em consola, com vão até 1.80 m e entre vigas para vãos até 4.50 m e pré-lajes nervuradas aplicadas em consolas com vão máximo de 2.80 m e entre vigas para vãos até 8.50 m. Neste último caso as pré-lajes foram pré-tensionadas com 4φ0.6´´ (L<5.50 m) até 11φ0.6´´ (L<8.50 m).

Figuras 13 e 14: Pré-Lajes Treliçadas e Nervuradas montadas sobre as vigas pré-fabricadas

Em qualquer das soluções referidas as pré-lajes são estruturalmente colaborantes na direcção transversal e longitudinal, conferida através das armaduras treliçadas existentes. A adopção de pré-tensão para as pré-lajes centrais com nervuras permite reduzir a eventual fendilhação que pode ocorrer quer na fase construtiva quer na fase definitiva (Figuras 13 e 14). Na transição para os ramos de entrada e de saída adoptaram-se juntas de dilatação especiais, que permitem deslocamentos em ambas as direcções. Assim, os aparelhos de apoio são

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multidireccionais, pelo que os pilares de transição para os ramos são solicitados por reacções verticais transmitidas pelo viaduto. Deste modo, também se simplifica o comportamento, em planta, do tabuleiro para as acções estáticas e dinâmicas naquelas zonas particulares. 2.3 Concepção Sísmica A concepção sísmica, associada a este tipo de estrutura, baseou-se na decisão de utilizar sistemas de dissipação de energia na direcção longitudinal através da adopção de amortecedores viscosos colocados nos encontros e nos pilares de transição. Assim, naquela direcção a absorção da acção sísmica é efectuada por flexão da maioria dos pilares e por aqueles amortecedores, que apresentam um grau de eficácia elevado dada a flexibilidade da estrutura na direcção longitudinal conferida pelo sistema pilar-estaca. Deste modo, é possível atenuar os efeitos da acção sísmica com amortecedores de reduzida capacidade. Esta solução permitiu também ter, em geral, apenas uma estaca por pilar, uma vez que o tabuleiro de cada viaduto é ligado por esses amortecedores aos pilares de transição e aos encontros, os quais apresentando uma rigidez elevada controlam a deformabilidade longitudinal da estrutura. Com o objectivo de minimizar os danos nas estacas (formação de rótulas plásticas) garantiu-se que a sua capacidade resistente é significativamente superior à dos pilares, de modo a que a plastificação das secções ocorra na estrutura acima do terreno, i.e., em zonas com fácil acessibilidade, para proceder a eventuais trabalhos de reparação após a ocorrência de um sismo muito intenso. Para atingir este objectivo, as estacas foram dimensionadas tendo em conta a capacidade resistente dos pilares. Na direcção transversal a acção sísmica é absorvida pelo sistema pilares-travessas que constituem pórticos. Este sistema estrutural apresenta uma boa eficácia na resistência à acção dos sismos dado funcionar por flexão dos pilares e travessas, assim como pelo efeito de binário conferido pelo pórtico. Conforme já referido, os pilares que constituem o pilar de transição são ainda travados ao nível do terreno e a 1.30 m do apoio do tabuleiro através de vigas, com o objectivo de rigidificar a infraestrutura para as acções horizontais e, desta forma, permitirem um funcionamento adequado dos amortecedores. Refira-se que foram adoptados amortecedores nos dois pilares de transição ligados ao troço central do viaduto com o objectivo de minimizar a acção horizontal transmitida a estas estruturas e, assim, reduzir a sua deformação. Os encontros suportam, para além das reacções do tabuleiro e dos impulsos de terras, as reacções dos aparelhos de amortecimento sísmico. A utilização de amortecedores de baixa capacidade permitiu reduzir as dimensões dos encontros e do número de estacas. Este aspecto foi conseguido, conforme referido anteriormente, pelo facto da solução estrutural adoptada apresentar elevada flexibilidade na direcção longitudinal.

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3. ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO ESTRUTURAL Os critérios utilizados na definição das acções e combinações de acções foram baseados no Regulamento de Segurança e Acções para Estruturas de Edifícios e Pontes (RSA). A acção sísmica foi considerada de acordo com o Eurocódigo 8 e respectivo Documento Nacional de Aplicação. A verificação da segurança relativamente aos estados limites últimos de resistência e estados limites de utilização foi efectuada tendo em consideração o estipulado no REBAP e no Eurocódigo 2 para elementos de betão armado e betão armado pré-esforçado. Consideraram-se os seguintes estados limites:

- Estado limite de descompressão no tabuleiro em betão armado pré-esforçado para as combinações quase permanentes de acções.

- Estado limite de abertura de fendas, wk < 0.1 mm para combinação frequente de acções. - Estado limite de deformação para combinação frequente de acções f/L < L/1 000. - Estado limite de deformação para as sobrecargas rodoviárias. - Estados limites últimos de resistência para combinações fundamentais de acções,

envolvendo a sobrecarga, retracção, fluência, temperaturas e a acção sísmica. 3.1 Pilares e Fundações. Análise Sísmica A estrutura localiza-se em zona A (α=1.0), com um solo do tipo C. Dado que as frequências próprias dos viadutos são sempre inferiores a 0.7 Hz, a acção mais desfavorável corresponde à acção sísmica tipo 2, para a qual se geraram 10 acelerogramas considerando um passo de tempo de 0.02s e a duração máxima de 30s. Comparou-se o espectro de resposta médio dos 10 acelerogramas escolhidos com o espectro de resposta regulamentar. Para a gama de frequências entre 0 Hz e 4 Hz existe uma boa concordância entre as duas curvas, pelo que é possível garantir o nível de segurança adequado para o dimensionamento à acção sísmica. Os efeitos da acção sísmica foram estudados através de uma análise não linear da estrutura no tempo, recorrendo a um modelo tridimensional de elementos finitos, tendo em conta o comportamento dos aparelhos de amortecimento para acções dinâmicas, que ligam o tabuleiro aos pilares de transição e aos encontros na direcção longitudinal. Os pilares, estacas e travessas foram simulados através de elementos finitos de barra. O tabuleiro foi simulado com elementos de barra posicionados no seu centro de gravidade e ligados aos pilares através de elementos de barra rígidos. As vigas são ligadas entre si por elementos de barra que representam a laje do tabuleiro. O encontros e os pilares de transição foram simulados por apoios elásticos com rigidez equivalente ao conjunto estrutura-solo. O comportamento dos aparelhos do tipo viscoso segue a seguinte lei F = C . Vα, em que C é o coeficiente de amortecimento e V é a velocidade. O valor de C para cada alinhamento de viga foi de 1 500 kN/(m/s)α para o Viaduto Poente, 2 x 1 000 kN/(m/s)α para o Viaduto Central e 1 500 kN/(m/s)α para o Viaduto Nascente, com α = 0.1 . Assim, obtiveram-se valores adequados para os deslocamentos longitudinais do tabuleiro e para os esforços nos pilares, pilares de transição e encontros.

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Na direcção longitudinal, onde foram introduzidos sistemas de amortecimento sísmico, o dimensionamento dos elementos estruturais foi efectuado assumindo um comportamento elástico. Para estas situações o EC8 impõe o dimensionamento da estrutura assumindo um comportamento essencialmente elástico/ ductilidade limitada, i.e., os esforços elásticos são afectados por coeficientes de comportamento η ≤ 1.5. Na presente estrutura adoptou-se um coeficiente de comportamento η = 1. Na direcção transversal explorou-se a ductilidade da estrutura, tendo-se adoptado um coeficiente de comportamento com valor moderado η = 2, por forma a controlar os danos estruturais perante a ocorrência do sismo de projecto. A deformabilidade do terreno foi considerada através de apoios elásticos introduzidos ao longo das estacas, com coeficientes de rigidez obtidos a partir dos módulos de reacção das diversas camadas do solo. Foram calculados coeficientes de rigidez associados a acções de curta e longa duração. Considerou-se um intervalo de valores dos parâmetros que caracterizam a deformabilidade do terreno, para ter em conta a incerteza na caracterização desses parâmetros geotécnicos. Os correspondentes modelos de cálculo foram designados por Kalto e Kbaixo (Quadro 2). As baixas frequências próprias das estruturas na direcção longitudinal, características de estruturas muito deformáveis, não são nestes casos relevantes para o comportamento estrutural dado que os deslocamentos estão controlados pelos amortecedores.

Quadro 2: Frequências Longitudinais e Transversais do Viaduto

Viaduto Solo Freq. Longitudinal [Hz] Freq. Transversa l [Hz]

Poente Kalto Kbaixo

0.41 0.23

1.22 0.78

Central Kalto Kbaixo

0.34 0.21

0.76 0.56

Nascente Kalto Kbaixo

0.55 0.27

1.49 0.91

Na direcção transversal, onde não existem dispositivos de controlo de deslocamentos, as frequências obtidas são sempre superiores a 0.5 Hz. 3.2 Tabuleiro 3.2.1 Análise Longitudinal A verificação da segurança do tabuleiro pré-fabricado e das zonas de ligação aos Ramos betonadas “in-situ”, para a fase construtiva e para a fase final, foi realizada com base em modelos tridimensionais que consideram as diversas fases de construção e a fase final (serviço) do viaduto. Os modelos numéricos aplicados ao tabuleiro pré-fabricado foram desenvolvidos através de um programa de análise fisicamente não linear, que considera a redistribuição dos esforços devidos à fluência e retracção do betão, em resultado do processo construtivo da obra e ao longo do tempo (em serviço). Realizou-se uma análise até aos 10 000

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dias. Os pilares, as vigas em caixão e a laje do tabuleiro são simulados através de elementos finitos de barra. As verificações de segurança compreenderam a análise do seguinte:

- Verificação das tensões durante o processo construtivo, limitando-se a tensão de tracção a 0.7 fctm;

- Estados Limites de Descompressão, de Fendilhação e de Deformação - Estados Limites Últimos na fase construtiva e definitiva.

Na fase construtiva as tensões de tracção no tabuleiro pré-fabricado não ultrapassaram 1.8 Mpa nas vigas pré-fabricadas e 1.3 Mpa na laje de betão armado. No entanto, a longo prazo, e em fase de serviço, aquelas fibras ficam comprimidas. A verificação da segurança ao estado limite de descompressão baseou-se na combinação quase permanente de acções para a fase de serviço. O Estado Limite de Fendilhação foi analisado para a combinação frequente de acções. No início de exploração da obra existem tracções pontuais sobre os apoios que não ultrapassam 2.0 Mpa na fibra superior da viga pre-fabricada, mas que é inferior a fctm do betão C50/60. A fibra superior da laje também apresenta sobre os apoios uma tracção pontual máxima de 2.5 MPa, inferior a fctm do betão B40. Devido à redistribuição de esforços a longo prazo (10 000 dias) verifica-se que aquelas fibras ficam comprimidas. O Estado Limite de Deformação baseou-se na combinação frequente de acções. Do modelo de análise não linear obtiveram-se deslocamentos verticais, a longo prazo, de 15mm para os vãos correntes e de 22 mm para os vãos especiais. Limitou-se a flecha máxima a L/1000. 3.2.2 – Análise Transversal e Pré-Lajes pré-fabricad as A análise do tabuleiro pré-fabricado na direcção transversal, para as acções verticais e horizontais, foi realizada com base em modelos tridimensionais de elementos finitos representativos das diversas larguras do tabuleiro. Foi verificada a segurança da laje do tabuleiro, das almas e do banzo inferior das vigas pré-fabricadas. A verificação da segurança dos vários tipos de pré-lajes de consola e centrais foi realizada para as várias larguras de tabuleiros na fase construtiva. Analisou-se para a fase final o esforço rasante actuante e resistente na ligação entre os betões de idades diferentes. 4. PROCESSO CONSTRUTIVO No que se refere à execução das fundações, dada a sua profundidade e as características das camadas interessadas, adoptou-se uma solução de execução com recurso a lamas densas e a tubo moldador perdido nas zonas com mais fracas características geotécnicas. O tabuleiro do viaduto foi realizado tramo a tramo com recurso a vigas pré-fabricadas, exceptuando as zonas de inserção nos Ramos, cujo tabuleiro foi betonado “in situ” com cimbre ao solo.

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A sequência construtiva permitiu que a obra fosse iniciada a partir do encontro do lado do rio, (Nascente) e, simultaneamente, a partir de qualquer outro alinhamento de pilares. Assim, o processo construtivo flexibiliza-se em função das necessidades preconizadas pelo empreiteiro. Este aspecto teve particular interesse, uma vez que houve necessidade de compatibilizar a montagem das vigas e a execução do tabuleiro com o desmonte das redes de alta tensão existentes no local. Para eliminar qualquer deslocamento longitudinal do tabuleiro na fase construtiva, procedeu-se à sua amarração provisória aos encontros e pilares de transição através de perfis metálicos. O faseamento construtivo previsto para o viaduto foi o seguinte:

1º Execução das fundações por estacas e das travessas inferiores. 2º Construção dos pilares e dos encontros e das zonas com tabuleiro betonado “in situ”. Transporte das vigas pré-fabricadas para obra.

Figura 15 e 16: Transporte de vigas para obra. Posicionamento de vigas junto dos pilares. 3º Colocação das vigas pré-fabricadas sobre apoios provisórios em areia, com início a partir do encontro Nascente e do pilar de transição do lado Nascente. 4º Selagem com calda de cimento dos aparelhos de apoio, das juntas entre vigas e do espaço entre os furos e as bainhas das barras de alta resistência; 5º Introdução da continuidade estrutural através de barras pré-esforçadas e do tensionamento do pré-esforço de pós-tensão. 6º Colocação das pré-lajes e betonagem “in-situ” da laje de 0.30m. Remoção dos apoios provisórios de areia. Acabamentos.

Figuras 17 e 18: Vigas com continuidade. Montagem das pré-lajes e betonagem da laje.

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Para os vãos especiais de 40m e 45m (faixa de protecção da EPAL, A1 e EN1) estabeleceu-se a metodologia construtiva seguinte:

1º Montagem de vigas pré-fabricadas especiais em “T” com 10m de comprimento sobre os pilares, apoiadas lateralmente em torres provisórias. 2º Colocação de vigas pré-fabricadas nos vãos laterais e no vão central. 3º Selagem dos aparelhos de apoio e das juntas entre vigas com calda de cimento; 4º Introdução da continuidade estrutural através de barras pré-esforçadas e tensionamento do pré-esforço de continuidade. 5º Colocação das pré-lajes, betonagem “in-situ” da laje de 0.30m, remoção dos apoios provisórios e das torres de escoramento. 6º Colocação de equipamentos e acabamentos.

A selagem com calda de cimento foi realizada através de uma cofragem específica. Para garantir a devida eficácia, a injecção da calda realizou-se no sentido ascendente, deixando tubos de purga com válvula em diversos pontos, por forma a garantir o conveniente preenchimento da junta. No caso dos vãos especiais o processo de selagem foi mais simples, uma vez que se procedeu de forma independente à injecção do aparelho de apoio pelo método citado (1ªfase) e, posteriormente, das juntas entre vigas (2ªfase). Nas juntas de ligação entre as vigas pré-fabricadas e o tabuleiro betonado “in-situ”, na inserção nos Ramos, apenas houve necessidade de se proceder à selagem da junta de acordo com o atrás referido (2ª fase). As vigas pré-fabricadas apresentam em cada topo dois entalhes localizados junto da face superior, no alinhamento de cada alma, por forma a permitir a emenda manual da bainha de pré-esforço de pós-tensão sobre os pilares. Após o preenchimento daquele entalhe com calda de cimento, procede-se ao puxe do pré-esforço e à injecção das bainhas. A opção pela introdução de continuidade das vigas pré-fabricadas antes da colocação das pré-lajes e execução da laje permitiu:

- melhorar o processo construtivo, eliminando a necessidade de prever aberturas de acesso na laje para realizar o pré-esforço das vigas e posterior conclusão da laje;

- a inexistência, a longo prazo, de esforços de flexão positivos sobre os apoios devidos à redistribuição dos esforços no tabuleiro por fluência;

- um melhor controlo da flecha, a longo prazo, na secção de vão; - diminuir a quantidade de armaduras e de pré-esforço de pré-tensão no vão.

Figura 19, 20 e 21: Montagem da viga num dos vãos especiais

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5. DURABILIDADE Como critério de referência para a durabilidade da estrutura considerou-se um período de vida de 100 anos. Para efectivamente se atingir este objectivo há que ter uma visão integrada dos mecanismos de deterioração e dos parâmetros mais importantes a controlar e assumir que a garantia da durabilidade é uma tarefa do dono de obra, projectista e construtor. Refere-se a elevada qualidade obtida para os elementos pré-fabricados e os recobrimentos adoptados. No Quadro 3 indicam-se as classes de betão e os recobrimentos nominais considerados de acordo com o Eurocódigo 2.

Quadro 3: Classe de Betão e Recobrimentos Elemento Classe do Betão Recobrimento Nominal (mm) Estacas C30/37 75

Maciços / Sapatas e Laje de Transição C30/37 50 Pilares / Encontros C35/45 50

Vigas Pré-fabricadas C50/60 30 Pré-Lajes Pré-fabricadas C40/50 25

Laje do Tabuleiro C35/45 40 6. QUANTIDADES DE MATERIAIS Na execução da obra foram utilizadas as seguintes quantidades de materiais:

- Betão C30/37 - Estacas, Maciços e Laje de Transição 40 700 m3

- Betão C35/45 - Pilares, Encontros, Zonas Maciças e Laje do tabuleiro 55 800 m3 - Aço A500 (excepto elementos pré-fabricados) 13 520 000 kg - Aço de Pré-esforço (pós-tensão) 1670/1860 Mpa 1 120 000 kg - Aço em Barras Pré-esforçadas 830/1030 Mpa 65 400 kg

Procedeu-se também à montagem de: - 4 820 m em vigas pré-fabricadas - 27 200 m2 em pré-lajes pré-fabricadas A selagem de aparelhos de apoio, de juntas entre vigas e do espaço entre os furos e as bainhas das barras pré-esforçadas envolveu a injecção de 139 300 litros de calda de cimento.

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viaduto sobre a auto-estrada a1 no carregado

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