Adaptação da Ponte da Arrábida à passagem do metro ligeiro

Apresentação em tema: "Adaptação da Ponte da Arrábida à passagem do metro ligeiro"— Transcrição da apresentação:

1 Adaptação da Ponte da Arrábida à passagem do metro ligeiro
Tiago Cerdeira Lopes Costa Pinto Orientador: Professor Doutor Álvaro F. M. Azevedo Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil – Estruturas

2 Descrição da solução adoptada Análise e pré-dimensionamento
Introdução Concepção de soluções Descrição da solução adoptada Análise e pré-dimensionamento Processo construtivo Estimativa orçamental Impacto visual Comentário final Organização da apresentação; Um pouco de acordo com a estrutura adoptada no relatório. Adaptação da Ponte da Arrábida à passagem do metro ligeiro Tiago Pinto – Dissertação em Estruturas - MIEC 2011

3 Metro do Porto Nova Travessia do Douro
1. Introdução Metro do Porto Nova Travessia do Douro Propostas – 3ª fase de desenvolvimento do Metro do Porto conclusão em 2022 Travessia surge no âmbito; Data de conclusão, salvo atrasos devido à crise económica; Analisei duas propostas – Metro do Porto e Instituto da Construção da FEUP; Têm em comum a necessidade de uma nova travessia entre Porto e Gaia a poente, na zona da Arrábida; Metro do Porto não prevê a utilização da Ponte da Arrábida; Instituto da Construção equaciona essa hipótese, em soluções sobre o tabuleiro existente; Apesar das ligeiras diferenças de traçado, é possível afirmar que a utilização da Ponte da Arrábida respeita os pressupostos definidos nas duas propostas. Metro do Porto S.A. 2008 Instituto da Construção FEUP 2007 Adaptação da Ponte da Arrábida à passagem do metro ligeiro Tiago Pinto – Dissertação em Estruturas - MIEC 2011

4 Metro do Porto Nova Travessia do Douro
1. Introdução Âmbito do trabalho motivação Critérios Impacto visual Funcionalidade Custo Metro do Porto Nova Travessia do Douro Nova ponte Ponte da Arrábida Surge então a questão… Porquê utilizar a Ponte da Arrábida para fazer esta nova travessia?! A solução natural e convencional passa pela construção de uma nova ponte existindo, nesse sentido, a proposta da Ponte do Gólgota; No entanto, 3 critérios básicos e muito importantes, a estética, funcionalidade e custo, são suficientes para refutar a construção desta nova ponte; Impacto visual: afastada apenas 500m, implantação enviesada, de maior porte consequência do maior vão a vencer (distância entre as margens é de 300m, contra 210m onde está implantada a Ponte da Arrábida), maior extensão atendendo à menor inclinação das encostas, etc.. Funcionalidade: ponte mista rodoviária e de metro, implicando uma multiplicação das possibilidades de utilização do automóvel, um meio de transporte que se quer afastado dos centros urbanos, e desincentivando o uso do metro; não teria apoio construir uma nova ponte exclusiva para o metro; Custo: 32milhões de euros, no final compara-se com o que venho propor ou qualquer outra solução a implementar na Ponte da arrábida Adaptação da Ponte da Arrábida à passagem do metro ligeiro Tiago Pinto – Dissertação em Estruturas - MIEC 2011

5 1. Introdução Ponte da Arrábida arco de betão armado
autoria Eng.º Edgar Cardoso processo de classificação como Monumento Nacional Toda a gente conhece esta obra, mas considero importante realçar alguns aspectos estruturais. Em projecto o maior arco de betão armado do mundo, com 270m de vão para 52m de flecha; Dupla costela ligada por uma malha de contraventamentos; Cada costela possui 8m de largura e altura variável desde 4,5m nos encontros até 3m no fecho. Os contraventamentos são em formato de Cruz de Santo André, ligando as costelas ao nível dos dois banzos, perfazendo o espaçamento de 7,6m. O tabuleiro é superior, apoiado em quatro pilares que ligam ao arco ou ao solo, nas zonas em viaduto; Tem vão de 21m, sem utilização de pré-esforço, tal como em toda a estrutura; constituído por 12 vigas longitudinais de altura variável que descarregam em carlingas transversais. A ligar o tabuleiro aos encontros do arco, em cada topo encontram-se duas pilastras de grandes dimensões, com secção quadrada oca de largura aparente de 4m. Estas pilastras encontram-se ligadas junto ao tabuleiro por um pórtico. Da autoria do Mestre Edgar Cardoso, neste momento está em processo de classificação como Monumento Nacional. Adaptação da Ponte da Arrábida à passagem do metro ligeiro Tiago Pinto – Dissertação em Estruturas - MIEC 2011

6 sobre o tabuleiro existente
Configuração actual 2. Concepção de soluções Circulação do metro sobre o tabuleiro existente estrutura inferior estrutura superior Configuração 2 vias de metro + 2x2 vias rodoviárias Configuração 1 via de metro + 3x3 vias rodoviárias Analisei soluções de circulação do metro sobre o tabuleiro existente, em estrutura inferior e em estrutura superior. Esta última não foi desenvolvida na apresentação por ser a que menos argumentos tem a favor, sendo rapidamente abandonada. A configuração actual do tabuleiro tem 3 vias de circulação rodoviária e dois passeios para peões com 2,60m de largura; Sobre o tabuleiro existente analisaram-se duas soluções. Quaisquer outras implicam o alargamento do tabuleiro e provável reforço da restante estrutura, não sendo portanto justificáveis. A primeira solução passa por 2 vias de metro e 2 vias rodoviárias, eliminando assim 1 via rodoviária em cada sentido. O argumento mais forte contra esta solução é a diminuição do número de vias rodoviárias, algo que muito dificilmente terá qualquer apoio. A segunda solução mantém o número actual de vias rodoviárias, utilizando assim uma via de metro reversível, algo que a Metro do Porto quer evitar. Este tipo de via apresenta problemas operacionais. Em caso de avaria da via ou de um veículo a linha fica totalmente inoperável. Além deste argumento , a largura dos passeios fica reduzida a apenas 1m, ou seja, assume um carácter de utilização apenas em situações de emergência. Ambas as soluções têm como pontos negativos a diminuição da largura dos passeios para peões, os eventuais problemas de segurança associados à colocação do metro tão próximo de vias rodoviárias com perfil de auto-estrada, o impacto visual associado à estrutura do metro e a necessidade de construção de túneis de acesso após a ponte. Adaptação da Ponte da Arrábida à passagem do metro ligeiro Tiago Pinto – Dissertação em Estruturas - MIEC 2011

7 Totalmente em viga caixão – solução adoptada
2. Concepção de soluções Totalmente em laje vigada Viga caixão + Laje vigada estrutura inferior Hipótese eliminada Hipótese eliminada Hipótese eliminada Totalmente em viga caixão – solução adoptada Atendendo às restrições causadas pela colocação do metro sobre o tabuleiro existente optei por uma solução em estrutura inferior. Este tipo de solução é mais funcional, resolvendo os problemas operacionais descritos anteriormente e permitindo a circulação do metro em via totalmente segregada do restante tráfego, não interferindo com as vias rodoviárias e passeios para peões. A primeira solução analisada em estrutura inferior foi uma hipótese com tabuleiro totalmente em laje vigada. O critério utilizado foi o de manter a altura necessária para o metro sem necessitar de efectuar alterações no tabuleiro existente. Desta forma, foi necessário na zona central atirantar o tabuleiro, passando este num plano inferior ao do arco. Do ponto de vista estético esta hipótese é muito ostensiva, sendo assim eliminada. No sentido de não ultrapassar o plano inferior do arco, surgem assim duas soluções mistas laje vigada com viga caixão na zona central. Estas implicam a demolição de uma faixa transversal do tabuleiro existente correspondente à largura da viga caixão na zona do fecho. A distinção entre as duas, como é possível observar, reside na inclinação do tabuleiro. Apesar de significativamente melhores comparativamente com a primeira, ainda assim são consideradas como demasiado visíveis. Desta forma, surge a solução de utilizar um tabuleiro totalmente em viga caixão ao longo de toda a extensão ao longitudinal, encaixado no tabuleiro existente. Do ponto de vista estético é sem dúvida a opção menos visível, sendo esta a solução adoptada e detalhada em capítulos posteriores. Adaptação da Ponte da Arrábida à passagem do metro ligeiro Tiago Pinto – Dissertação em Estruturas - MIEC 2011

8 3. Descrição da solução adoptada
Implantação Largura necessária 7,52m Raio mínimo 50m Requisitos de traçado do Metro do Porto Topografia Vias de circulação rodoviária nas encostas Estrutura existente Condicionantes Acessos Impacto visual Neste slide é possível observar as condicionantes mais importantes consideradas para a implantação da solução. A solução adoptada é implantada praticamente em toda a sua extensão na zona central do tabuleiro existente. Na figura está representada a vermelho a implantação da nova estrutura e a amarelo os seus acessos, em conformidade com as propostas de alargamento da rede de metro referidas anteriormente. Os requisitos de traçado do Metro do Porto implicam uma largura mínima de 7,52m, incluindo caminhos de evacuação, condicionante para as dimensões da viga caixão. Ao nível das curvas de acesso sobre as encostas foi respeitado o raio mínimo permitido de 50m. Sobre as encostas foi também respeitada a altura mínima livre sobre as vias rodoviárias existentes, tal como a Via Panorâmica e Acessos à VCI do lado do Porto e o Túnel de Ceuta do lado de Gaia. Altura livre de 5m Adaptação da Ponte da Arrábida à passagem do metro ligeiro Tiago Pinto – Dissertação em Estruturas - MIEC 2011

9 3. Descrição da solução adoptada
Configuração 3x3 vias rodoviárias + 2 vias de metro inferiores A configuração da solução adoptada possui assim duas vias de circulação em viga caixão inferiores ao actual tabuleiro. O critério de colocação vertical da viga caixão foi o de não ultrapassar o plano inferior do arco na zona do fecho. Desta forma foi necessário elevar o pavimento do tabuleiro existente cerca de meio metro, não tendo esta acção qualquer impacto visual pois encontra-se encoberta pelas guardas existentes. (a ligação transversal da viga caixão ao tabuleiro existente, de forma a controlar as diferentes deformações associadas à utilização de materiais diferentes, pode ser efectuada com uma espécie de laje de transição, ou seja, ligar com armaduras a viga caixão ao enchimento; de forma a reduzir os assentamentos também pode ser utilizada uma laje mista com maior espessura de betão superior, diminuindo a espessura de betão aligeirado com EPS; para minimizar o peso próprio pode ser utilizada uma estrutura intermédia de apoio à laje com blocos de espaçamento compatível com o vão admissível da laje superior em betão; para controlar a instabilidade do tabuleiro existente pode ser efectuada uma ligação com recurso a consolas curtas e armaduras a ligar a laje existente à viga caixão) Secção transversal em alinhamento recto Adaptação da Ponte da Arrábida à passagem do metro ligeiro Tiago Pinto – Dissertação em Estruturas - MIEC 2011

10 3. Descrição da solução adoptada
Viga caixão Secção exterior – 8,12m x 5,26m Área transversal de betão armado – 8,5m2 Secção interior – 34,2m2 Analisando assim o plano de fecho do arco, é necessária a demolição da zona central do tabuleiro numa largura de 8,12m, correspondente a 4 vigas longitudinais. Esta zona, quando a viga caixão se encontra ao nível do arco existente, é a mais crítica transversalmente. Plano de fecho do arco Adaptação da Ponte da Arrábida à passagem do metro ligeiro Tiago Pinto – Dissertação em Estruturas - MIEC 2011

11 3. Descrição da solução adoptada
Plano de pilares Arco adicional Pilares adicionais Altura variável desde 3m nos apoios até 1,82m Aligeiramentos circulares de secção constante Largura constante – 7m Neste corte por um plano de pilares, já afastado da zona central de fecho do arco, é possível observar o arco e pilares adicional. O critério utilizado para colocação dos dois novos pilares foi o de manter o afastamento utilizado nos pilares existentes, por cada costela. O arco adicional está embebido no existente, entre costelas e contraventamentos horizontais. Possui secção transversal de largura constante de 7m e altura variável desde 3m nos encontros até 1,82m, quando se funde com a viga caixão. Apresenta aligeiramentos circulares de secção constante ao longo do desenvolvimento. Os pilares adicionais apresentam secção transversal igual à dos existentes. Adaptação da Ponte da Arrábida à passagem do metro ligeiro Tiago Pinto – Dissertação em Estruturas - MIEC 2011

12 Alçado da nova estrutura
3. Descrição da solução adoptada Nesta imagem é possível observar o alçado da nova estrutura. Ao nível do fecho do arco, quando fizer a transição para o próximo slide é possível observar que se mantêm a aparência actual da estrutura. Vai-se ver também que o novo arco se encontra embebido no existente, com secção de dimensões inferiores. Alçado da nova estrutura Adaptação da Ponte da Arrábida à passagem do metro ligeiro Tiago Pinto – Dissertação em Estruturas - MIEC 2011

13 Alçado final com as duas estruturas
3. Descrição da solução adoptada Como vêm, mantém-se a curva original característica do arco da Ponte da Arrábida. A viga caixão, como se vê no detalhe, possui um relevo entre 2,90m e 3,60m abaixo do tabuleiro existente. Alçado final com as duas estruturas Adaptação da Ponte da Arrábida à passagem do metro ligeiro Tiago Pinto – Dissertação em Estruturas - MIEC 2011

14 3. Descrição da solução adoptada
Zona das pilastras Reforço das pilastras aumento da secção transversal Demolição e reconstrução dos pórticos Na zona das pilastras são necessárias alterações de reforço das mesmas, optando-se pelo aumento da sua secção transversal abaixo do plano do pórtico. É também necessária a demolição e reconstrução do pórtico, aumentando-se de forma aparente a sua secção para permitir a passagem da viga caixão. Como é possível observar nas imagens, as alterações implementadas não apresentam um impacto visual muito significativo. Optei por não utilizar um pilar central pois considerei que tal implicaria uma alteração estética marcante. Actual Projectado Adaptação da Ponte da Arrábida à passagem do metro ligeiro Tiago Pinto – Dissertação em Estruturas - MIEC 2011

15 4. Análise e pré-dimensionamento
Modelo Local Comportamento transversal da viga caixão Modelo Global Comportamento global da nova estrutura Análise estática linear da NOVA estrutura Acções consideradas Cargas Permanentes Peso próprio estrutural Peso próprio não estrutural Sobrecargas verticais Metro ligeiro Veículo Eurotram Sobrecarga rodoviária Uniforme Cargas concentradas Sobrecargas horizontais Vento Descrita a solução adoptada é necessário explicar procedimento de cálculo utilizado para o seu pré-dimensionamento. Foram efectuados dois modelos: Um modelo local para estudo do comportamento transversal da viga caixão; e um modelo global para analisar o comportamento global da nova estrutura. As acções consideradas são as comuns, utilizando-se o veículo real para análise da sobrecarga do metro. Adaptação da Ponte da Arrábida à passagem do metro ligeiro Tiago Pinto – Dissertação em Estruturas - MIEC 2011

16 4. Análise e pré-dimensionamento
Modelo Local Comportamento transversal da viga caixão Elementos finitos de casca Modelo reduzido de um tramo com 21,2m de extensão Deslocamentos Mapas de momentos flectores Combinação δ (cm) L/δ Característica 0,5 1624 ELU 1,4 580 Elevada rigidez da viga caixão cumpre EC2 O modelo local é constituído por elementos finitos de casca, modelando-se o tramo típico entre pilares. Mapa de momentos flectores utilizado para o dimensionamento transversal da viga caixão. Como é possível observar, esta apresenta um comportamento maioritariamente transversal. Os deslocamentos observados, dada a elevada rigidez da viga caixão, respeitam as disposições previstas no EC2. Banzo inferior – direcção transversal (direita) e longitudinal (esquerda) Adaptação da Ponte da Arrábida à passagem do metro ligeiro Tiago Pinto – Dissertação em Estruturas - MIEC 2011

17 4. Análise e pré-dimensionamento
Modelo Global Comportamento global da nova estrutura Alçado Modelo tridimensional Elementos finitos de barra Perspectiva Modelação dos elementos estruturais da nova estrutura O modelo global de análise da nova estrutura é do tipo barra e tridimensional. Utiliza secções da biblioteca do Robot e, quando tal não é possível, secções definidas pelas suas características geométricas. Secções da biblioteca do Robot Adaptação da Ponte da Arrábida à passagem do metro ligeiro Tiago Pinto – Dissertação em Estruturas - MIEC 2011

18 4. Análise e pré-dimensionamento
Modelo Global Comportamento global da nova estrutura Diagrama de esforços axiais Diagrama de momentos flectores segundo y Deslocamentos Esforços máximos - ELU Combinação δ (cm) L/δ P.P. Estrutural 8,4 250 Característica (sobrecarga) 2,0 1060 Secção NEd (kN) Med (kNm) Arco 30 000 Viga Caixão Pilares -4 600 5 750 Pilastras Os diagramas de esforços axiais e momentos flectores demonstram o comportamento praticamente em compressão simples do arco e a rigidez da viga ciaxão. Os deslocamentos obtidos respeitam os pressupostos definidos no EC0 para pontes ferroviárias. (o regulamento está definido para vão entre pilares e este é o deslocamento total; o deslocamento devido ao peso próprio estrutural é praticamente devido à deformação do arco, podendo ser recuperado com a utilização de uma contra flecha; considero que este limite deve ser analisado apenas para as sobrecargas pois o restante, mesmo sem utilizar contra-flecha, é incluído na colocação da via.) Limite do EC0 para pontes ferroviárias: L/540 Vão de 21,20m ,9cm Adaptação da Ponte da Arrábida à passagem do metro ligeiro Tiago Pinto – Dissertação em Estruturas - MIEC 2011

19 4. Análise e pré-dimensionamento
Análise da NOVA estrutura Armaduras longitudinais (secções de armadura máxima) Secção Tipo As (cm2) ρ (%) Arco Flexão Composta Armadura mínima Fecho do arco – laje inferior Compressão Simples 857 3,5 Viga caixão – vigas 545 2,3 Pilares 200 2,1 Pilastras (coroamento) 1 300 1,1 Neste quadro estão representadas as percentagens de armadura para as secções sujeitas aos esforços máximos. Adaptação da Ponte da Arrábida à passagem do metro ligeiro Tiago Pinto – Dissertação em Estruturas - MIEC 2011

20 5. Processo construtivo Arco existente como cimbre para o novo arco
Controlo de tensões no arco existente Betonagem faseada Estrutura de suporte transversal Estrutura metálica Espaçamento 5,5m Relativamente ao processo construtivo, a etapa mais importante é a utilização do arco existente como cimbre para o novo arco. Nesse sentido, foi necessário efectuar um controlo das tensões no arco existente durante a betonagem. Esta betonagem também deve ser efectuada de forma faseada e não contínua. Ao nível transversal durante a construção, é necessária uma estrutura que transfira as cargas do novo arco para o arco existente. Sugiro a utilização de uma estrutura metálica em pórtico, espaçada 5,5m, devido às restrições dos contraventamentos. (após a betonagem devem ser eliminadas de forma gradual as ligações ao arco existente, para ser controlado também o nível de tensões... ou seja, o novo arco deve entrar em funcionamento gradualmente; após entrada em funcionamento do novo arco bastam ligações simples para impedir a instabilidade lateral devido a vibrações e fenómenos de encurvadura; durante a betonagem, nas fases mais críticas, deve ser controlado o comportamento da estrutura e limitar, se necessário, as vibrações, pela restrição do tráfego pesado, limitação da velocidade máxima, trabalhos em tramos longitudinais de comprimento reduzido, etc...) Adaptação da Ponte da Arrábida à passagem do metro ligeiro Tiago Pinto – Dissertação em Estruturas - MIEC 2011

21 Arco existente como cimbre
5. Processo construtivo Faseamento construtivo – 3 zonas Tramo a tramo Cavalete metálico Cofragem viajante para a viga caixão com a extensão de um tramo Zona das pilastras Zona em viaduto Zona sobre o arco Arco existente como cimbre para o novo arco Cavalete metálico apoiado no novo arco Cavalete metálico apoiado no solo Cavalete metálico apoiado no solo Reforço das pilastras Reconstrução dos pórticos Viga caixão O processo construtivo adoptado é do tipo tramo a tramo, com recurso a um cavalete metálico para construção dos pilares adicionais e viga caixão. A cofragem da viga caixão pode ser do tipo viajante atendendo aos vãos de comprimento constante nas zonas em alinhamento recto. Divide-se assim, se necessário para construção mais rápida, em 3 zonas, zona das pilastras, zona em viaduto e zona sobre o arco. Na zona das pilastras é efectuado o reforço das mesmas, reconstrução dos pórticos e construção da viga caixão. (nas encostas sobre as vias rodoviárias pode ser utilizada uma treliça, de forma a manter o vão livre na zona de fecho do arco pode ser utilizado um pórtico apoiado no tabuleiro existente com uma estrutura inferior atirantada ou apoiada em guinchos para suporte à construção da viga caixão ) Pilares adicionais Viga caixão Pilares adicionais Viga caixão Adaptação da Ponte da Arrábida à passagem do metro ligeiro Tiago Pinto – Dissertação em Estruturas - MIEC 2011

22 Custo estimado para a intervenção
6. Estimativa orçamental Custo estimado para a intervenção ,00€ O custo estimado para a intervenção é de 6 milhões e 750mil €, conforme referi muito inferior ao da construção da nova ponte, menos de 25% dos 32milhões da ponte projectada por Adão da Fonseca. O custo da solução concentra-se principalmente na parcela estrutural, representando o novo tabuleiro em viga caixão mais de 50% deste custo. Adaptação da Ponte da Arrábida à passagem do metro ligeiro Tiago Pinto – Dissertação em Estruturas - MIEC 2011

23 7. Impacto visual Actual Projectado
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24 7. Impacto visual Actual Projectado
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25 7. Impacto visual Projectado
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26 8. Comentário final Aspectos positivos Aspectos a reconsiderar
Configuração actual rodoviária e pedonal mantida Tráfego de metro ligeiro em via dupla respeitando os Critérios de Traçado Custo muito inferior ao da construção de uma nova ponte Requalificação urbana inerente à introdução do metro Aspectos a reconsiderar Integração estética com a estrutura existente particularmente nos viadutos de acesso Necessidade de modificar uma obra em vias de classificação como Monumento Nacional (requalificação urbana numa zona eminentemente automóvel em ambas as margens, promovendo a circulação pedonal associada aos projectos do metro) Adaptação da Ponte da Arrábida à passagem do metro ligeiro Tiago Pinto – Dissertação em Estruturas - MIEC 2011