O que fazer quando uma estrutura sofre um colapso parcial devido à uma colisão e é necessário atuar rápido na sua recuperação?

Neste artigo, você vai entender como um trabalho técnico bem-feito e rigoroso, aliado às soluções estudadas e personalizadas de Engenharia pode transformar uma estrutura com elementos comprometidos em um ativo seguro e confiável. Acompanhe no texto a seguir os passos realizados para uma recuperação estrutural eficiente e conheça os desafios e aprendizados desse caso bem-sucedido.

O objeto do presente artigo é uma ponte de acesso a um píer de um porto. Trata-se de uma estrutura que marca a paisagem e que, recentemente, passou por um processo de recuperação estrutural.

A ponte de acesso foi construída há quase 20 anos. Na época da construção, a Kot Engenharia foi a empresa responsável pelos cálculos das cargas atuantes na infraestrutura devido ao sistema de cravação de estacas. Para a cravação, foi utilizado um equipamento pesado chamado CantiTraveler. Esse dispositivo foi empregado com sucesso na obra, proporcionando agilidade e qualidade ao empreendimento. O desenho do ativo em questão pode ser visto na Figura 1.

Figura 1 – Ponte de acesso ao píer durante a construção – a Kot foi a empresa responsável pelo cálculo das cargas atuantes durante o processo de cravação das estacas por meio do Cantitraveler.

 

Exposição a riscos marítimos e danos por colisão

A ponte de acesso é uma obra grandiosa, com 80% da sua extensão sobre o mar. Suas estruturas são diretamente afetadas pelas intempéries do oceano. Na prática, trata-se de uma estrutura offshore. As ondas e as correntes sofrem forte influência de um rio situado próximo ao porto, o que adiciona um nível elevado de severidade de risco para a estrutura.

Em situações de mar grosso, não é incomum que embarcações ancoradas na região acabem garrando – termo náutico para quando o ferro arrasta no fundo (a embarcação) – por causa da corrente ou do vento. Como consequência, embarcações podem colidir contra as estruturas de fundação da ponte, e até mesmo contra a superestrutura. Isto depende do tamanho da embarcação, embora esta última condição seja mais rara em função das restrições impostas pela Capitania dos Portos para a navegação na região.

Danos severos nas estruturas de concreto podem ocorrer em caso de choque com embarcação. Devido ao comportamento parcialmente frágil do concreto, a capacidade de absorção de energia é limitada, o que pode provocar danos no material. Nestes casos, a forte ondulação e as correntes contribuem para intensificar as cargas causadas pelas colisões. É fundamental a utilização de defensas elastoméricas nesse tipo de estrutura, mas, devido à sua extensão, torna-se praticamente inviável economicamente a adoção desse sistema em toda a obra.

Um dos eventos de colisão resultou em danos irreversíveis em três tubulões da ponte de acesso, na região de engastamento com a viga transversal de apoio do tabuleiro. Os danos severos podem ser vistos na Figura 2.

Figura 2 – Dano observado na estaca da ponte de acesso devido a colisão de uma embarcação.

Os tubulões da ponte possuem 800mm de diâmetro com geometria tubular, e são executados em concreto protendido. Com os danos nos elementos de infraestrutura, a viga travessa ficou em balanço, e, por uma questão de dimensionamento de projeto, não entrou em colapso, mantendo o tabuleiro estável.

 

Medidas para intervenção segura

O projeto de recuperação estrutural de ponte ficou a cargo da Kot com apoio de uma outra empresa, referência técnica em manutenção e recuperação de pontes no Brasil. A Kot ficou responsável pelos cálculos e projeto do sistema de estabilização e transferência de carga, e a empresa parceira foi a responsável pela especificação e elaboração dos procedimentos relacionados a recuperação das estruturas em concreto armado e em concreto protendido. A obra de recuperação das estruturas foi realizada por uma terceira empresa contratada diretamente pelo cliente final.

 

Monitoramento estrutural e planejamento para garantia de segurança nas intervenções

Foi estabelecido um método de monitoramento topográfico dos deslocamentos da ponte antes de qualquer intervenção com risco a pessoas, de forma a atestar sua estabilidade diariamente, especialmente quanto aos deslocamentos verticais das travessas e deslocamentos verticais e horizontais das estações danificadas. Um modelo em elementos finitos foi elaborado, que serviu como referência para calcular os deslocamentos antes e após o acidente, permitindo comparação e posterior validação com as medições topográficas.

Com os danos causados pela colisão, as estações de fundação perderam totalmente a capacidade de suportar a viga travessa, alterando completamente seu diagrama de momento fletor. A mudança na configuração estrutural das peças foi tão significativa que o seu deslocamento vertical aumentou cerca de 24mm, conforme mostra a Figura 3. Após cerca de uma semana de monitoramento topográfico e com a ponte estabilizada, iniciou-se a sequência de recuperação estrutural. A condição da travessa após a colisão pode ser visualizada na Figura 4.

Figura 3 – Monitoramento topográfico da ponte, recurso utilizado para atestar a estabilidade e a segurança para o início das intervenções de recuperação.

Figura 4- Condição da travessa da ponte após a colisão, o dano na estaca causou uma modificação substancial no diagrama de esforços da peça.

Definida uma sequência apropriada de intervenções para garantir total segurança aos operários da obra e usuários da ponte. Todas as operações foram conduzidas com o transportador de correia que opera sobre a ponte em funcionamento, sem necessidade de interrupção nas atividades do Cliente.

 

Sistema de estabilização e transferência de cargas

Inicialmente foi desenvolvido um sistema mecânico de travamento e estabilização das estruturas, inspirado nos travamentos utilizados durante a construção da ponte. O projeto foi engenhoso e contou com dispositivos para suportar cilindros hidráulicos e possibilitar a segunda fase da obra de recuperação.

O sistema de travamento e estabilização das estacas desenvolvido pode ser visualizado na Figura 5.

Figura 5 – Sistema de travamento e estabilização das estacas desenvolvido foi fundamental para o sucesso da recuperação estrutural.

Com os dispositivos de travamento instalados, foi atingida a condição de estabilização necessária. Em seguida, o tabuleiro foi elevado à sua altura original com cilindros hidráulicos de alta capacidade. A resistência da estação foi mobilizada abaixo da região do dano para reagir aos esforços de levantamento.

O sistema de elevação foi fornecido por uma empresa parceira, especializada em movimentação de grandes cargas. Foi utilizado também o sistema de monitoramento de pressões nos cilindros desenvolvido pela Kot, permitindo o acompanhamento do processo de levantamento de estruturas em tempo real via aplicativo Android.

 

Recuperação estrutural

Com a fase de transferência de cargas concluída com sucesso, as estruturas das estações danificadas foram recuperadas com total segurança. Em fundações de pontes e grandes estruturas, não pode haver dúvidas quanto à integridade estrutural dos elementos. Foram dimensionados reforços estruturais, pois não há métodos capazes de atestar de forma inequívoca a integridade dos elementos de fundação atingidos, especialmente nas regiões de interação solo-estrutura. 

Para o dimensionamento dos reforços, foi desprezada a contribuição das estações danificadas, mesmo após a sua recuperação. Essa decisão de projeto adiciona redundância estrutural, e assegura o sucesso da recuperação.

A solução adotada consistiu na cravação de duas novas estacas por eixo, unidas por uma travessa longitudinal. As novas estacas foram concretadas com camisas metálicas perdidas e a técnica de concreto submerso, sob controle tecnológico de uma empresa parceira nesse desafio.

Para vincular as novas estacas à travessa existente já reforçada, foi utilizado concreto protendido, com cabos de aço atravessando toda a extensão da travessa. As condições de elevação da extremidade da travessa foram determinadas com base nos modelos em elementos finitos desenvolvidos pela Kot. A extremidade da travessa foi erguida com cilindros hidráulicos de forma controlada, garantindo a transferência de cargas da travessa para os novos elementos de fundação.

A situação final da estrutura após a recuperação é apresentada na Figura 6.

Figura 6 – Situação final da estrutura após a recuperação que envolveu a cravação de duas novas estacas, a vinculação com a estrutura existente foi realizada utilizando concreto protendido.

 

Aspectos de ordem prática da obra

Um destaque foi o uso do Sistema QuickDeck para a execução dos acessos, que adicionou segurança e praticidade. Em regiões oceânicas, é necessário apoio constante de embarcações de pequeno porte para resgates em caso de queda no mar.

Toda a cravação foi realizada a partir da parte superior do tabuleiro da ponte, com auxílio de guindastes. O uso de balsas com guindastes foi inviável devido às condições severas do mar onde ventos, ondas e correntes intensas impediam a estabilização dos equipamentos.

Optou-se pela instalação dos guindastes sobre o tabuleiro, o que causou algumas interferências no tráfego de veículos. No entanto, com medidas de desvio e controle, os impactos foram minimizados sem prejuízo à operação.

 

Lições da recuperação estrutural da ponte

Intervenções em estruturas offshore, como essa recuperação de ponte, representam um desafio técnico. O planejamento deve considerar a sazonalidade para aproveitar períodos de melhores condições climáticas. Contudo, em casos emergenciais, como colisões, nem sempre há tempo para aguardar, exigindo criatividade e equipamentos adequados.

O gestor de grandes estruturas deve zelar pelo ativo, além de atuar com obrigação para reduzir o risco de agravamento do dano, principalmente quando existe um periculum in mora. A inação pode resultar inclusive em negativa de coberturas de seguradoras. Neste aspecto, a estabilização imediata da ponte foi decisiva para evitar o agravamento dos danos e manter as operações.

A capacidade estrutural da travessa também foi um ponto muito importante para o sucesso da recuperação, pois mesmo com a perda de uma estaca de apoio, foi capaz de manter o tabuleiro estável sem ruptura. Tal premissa de projeto pode ser definida para novos empreendimentos offshore, qual seja, a consideração de que as peças em concreto não podem romper caso haja eliminação do apoio mais extremo, que é o mais suscetível a uma colisão de embarcação.

A utilização de acessos seguros e de fácil instalação foi fundamental para o sucesso da obra de recuperação. Além de proporcionar uma condição segura para os operários, a existência de acessos espaçosos permite uma fiscalização de obra mais efetiva, além de proporcionar um melhor acesso para o transporte de equipamentos e ferramentas para a execução.

 

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