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Uma obra extraordinária e em tempo recorde

A Dimensional expandiu os horizontes da sua Engenharia, e da Engenharia Fluminense, ao utilizar soluções técnicas arrojadas de execução e de planejamento para viabilizar a implantação e o cronograma desta importante obra.

Três Rios é um município brasileiro do Estado do Rio de Janeiro. Situado na região Centro-sul Fluminense, é o município com a maior população da região, com 101 845 habitantes. A cidade integra a Micro região de Três Rios a região Centro-Sul Fluminense, sendo um dos mais importantes municípios dessa aglomeração, pelo fato do grande comércio e principalmente por ter atraído grandes indústrias.
A cidade está localizada no maior entroncamento rodo ferroviário do Estado do Rio de Janeiro.
De um lado da linha férrea, ficam os bairros de Jardim Primavera, Monte Castelo, Santa Rosa, Santa Teresinha e Boa União, entre outros, onde funcionam serviços públicos importantes para a população, como o hospital público, o Corpo de Bombeiros, o Batalhão de Polícia Militar, a Delegacia Legal, entre outros, e, do outro lado, está o centro comercial.
O viaduto é considerada a obra mais importante da história de Três Rios por acabar com um problema reclamado pela população há 73 anos: a passagem de nível da linha férrea. Quando da sua construção, segundo os números divulgados pela MRS, concessionária da ferrovia federal que transporta minérios de Minas Gerais para os portos do Rio, 96 composições cruzavam diariamente a cidade, cada uma com um tempo médio de interdição do tráfego de carros e pessoas de um lado para o outro de sete minutos, perfazendo um total de 11 horas de paralisação diária, impossibilitando neste período o acesso a serviços de caráter de atendimento urgente e paralisando o tráfego local.

O viaduto foi feito em onze meses, tem 325 metros de extensão total considerando as cabeceiras, com nove metros de largura em mão dupla, além de uma passarela para pedestres, tendo nas suas extremidades as ruas Duque de Caxias e Maçonaria. A obra faz parte de um projeto de readequação da infraestrutura urbana desenviolvido pela prefeitura diante do momento de crescimento econômico e social do município.

O viaduto possui extensão elevada de 284,00 metros, composta por 02 rampas de acesso em solo armado com 45,00m e 65,00m de comprimento, 5 vãos em concreto protendido, sendo 03 vãos de 20,00 m construídos em laje contínua, diminuindo a quantidade de juntas transversais, 01 vão de 30,00 m e 01 vão de 35,00 m, além de 01 vão central em arco metálico sobre a via férrea medindo 50,80 m. Sua largura total é de 9,00 m, as faixas de rolamento possuem 3,50 m de largura, regime de mão dupla, acrescentando-se duas faixas de segurança nas laterais, à direita do fluxo de tráfego, com largura de 0,60 m cada.
Os principais fatores complicadores da implantação dessa obra de arte especial eram (i) o tráfego intenso das vias, sem a possibilidade de interrupção com desvio do trânsito, (ii) o gabarito mínimo de altura e de largura exigido para transpor a linha férrea, (iii) os pontos de interseção com as ruas transversais, que delimitavam o comprimento máximo do viaduto, (iv) a inclinação máxima admissível, que determinava o desenvolvimento mínimo do viaduto, (v) o enorme vão central, (vi) a impossibilidade de interrupção da linha férrea, (vii) o cronograma apertado de entrega da obra, (viii) a impossibilidade de trabalho na projeção da linha férrea antes do término do processo de licenciamento, entre outros.
Apesar do cronograma desafiador, a Dimensional não dispensou a checagem prévia das fundações, da estrutura de concreto e da estrutura metálica com o auxílio de consultores técnicos especializados que desenvolveram as atividades de CQP – Controle de Qualidade dos Projetos. A Dimensional acredita que é possível realizar obras com velocidade e solidez simultaneamente.
As fundações dimensionadas são estacas tipo raiz de grande diâmetro, de Ø 450mm, ancoradas em rocha sã, interligadas por blocos de coroamento de concreto armado de alto desempenho (CAD).
A mesoestrutura é formada por blocos, encontros, pilares e travessas em concreto armado de alto desempenho (CAD), moldados “in loco”.

Os acessos ao viaduto são formados por 02 rampas em solo armado, confeccionados em placas pré-moldadas (escamas) de concreto armado fixadas por tirantes em aço com tratamento anti-corrosão por intermédio do processo de galvanização, para travamento das peças de montagem no maciço. A terraplenagem das rampas foi executada com material proveniente de jazida com CBR maior que 18 e expansão menor que 2%, compactado a 100% do Proctor Normal. As placas foram moldadas no próprio canteiro de obras, em uma fábrica de pré-moldados construída para confeccionar esses elementos menores. Devido à falta de espaço disponível, inviabilizando a estocagem de grandes quantidades de placas, foi utilizado o Fast Tracking, com execução simultânea de moldagem e lançamento com aterro das placas, trabalhando com a filosofia Just in Time para a fabricação dos pré moldados, respeitando sempre o seu tempo de cura e endurecimento do concreto, com a utilização de cimento CP-V ARI. Para confinamento do tráfego das rampas de aceso foi implantada uma barreira rígida, tipo new Jersey, em concreto leve moldado “in loco” com eletrodutos embutidos para implantação de iluminação lateral.

A superestrutura é mista em concreto protendido e estrutura metálica. A construção do arco metálico foi realizada deslocada de sua projeção final, apoiado sobre roletes montados em torres provisórias com alinhamento longitudinal coincidente com o previsto em projeto e em torno de 7,00 m acima do nível da rua, sendo posteriormente lançada longitudinalmente com o auxílio de guindastes e guinchos para o seu vão definitivo sobre a via férrea, em uma operação complicadíssima e ousada, sem interrupção do tráfego de trens e automóveis no período. Este é o primeiro viaduto em arco metálico com lançamento longitudinal que se tem registro no Brasil.
Para viabilizar este arrasto, foram construídas torres provisórias e anexado ao arco um bico de lançamento. Como forma de evitar o efeito de adernamento da ponta da estrutura durante o lançamento, realizado aumentando a parte em balanço sucessivamente até alcançar o próximo apoio, foi necessário a utilização de um contrapeso na parte de trás do arco. A solução adotada, focando na economia de recursos, foi a colocação das lajes pré-fabricadas do próprio tabuleiro superpostas para cumprir o papel desse contrapeso.
A Dimensional aproveitou em sua plenitude as possibilidades geradas pelo lançamento longitudinal do vão central, utilizando amplamente o Fast Tracking no planejamento e execução desta obra. O arco metálico foi montado paralelamente ao licenciamento da obra na projeção da ferrovia, bem como simultaneamente à execução de fundação e concretagem de pilares de apoio. Todos os segmentos do viaduto, em concreto, em metálica e em solo confinado, foram atacados simultaneamente. O projeto executivo também adotou o FT em suas fases, além da execução da obra em paralelo com alguma parte de projeto.
O Fast Tracking consiste na decisão de realizar simultaneamente tarefas que originalmente no cronograma deveriam ser realizadas sequencialmente, ou seja, o início de uma só se daria após o término da outra. O objetivo maior é acelerar a realização das atividades. De acordo com o PMBOK é a “técnica de compressão do cronograma de um projeto específico que altera a lógica de rede para sobrepor fases que normalmente seriam realizadas em sequência, como a fase de projeto e a fase de construção, ou para realizar atividades do cronograma em paralelo”.
Outras técnicas estruturais diferenciadas adotas neste empreendimento foram a laje de continuidade e a consolidação in loco de vigas protendidas, com o chamado fio de ligação. A laje de continuidade é uma pré laje mais fina no topo das travessas que liga as duas lajes que ficam apoiadas nas longarinas protendidas. Como é flexível, a laje de continuidade permite a deformação dos elementos estruturais que conecta sem a necessidade de utilização de juntas de dilatação, proporcionando mais conforto aos usuários e diminuindo a manutenção futura.
A consolidação in loco das vigas protendidas de grandes dimensões, permitindo o seu transporte rodoviário em grandes distâncias também é uma técnica inovadora. Foram utilizados berços metálicos para montagem e alinhamento das partes das vigas, bem como feixes laser, garantindo a precisão necessária para a concretagem da peça sem surgimento de esforços não previstos. Após a colocação da armadura convencional e da conexão das bainhas para a inserção das cordoalhas de protensão é realizado o grouteamento. Com o grout na resistência adequada, são inseridas as cordoalhas e a viga é protendida em campo antes do seu lançamento.
O trem tipo de cálculo do viaduto é o TT-45 da NBR 7188, além de demais carregamentos da norma brasileira. O arco metálico é constituído por estrutura metálica em perfis soldados – Aço patinavel USI-SAC 350 da USIMINAS, fy≥345MPa, equivalente ao aço ASTM-A588 Gr50, com conectores de cisalhamento tipo pino com cabeça que ligam o tabuleiro às seções transversais das transversinas metálicas. Todos os cálculos foram baseados nas normas vigentes do país, dentre elas a NBR 7188 (Cargas Móveis para Projeto Estrutural de Obras Ferroviárias), bem como a AASHTO e DIN.

As características dos materiais definidos em projeto para a obra da estrutura metálicasão os seguintes:
• Aço patinavel USI SAC350 da USIMINAS, fy≥345MPa, equivalente ao aço ASTM-A588 Gr50com tensão de escoamento de 3,6t/cm² para chapas.
• Concreto do tabuleiro – fck≥35MPa
• Solda AWS E70XX
• Aparelhos de apoio tipo Neoprene Fretado

No arco metálico foram instalados 34 pontos de iluminação com a utilização de projetor à LED com comprimento de 400mm, grau de estanqueidade IP 67, em perfil de alumínio extrudado, vedado com silicone, pintura eletrostática, com projetor em vidro resistente a choques mecânicos (resistência IK 07), incluindo lâmpada LED de alta potência (1,2W/LED) RGB, com lente, regulador de corrente, com controladores DMX para variações de cores e intensidade de luz, acessórios, reator, capacitor e ignitor. A programação visual da iluminação do arco pode ser modificada remotamente através de conexão GPRS instalada no controlador.
Para evitar que houvesse um confronto visual entre a iluminação estrutura do arco metálico e convencionais postes de iluminação pública, adotou-se o sistema de iluminação embutida no guarda-rodas, contendo 58 pontos de iluminação com projetor radial com grau de proteção IP 65, em alumínio anodizado com difusor em vidro resistente a choques térmicos e mecânicos, incluindo lâmpada MVM 150W, acessórios, reator, capacitor e ignitor.
A Pavimentação foi executada em concreto asfáltico usinado a quente, com espessura de 8cm, sendo executadas duas camadas de 4cm em toda a sua extensão.
Foi utilizado para acabamento dos pilares e guarda rodas revestimento em Alucobond, conferindo um tom moderno ao conjunto arquitetônico da obra, em consonancia com o arco metálico do vão central.

O viaduto possui guarda rodas em concreto armado (New Jersey), moldados “in loco”em ambos os lados, além de sinalização horizontal e vertical em toda sua extensão, visando à segurança necessária para todos os usuários do empreendimento.

1. ETAPAS CONSTRUTIVAS

A obra foi executada em local confinado por vias densamente movimentadas (pedestres e veículos), que não tiveram o trânsito interrompido ao longo do avanço da obra, exceto em pequenos intervalos periódicos, sem prejuízo para a rotina da cidade, com todas as normas de segurança devidamente aplicadas. A seguir apresentamos as etapas de cada serviço individualmente.

1.1 – INFRAESTRUTURA E MESOESTRUTURA

• Estacas tipo raiz de grande diâmetro: Operação executada com equipamento de perfuração MK 1200 M.

1.2 – RAMPA DE ACESSO

• Solo Armado: Lançamento de nova camada de solo para compactação sobre os tirantes de aço, com espalhamento mecânico.
• Compactação do solo: A 100% PN, com utilização de rolo compactador “pé de carneiro” (pata curta) adequado para solos predominantemente arenosos.

• Terraplanagem: Lançamento, preparo e compactação da base de brita graduada sobre as rampas de acesso.

1.3 – SUPERESTRUTURA

• Vigas em concreto protendido: Lançamento das vigas protendidas de 20,00 m, (lado da Av.Condessa do Rio Novo), que foram transportadas inteiras da fábrica para o local da obra.
• Lançamento das vigas protendidas  de 20,00 m (lado da Av. Condessa do Rio Novo), que foram transportadas inteiras da fábrica para o local da obra.
• As vigas protendidas de 30,00 m e 34,00 m (lado da Rua Nelson Viana), devido suasdimensões, não puderam ser transportadas (fábrica x obra) em peça única, dessa forma foram divididas em 03 partes, as quais foram consolidadas e protendidas “in loco”.

• Pré-lajes em concreto armado: Lançamento das pré-lajes moldadas na fábrica e transportadas até o local da obra.
• Estrutura em Arco Metálico: Torres de sustentação, montadas sobre base de concreto armado, para apoio da montagem do arco metálico construído a aproximadamente 7,00 m do nível da via.

Para o arrastamento do arco metálico para o vão sobre a via férrea foi acoplado na ponta da estrutura um “bico de prolongamento”, visando diminuir o vão em balanço. Além disso, foram colocados contrapesos no outro extremo da estrutura, utilizando placas pré-moldadas, para garantir o equilíbrio da operação. Para execução do arrastamento foi engastado cabo de aço na extremidade do “bico de prolongamento”, tracionado por guindaste fixo e sobre as torres estruturais foram colocados roletes para viabilizar o deslizamento da estrutura.

• Laje sobre o arco metálico: As pré-lajes foram lançadas por sobre o arco e devidamente posicionadas para posterior concretagem.
• Preparo da armadura para concretagem da laje do arco metálico
• Guarda-roda: Concretagem de guarda roda(New Jersey), em concreto armadomoldado “in loco”.
• Pavimentação: Espalhamento e compactação de CBUQ sobre o arco metálico.

• Paisagismo: Com a construção do viaduto houve a criação de um novo traçado das vias, formando algumas “ilhas” sob o mesmo, onde foram plantadas algumas espécies de vegetação nativa e criação de alguns canteiros de flores sob o viaduto.
• Alucobond: Aplicação de revestimento em painéis de alumínio composto (Alucobond) para acabamento do guarda rodas do viaduto.
• Aplicação de revestimento em painéis de alumínio composto (Alucobond) para acabamento dos pilares do viaduto.
• Sinalização Horizontal: Execução da pintura de faixascom a utilização de equipamentos especializados e instalação de dispositivos de sinalização viária sobre o viaduto e arredores.
• Sinalização Vertical: Instalação de placas de sinalização ao longo do viaduto e arredores, contribuindo para a segurança e bem estar dos usuários do empreendimento.
• Pintura do muro em Solo Armado: A pintura do muro em solo armado foi executada manualmente com tinta específica, na cor de concreto.
• Pintura do Arco Metálico: A pintura do arco metálico foi executada manualmente com tinta óleo específica, na cor branca.
• Iluminação do arco metálico: A iluminação contacom a utilização de projetores com lâmpadas em LED, com controladores DMX para variações de cores e intensidade de luz
• Iluminação do guarda rodas:Instaladoem sistema de embutir, contém 58 pontos de luz com projetor radial e lâmpadas MVM 150W. O sistema foi adotado visando o conforto visual dos usuários do viaduto em períodos noturnos.

2.     CONTROLE TECNOLÓGICO

Em todas as etapas de construção do viaduto foram realizados ensaios de controle tecnológicos pertinentes a cada serviço e material aplicado, prezando pelo fiel cumprimento das diretrizes normativas vigentes, visando sempre a qualidade e segurança do empreendimento em questão. Os trabalhos foram realizados por equipes técnicas especializadas em cada serviço, desenvolvendo-se atividades em campo. Esses ensaios propiciam a avaliação e comprovação do real comportamento da estrutura submetida aos esforços solicitantes previstos.

• Ensaio de integridade das estacas (pit): Foi realizado o ensaio PIT em 100% das estacas, obtendo 100% de aprovação  Ensaio de integridade das estacas (PIT)
• Prova de carregamento dinâmico (PDA):Foi realizado o ensaio PDA nas estacas do bloco do pilar 05 por ser de maior solicitação, tendo apresentado excelente comportamento.
• Ensaio de compactação: Foram feitos ensaios de densidade “in situ” pelo método do frasco de areia.Ensaio de compactação a 100% PN
• Teste de solda: Diversos testes foram executados para garantir a integridade das soldas do arco metálico, tais como líquido penetrante, ultrassom e raio-x.
• Prova de carga estática (Estrutura de concreto armado e protendido)

A execução do ensaio foi baseada nas especificações da norma brasileira da NBR 9607 – Prova de Carga em Estrutura de Concreto Armado e Protendido. Para a realização dos ensaios de prova de carga estática foram utilizados 10 (dez) sensores do tipo transdutor de deslocamento linear (LVDT) que viabilizam uma análise criteriosa, atendendo as recomendações da NBR 9607:1986.

Primeiramente foi elaborado o modelo matemático tridimensional no programa SAP 2000, com base no Método dos Elementos Finitos, do vão de 34 metros da estrutura de concreto objetivando determinar os deslocamentos verticais para a prova de carga estática. A estrutura é composta por 4 (quatro) vigas pré-moldadas de concreto de 1,60 m de altura e vão de 34 m, apoiadas nas extremidades, e laje de concreto com espessura de 20 cm. Na elaboração do modelo matemático foi considerada a geometria e as propriedades dos materiais informadas nos projetos.

No ensaio estático o carregamento foi imposto à estrutura de forma lenta e gradual e os efeitos dinâmicos na estrutura não foram induzidos. O ensaio visa estabelecer a capacidade de carga segura da estrutura. Nesta etapa foram aplicados carregamentos estáticos na estrutura do viaduto, com veículos de pesos conhecidos, e mediram-se as flechas (deslocamentos verticais) do tramo carregado, no meio do vão, quarto do vão e junto a um dos apoios deste tramo.
Conclui-se que o ensaio realizado teve por finalidade avaliar o comportamento da estrutura de concreto antes da entrada em operação, mediante a medição e controle dos efeitos causados pela realização de prova de carga estática. Comparando-se os valores dos deslocamentos teóricos previstos com as flechas medidas em campo, constata-se que o módulo de elasticidade do concreto considerado no modelo matemático é superior ao do concreto da estrutura em referência. Analisando os resultados obtidos com a realização da prova de carga pode-se constatar que a estrutura comportou-se como uma estrutura totalmente elástica. Todos os pontos monitorados apresentaram resultados abaixo dos limites de aceitação, sendo assim pode-se concluir que a estrutura atende com segurança as sobrecargas previstas por norma, trem-tipo (TB-45).

• Prova de carga estática (Estrutura de concreto armado e protendido)

O ensaio é baseado pelo monitoramento realizado com a finalidade de avaliar o comportamento do trecho do Viaduto, executado em estrutura metálica, antes da entrada em operação, mediante a medição e controle dos efeitos causados pela realização de provas de carga estática no vão metálico do viaduto.
Para prever e controlar os deslocamentos decorrentes da realização da prova de carga estática foi necessário elaborar um modelo numérico, sendo que no dia da realização da prova de carga realizou-se um ensaio dinâmico para calibração do modelo. O modelo calibrado possibilita analisar real comportamento da estrutura.

Da mesma forma que no vão em concreto armado protendido, também foi elaborado o modelo matemático tridimensional no programa SAP 2000, com base no Método dos Elementos Finitos, do vão metálico objetivando determinar os deslocamentos verticais para a prova de carga estática e os principais modos de vibração da estrutura para definir o posicionamento dos acelerômetros durante o ensaio dinâmico. A estrutura central do Viaduto é constituída de estrutura metálica e possui um vão livre de 50 m, a estrutura principal é composta por dois arcos e quatorze tirantes metálicos, sendo o tabuleiro de concreto apoiado em vigas metálicas, sendo que as vigas longitudinais estão apoiadas nas extremidades. Na elaboração do modelo matemático foi considerada a geometria e as propriedades dos materiais informadas nos projetos. Após a realização do ensaio dinâmico, o modelo numérico foi calibrado com os resultados obtidos e com isso possibilitando a análise do comportamento da estrutura.
O monitoramento dos deslocamentos (flechas) foi realizado em sete pontos distintos durante a prova de carga estática, sendo estes apresentados no croqui abaixo. O ensaio foi dividido em quatro estágios de carregamento.
Comparando-se os valores dos deslocamentos teóricos previstos com as flechas medidas em campo, constata-se que o comportamento teórico está condizente com a real resposta da estrutura. Analisando os resultados obtidos com a realização da prova de carga pode-se constatar que a estrutura comportou-se como uma estrutura totalmente elástica. Todos os pontos monitorados apresentaram resultados abaixo dos limites de aceitação, sendo assim pode-se concluir que a estrutura atende com segurança as sobrecargas previstas para trem-tipo TB-45.

3. CONTROLE DE QUALIDADE DO PROJETO – CQP

3.1- ANÁLISE GEOTÉCNICA E ESTRUTURAL DAS ESTACAS TIPO RAIZ

• Análises de capacidades geotécnicas das estacas: Com base nas sondagens realizadas, definidas como representativas de cada apoio, foram realizadas análises de capacidades geotécnicas das estacas previstas no projeto de fundação com embutimento de 6m na rocha. As análises mostraram comprimentos de estacas para as cargas de projeto previstas, visando atender o fator de segurança geotécnico mínimo FS =2 previsto na NBR 6122 da ABNT.

• Análise da Capacidade estrutural das estacas: Foram definidas em projeto as seguintes condições estruturais das estacas:
Diâmetro nominal das estacas em solo: 45cm
Diâmetro das estacas em rocha: 34cm
Armadura longitudinal das estacas: 6 barras de aço Ca 50 de 20mm
Armadura transversal (estribos a cada 20cm) aço ca50 de 6,3mm
Concretagem submersa com argamassa de cimento e areia: fck de 20 MP
Conclusões:
A escolha do tipo de solução em estacas tipo raiz diâmetro 45cm em solo com embutimento 6m na rocha com diâmetro de 34cm foi adequada;
As cargas de projeto das estacas raiz de 45 cm estão adequadas;
As estacas com embutimento de 6m na rocha com diâmetro de 34cm informado atendem aos Fatores de Segurança Geotécnico e Estrutural mínimos recomendados na NBR6122.

As estacas foram todas executadas pela Soloteste Engenharia Ltda. considerada empresa especializada e tradicional no mercado.

3.2- VERIFICAÇÃO DA ESTABILIDADE DO VIADUTO

Este relatório tem como objetivo apresentar parecer técnico, visando subsidiar a confiabilidade e qualidade do projeto do viaduto em questão. Como premissa para análise, foram utilizados os seguintes critérios para verificação da estabilidade do viaduto:
• Cargas Permanentes:
Considerou-se além do peso próprio, o peso de um revestimento com espessura média de 7cm e peso especifico de 24kN/m³, e duas barreiras com espessura na base de 40cm e peso de 70kN/m.

• Cargas Variáveis
Considerou-se o carregamento da norma para o trem tipo 450kN – caminhão com 6 rodas com 75kN/ roda e carga de multidão de 5,0kN/m² em toda a pista. Adotou-se o coeficiente de impacto da norma: 1,4 0,007 xl

Normas adotadas: As normas brasileiras da ABNT
NBR 8681- Ações e segurança nas estruturas;
NBR 7188 – Cargas em ponte rodoviária;
NBR 6118 – Projeto de estruturas de concreto;
NBR 7187 – Projeto de pontes de concreto armado e protendido;
NBR 6123 – Vento em edificação;
NBR 6122 – Fundações;

Conclusões:
Após a verificação das cargas permanentes e variáveis a estrutura foi modelada no programa para calculo estrutural. Os resultados para os esforços em todas as peças da estrutura estão dentro dos limites da segurança exigida pelas Normas. A análise dos detalhes apresentados nos projetos, mostrou que os mesmos foram bem desenvolvidos, observando-se os cuidados e as recomendações da boa prática.
O projeto do viaduto está muito bem concebido, bem dimensionado e detalhado, assim como a execução de cada etapa da obra, sendo assim, não houve observações ou restrições a respeito do empreendimento em questão.