ESTUDO E ANÁLISE DE UMA PONTE DE ARAME: UM CASO DE REABILITAÇÃO LUÍS FILIPE BARBOSA MIRANDA Dissertação apresentada à Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto para obtenção do grau de Mestre em Reabilitação do Património Edificado, realizada sob a supervisão dos Professores, João Miranda Guedes, do Departamento de Engenharia Civil da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, e Aníbal Costa, da Secção Autónoma de Engenharia Civil da Universidade de Aveiro. Janeiro de 2006 Aos meus pais RESUMO A presente dissertação tem por objectivo dar a conhecer o estudo de base do projecto de reabilitação de uma ponte suspensa, existente e em avançado estado de degradação, sobre o rio Tâmega, entre as freguesias de Rebordelo (concelho de Amarante) e Arnóia (concelho de Celorico de Basto). Foi desenvolvida ao abrigo de um protocolo estabelecido entre a Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP), por intermédio do Núcleo de Conservação e Reabilitação de Edifícios e Património (NCREP), e a Associação de Municípios do Baixo Tâmega (AMBT). A ponte apresenta uma tipologia simples: um piso de madeira apoiado em barrotes, também de madeira, pendurados por arames em cabos metálicos amarrados nas encostas das margens do rio. Esta tipologia foi adoptada na construção de diversas obras de arte, sobretudo durante os séculos XIX e XX, nomeadamente em países como os Estados Unidos da América, França e Suiça. Em Portugal, teve-se conhecimento de 11 pontes de arame, todas situadas no Norte do País. Pelas características dos materiais que as constituem, são estruturas particularmente sensíveis à acção dos agentes atmosféricos, pelo que na ausência de uma manutenção adequada a sua degradação evolui rapidamente, pondo em causa a segurança de pessoas e bens. Para se proceder à reabilitação da “Ponte de Arame”, nome pelo qual a estrutura é conhecida na região, efectuou-se um estudo aprofundado que envolveu a elaboração de uma síntese histórica e de um conjunto de inspecções que permitiram perceber quais as principais patologias que a afectavam. Esta fase preliminar é fundamental na elaboração de qualquer projecto. Foram em seguida efectuados testes laboratoriais que incluíram ensaios de tracção e observações microscópicas para a determinação das características dos arames utilizados na construção da ponte. A madeira foi apenas alvo da determinação da sua massa volúmica, depois de se ter identificado a sua espécie, o eucalipto. Foram ainda efectuados ensaios dinâmicos in situ que permitiram a identificação das frequências fundamentais da ponte. Todos estes ensaios contaram com a contribuição de especialistas das respectivas áreas. A estrutura foi modelada num programa de cálculo automático. Verificou-se que não apresentava capacidade resistente às solicitações regulamentares pelo que se propôs o seu reforço. Esta operação passou pela inclusão de cabos de alta resistência paralelamente aos existentes e pela substituição do pavimento por outro semelhante mas utilizando uma madeira com maior durabilidade natural, o IPE. A solução de reforço previu ainda a inclusão de um sistema de tirantes com a finalidade de melhorar o comportamento dinâmico da estrutura. ABSTRACT This work aims to study the behaviour and suggest a rehabilitation/strengthening procedure to implement on a wire suspended bridge that crosses the River Tâmega and links two small villages on the North of Portugal: Rebordelo (municipal of Amarante) and Arnóia (municipal of Celorico de Basto). The bridge demands urgent intervention measures. The bridge consists of a wooden deck supported by wooden beams suspended by wires to wire cables anchored directly in the rock. This system had a large use at the beginning of the XIX and XX century, especially in countries like the USA, France and Switzerland. A short investigation identified 11 wire bridges in the North of Portugal using the same constructive system. However since these structures are made with materials that are quite vulnerable to the atmospheric agents and are not correctly preserved in most cases they present a low security level. The intervention process involved inspections as well as a large experimental campaign for the characterization of the materials to identify the structure. These studies were carried out with the contribution of different specialists in the mechanical and metallurgical fields. The bridge safety conditions were analysed using a structural numerical software. The results confirmed the inability of the bridge to sustain the design loads and enforced the study of a reinforcing procedure using high strength cables and a new deck using a higher resistance wood, the IPE. The dynamic behaviour was also improved with the inclusion of horizontal ties to increase the frequencies of the transversal vibration modes. As a final global objective, this work aims contributing to increase the value and significance of built heritage, highlighting the importance of a good knowledge of the materials and their preservation conditions, and of its structural behaviour, to support a sustainable intervention. AGRADECIMENTOS Terminada esta caminhada de dois anos, guardarei para sempre na minha memória todos aqueles que influenciaram os meus pensamentos e decisões e com os quais pude partilhar algumas ideias. (cid:190) Ao Professor João Miranda Guedes, por ter perdido tempo com discussões e explicações com um mero recém-licenciado. De facto a sua grandeza está na simplicidade. Obrigado pelos constantes incentivos, paciência, e genuína amizade sem as quais não teria chegado ao termo deste trabalho. (cid:190) Ao Professor Aníbal Costa por ter acreditado que eu era capaz de levar a bom porto este trabalho, pelo apoio e interesse contínuo, pela preocupação para que nada faltasse no desenvolvimento desta dissertação e, acima de tudo, pela sua amizade. (cid:190) À Associação de Municípios do Baixo Tâmega e ao Gabinete de Apoio Técnico do Baixo Tâmega, por ter criado condições para o desenvolvimento deste trabalho. (cid:190) À Professora Filomena Viana do Departamento de engenharia Metalúrgica e de Materiais da FEUP, por toda a ajuda prestada na caracterização das propriedades dos materiais e pelos concelhos dados, em especial no que se refere ao Capítulo 4. (cid:190) Ao professor Miguel Figueiredo e ao colega Rui Silva, do Departamento de Engenharia Mecânica e Gestão Industrial da FEUP, pelo apoio prestado na realização dos ensaios de tracção bem como na interpretação dos seus resultados. (cid:190) Ao Eng.º Carlos Sá do Centro de Materiais da Universidade do Porto, pelo apoio na realização das observações ao Microscópio Electrónico de Varrimento. (cid:190) Ao professor Carlos Sousa Oliveira, do Instituto Superior Técnico pela colaboração prestada nos ensaios dinâmicos efectuados. (cid:190) À Eng.ª Esmeralda Paupério do Núcleo de Conservação e Reabilitação d´Edifícios e Património da FEUP, pelo apoio sempre presente e por partilhar a sua imensa experiência na área da Reabilitação do Património em benefício deste trabalho. (cid:190) À Câmara Municipal de Ribeira de Pena, na pessoa do seu Vereador João Gomes pelo auxilio no levantamento das pontes existentes na região. (cid:190) Ao professor Amorim Faria, que me pôde aconselhar quanto às melhores soluções a adoptar para a área das madeiras, ao professor Nelson Vila Pouca, por explicar de forma tão simples problemas, por vezes, tão complexos, ao professor Rui Calçada e ao Eng. Pedro Neto, pelo apoio prestado na área das fundações. (cid:190) Ao professor António Arêde pelos constantes conselhos, amizade e interesse demonstrado. (cid:190) À professora Ana Maria Sarmento e ao professor Joaquim Sarmento pelo interesse demonstrado e esclarecimentos prestados comentários que me souberam transmitir e que ajudaram a criar bases sólidas. (cid:190) A todos os professores da parte curricular do mestrado que me abriram os horizontes acerca do tema da Reabilitação. (cid:190) Às empresas que me puderam aconselhar sobre algumas questões, transmitindo-me alguma sensibilidade prática. Destes quero lembrar pelo interesse demonstrado, o Eng.º Manuel Vieira e o Eng.º Paulo Margaça. (cid:190) Ao Sr. Valdemar, colaborador do LESE, pela forma eficaz e divertida com resolvia os problemas de natureza prática que surgiam. (cid:190) Aos colegas mais velhos pelos conselhos que me puderam dar. Destes gostaria de lembrar o Xavier Romão, a Cristina Costa, o Nuno Neves, e o Pedro Quintela. (cid:190) A todos os meus amigos, em especial àqueles com quem convivi no meu dia- a-dia. Destes não poderei deixar de lembrar: António Guerra, Pedro Borges, Hugo Coelho, Helder Figueiredo, Aires Almeida, Vítor Gama, Luís Silva, Diogo Ribeiro, Hugo Rodrigues, Vidigal Rodrigues, Daniela Glória, Pedro Delgado, Luís Carrilho, André Correia, Bruno Silva, Romeu Simões, Inês Ferraz e André Resende. (cid:190) A todos os que me ajudaram com questões que, embora não tivessem que ver com aspectos científicos, são sempre necessários no dia-a-dia: D.ª Vitória Freitas, Marta Costa, Joana Rodrigues e Cláudia Correia da secção de estruturas, e D.ª Maria de Lurdes (assessoria do mestrado). (cid:190) A todos aqueles que estão comigo em todos os momentos dispostos a partilhar a minha alegria e a minha tristeza: a minha família e namorada. Sinto uma grande honra ter trabalhado, discutido, ouvido ou, simplesmente, desabafado com cada um de vocês. Certamente contribuíram para a minha formação não apenas a nível académico mas também a nível pessoal e social.