Rehabilitation of metallic and composite bridges

Dissertação de Mestrado em Construção Metálica e Mista apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaA crescente população urbana, que se estende por uma área maior, cria uma enorme necessidade de garantir uma rápida e eficiente mobilidade. No entanto, por todo o mundo existem inúmeras pontes antigas, onde por vezes circulam milhares de veículos diariamente, que revelam elevados problemas estruturais e funcionais, devidos à sua falta de modernização, à fraca qualidade dos materiais e, ao avançado estado de degradação destas pontes envelhecidas, onde por vezes a vida útil da estrutura foi largamente ultrapassada.Estas pontes obsoletas causam preocupações em termos funcionais e, fundamentalmente, em termos de segurança e carecem de uma intervenção urgente. Esta intervenção pode passar pela reabilitação da estrutura obsoleta, ou em alternativa pela construção de uma nova estrutura e descontinuação da obsoleta.Ao longo dos anos, a elevada complexidade associada a estes projetos de reabilitação, com variadas particularidades, tem afastado os projetistas desta solução. No entanto, na atual crise económica mundial o impacto económico e ambiental associado à construção de novas infraestruturas e descontinuação das obsoletas delegam uma importância fundamental à reabilitação de pontes.Neste contexto, esta dissertação realizada ao abrigo do projeto europeu Prolonging Life Time of old steel and steel-concrete bridges [PROLIFE], financiado pelo Research Fund for Coal & Steel, visa estudar a reabilitação de pontes metálicas e mistas, aço-betão, em fim de ciclo de vida. O caso de estudo investigado foi o da Ponte da Portela, em Coimbra, com objetivo de a reabilitar como ponte rodoviária adotando para isso várias estratégias de reabilitação em simultâneo.Neste estudo, além da recolha de dados relativos à ponte que permitiram a sua adequada caracterização histórica, geométrica e mecânica (dos materiais), foram ainda realizados ensaios dinâmicos in situ. Estes ensaios foram baseados em medições que permitiram caracterizar o comportamento dinâmico da estrutura e a calibração dos modelos numéricos elaborados para a simulação numérica do reforço da estrutura da ponte.Além de estratégias habitualmente adotadas no reforço estrutural de pontes metálicas, foi também investigada numericamente, uma estratégia inovadora de reforço estrutural de uma treliça metálica usando betão de muito-alta resistência reforçado com fibras metálicas [UHPFRC].The growing of the urban population, which extends over a larger area, creates an enormous need to ensure rapid and efficient mobility. However, throughout the world there are numerous old bridges, where thousands of vehicles circulate daily, which reveal high structural and functional problems due to their lack of modernization, poor quality of materials and the advanced state of degradation of these bridges, where the life time of the structure has sometimes been exceeded.These obsolete bridges cause concerns in terms of functionality and, fundamentally, in terms of safety and require an urgent intervention. This intervention may involve the rehabilitation of the obsolete structure or, alternatively, the construction of a new structure and the discontinuation of the obsolete structure.Over the years, the high complexity associated with these rehabilitation projects, with various particularities, has kept the designers away from this solution. However, in the current economic crisis, the economic and environmental impact associated with the construction of new infrastructures and the discontinuation of the obsolete ones, delegate a fundamental importance to the rehabilitation of bridges.In this context, this dissertation carried out in the scope of the european project Prolonging life time of old steel and concrete bridges [PROLIFE], financed by the Research Fund for Coal & Steel, aims to study the rehabilitation of metallic and composite steel bridges in end of life cycle. The case study of the Portela Bridge in Coimbra was investigated with the objective of rehabilitating it as a road bridge, adopting several rehabilitation strategies simultaneously.In this study, in addition to the information related to the bridge, that allowed its adequate historical, geometric and mechanical (of materials) characterization, in situ dynamic tests in situ were also performed. These tests were based on output-only measurements and allowed to characterize the dynamic behavior of the structure and the calibration of the numerical models that were used to numerically simulate the reinforcement of the bridge structure.In addition to strategies usually adopted in the structural reinforcement of metallic bridges, an innovative strategy using ultra high performance fibers-reinforcement concrete [UHPFRC] for the structural reinforcement of a metal truss beam was also numerically investigate