Pontes protendidas de eucalipto citriodora

Pontes protendidas de eucalipto citriodora

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3.2.1.1 – Classificação visual 53 3.2.1.2 – Classificação mecânica por ensaio de flexão estática 5 3.2.2 – Caracterização das Peças de Madeira 56

3.2.2.1 – Compressão paralela às fibras 56 3.2.2.2 – Compressão normal às fibras 61 3.2.2.3 – Tração paralela às fibras 62 3.2.2.4 – Cisalhamento 64 3.2.2.5 – Comentários 65 3.2.3 – Análise da Perda de Protensão em Corpos-de-Prova 67

3.3 – CONSTRUÇÃO 71 3.3.1 – Montagem 71

3.3.2 – Instalação 73 3.3.3 – Comentários 76

4 – DESEMPENHO DO TABULEIRO 7

4.1 – ANÁLISE DA PERDA DE PROTENSÃO 7 4.1.1 – Montagem 7 4.1.2 – Transporte 8 4.1.3 – Perdas ao Longo do Tempo 89 4.1.4 – Comentários 89 4.2 – PROVAS DE CARGA 90 4.2.1 – Metodologia 90 4.2.2 – Resultados obtidos 96 4.2.3 – Comentários 102 4.3 – COMENTÁRIOS FINAIS 104

5- CONCLUSÕES 106 5.1 – SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS 107

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 108 BIBLIOGRAFIA CONSULTADA 113

1 INTRODUÇÃO

A necessidade de pontes novas e de recuperação das existentes no

Brasil é evidente, desde o âmbito municipal até o federal. A construção de rodovias, e conseqüentemente de novas pontes, promove o acesso a lugares com baixa densidade populacional mais facilmente e com maior segurança. Mesmo em regiões populosas também há a necessidade de novas pontes, principalmente em vias rurais ou secundárias, o que traz uma maior segurança de tráfego nas rodovias principais, pela redução da incidência de veículos pesados.

Por esta razão, a investigação de novas tecnologias em madeira que sejam competitivas técnica e economicamente com outros materiais é fundamental para reduzir os gastos com estas benfeitorias.

A maioria das pontes de madeira existentes não foram projetadas e construídas por profissionais especializados em madeiras, o que resultou em obras caras, sem segurança e de baixa durabilidade que, na maioria dos casos, necessitam de reforço estrutural. O estado atual de degradação dessas pontes gera uma visão negativa da madeira como material de construção.

A aplicação do sistema de tabuleiro laminado protendido transversalmente para pontes de madeira tem sido estudada e utilizada em várias partes do mundo. TAYLOR & KEITH (1994) apud OKIMOTO (2001) citam que na Suíça foram desenvolvidos critérios normativos para o sistema e USUKI et al. (1994) apud OKIMOTO (2001) escreve que no Japão também está sendo aplicado este sistema, desde o ano de 1993.

Dada a grande aceitação desse sistema, aliado ao baixo custo de material e da construção, este trabalho visa adaptar os conhecimentos existentes às madeiras e condições de carregamento nacionais e avalia o comportamento real em campo de uma ponte protendida transversalmente de madeira, por meio da construção e de provas de carga, realizadas em duas etapas: logo após a construção e 6 meses depois. Dividiu-se a primeira etapa em 3 fases: tabuleiro, tabuleiro com guarda-rodas, ponte completa, de forma a permitir a avaliação do aumento de rigidez transversal causado pelos elementos de segurança.

Além do estudo em campo, também é foco do trabalho a realização, em laboratório, de ensaios de classificação da madeira utilizada, avaliação do comportamento estrutural da protensão de tabuleiros e ensaio de perda de protensão em placas, sob temperatura e umidade controladas, para avaliação da influência das condições ambientais nas perdas de protensão em tabuleiros reais.

1.1. OBJETIVOS

O principal objetivo desta pesquisa é o estudo teórico e experimental do projeto e construção de pontes em placas protendidas transversalmente, utilizando materiais, ferramentas e madeiras nacionais de espécies de reflorestamento (particularmente o Eucalipto Citriodora). Busca-se a construção de pontes seguras e duráveis com um baixo custo de material e tecnológico, de maneira que sejam competitivas com os demais materiais. Foi construído um protótipo no qual realizou-se provas de carga com o intuito de avaliar o seu comportamento estrutural com solicitações reais e para avaliação do aumento de rigidez causado pelos elementos de segurança (guarda rodas e defensas), o que representa uma contribuição inédita a este estudo.

A madeira é um material abundante no Brasil, versátil, possui baixo ônus ambiental (muito menor que outros materiais), e é uma fonte de recursos renovável, se forem mantidos programas de controle de extração, reflorestamento, proteção e combate de desastres naturais. Além disso, possui elevada relação resistência/peso, o que possibilita a construção de estruturas mais leves. Possui, também, uma alta capacidade de absorção de cargas de curta duração e um baixo custo tecnológico, visto que não necessita de equipamentos especiais e nem de mão-de-obra altamente qualificada para a sua construção, além de permitir a pré-fabricação e industrialização.

A Tabela 1 mostra o gasto energético para a produção dos materiais de construção civil.

Tabela 1 – Gasto energético para a produção dos materiais de construção civil (CALIL JR et al., 2003).

Material Energia consumida na produção

(MJ/m3) Tipo de energia

Concreto 1.920 queima de óleo Aço 234.0 queima de carvão Madeira conífera 600 solar

Madeira dicotiledônea 630 solar

O que tem impedido a maior utilização da madeira como material estrutural no Brasil são os conceitos errados sobre o material e a falta de informações de suas características e possibilidades de aplicação.

Ao contrário da crença popular, grandes elementos de madeira possuem resistência ao fogo igual ou certas vezes superior a outros materiais, e é um material extremamente durável quando protegido por tratamentos preservativos, ou quando são protegidos da ação direta de intempéries. A prova disso é que muitas pontes construídas no século XIX ainda estão em uso. Outro fato favorável ao uso é que quando são aplicados tratamentos que impeçam o ataque biológico, a madeira requer pouca manutenção.

Do ponto de vista econômico, a madeira é competitiva com outros materiais considerando-se os custos iniciais, e vantajosa sobre eles quando comparados os custos à longo prazo.

No Estado de São Paulo não existem reservas de espécies de madeira tropicais disponíveis, portanto o uso limita-se a espécies de reflorestamento. As mais adequadas à construção civil são os pinhos, os pinus e os eucaliptos, e segundo o Inventário Florestal do Estado de São Paulo, existiam 600.0 hectares destas madeiras no estado, em 1991.

Neste trabalho a espécie utilizada foi o Eucalipto Citriodora, que é um material de excelente desempenho estrutural.

1.2.2. AS PONTES PROTENDIDAS

A utilização de espécies de madeira de reflorestamento na construção de pontes em placa protendida, onde o tabuleiro representa toda a superestrutura da ponte, propicia a diminuição de custo com os materiais sem implicar em aumento dos custos construtivos, além de não causar ônus aos ecossistemas naturais.

Baseando-se em estudos já realizados e em obras construídas, foram verificados elevado desempenho estrutural e durabilidade, facilidade de fabricação e montagem, tanto in loco quanto na fábrica, com baixo custo tecnológico.

O baixo consumo de madeira do sistema (cerca de 0,35 m3 de madeira por m2 de ponte construída) e o baixo custo do sistema de protensão, associados à viabilidade técnica, nos garante competitividade com outros sistemas, tanto no que se refere a prazo de execução quanto ao custo final da estrutura. O custo estimado de uma ponte protendida de madeira, em seção simples, é de R$ 30,0 /m2, para vãos de até 12 metros, enquanto o custo de uma ponte em concreto, para o mesmo vão, é da ordem de R$ 1.50,0. Este sistema, devido ao baixo peso da madeira, ainda minimiza os custos de infra-estrutura.

Além disso, a aplicação de protensão transversal pode ser uma alternativa para reabilitação de tabuleiros laminados pregados, aumentando desta forma o tempo de vida útil destas estruturas. Isso torna-se uma vantagem econômica, visto que a estrutura continuará em serviço com segurança e durabilidade, com um baixo investimento.

Figura 1 – Ponte de madeira laminada protendida.

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1. HISTÓRICO

As pontes protendidas de madeira surgiram no Canadá, em meados da década de 70, como uma alternativa para a recuperação de pontes de madeira laminada pregada. Sua importância histórica é ainda maior quando a perspectiva a respeito da madeira como material de construção é considerada. Naquela época, existiam na província de Ontário centenas de pontes em tabuleiro de madeira laminado pregado com deficiências estruturais. As pontes de madeira estariam condenadas a extinção no local, e o prejuízo econômico seria grande, se não tivesse surgido a possibilidade de recuperação através da aplicação de protensão transversal nos tabuleiros (PRATA, 1995). A primeira iniciativa de protensão ocorreu na ponte Herbert Creek, através do sistema de ancoragem mostrado na Figura 2 (OKIMOTO, 1997).

Para verificar o desempenho do novo sistema, foram realizadas três séries de provas de carga: a primeira antes da recuperação, a segunda imediatamente após a protensão e a última, um mês e meio mais tarde. Os resultados obtidos confirmaram a eficácia do sistema, conforme pode ser visualizado nas Figuras 3 e 4 (OKIMOTO, 1997).

Com o excelente desempenho dos tabuleiros recuperados, imediatamente foram desenvolvidas diretrizes de projeto para o sistema, de forma que já na segunda edição do Código de Cálculo de Pontes Rodoviárias de Ontário (ONTARIO HIGHWAY BRIDGE DESIGN CODE, 1983) estavam incorporadas tais recomendações. (PRATA, 1995).

Tabuleiro

Lateral Figura 2 – Detalhe de ancoragem do primeiro sistema protendido.

Figura 3 - Deslocamentos (no centro do vão) na ponte Herbert Creek para carregamento excêntrico. Cargas aplicadas nos pontos 18 e 15.

Figura 4 - Deslocamentos (no centro do vão) na ponte Herbert Creek para carregamento central. Cargas aplicadas nos pontos 15 e 12.

Nos Estados Unidos, a ascensão do sistema também se deve à deficiência estrutural generalizada nas pontes de madeira laminada pregada do território, em meados de 1980. O Forest Service (FS), pertencente ao USDA (Departamento de Agricultura dos Estados Unidos) era responsável, nessa época, por cerca de dez mil pontes rodoviárias, a maioria utilizando madeira como material estrutural, e em estágio avançado de degradação. O Forest Products Laboratory (FPL) iniciou, então, pesquisa em cooperação com a Universidade de Wisconsin, em Madison, com o objetivo de complementar e adaptar as pesquisas de Ontário, através de ensaios em protótipos de tabuleiro, o que confirmou a viabilidade de uso do sistema no país (PRATA, 1995).

Como contribuição ao estudo já iniciado, os pesquisadores americanos avaliaram a influência das juntas de topo na distribuição das ações e na rigidez do tabuleiro, os mecanismos de transferência das solicitações no tabuleiro, a distribuição dos momentos fletores transversais, o nível de protensão requerido e os sistemas de ancoragem. Até 1988, já haviam sido construídas cerca de 24 pontes laminadas protendidas. (RITTER, 1992 apud OKIMOTO, 2001), e RITTER (1996) apud OKIMOTO (2001) afirma que nos Estados Unidos já foram construídas mais de 2500 pontes neste sistema.

Devido à limitação de vãos para o sistema (cerca de 10 a 12 metros), e à baixa disponibilidade de peças de madeira de altura maior que 40 cm, foram desenvolvidas alternativas para o aumento do vão possível para o sistema protendido, conforme mostra a Figura 5. É possível, também, realizar composições do sistema protendido de madeira com outros materiais, como aço ou concreto (OKIMOTO, 1997).

Diversos países, como Austrália, Suíça e Japão, também têm estudado e aplicado o conceito de placa laminada protendida de madeira para pontes (OKIMOTO, 2001).

O primeiro estudo brasileiro sobre o assunto foi desenvolvido por

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