Manual pontes de madeira. usp

Manual pontes de madeira. usp

(Parte 1 de 7)

São Carlos Julho de 2006

Projeto Temático: Programa Emergencial das Pontes de Madeira para o Estado de São Paulo Financiamento: Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo Coordenação: Carlito Calil Junior

Autores:

Carlito Calil Júnior

Professor Titular do Departamento de Engenharia de Estruturas da EESC/USP, Engenheiro Civil pela Escola de Engenharia de Piracicaba em 1975, Mestre em Engenharia de Estruturas pelo SET/EESC/USP em 1978, Doutor em Engenharia Industrial pela Escola Técnica Superior de Engenheiros Industriais de Barcelona da Universidade Politécnica de Catalunia em 1982, pós-doutoramento no Forest Products Laboratory em Madison-USA em pontes protendidas de madeira.

Antonio Alves Dias

Professor Doutor do Departamento de Engenharia de Estruturas da EESC/USP, Engenheiro Civil pela Escola de Engenharia de São Carlos – USP em 1980, Mestre em Engenharia de Estruturas pelo SET/EESC/USP em 1978, Doutor em Engenharia de Estruturas pelo SET/EESC/USP em 1985.

Jorge Luís Nunes de Góes

Pós-doutorando do Departamento de Engenharia de Estruturas da EESC/USP em pontes multicelulares protendidas de madeira, com bolsa FAPESP, Engenheiro Civil formado pela Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira – UNESP em 1999, Mestre em Engenharia de Estruturas pelo SET/EESC/USP em 2002 e Doutor em Engenharia de Estruturas pelo SET/EESC/USP em 2005.

Andrés Batista Cheung

Doutorando pelo Departamento de Engenharia de Estruturas da EESC/USP com bolsa FAPESP, Engenheiro Civil pela Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sul em 2000, Mestre em Engenharia de Estruturas pela Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo (SET-EESC-USP) em 2003.

Guilherme Corrêa Stamato

Professor Doutor da Faculdade de Engenharia Industrial Madeireira da UNESP, Engenheiro Civil formado pela Escola de Engenharia de São Carlos - USP em 1995, Mestre em Engenharia de Estruturas pelo SET/EESC/USP em 1998, Doutor em Engenharia de Estruturas pelo SET/EESC/USP em 2002 e Pós-doutoramento no SET/EESC/USP em pontes de madeira utilizando o compensado, com bolsa FAPESP.

Júlio Cezar Pigozzo

Professor Doutor da Universidade Estadual de Maringá - UEM, Engenheiro Civil formado pela Escola de Engenharia de São Carlos em 1980, Mestre em Engenharia de Estruturas pelo SET/EESC/USP em 1982 e Doutor em Engenharia de Estruturas pelo SET/EESC/USP em 2004.

Fernando Sérgio Okimoto

Professor Doutor da Faculdade de Ciências e Tecnologia da UNESP, Engenheiro Civil formado pela EESC/USP em 1995, Mestre em Engenharia de Estruturas pelo SET/EESC/USP em 1997 e Doutor em Engenharia de Estruturas pelo SET/EESC/USP em 2002.

Norman Barros Logsdon

Professor Doutor da Fundação Universidade Federal de Mato Grosso - UFMT, Engenheiro Civil formado pela Escola de Engenharia de São Carlos - USP em 1977, Mestre em Engenharia de Estruturas pelo SET/EESC/USP em 1982 e Doutor em Engenharia de Estruturas pelo SET/EESC/USP em 1998.

Sérgio Brazolin

Doutorando em Recursos Florestais pela Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz" (ESALQ/USP), Mestre em Ciência e Tecnologia de Madeira em 1998. Biólogo formado pelo Instituto de Biociências da Universidade de São Paulo –USP e Pesquisador do Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo S.A. - IPT, responsável pelo Laboratório de Preservação de Madeiras e Biodeterioração de Materiais - LPB.

Élcio Lacerda Lana

Técnico em Preservação de Madeiras da Indústria Química Montana S.A., Divisão de Preservação de Madeiras. Administrador de empresas pela Faculdade de Administração Liceu Eduardo Prado. Diretor adjunto de Assuntos Normativos da Associação Brasileira de Preservadores de Madeira - ABPM. Coordenador da ABPM no Programa Nacional de Qualidade da Madeira - PNQM da ABIMCI.

Colaboradores:

Prof. Titular Francisco Antonio Rocco Lahr, Prof. Dr. Pedro Afonso de Oliveira Almeida, Prof. Dr. Everaldo Pletz, Thalita Fontes, José Luiz Miotto, Prof. Dr. Alexandre José Soares Miná, Prof. Dr. Juliano Fiorelli, Prof. Assistente Giovano Palma, Julio César Molina, Malton Lindquist, Prof. Assistente Marcelo Carreira, Pedro Alcântara Segundinho, Edna Moura Pinto, Tânia Maria Ferreira, Luis Eduardo Bragatto, Samuel Inácio de Sá, Silvio Antonio Ferro, Arnaldo Floro de Souza, Jaime Galindo, Roberto Galindo e Aparecido Galindo.

Este manual apresenta as recomendações para o projeto, dimensionamento e disposições construtivas de pontes tecnológicas de madeira com diversos sistemas estruturais e construtivos em vigas e em placas. São apresentados exemplos de projeto com diversos vãos, classes de resistência de madeiras e classes de veículo-tipo a luz das Normas Brasileiras, com a finalidade de fornecer aos engenheiros, arquitetos, construtores e projetistas orientações para o projeto e construção de pontes modernas de madeira de baixo custo, adequada tecnologia, seguras e duráveis.

Carlito Calil Junior

CAPÍTULO 1 – Introdução1
1.1. MADEIRAS DE REFLORESTAMENTO2
1.2. NECESSIDADE DAS PONTES4
CAPÍTULO 2 – Propriedades de resistência e rigidez da madeira6
2.1. VALORES REPRESENTATIVOS DAS PROPRIEDADES DAS MADEIRAS10
CAPÍTULO 3 – Ações em Pontes de Madeira15
3.1. AÇÕES USUAIS EM PONTES DE MADEIRA15
3.1.1. Cargas permanentes15
3.1.2. Cargas acidentais verticais16
3.1.3. Impacto vertical2
3.1.4. Forças longitudinais23
3.1.5. Força centrífuga24
3.1.6. Vento24
3.1.7. Impacto lateral26
3.1.8. Força no guarda-corpo26
3.1.9. Força no guarda-rodas26
3.2. COMBINAÇÕES E AÇÕES EM PONTES DE MADEIRA27
3.2.1. Combinações últimas normais (Estados limites últimos)29
3.2.2. Combinações de longa duração (Estados limites de utilização)29
CAPÍTULO 4 – Sistemas Estruturais e Construtivos de Pontes de Madeira30
4.1. PONTES EM VIGA30
4.2. PONTES EM ARCO36
CAPÍTULO 5 – Tabuleiros de Pontes de Madeira40
5.1. PRANCHAS DE MADEIRA SERRADA40
5.2. MADEIRA LAMINADA PREGADA41
5.3. MADEIRA LAMINADA COLADA4 2
5.4. COMPÓSITOS DE MADEIRA E CONCRETO4
CAPÍTULO 6 – Fundações para Pontes de Madeira48
6.1. ESTUDOS DAS FUNDAÇÕES49
6.2. TIPOS DE FUNDAÇÕES USUSAIS EM PONTES DE MADEIRA50
6.2.1. Estacas com contenção de madeira50
6.2.2. Estacas com contenção mista de gabiões e madeira51
6.2.3. Estacas com muro de contenção em madeira51
6.2.4. Muro de gabiões51
6.2.5. Muro de contenção de alvenaria52
6.2.6. Estacas com contenção em “crib wall”52
6.2.7. Muro de gravidade em concreto52
6.2.8. Muro de concreto sobre estacas53
6.3. CONCLUSÕES SOBRE A VIABILIDADE DOS SISTEMAS54
CAPÍTULO 7 – Classificação Estrutural e Durabilidade da Madeira5
7.1. CLASSIFICAÇÃO ESTRUTURAL5
7.2. DURABILIDADE DA MADEIRA58
7.2.1. Deterioração da madeira59
7.2.2. Preservação de madeira – sistema de classes de risco67
CAPÍTULO 8 – Reabilitação dos Elementos Estruturais de Madeira73
8.1. MANUTENÇÃO CORRETIVA DEVIDO À PRESENÇA DE DETERIORAÇÃO INICIAL74
CAPÍTULO 9 –Diretrizes para o Projeto de Pontes de Madeira78
9.1. PONTES EM VIGAS SIMPLES DE PEÇAS ROLIÇAS78
9.1.3. Etapas de dimensionamento81
9.1.4. Tabela prática de pré-dimensionamento8
9.1.5. Recomendações construtivas89
9.2. PONTES EM VIGAS DE MADEIRA LAMINADA COLADA90
9.2.1. Esquema geral da ponte90
9.2.2. Hipóteses de cálculo92
9.2.3. Etapas de dimensionamento93
9.2.4. Tabela prática de pré-dimensionamento103
9.2.5. Recomendações construtivas104
9.3. PONTES EM PLACA MISTA MADEIRA-CONCRETO105
9.3.1. Esquema geral da ponte105
9.3.2. Hipóteses de cálculo1 07
9.3.3. Etapas de dimensionamento108
9.3.4. Tabela prática de pré-dimensionamento116
9.3.5. Recomendações construtivas116
9.4. PONTES EM PLACA PROTENDIDA TRANSVERSALMENTE117
9.4.1. Esquema geral da ponte117
9.4.2. Hipóteses de cálculo1 1
9.4.3. Etapas de dimensionamento120
9.4.4. Tabela prática de pré-dimensionamento127
9.4.5. Recomendações construtivas127
9.5. PONTES EM PLACA MULTICELULAR PROTENDIDA TRANSVERSALMENTE128
9.5.1. Esquema geral da ponte128
9.5.2. Hipóteses de cálculo1 30
9.5.3. Etapas de dimensionamento131
9.5.4. Tabela prática de pré-dimensionamento136
9.5.5. Recomendações construtivas137
10.2. EXEMPLO 2: PONTE “CAMINHO DO MAR” – SP148144
10.3. EXEMPLO 3: PONTE “P04” EESC/USP151
10.4. EXEMPLO 4: PONTE “JOCKEY CLUB” SÃO CARLOS156
10.5. EXEMPLO 5: “PONTES EM VIGAS ROLIÇAS”162
BIBLIOGRAFIA CONSULTADA165
ANEXO I – Obras RealizadasA1
ANEXO I – Dimensionamento de peças compostas de madeiraA28
descontinuamenteA37
ANEXO IV – Adequação das espécies de madeira às classes de resistênciaA50

ANEXO I – Dimensionamento de pilares com peças múltiplas solidarizadas ANEXO V – Propriedades de resistência e rigidez de peças roliças ......................... A54

Este manual foi elaborado por um grupo de pesquisadores do Laboratório de Madeiras e de Estruturas de Madeira (LaMEM) do Departamento de Engenharia de Estruturas (SET) da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC) da Universidade de São Paulo (USP) com apoio financeiro da Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) no Projeto Temático "Programa Emergencial das Pontes de Madeira para o Estado de São Paulo. Trata-se de importante trabalho tecnológico para engenheiros, arquitetos e projetistas fornecendo as recomendações para o projeto, construção e detalhamento de pontes de madeira utilizando sistemas estruturais e construtivos simples e de baixo custo, para pequenos e médios vãos.

Nos capítulos 1 e 2 são apresentadas informações sobre as madeiras, disponibilidade nacional com ênfase as espécies de reflorestamento, propriedades de resistência e rigidez da madeira e os respectivos valores de cálculo; no capitulo 3 as ações em pontes segundo a NBR-8681 – Ações e Segurança nas Estruturas, no capitulo 4 os sistemas estruturais e construtivos mais utilizados para pontes de madeira em vigas e em placa; no capitulo 5 os tabuleiros simples e mistos propostos; no capitulo 6 um estudo de vários tipos de fundações para pontes de madeira; no capitulo 7 e 8 as recomendações para a classificação, durabilidade e reabilitação de elementos estruturais de madeira; no capitulo 9 os critérios de dimensionamento das pontes em vigas e pontes em placas e no capitulo 10 os exemplos de projetos de pontes de madeira em vigas e em placas, com os respectivos detalhamentos. Ênfase especial é dada nos projetos com pontes protendidas transversalmente e as pontes mistas de madeira-concreto. Em anexo são apresentadas: fichas catalográficas das pontes projetadas e construídas no desenvolvimento do Projeto Temático; DVD ilustrativo de pontes e passarelas de madeira construídas na Suíça e nos Estados Unidos; projeto de norma sobre a preservação de madeiras - sistema de classes de risco; tabela de dimensionamento de colunas com peças múltiplas e tabela de dimensionamento de vigas com seções compostas.

São Carlos, agosto de 2006.

Prof. Dr. Carlito Calil Junior Coordenador do Projeto

Manual de Projeto e Construção de Pontes de Madeira 1

CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO

A idade da madeira é maior que a história da humanidade. As idades da pedra, ferro e bronze são parte do progresso da humanidade, mas a madeira - uma fonte renovável - tem permanecido sempre em moda. Como um material de construção, a madeira é abundante, versátil e facilmente obtida. Sem ela, a civilização como conhecemos teria sido impossível. Quase metade da área do Brasil é floresta. Se tecnologicamente manipulada e protegida de desastres naturais causados por fogo, insetos e doenças, as florestas vão durar para sempre. Conforme as árvores mais velhas são retiradas, elas são substituídas por árvores novas para reabastecer a oferta de madeira para as gerações futuras. O ciclo de regeneração, ou campo de sustentação, pode facilmente superar o volume que está sendo utilizado.

A resistência da madeira, o baixo peso e o baixo consumo energético para a sua produção e processamento são propriedades essenciais. Ela é capaz de suportar sobrecargas de curta duração sem efeitos nocivos. Contrário a crença popular, grandes peças de madeira têm boa resistência ao fogo, e até melhores que outros materiais estruturais em condições severas de exposição ao fogo. Do ponto de vista econômico, a madeira é competitiva com outros materiais com base em custos iniciais, e apresenta vantagens quando se analisa economicamente em longo prazo.

A idéia equivocada de que a madeira tem uma pequena vida útil a tem negligenciado como material de construção. Embora seja susceptível ao apodrecimento e ataque de insetos sob condições específicas, é um material muito durável quando utilizada com tecnologia e tratamento preservativo químico, pois a madeira pode ser efetivamente protegida contra deterioração por período de 50 anos ou mais. Além disso, a madeira tratada com preservativos requer pouca manutenção e pinturas.

1.1 - MADEIRAS DE REFLORESTAMENTO

O uso estrutural da madeira de reflorestamento como uma alternativa às espécies tropicais é uma solução natural. Dos reflorestamentos atuais existentes, os de Pinus e de Eucalipto são os mais importantes para a construção civil. No Brasil, a partir de 1966, o governo instituiu um programa de

Manual de Projeto e Construção de Pontes de Madeira 2 incentivos fiscais para aumentar a área plantada no país. Em poucos anos, a área com plantações de Eucalipto saltou de 400 mil para 3 milhões de hectares. As peças estruturais são normalmente utilizadas roliças ou serradas com tratamento preservativo. Atualmente, existe uma grande disponibilidade destas espécies no país. A tabela 1.1 mostra o número de hectares de várias espécies de reflorestamento que existem em cada estado.

Tabela 1.1 - Área plantada com reflorestamento no Brasil (ha): Fonte FAO (1999)

ESTADO Eucalipto Pinus Total

O Laboratório de Madeiras e de Estruturas de Madeira do Departamento de Estruturas da Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo realizou importante pesquisa tecnológica para determinar as propriedades de resistência e elasticidade dos Eucaliptos e Pinus do Estado de São Paulo. Os valores médios obtidos são apresentados na tabela 1.2.

Tabela 1.2 - Propriedades de resistência e rigidez de algumas espécies de Pinus e Eucalipto

Nome comum Nome científico ρap(12%) (Kg/m3) fc0,m (MPa) ft0,m

(MPa) ft90,m (MPa) fv,m (MPa) Ec0,m (MPa) n

E. Alba Eucalyptus alba 705 47,3 69,4 4,6 9,5 13409 24 E. Camaldulensis Eucalyptus camaldulensis 899 48,0 78,1 4,6 9,0 13286 18 E. Citriodora Eucalyptus citriodora 9 62,0 123,6 3,9 10,7 18421 68

E. Cloeziana Eucalyptus cloeziana 822 51,8 90,8 4,0 10,5 13963 21 E. Dunnii Eucalyptus dunnii 690 48,9 139,2 6,9 9,8 18029 15 E. Grandis Eucalyptus grandis 640 40,3 70,2 2,6 7,0 12813 103 E. Maculata Eucalyptus maculata 931 63,5 115,6 4,1 10,6 18099 53 E. Maidene Eucaliptus maidene 924 48,3 83,7 4,8 10,3 14431 10 E. Microcorys Eucalyptus microcorys 929 54,9 118,6 4,5 10,3 16782 31

Manual de Projeto e Construção de Pontes de Madeira 3

E. Paniculata Eucalyptus paniculata 1087 72,7 147,4 4,7 12,4 19881 29 E. Propinqua Eucalyptus propinqua 952 51,6 89,1 4,7 9,7 15561 63 E. Punctata Eucalyptus punctata 948 78,5 125,6 6,0 12,9 19360 70 E. Saligna Eucalyptus saligna 731 46,8 95,5 4,0 8,2 14933 67 E. Tereticornis Eucalyptus tereticornis 899 57,7 115,9 4,6 9,7 17198 29 E. Triantha Eucalyptus triantha 755 53,9 100,9 2,7 9,2 14617 08 E. Umbra Eucalyptus umbra 889 42,7 90,4 3,0 9,4 14577 08 E. Urophylla Eucalyptus urophylla 739 46,0 85,1 4,1 8,3 13166 86 Pinus caribea Pinus caribea var. caribea 579 35,4 64,8 3,2 7,8 8431 28 Pinus bahamensis Pinus caribea var. bahamensis 537 32,6 52,7 2,4 6,8 7110 32 Pinus hondurensis Pinus caribea var. hondurensis 535 42,3 50,3 2,6 7,8 9868 9 Pinus elliottii Pinus elliottii var. elliottii 560 40,4 6,0 2,5 7,4 11889 21 Pinus oocarpa Pinus oocarpa shiede 538 43,6 60,9 2,5 8,0 10904 71

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