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  • Cadernos de Engenharia de Estruturas, So Carlos, n. 18, p. 25-48, 2001

    PONTES PROTENDIDAS DE MADEIRA

    Fernando Srgio Okimoto1 & Carlito Calil Junior2

    R e s u m o

    O trabalho tem por objetivo o estudo terico e experimental de pontes protendidas de madeira para pequenos vos utilizando madeiras de reflorestamento. Para esta finalidade foram avaliados os parmetros elsticos destas madeiras e o efeito da presena de juntas de topo na rigidez longitudinal do tabuleiro da ponte. A metodologia utilizada para obter os parmetros elsticos a experimentao em laboratrio de placas ortotrpicas submetidas toro. Os efeitos das juntas de topo foram verificados em ensaio de modelo reduzido e comparado a uma simulao numrica em computador utilizando o programa AnSYS 5.2 de elementos finitos, mdulo Shell, com propriedades ortotrpicas. Finalmente proposto um critrio de dimensionamento para estas estruturas a partir dos resultados experimentais obtidos e de disposies de cdigos internacionais. Palavras-chave: Ponte; madeira; protenso.

    1 INTRODUO

    1.1 Generalidades

    Este trabalho apresenta o estudo de uma nova tecnologia para pontes de madeiras para pequenos vos. Esta nova tecnologia aplicada na construo de pontes cujos tabuleiros so constitudos por peas de madeira posicionadas ao longo do vo, adjacentes umas s outras, e associadas a um sistema de protenso transversal que as mantm unidas efetivando, assim, um comportamento estrutural de placa ortotrpica. O tabuleiro a superestrutura da ponte, isto , o nico elemento estrutural com a funo de transmitir as aes aos apoios. A figura 1 apresenta algumas pontes protendidas transversalmente, a figura 2, a planta, seo transversal e elevao de uma ponte protendida transversalmente e a figura 3 apresenta alguns detalhes especficos.

    1 Prof. Doutor do CEUV-FEV, Votuporanga e da UNIRP, SJ do Rio Preto, okimotofs@terra.com.br 2 Prof. Titular do Departamento de Engenharia de Estruturas da EESC-USP, calil@sc.usp.br

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    Figura 1 Pontes protendidas transversalmente

    Figura 2 Planta, seo transversal e elevao de ponte protendido

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    Figura 3 - Detalhes tpicos para o Sistema Laminado Protendido

    Tal tecnologia originria do Canad e j se estendeu a outros pases como Sua, Estados Unidos, Austrlia e Japo onde as tcnicas foram desenvolvidas para a realidade de cada regio. A utilizao estrutural da madeira como material de construo em estruturas correntes nfima e se restringe, basicamente, nas estruturas de cobertura. At mesmo no campo das coberturas, os sistemas com outros materiais tem sido estudados e aplicados na tentativa de encontrar solues viveis tcnica e economicamente. A competitividade do mercado interno associado a abertura crescente ao mercado externo tem provocado uma crescente corrida na procura de materiais, tcnicas e tecnologias alternativas, viveis. Neste sentido, as aplicaes alternativas para a madeira em estruturas correntes, que um material renovvel disponvel, tem se mostrado coerente com as exigncias financeiras, humanas e polticas deste fim de sculo. Em um pas como o Brasil, com uma rede hidrogrfica extensa (PRATA, 1995), a necessidade de pontes se torna evidente. A investigao de novas tecnologias que sejam competitivas no sentido tcnico e econmico fundamental para minimizar o oramento, principalmente municipal, destinado a estas benfeitorias. As pontes de pequenos vos para vias secundrias ou rurais, com baixo custo, proporcionar melhoramentos significativos da rede viria e, por conseqncia, o conforto de seus usurios. As espcies de madeiras de reflorestamento utilizadas na construo de pontes com esta tecnologia propiciaro a diminuio de custos com os materiais sem implicar no aumento dos custos construtivos e, tambm, do nus aos ecossistemas naturais do pas.

    1.2 Objetivos

    O objetivo deste trabalho apresentar uma viso geral dos conceitos e aplicabilidade do sistema protendido para pontes de madeira bem como alguns aspectos tcnicos e econmicos. Este trabalho parte integrante do texto da dissertao de mestrado de OKIMOTO (1997) que avaliou a aplicao do sistema

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    com madeiras nacionais de espcies de reflorestamento na construo de pontes ao estudar as caractersticas do tabuleiro e os efeitos da presena de juntas de topo na rigidez longitudinal, proporcionando assim, subsdios bsicos para um dimensionamento vivel tecnicamente de pontes de pequenos vos em localidades que tenham disponibilidade destas madeiras.

    2 REVISO BIBLIOGRFICA

    2.1 Introduo

    2.1.1 Conceito O conceito de pontes de tabuleiro laminado protendido surgiu no Canad, na regio de Ontrio, em 1976. TAYLOR & CSAGOLY (1979) afirmam que no norte do Canad foi muito utilizado o sistema de tabuleiro de ponte laminado pregado que consiste em vigas de madeira serrada posicionadas, ao longo do vo, uma adjacente a outra e conectadas por pregos (figura 4).

    Figura 4 - Parte de seo transversal de tabuleiro laminado pregado

    Alguns anos antes o Ministrio de Transportes e Comunicaes de Ontrio (Ontario Ministry of Transportation and Communications - OMT) conduziu um programa de teste de carga em vrias pontes com o intuito de avaliar a capacidade de carga das pontes e ao mesmo tempo adquirir conhecimento de seu comportamento sobre carregamento. O programa relatou a observao de vrios problemas nestas estruturas e um destes problemas encontrados foi a delaminao dos tabuleiros laminados pregados que a perda de continuidade transversal do tabuleiro por separao das peas ou por ineficincia do sistema de distribuio das aes entre as vigas que era funo da pregao. As causas desta ineficincia foram, basicamente, a corroso dos pregos pelo sal utilizado para o degelo das estradas e a solicitao dinmica na ponte. Como a funcionalidade especificada em projeto estrutural deste sistema dependia da capacidade de transferncia das aes da roda entre as lminas adjacentes, apenas as vigas imediatamente abaixo das rodas eram solicitadas. Existiam, na poca, vrias pontes construdas no sistema laminado pregado deficientes e solues alternativas substituio foram elaboradas para minimizar os elevados custos de substituio. Como a deficincia destas estruturas era funcional e os materiais bsicos, como a madeira, estavam em perfeitas condies, uma alternativa estudada foi a elaborao de outro mecanismo de transferncia das aes que no os pregos para a manuteno da continuidade prevista em projeto, surgindo, ento o sistema de protenso transversal.

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    2.1.2 Aplicao Uma estrutura que apresentava as caractersticas da delaminao foi a ponte Hebert Creek (ponte sobre o crrego Hebert). Ela foi, ento, escolhida para experimentar o sistema de protenso transversal. O sistema deveria impor ao tabuleiro a capacidade de distribuir as aes para outras lminas (vigas) adjascentes. As caractersticas da ponte Hebert Creek esto representadas nas figuras 5 e 6, a seguir. A seo transversal da ponte Hebert Creek foi protendida por duas barras de ao de alta resistncia ancoradas em uma placa de ao (figura 7).

    Figura 5 - Elevao da Ponte Hebert Creek

    Figura 6 - Seo transversal da Ponte Hebert Creek

    1,52m 1,52m

    Vigas 51mm x 305mm

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    Figura 7 - Detalhe de ancoragem do sistema protendido

    Foram instalados 44 transdutores para a leitura de deslocamentos verticais, ao longo do vo e da seo transversal da ponte Hebert Creek. Os testes foram realizados em trs fases: antes da aplicao da protenso, imediatamente aps a protenso e 1 ms aps a protenso. Os carregamentos foram efetuados em uma faixa central e em uma faixa externa. Os resultados dos testes esto nas figuras 8a e 8b.

    Figura 8.a - Deslocamentos (meio do vo) para carregamento excntrico

    Tabuleiro

    Lateral

    305mm

    Elevao

    Rodas

    457 mm

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    Figura 8.b - Deslocamentos (meio do vo) para carregamento central

    Concluiu-se, ento, que o sistema de protenso implementava um comportamento de placa ortotrpica ao tabuleiro laminado pregado recuperando as propriedades para as quais fora projetado. Segundo TAYLOR & WALSH (1983), o sucesso do sistema no Canad fez com que o Ministrio de Transportes e Comunicaes de Ontrio (Ontario Ministry of Transportation and Communications - OMT) coordenasse um programa de pesquisas e desenvolvimento que levou a construo da primeira ponte com esta nova concepo. A ponte Ponte Fox Lake Road foi construda sobre o West River, na cidade de Espanola, Ontrio, em 1981, pelo Ministrio de Recursos Naturais de Ontrio (Ontario Ministry of Natural Resources - MNR). Algumas mudanas no conceito inicial do sistema foram aplicadas nesta ponte. Como o tabuleiro seria construdo, o sistema de tenso foi adotado como interno onde as vigas eram pr furadas na linha mdia da altura figura 9. Pode-se ver, tambm, a utilizao de perfis U ao longo das extremidades para evitar o esmagamento das peas mais externas e aumentar a rigidez da borda. A elevao da figura 10 mostra o esquema adotado . Neste ano, o Ontario