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REVISTA DA MADEIRA - EDIÇÃO N°83 - AGOSTO DE 2004

Construo

Novas tcnicas viabilizam pontes de madeira

A madeira sempre foi o material mais utilizado para a construo das pontes brasileiras, ajudando na ocupao do territrio nacional ao encurtar caminhos sobre rios e riachos. Mas, ao longo dos anos, elas passaram por um processo de deteriorao e substituio - muito em razo do uso de madeiras sem tratamento adequado -, cedendo lugar s estruturas de ferro e concreto.

Uma trajetria que comea a mudar com novas tcnicas de construo e cuidados especiais apresentados pelos pesquisadores do Laboratrio de Madeiras e Estruturas de Madeira (Lamem) da Escola de Engenharia de So Carlos da USP. Os novos sistemas construtivos combinam tcnicas trazidas de outros pases e matria-prima originria de reflorestamento no Brasil, especialmente tratadas para enfrentar condies locais de umidade e ataque de insetos e de fungos.

Uma das vantagens tambm resgatadas e confirmadas pelos pesquisadores o baixo custo dessas construes. Elas podem ser construdas pelo valor de R$ 300 a R$ 600 o metro quadrado, enquanto as pontes de concreto custam entre R$ 1 mil e R$ 1,4 mil. Foram usados o pinus e o eucalipto, tratados em condies locais de umidade e de temperatura.

As novas pontes de madeira suportam cargas idnticas s similares de concreto. Sete pontes foram construdas sob a superviso dos pesquisadores, em algumas cidades do interior paulista, de Minas Gerais e de Gois, com repasse de tecnologia aos engenheiros do Departamento de Estradas de Rodagem (DER) da Secretaria dos Transportes do Estado de So Paulo e aos engenheiros municipais por meio de cursos de atualizao.

A primeira delas em meio urbano foi construda h dois anos, em So Carlos, sobre o crrego Monjolinho. A mais recente, em plena serra do Mar, no chamado Caminho do Mar, a primeira estrada ligando So Paulo Baixada Santista.

O uso da madeira tem um carter renovvel, ao contrrio do ao e do cimento, que demandam, inclusive, grandes quantidades de energia em sua produo. O cultivo de madeira de reflorestamento tambm serve ao seqestro e armazenamento de carbono da atmosfera, que ocorre intensamente durante o crescimento da rvore at a idade adulta.

Os novos sistemas permitem a construo de pontes em vigas e em lminas, ou ainda mistas, combinando madeira e uma cobertura de concreto. Todas podem ser utilizadas em cidades, estradas municipais, rodovias estaduais ou federais, inclusive nas de grande trfego, sem restrio em termos de carga, porque so projetadas segundo as mesmas normas de aes e segurana das estruturas em geral da Associao Brasileira de Normas Tcnicas (ABNT).

Entre os novos sistemas, o de proteo (aplicao de tenses) o mais aprimorado, com lminas de madeira formando uma nica placa, perpassada por barras rgidas de um ao especial ultra-resistente (tcnica chamada de dywidag ), ou por cordoalhas, um conjunto de vrios fios de ao tambm de alta resistncia.

A tcnica consiste em perfurar a madeira a cada metro para a insero das barras ou fios de ao, que so tensionados e tm sua fora controlada, garantindo que a placa de madeira ganhe rigidez transversal (de uma ponta a outra), e no apenas longitudinal (no sentido da largura da ponte).

Para preservar o conjunto, tanto as barras quanto os fios de ao so protegidos por uma bainha de proteo e revestidos com graxa, para evitar possveis corroses, provocadas pelo contato do ao com os produtos qumicos utilizados no tratamento prvio da madeira.

Essa proteo qumica fundamental para a longevidade das pontes. feita com uma soluo hidrossolvel de sais de cobre, cromo e arsnico (CCA) e outra que utiliza boro no lugar do arsnico (CCB), livrando a madeira da ao de fungos e de insetos, preservando-a para um uso superior a 30 anos, contra apenas cinco anos de vida sem o tratamento.

Madeiras e concreto

Aps o estudo das tcnicas foram avaliadas, em So Carlos, trs espcies de eucaliptos ( Eucaliptus grandis, E. citriodora e E. saligna ) e duas de pnus ( Pinus taeda e P. elliottii ) de reflorestamento e igualmente tratadas.

O pinus utilizado na Amrica do Norte mais denso e, por isso, naturalmente mais resistente que o brasileiro. Com o eucalipto acontece o contrrio. Aqui ele muito mais resistente. Embora, com o sistema de proteso, no haja necessidade de uma madeira de alta resistncia, porque tanto o ao quanto o cabo transversal reforam sua solidez.

At o momento, a maioria das pontes construdas, como a do Caminho do Mar, do tipo mista, em madeira e concreto, porque so mais facilmente edificadas e a um custo menor. Esse sistema utiliza peas rolias (toras de rvores tratadas) na parte inferior com conexes metlicas em barras de ao comum fincadas na madeira e imobilizadas pelo concreto, que recobre a estrutura e, posteriormente, recebe asfalto.

Outra possibilidade a edificao de pontes com peas rolias tratadas, de alta resistncia e baixo custo, e peas laminadas treliadas, ligadas por parafusos, ou ainda com peas de madeira laminada colada, que utilizam um tipo de resina extremamente aderente.

A vantagem das laminadas coladas a possibilidade de se construir vigas sem limitao de comprimento e com total controle do material, inclusive em extenses acima de 30 metros. Contudo, elas apresentam custos considerados altos, cerca de R$ 2 mil o metro cbico, contra R$ 300 da madeira rolia tratada.

O Brasil lidera a tecnologia de desenvolvimento de estruturas de madeira na Amrica do Sul. Alm do Laboratrio da USP de So Carlos, outros grupos tambm pesquisam o tema, na Universidade Estadual Paulista (Unesp), na Escola Politcnica da USP e na Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), a fim de formular uma norma brasileira especfica para construes de pontes desse tipo.

A exposio direta das estruturas de madeira s intempries tem colocado diversas pontes de estradas rurais e pequenas pontes para pedestres (pinguelas) em condies comprometedoras para os usurios. A utilizao de estruturas mistas em concreto-madeira apresentada como uma soluo capaz de prolongar a vida til das pontes em madeira, proporcionando tambm uma maior capacidade de carregamento dessas estruturas. Essa aplicao tambm sugerida na execuo de passagens de vias sobre canais e crregos, substituindo o tradicional sistema de galerias em tubos de concreto.

As estruturas mistas podem ser constitudas, de um modo geral, de concreto-madeira, concreto-ao ou ao-madeira. Um sistema de ligao entre os dois materiais deve ser utilizado para assegurar a transferncia de esforos de cisalhamento horizontal, e tambm evitar o desprendimento vertical dos dois materiais. Esse sistema pode ser do tipo rgido ou semi-rgido (flexvel).

No caso da ligao rgida, a qual pode ser obtida, por exemplo, pela aplicao de um adesivo epxi na superfcie de contato entre os dois materiais, os pequenos deslocamentos entre as peas so impedidos. J o outro sistema pode ser obtido por conectores metlicos, como pregos e parafusos. O uso dos conectores metlicos representa grande facilidade de execuo da ligao dos dois materiais e mais econmico que o emprego de um adesivo epxi.

O elemento de concreto que compe a seo mista assegura a proteo da madeira contra a ao direta da umidade e a abraso. A importncia do sistema de ligao consiste no aumento da rigidez da seo, implicando num menor deslocamento vertical e maior capacidade de carregamento da estrutura, em relao estrutura somente de madeira.

A indicao da madeira para se compor uma seo mista deve-se ao fato desse material ser um recurso natural e renovvel, possibilitando assim a aplicao de espcies de reflorestamento, tais como o pinus. A madeira pode ser utilizada com sees brutas (toras), serradas e tambm sees de laminados colados. Outra vantagem consiste no fato da madeira ser um material de fcil trabalhabilidade.

As estruturas mistas em concreto-madeira so indicadas para diversas aplicaes constituindo sistemas de forro, paredes e pisos para diversas modalidades de construo, tais como residncias, comrcios e indstrias. Recentemente, na Itlia, esse tipo de estrutura tem sido empregada para restauraes de piso e forros de construes antigas. Atualmente, elementos pr-moldados em concreto-madeira so produzidos em escala industrial por diversos pases, como Sucia, Noruega e Finlndia.

As pontes em madeira representam uma soluo menos onerosa que as pontes em concreto. No entanto, a durabilidade da madeira nas construes quando aplicada sem um tratamento prvio e estando exposta aos fatores ambientais (umidade, oxignio e temperatura) permitem o ataque biolgico, e conseqente reduo da vida til da estrutura. A utilizao de uma laje de concreto sobre as peas de madeira da superestrutura pode prolongar em at trs vezes a vida til daquelas pontes. Todavia, sempre recomendvel o tratamento preservante da madeira contra ataques de insetos e microorganismos, principalmente das madeiras de reflorestamento como o pinus. As estruturas mistas em concreto-madeira representam uma soluo vivel na execuo de pontes de pequenos vos tanto nas vias rurais quanto nas vias urbanas, o que as torna um sistema construtivo de uso comum nos EUA, Canad, Sua e Austrlia.

Principais problemas

Como resultado de uma inspeo realizada em algumas pontes de madeira de pequeno porte na rea rural e pinguelas urbanas, foram levantados problemas que comprometem a utilizao dessas estruturas. Tais problemas esto basicamente relacionados biodeteriorao da madeira, caracterizada pelo apodrecimento dos elementos estruturais. Tanto nas pontes quanto nas pinguelas aqui abordadas, geralmente, foram utilizadas como longarinas, em suas superestruturas, sees de madeira bruta (toras) no tratada. Os tabuleiros foram executados com peas de madeira serradas (pranchas), dispostas na direo perpendicular s longarinas, ou ainda na direo paralela s longarinas quando apoiadas sobre transversinas.

As peas de madeira do guarda-corpo de estruturas tipo pinguelas, em grau de suscetibilidade, geralmente so as primeiras a apresentar problemas de apodrecimento em razo das pequenas dimenses de suas sees transversais, e tambm devido exposio direta das ligaes com a superestrutura, fatores ambientais que propiciam o ataque por fungos.

Nos pilares de madeira no tratada e engastados diretamente no solo, mais especificamente na regio de interface de contato com o ar, verifica-se uma drstica reduo de suas sees transversais devido ao apodrecimento da madeira.

As pranchas que constituem o piso dessas pinguelas, devido abraso e ao intemperismo, tambm alcanam num curto tempo de uso um estado precrio de conservao. A existncia de frestas no tabuleiro permite a livre passagem de gua de chuva, que alcana tanto as transversinas quanto as longarinas, ficando parte dela retida nas regies de contato das peas, favorecendo assim a proliferao de fungos de podrido.

Nas pontes de madeira em estruturas rurais, o tabuleiro geralmente executado sem um sistema capaz de proteger a madeira das aes de intempries e/ou mecnicas. Sobre as pranchas do tabuleiro, em geral utilizada apenas uma camada de solo, a qual visa a sua proteo contra o desgaste e tambm para reduzir os efeitos do impacto vertical sobre a ponte.

A camada de solo permite a percolao de gua que alcana o tabuleiro e tambm as demais peas da superestrutura da ponte. A umidade retida no solo e na madeira o principal fator do processo de apodrecimento das pranchas do tabuleiro e das longarinas, e tambm acarreta a oxidao dos elementos metlicos utilizados nas ligaes das peas de madeira. Nos crregos e canais, tanto nas reas urbanas quanto nas rurais, so muito utilizadas as galerias com tubos de concreto, as quais representam uma soluo simples e econmica em relao s pontes em concreto armado. Porm, esse tipo de construo capaz de acarretar grandes problemas, principalmente nos perodos de chuva intensa. A deposio de lixo e vegetaes na entrada da galeria podem acarretar a obstruo total das sees dos tubos de concreto, ocasionando assim inundaes das reas a montante desse tipo de construo. O expressivo acmulo de gua pode gerar um processo de eroso do paramento tanto do canal quanto da galeria, bem como o deslizamento da vegetao de proteo do talude. A saturao do aterro da estrada pode, alm de desestabilizar sua base sobre o canal, tambm danificar o pavimento da via, ou ainda a destruio e o arrastamento do conjunto de obra: aterro, arrimo, tubos de concreto e pavimento.

At o presente no existe no Brasil uma norma especfica para o dimensionamento das estruturas mistas em concreto-madeira. Dessa maneira, o projetista deve nortear-se mediante indicaes de normas internacionais para cada um dos materiais que constituem a seo do elemento estrutural.

A homogeneizao da seo transversal usual atravs do mtodo da seo transformada. Nesse procedimento, determina-se a razo modular (nc), a qual representa uma relao entre o mdulo de deformao longitudinal do concreto (Ec) e o mdulo de elasticidade da madeira (Ew).

Na verificao dos estados limites de utilizao e ltimo da estrutura (tenses normais e tangenciais, deslocamentos verticais e ligao), quando utilizado um sistema de ligao flexvel, deve-se considerar o efeito de reduo da rigidez da seo. O parmetro que quantifica quo flexvel o sistema de conexo, denominado de mdulo de deslizamento, deve ser obtido por ensaios de corpos-de-prova.

Conhecidos os reais problemas relacionados exposio da madeira s intempries, busca-se ento, indicar a aplicao de estruturas mistas na execuo de pontes, passarelas e pinguelas, bem como nas restauraes daquelas construes em madeira parcialmente deterioradas que ainda se encontram em condies de utilizao. Neste contexto, diversas pontes em madeira foram reformadas na Austrlia, por exemplo, as quais, aps receberem uma laje de concreto sobre seus tabuleiros, possuem uma maior capacidade de carregamento e assegurada uma maior vida til a essas estruturas.

A utilizao de uma laje de concreto como tabuleiro de pontes e pinguelas representa uma soluo para proteo contra a biodeteriorao da madeira. Se, por um lado, o emprego da laje em concreto representa um aumento do peso prprio da estrutura da ponte existente, por outro lado, ao utilizar-se de um sistema de conexo entre a madeira e o concreto, obtm-se uma superestrutura com sees mais rgidas de maior capacidade de carga.

Em pinguelas, torna-se possvel a eliminao de pilares, necessitando-se ento de apenas encontros que so executados fora da calha do canal.

Para as estradas, sobre canais, o emprego de estruturas mistas em concreto-madeira representa uma forma de simples execuo, e sem dvida mais econmica que as pequenas pontes em concreto armado. Em relao ao sistema de galerias convencionalmente executado com tubos de concreto, pode-se destacar a vantagem da seo transversal do canal permanecer totalmente livre para o escoamento d'gua, evitando-se assim os riscos expostos anteriormente.

Enfim, tendo em vista o grande nmero de pontes de madeira, principalmente nas reas rurais, e passarelas nas reas urbanas, e conhecido o estado de degradao do material quando exposto diretamente s intempries, abre-se, deste modo, um grande potencial para a aplicao de estruturas mistas em concreto-madeira.

Autores: Julio Soriano (Fac. de Engenharia Agrcola da UNICAMP) e Prof. Nilson Tadeu Mascia (Fac. de Engenharia Civil da UNICAMP).