A alta resistência da madeira em relação ao seu baixo peso e o pequeno consumo energético necessário para sua produção são propriedades essenciais de materiais estruturais, principalmente para utilização em construções rurais.
A relação resistência/densidade para a madeira é cerca de três vezes maior que para o aço e de 10 vezes maior que para o concreto. Em termos de energia necessária para a produção e da relação energia/resistência, a madeira apresenta grande vantagem em relação ao aço e ao concreto, mostrando ser o mais ecológico desses materiais.
Contrariamente à crença popular, grandes peças de madeira têm boa resistência ao fogo, muito melhor que outros materiais em condições severas de exposição. Em um incêndio no qual uma viga de aço, após perder toda a resistência e a conformação geométrica inicial, está sendo sustentada por uma viga de madeira carbonizada. Isto ocorre porque a camada de carvão que se forma externamente nas peças de madeira e porque a madeira não é condutora de calor, evitando que a temperatura interna nas peças aumente demasiadamente, mantendo parte de sua resistência.
Outra vantagem da madeira é a sua grande capacidade de isolação térmica, proporcionando conforto às habitações construídas. Do ponto de vista econômico, a madeira é competitiva com outros materiais, em base de custos iniciais.
A idéia equivocada de que a madeira tem vida útil pequena, a tem negligenciado como material de construção. Embora seja sensível ao apodrecimento e ao ataque de insetos sob condições específicas, ela é um material muito durável quando utilizada com tecnologia e tratamento preservativo, pois pode ser efetivamente protegida contra deterioração, por período de 50 anos ou mais. Além disso, a madeira tratada com preservativos requer pouca manutenção e pintura.
Os detalhes de projetos construtivos são outro fator a salientar pois podem garantir melhor durabilidade à madeira evitando, quando possível, a presença da umidade em peças de madeira.
No projeto de estruturas de madeira devem ser consideradas as seguintes situações de risco de biodeterioração: 1 - madeira protegida das intempéries e não sujeita à reumidificação; 2 - madeira protegida das intempéries, mas sujeita à reumidificação ocasional; 3 - madeira protegida das intempéries, ou protegida mas sujeita à reumidificação freqüente; 4 - madeira permanentemente em contato com o solo ou com a água doce; 5 - madeira permanentemente em contato com água salgada.
A preservação da madeira pode ser feita pela aplicação os seguintes recursos: pincelamento, aspersão, pulverização, imersão, banho quente-frio, substituição de seiva e autoclave (pressão).
Os quatro preservativos de ação prolongada responsáveis por cerca de 80% da madeira tratada no mundo, são: creosoto; pentaclorofenol; CCA (Cromo - Cobre - Arsênio); CCB (Cromo - Cobre - Boro).
Até a elaboração de norma específica a respeito da preservação da madeira e em virtude da grande variabilidade da incidência de agentes biológicos de deterioração da madeira e pela existência de espécies com boa durabilidade natural, recomenda-se, na falta de outras informações, que as dicotiledôneas sejam tratadas por pincelamento e as coníferas por impregnação em autoclave.
Pontes de madeira
A madeira é um excelente material para a construção de pontes em estradas vicinais no meio rural, para pequenos e médios vãos, não só pela freqüente disponibilidade como, também, pelo seu potencial de resistência e durabilidade, o que a torna economicamente interessante.
A alternativa mais simples para a construção de pontes de madeira é a utilização de postes com as seções da base e do topo dispostas alternadamente, com o objetivo de se obter uma rigidez mais uniforme da estrutura; esses postes não devem estar espaçados mais que um metro.
O tabuleiro é constituído por peças dispostas transversalmente, que podem ser serradas e falquejadas, ou por postes de menor dimensão que as vigas principais; neste último caso, torna-se necessária a regularização da pista de rolamento, o que pode ser feito com uma camada de concreto ou cascalho.
São necessárias ligações adequadas entre os elementos longitudinais e transversais da ponte, aumentando a rigidez transversal do conjunto e possibilitando melhor distribuição transversal das cargas de roda do veículo o que proporciona redução nos valores dos esforços solicitantes e dos deslocamentos verticais. A posição do veículo mais desfavorável para a estrutura é quando o mesmo se encontra deslocado para as laterais.
Esta situação pode ser contornada dispondo-se de guarda-rodas, de modo a não permitir a passagem de rodas de veículos diretamente sobre as vigas externas, ou se utilizando postes com maiores dimensões para as vigas.
O comprimento dessas pontes com postes é limitado em função das cargas que irão suportar. Para suportar cargas móveis com valores mais elevados, podem ser utilizadas vigas compostas por postes. A utilização de postes interligados por anéis metálicos, constituindo uma viga bicircular possibilita a obtenção de elemento estrutural com grande rigidez à flexão, a partir de postes com dimensões comerciais.
A viga bicircular apresenta eficiência de 80% quanto ao momento de inércia, de forma que na composição de dois postes interligados por anéis etálicos se obtém inércia equivalente à de oito postes isolados. A montagem da viga bicircular requer, após a regularização das superfícies de contato dos postes, a imobilização relativa entre os mesmos, para efetuar furação que serve como guia para a ferramenta utilizada na confecção dos sulcos onde, posteriormente, serão cravados os anéis metálicos; nesses furos-guia são colocados parafusos.
Para simplificar o processo de montagem da viga bicircular, podem ser utilizados tarugos metálicos para a transmissão do cisalhamento entre os postes, em substituição aos anéis metálicos; neste caso, os tarugos são dispostos em sulcos transversais que podem ser efetuados com moto-serra.
A experimentação conduzida em protótipo mostrou a menor eficiência deste sistema em comparação aos anéis metálicos, em termos de rigidez à flexão.
As vigas bicirculares devem ser dispostas com espaçamento em torno de 1,5 metros entre elas.
A pista de rolamento dessas pontes pode ser constituída por postes com diâmetro entre 15 a 20cm, dispostos transversalmente à direção das vigas principais. A ligação dos postes transversais nessas vigas é executada com tiras de aço fixadas alternadamente nas vigas e nos postes transversais. Uma camada de concreto simples regulariza a pista de rolamento. Revestimento posterior com concreto asfáltico protege o concreto simples contra o esfacelamento e impermeabiliza a pista de rolamento, fornecendo proteção adicional aos postes contra o apodrecimento.
Este sistema estrutural consiste na união de vigas no sentido longitudinal (laminação vertical) através da compressão transversal das peças, utilizando-se barras de aço com alta resistência. Forma-se, portanto, uma placa de madeira sem a necessidade de utilização de longarinas e transversinas, dando à ponte a configuração de uma placa. A protensão permite transferência lateral do esforço cortante vertical entre lâminas através do atrito entre as peças.
O sistema estrutural mais elementar, que é o de vigas simplesmente apoiadas, apresenta o inconveniente da limitação do vão máximo que pode ser empregado. O sistema estrutural em pórtico é interessante de ser utilizado para vãos livres, ao redor de 20 metros.
No sistema em pórtico a viga principal está escorada por diagonais. Este sistema, ao contrário do de vigas simplesmente apoiadas, tem o inconveniente de necessitar de grande diferença entre o nível superior da ponte e o nível da água para implantação.
O sistema de pontes protendidas, atualmente está em destaque no exterior (originária do Canadá, já se expandiu para os Estados Unidos, Austrália e Japão) por se tratar de um sistema construtivamente simples e de baixo custo.
Coberturas em madeira
A escolha do sistema estrutural treliçado em coberturas para a construção em madeira é, provavelmente, mais comum que com qualquer outro material estrutural. Isto ocorre devido a longa tradição no uso da madeira para este elemento de estrutura e, também, por causa da relativa facilidade com que formas usuais treliçadas podem ser fabricadas e montadas em madeira. Muitos dos perfis considerados tradicionais são ainda especificados por razões arquitetônicas e o engenheiro precisa estar familiarizado com as formas modernas e tradicionais do projeto de treliças.
A função estrutural da treliça é receber e transferir as cargas dos pontos de aplicação (usualmente terças) para os pontos de apoio, de modo eficiente e econômico. Esta eficiência depende da escolha de um perfil adequado e coerente com as necessidades arquitetônicas, além de compatível com as condições de carga.
Com um sistema simétrico de carregamento (particularmente importante , que é um pórtico de quatro pinos e, portanto, instável) em cada caso idealizado, a transferência do carregamento é realizada sem barras internas, em virtude do perfil do banzo coincidir com o momento fletor na condição de simplesmente apoiado ou à curva de pressão das cargas aplicadas.
Infelizmente, não é possível usar este perfil omitindo-se as barras internas, devido Perfis idealizados para três condições de carga. altura vertical é, quase sempre muito grande, por razões arquitetônicas, mesmo se a inclinação da treliça é reduzida abaixo da inclinação necessária da telha e, portanto, necessário o uso de manta betuminosa.
As condições assimétricas podem também ocorrer pelas condições de construção e montagem; entretanto, o engenheiro pode tentar usar o perfil da treliça com geometria próxima à do perfil ideal (diagrama de momento) adicionando um sistema de barras capaz de estabilizar as cargas assimétricas. Desta maneira, os esforços nas barras internas e nas conexões são minimizados com um projeto simples e econômico.
O engenheiro vai encontrar, certamente, casos em que o perfil arquitetônico necessário é conflitante com o perfil preferido estrutural e, portanto, altas tensões podem aparecer nas barras internas e nas conexões. A economia pode, então, ser alcançada pela adoção do mais adequado sistema estrutural das barras internas, nas quais é necessário criar um balanço econômico entre material e mão-de-obra.
A configuração das barras internas deve fornecer comprimentos entre os nós das barras na treliça e nos banzos, de tal modo a reduzir o número de nós; por outro lado, a relação do índice de esbeltez dos banzos comprimidos e das diagonais internas não pode ser excessiva, a flexão local nos banzos não pode ser muito grande e o ângulo entre diagonais e os banzos não pode ser muito pequeno.
O engenheiro é, em geral, influenciado por considerações arquitetônicas pelo tipo e comprimento das telhas, pelas condições de apoio, vão e economia e, provavelmente, escolhe um dos tipos básicos de treliça: banzo inclinado para uma ou duas águas.
A forma mais comum para uso doméstico e industrial é a treliça de banzo inclinado cuja forma acompanha o diagrama de momento razoavelmente bem e é compatível com materiais tradicionais de cobertura, como as telhas para uso doméstico e chapas corrugadas para aplicações industriais.
Parte da carga aplicada é transferida diretamente através das barras dos banzos para os nós de apoio, enquanto as barras internas transferem cargas de valores relativamente pequenos para médio, e os nós podem, quase sempre, ser projetados para resistir a estas cargas, com pouca dificuldade. Treliças de uma água são, em geral, adequadas para vãos de até a 9m; acima deste vão a desse vão torna-se difícil o transporte.
Para grandes vãos e uso industrial, as treliças bowstring podem ser muito econômicas, o que pode ser considerado alternativa para a tradicional treliça toda pregada belfast. Com carga uniforme e nenhuma grande carga concentrada, o perfil do banzo superior resiste a toda carga aplicada e vãos de até 30m não são incomuns. Um perfil parabólico é a escolha mais eficiente, teoricamente, para suportar cargas uniformes, mas considerações práticas de montagem a tornam, em geral, mais conveniente ou necessária pela adoção de um perfil circular para o banzo superior.
O banzo superior é usualmente laminado (não necessariamente, com quatro ou mais barras) usando-se grampos de pressão ou pregos de pressão para a montagem. A curvatura pode ser introduzida enquanto laminado ou, alternativamente, o banzo pode ser fabricado reto e então curvado para a requerida curvatura.
O projetista precisa tomar o cuidado com o método de fabricação, ou ele será incapaz de dar as corretas tensões de curvatura. As menores tensões radiais ocorrem se a curvatura é introduzida durante a laminação. Com treliças de banzo inclinado, os momentos secundários no banzo superior devem ser evitados, quando possível, pela colocação de terças sobre os nós. Com treliças bowstring, as terças devem ser colocadas entre os nós, deliberadamente, criando um momento secundário para anular o momento causado pelo produto da carga axial tangencial e a excentricidade do banzo.
Autores: Carlito Calil Júnior - Professor Titular da Escola de Engenharia de São Carlos-USP. e-mail: calil@sc.usp.br.
Antonio Alves Dias - Professor Doutor da Escola de Engenharia de São Carlos-USP; e-mail: dias@sc.usp.br. |
