ESTRUTURAS DE MADEIRA NO BRASIL: ESTUDO DE CASOS

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1 ESTRUTURAS DE MADEIRA NO BRASIL: ESTUDO DE CASOS Prof. Dr. Carlito Calil Junior Universidade de São Paulo Escola de Engenharia de São Carlos Departamento de Engenharia de Estruturas Laboratório de Madeiras e de Estruturas de Madeira RESUM0: Este trabalho apresenta estudos de caso de estruturas de madeira construídas no Brasil mostrando os principais sistemas estruturais e construtivos de coberturas, pontes e formas e escoramentos. As grandes estruturas de madeira no Brasil datam da década de 30 e tiveram sua origem na Indústria Hauff de Engenharia que contribuiu fortemente para o avanço tecnológico das grandes estruturas de madeira. no setor da construção civil de madeiras no Brasil. Nesta época se utilizava principalmente as madeiras tropicais. Atualmente a maior utilização da madeira corresponde as coberturas residenciais e industriais bem como as formas e escoramentos para edifícios de múltiplos andares em concreto armado. Inicia-se neste século o processo da industrialização das estruturas de madeira com a utilização de treliças de cobertura montadas na indústria com ligações com chapas com dentes estampados, as vigas I compostas de almas de compensado e mesa de madeira serrada e o inicio da produção de elementos estruturais em madeira laminada colada. As espécies hoje utilizadas são as de florestas plantadas principalmente de eucalipto e pinus. Apresenta-se também neste trabalho os sistemas estruturais e construtivos de pontes de madeira construídas por ocasião do programa emergencial das pontes de Madeira para o Estado de São Paulo desenvolvido pelo grupo do LaMEM no período de 2001 a 2006 com a finalidade de construir varias estruturas tecnológicas demonstrativas em madeira para incentivar o uso deste material na construção civil o que resultou em um manual de projeto e construção de pontes de madeira. A HISTÓRIA DAS ESTRUTURAS DE MADEIRA NO BRASIL: A EMPRESA HAUFF Erwin Hauff o fundador da empresa HAUFF nasceu em Viena (Áustria) e formou-se em engenharia civil pela Escola Politécnica de Munique, concluindo seu curso em Ao final da Primeira Grande Guerra Mundial, o engenheiro fixou-se no Brasil e viu-se atraído pelo estudo das espécies florestais brasileiras, a partir da observação das características físicas da madeira. Para tanto, colhia amostras das mais variadas espécies, observando o seu comportamento em relação à secagem, os defeitos decorrentes da mesma como rachaduras e empenamentos e em relação à trabalhabilidade. Todas estas observações eram feitas através de ensaios de caráter empírico. Construiu diversos tipos de estruturas de cobertura para armazéns, depósitos, pontes, cimbres e outras obras, em São Paulo, na década de vinte, até que, em 1929, fundou a firma "Hauff". Através dessa firma, projetou e construiu estruturas de madeira treliçadas com ligações cavilhadas, o que lhe proporcionou reconhecimento em nível nacional e internacional. Seu prestigio internacional veio através da Escola Politécnica de 53

2 Munique, que lhe atribuiu o título de professor catedrático daquela instituição por sua produção na área de estruturas de madeira construídas no Brasil. Devido à sua experiência no ramo das estruturas de madeira e de seu conhecimento relativo à tecnologia desse material, Erwin Hauff também contribuiu para a elaboração da norma brasileira NB-11/51. A proposta do Sistema Hauff era caracterizada pelo uso de cobrejuntas (talas), sambladuras e pinos circulares feitos de madeira (cavilhas) empregados nas ligações das barras que eram concorrentes, formando os nós dos elementos estruturais. Outra característica relevante desse sistema era o uso do sistema treliçado composto por barras de seções simples ou compostas por múltiplos elementos (de seções simples) pregados, de modo a formar a barra com seção desejada para resistir aos esforços atuantes. Essa técnica foi largamente utilizada em projetos de estruturas para pontes rodoviárias, cimbres de pontes rodoviárias e ferroviárias feitas de concreto armado, torres, andaimes, escoramentos, silos e estruturas de cobertura em geral (figura 1). Figura 1. Sistema Hauff de ligações com sambladuras e cavilhas O sucesso da "Hauff" nas décadas de 20, 30 e 40 se deve, entre outras coisas, à maior facilidade de mão-de-obra qualificada que, nessa época era abundante, em virtude da imigração estrangeira, que trouxe para o Brasil um arsenal de indivíduos de nível médio bastante qualificados e experientes nos ofícios de carpintaria, bem como em outras tarefas da construção civil, em geral. Também, em alguns momentos, a própria Hauff requisitou vários técnicos europeus para aprimorar o seu corpo operário, exigindo nível técnico ou especialização em uma carpintaria, uma vez que a mão-de-obra brasileira 54

3 passava por um período de crise, principalmente ao final dos anos quarenta e cinquenta. Esses profissionais estrangeiros foram, em grande parte, responsáveis pela formação de muitos carpinteiros brasileiros de excelente qualidade. As fases das Estruturas de Madeira "Hauff" no Brasil Das três fases da Hauff, a primeira se destacou em relação às demais pela inovação tecnológica que esta firma introduziu no setor da construção civil através das estruturas de madeira. Entre essas estruturas se destacam pontes rodoviárias, cimbres, andaimes, antenas, escoramentos, armações de coberturas em geral e silos. Das estruturas de madeira construídas pela Hauff para servir de pontes rodoviárias, a de Guarulhos pode ser destacada, por ser considerada, para a época em que foi executada, a que tinha o maior vão livre da América do Sul, vencendo 52 metros entre apoios, com tabuleiro inferior de 3,30 metros de largura (foto 1). Figura 2 Ponte de Garulhos 52 m - E. Hauff & Cia Fonte C T (2) Outro exemplo significativo de ponte de madeira executado no período é a estrutura em arco triarticulado construída sobre o rio Tietê na capital de São Paulo. Essa ponte tinha um vão livre de 38 metros, sendo seu comprimento total de 48 metros. Assim como a ponte de Guarulhos, esta também recebeu tratamento com produto preservador do tipo carbolineum e tinha como apoio uma fundação de concreto armado. A foto 2 apresenta um aspecto parcial dessa ponte. 55

4 Figura 3 Ponte sobre o Rio Tietê, 38 m E. Hauff & Cia. Fonte CT (2) Outro setor da construção civil em que os cimbramentos da Hauff se destacaram foi o subsetor de edificações, devido à racionalidade construtiva e ao reaproveitamento que os mesmos propiciavam na obra. Um dos exemplos mais significativos são os cimbramentos utilizados na construção do Mercado Municipal de São Paulo executadas no período da "E. HAUFF & Cia". Esses cimbramentos eram constituídos de quadros rígidos biarticulados, com vão de 17 metros, construídos para um terço do comprimento da obra, sendo deslocados para o ponto médio e último (figura 4). Figura 4 Cimbramentos 17 m E. Hauff & Cia. Fonte C T (2) 56

5 No primeiro período dos projetos e obras em madeira para cobertura predominaram as estruturas executadas pelo Sistema Hauff", que se caracterizava pela presença de ligações cavilhadas entalhadas e estruturas treliçadas. Esse primeiro momento, por sua vez, também se apresenta dividido em duas etapas. Essa divisão está marcada pela utilização das telhas que compunham a cobertura, ocorrendo a primeira fase entre 1925 e 1937, caracterizada pelo uso de telhas de barro cozido do tipo francesa (figura 5). Figura 5 Cobertura do Ginásio de Esportes São Paulo, 25 m E. Hauff & Cia. Fonte CT (2). A segunda etapa, a partir de 1937, caracteriza-se pelo emprego de telhas onduladas de fibro-cimento. O uso da telha francesa implicava em uma trama de cobertura composta de ripas, caibros e terças. Quanto aos elementos estruturais, como arcos, pórticos, tesouras, etc., apresentavam barras com seções mais robustas, pois esse tipo de cobertura era mais pesado do que a cobertura de telhas de fibrocimento. Outro aspecto importante relacionado à telha francesa é o sistema de contraventamento da armação de cobertura que, comparado ao utilizado para armações para sustentar telhados de fibrocimento, era mais simples do que este último, porque as telhas de barro não eram fixadas na trama da cobertura, portanto, não transferiam aos elementos estruturais o efeito de sucção. (figuras 6 e 7). 57

6 Figura 6 Treliça com banzo superior treliçado, 16 m - E. Hauff & Cia CT (3) Figura 7 Cobertura em treliça, 20 m - E. Hauff & Cia CT (3) Os pórticos também foram amplamente usados para sustentação de coberturas de telhas de barro, vencendo vãos em torno de vinte metros (figura 8). Esses possuíam banzo superior reto com inclinação determinada pela telha que se empregava para compor a 58

7 cobertura, o que facilitava a execução dos planos que compunham o telhado da edificação. Figura 8 - Cobertura em pórtico Hauff & CIA Fonte: Cleide M. Barreto (5). Durante esse mesmo período, também foram utilizadas estruturas de arcos com duas ou três articulações, e tirantes feitos de madeira ou de aço. A combinação da forma do arco com as características mecânicas da madeira de bem resistir a esforços de tração e compressão paralela às fibras, resultou em uma solução estrutural capaz de vencer grandes vãos com o emprego racional da madeira. Essa solução estrutural foi muito utilizada pela "Hauff" para vãos em torno de vinte e trinta metros, quando os arcos eram atirantados e se apoiavam em paredes de alvenaria, em pilares e vigas de concreto armado, ou sobre pilares de madeira (figura 9). 59

8 Figura 9 Cobertura em arco treliçado biarticulado, 70 m Fonte César,S.F. A "Hauff" desempenhou um papel de grande relevância na história da construção civil brasileira, durante toda a sua existência, mas, em particular no período referente a sua maior produção, correspondente, à fase de suas estruturas de madeira. Pode ser considerada uma empresa introdutora de tecnologias em estruturas de madeira e também como grande responsável pela formação da mão-de-obra ligada a produção de estruturas de madeira, tenham sido mestres em carpintaria, desenhistas e projetistas, bem como favoreceu o enriquecimento da bagagem técnica de muitos engenheiros que dela fizeram parte. A UTILIZAÇÃO DA MADEIRA HOJE NA CONSTRUÇÃO CIVIL Segundo a ITTO, o Brasil atualmente produz e consome 13 milhões de metros cúbicos de madeira serrada por ano. Quanto desta madeira é utilizada na construção civil e em que sistemas construtivos é utilizada. No Estado de São Paulo estima-se o uso de madeira serrada tropical na construção civil em metros cúbicos sendo 50% para estruturas de cobertura (891700), 33% em formas e escoramentos para concreto armado (594400), 13% em forros, pisos e esquadrias (233500) e 4% em casas préfabricadas(63700). A seguir são apresentadas as figuras mostrando detalhes destes sistemas construtivos atualmente utilizados na construção civil brasileira: - casas de madeira: o sistema construtivo atual utiliza madeira serrada na forma de tabuas com encaixe macho-femea sendo construída com espécies tropicais e de florestas plantadas. Existe também um sistema construtivo com peças roliças de diâmetro uniforme da espécie de madeira de pinus; 60

9 - telhados residenciais: o sistema construtivo mais utilizado é o de pontaletes apoiados diretamente sobre a laje de concreto ou na forma de treliças; - formas e escoramentos para estruturas de concreto: o sistema construtivo utilizado é o de painéis de lajes, vigas e pilares usando chapas de madeira compensada com reforço de sarrafos de madeira de pinus, pontaletes e garfos de espécies de florestas plantadas de pinus e eucalipto; - coberturas de grandes vãos: embora não comum como no passado das estruturas Hauff, estes estão sendo construídos com aço e somente estrutruas especiais são construídas utilizando a Madeira Laminada Colada; 61

10 - roliços (colunas, vigas, postes e estacas): estes elementos estruturais estão sendo como elemento estrutural portante em construções comerciais e residenciais, bem como em fundações de pontes e passarelas de madeira - passarelas e pontes: estas estruturas estão sendo construídas principalmente com fundações, colunas e vigas em peças roliças e tabuleiro em peças serradas: - dormentes: estes elementos estruturais solicitados predominantemente a compressão normal as fibras são utilizados nas ferrovias no pais com espécies tropicais e de florestas plantadas particularmente os eucaliptos: 62

11 - cruzetas: estes elementos estruturais são utilizados em postes de eletrificação em redes principais e secundarias normalmente produzidos com espécies tropicais e de reflorestamento; OS SISTEMAS INDUSTRIALIZADOS DE ESTRUTURAS DE MADEIRA E OS NOVOS MATERIAIS ENGENHEIRADOS DE MADEIRA Entendemos que o futuro próximo de investimento das indústrias ligadas ao setor madeireiro da construção civil sejam as estruturas industrializadas de madeira. A madeira é um material que apresenta naturalmente uma grande variabilidade em suas propriedades de resistência e elasticidade e para a otimização na utilização deste material precisamos classificar a madeira em grupos de mesmos intervalos de propriedades. Os processos de classificação podem ser visuais e mecânicos e sua realização é muito importante para melhorar a segurança, a qualidade e a durabilidade da madeira. Desta maneira se usarmos o material fornecido pela natureza temos que aceitar esta variabilidade e com isto projetar as estruturas com coeficientes de segurança que levem em consideração esta grande variabilidade. Por outro lado, se fizermos um controle de qualidade através, por exemplo, de uma classificação, podemos trabalhar com uma seção menor e com mais segurança. 63

12 Os produtos de estruturas de madeira mais fabricados no mundo hoje são: treliças industrializadas com ligações com chapas com dentes estampados, vigas I sendo a mesa formada por madeira sólida ou LVL e a alma com chapas de compensado ou OSB e as vigas de Madeira Laminada Colada(MLC). Todos estes produtos são fabricados na indústria com controle de qualidade e transportados para o local de sua instalação. Estes processos já são bastante utilizados na Europa, Estados Unidos e Austrália. A figura abaixo mostra estes produtos. As treliças industrializadas são versáteis, práticas, econômicas, construídas com controle de qualidade e redundantes em seu sistema construtivo propiciando estruturas mais seguras. Dentre as principais características das estruturas de coberturas executadas com CDE, destacam-se: redução do peso da estrutura em até 40% com relação ao sistema tradicional (vigas de 6x12 e 6x16 cm) sem projetos elaborados por profissionais da engenharia; alívio das cargas concentradas: nas treliças, devido ao menor espaçamento entre as mesmas, e nas fundações, com a diminuição do peso próprio da estrutura devido ao menor consumo de madeira; facilidade de instalação de equipamentos em função do menor espaçamento das treliças; melhor aproveitamento do material; qualidade técnica dos projetos; controle de qualidade; o sistema apresenta um bom desempenho estrutural para vãos de até 20 metros; limitação do raio de transporte econômico. A falta de indústrias de coberturas no Brasil, encarece a execução destas estruturas em certas regiões do pais. 64

13 As vigas I são utilizadas em pisos e em forros de casas(i joist) e como vigas se suporte para fôrmas de estruturas de concreto(h20). As fôrmas para estruturas de concreto são a segunda maior utilização da madeira na construção civil e representam 50% do custo da estrutura sendo que os elementos estruturais de madeira os tradicionalmente mais utilizadas para moldagem de elementos estruturais de concreto. São responsáveis também pela rigidez e sustentação de toda a estrutura, principalmente por ocasião da concretagem quando sua resistência é mais exigida. As vigas de MLC são fabricadas pela combinação de tábuas coladas longitudinalmente com suas fibras paralelas ao eixo da peça estrutural, até se atingir o comprimento requerido para a composição da peça final, sendo que, as lâminas são justapostas para formar a seção transversal requerida no dimensionamento da peça estrutural. As peças compostas sob a técnica da MLC podem ter formato reto ou curvo. Atualmente nos Estados Unidos e Europa se constroem vigas de ate 30 metros de comprimento por 2 metros de altura. No Brasil esta técnica ainda esta em desenvolvimento, com um custo muito alto devido aos poucos fabricantes no mercado, mas espera-se em um futuro próximo, uma competitividade com melhoria na qualidade, baixo custo e produtividade competitiva com a madeira sólida. 65

14 Finalmente os novos produtos engenheirados da madeira como o LVL ( Laminated Veneer Lumber), SCL (Structural Composite Lumber), PSL(Parallel Strand Lumber ) e LSL(Laminated Strand Lumber) que estão sendo produzidos em vários países com propriedades de resistência e elasticidade de baixa variabilidade e certamente contribuirão para o desenvolvimento de novos sistemas construtivos em madeira garantindo a evolução e a confiabilidade no projeto e na construção de estruturas de madeira no Brasil. 66

15 NOSSA META ATUAL: INCENTIVAR O USO DA MADEIRA NA CONSTRUÇÃO CIVIL Principais fatores restritivos a uma maior utilização da madeira na construção civil no Brasil: - entrosamento universidade e empresa para a maior utilização do produto; - a pressão necessária junto as entidades privadas e governamentais para diminuir o preconceito de uso do material; - a Educação superior e técnica na área de projeto e construção em madeira; - base de dados de propriedades de resistência e elasticidade das madeiras brasileiras; - a normalização em madeiras e em estruturas de madeira; - boletins técnicos e manuais para projeto e construção em madeira. Bibliografia CÉSAR, Sandro Fábio. As estruturas Hauff de Madeira no Brasil. São Carlos, p. (Dissertação Mestrado, Escola de engenharia de são Carlos, USP. Orientador: Prof. Dr. Carlito Calil Junior CALIL, C.Jr et al Manual de Projeto e Construção de Estruturas de Madeira, São Carlos, SP, 250 p, 2006 ERWIN. HAUFF & CIA. Estruturas de madeira. s. i. (catálogo técnico n.1.) CT 1 ERWIN. HAUFF & CIA. Estruturas de madeira: telhados, pontes, cimbres, etc. s.i. (catálogo técnico n.2) CT 2 ERWIN HAUFF Eng. Civil. Madeiramentos modernos pelo sistema Hauff. s.i. (catálogo técnico n.3) CT 3 SOBRAL, L. et. al. Acertando o alvo 2: consumo de madeira amazônica e certificação florestal no Estado de São Paulo. Belém: Imazon, p. 67