MADEIRA arquitetura e engenharia

Transcrição

1 Voltar MADEIRA arquitetura e engenharia PASSARELAS ESTAIADAS DE MADEIRA Everaldo Pletz Universidade Estadual de Londrina Francisco Antonio Rocco Lahr Escola de Engenharia de São Carlos, USP Carlito Calil Júnior - Escola de Engenharia de São Carlos, USP nº 4 artigo2 RESUMO A recente popularização das passarelas estaiadas de madeira no mundo motivou o desenvolvimento do presente trabalho, onde é dado destaque aos materiais utilizados, a tipologia adotada e os principais parâmetros geométricos usados nos projetos. Apresenta-se, também, uma série de exemplos de passarelas construídas em diversos países. Palavras-chave: passarela, madeira, passarela estaiada ABSTRACT The recent mushroom of cable-stayed timber footbridges in the world has incentive the developing of this paper, giving focus to the used materials, the adopted typology and to the main geometrical parameters for designing. Some examples of built footbridges around the world are also shown. Keywords: footbridge, timber, cable-stayed footbridge 1 Introdução O mundo contemporâneo vem redescobrindo a madeira. Novas tecnologias de tratamento estão lhe conferindo a durabilidade desejada; o surgimento da madeira laminada colada tem aberto vastas possibilidades de formas e comprimentos; os processos construtivos têm caminhado no sentido da industrialização utilizando espécies de reflorestamento; e as novas alternativas de ligação têm viabilizado soluções mais racionais para as estruturas de madeira. Por outro lado, vêm aumentando as exigências técnicas relativas ao projeto e à construção de pontes e passarelas. Somando estas duas grandes tendências mundiais, a partir da década de 80 consolidou-se um movimento no sentido da construção de passarelas estaiadas de madeira. Pontes e passarelas de grandes vãos minimizam o impacto ambiental pela redução do número de pilares, ampliam as condições de aproveitamento de espaço sob as mesmas, facilitam o processo de execução em locais inóspitos e ainda se transformam em um ícones de arrojo e de avanço tecnológico de um povo ou nação. Por motivos econômicos e construtivos os sistemas estaiados ou pênseis são os mais adequados para pontes e passarelas grandes vãos. A prática recente tem demonstrado que as pontes estaiadas são mais econômicas do que as pênseis, principalmente quando se apresentam na forma de três vãos com eixo de simetria central. Por outro lado, seu campo de utilização fica limitado aos casos em que a altura de sua torre seja exeqüível. A partir deste limite as pontes pênseis passam a ser utilizadas. A ponte estaiada para pedestres, ou simplesmente passarela estaiada, é aquela cujo tabuleiro pode se apoiar nas torres e nos apoios nas extremidades do tabuleiro, além de se apoiar nos cabos (estais) irradiados das torres, em forma retilínea em direção ao tabuleiro. Estes cabos tracionados provocam flexocompressão no tabuleiro e nas torres, possibilitando que as cargas da passarela caminhem até as torres e, daí, para as fundações. A ponte pênsil apresenta o tabuleiro apoiado em cabos verticais tracionados que, por sua vez, se ligam a um grande cabo em forma de catenária, apoiado nas torres e nas extremidades da ponte, o que pode provocar tração na fundação. O sistema estaiado apresenta elevada rigidez pela presença de cabos tracionados apoiados nas torres, racionalidade na distribuição de esforços de tração nos cabos e de flexo-compressão no tabuleiro e torres, economia na diminuição dos efeitos de flexão no tabuleiro. Este sistema viabiliza a construção de pontes e passarelas para grandes vãos, revestindo a construção de elegância e alto valor estético. 2 Tipologia Neste item são discutidos alguns dos aspectos relacionados aos vãos das passarelas, aos estais, às torres e aos elementos da superestrutura.

2 2.1 Vãos As passarelas estaiadas podem possuir um, dois ou três tramos. A opção ideal seria a passarela de três tramos, com o central de comprimento igual ao dobro dos adjacentes, fazendo o tabuleiro absorver quase que a totalidade dos esforços horizontais, evitando encarecer as fundações. Nas passarelas de um ou dois tramos, observa-se que a inclinação das torres em relação à vertical pode permitir a melhor centralização do ponto de irradiação dos estais, consequentemente, melhorando a distribuição das solicitações. 2.2 Estais Os estais podem ser cabos ou barras de aço de alta resistência. Nas barras, as vantagens são os menores riscos de corrosão e a maior simplicidade de manutenção, enquanto os cabos viabilizam comprimentos significativamente muito grandes, dispensando qualquer tipo de emenda. Existem vários tipos de cabos no mercado. Tanto os cabos como as barras devem ser de aço inoxidável, embora esta seja uma opção muito cara em termos nacionais. Caso contrário eles devem sofrer um processo de galvanização. Do ponto de vista geométrico os estais têm se apresentado na forma radial ou de um leque, isto é, todos os estais irradiando do topo da torre em direção ao tabuleiro. Esta disposição diminui as solicitações nas torres e enrijece o conjunto pela geometria triangular do arranjo dos estais. 2.3 Torres As torres podem ser de madeira, aço ou concreto. Quando são de madeira maciça observa-se a limitação que os comprimentos impõem, porque não são usuais emendas em peças tão solicitadas e importantes para a estrutura. Como a altura está relacionada com o vão, isto implica que as torres de madeira maciça são indicadas para passarelas de pequeno porte, com vãos de até 30 metros. Do ponto de vista geométrico, as torres têm sido simples ou compostas, verticais ou inclinadas. As simples são colunas articuladas na base e no topo. As compostas se apresentam na forma de pórticos do tipo gol, ou de pórticos na forma de um A. Esta última alternativa tem apresentado excelentes resultados no combate aos efeitos dinâmicos. Elas podem ser de madeira laminada colada quando alturas maiores são necessárias. Ao se usar o concreto armado, deve-se atentar para dificuldades construtivas decorrentes da altura. A opção de peças pré-moldadas em concreto armado apresenta limitações de comprimento e peso, no transporte e manipulação. Quanto às torres de aço, observa-se que, pela leveza e possibilidade de serem pré montadas, são usadas para passarelas de grandes vãos. Outros fatores importantes a considerar são a disponibilidade do material no local da obra e, obviamente, o custo. 2.4 Superestrutura A madeira utilizada para a superestrutura é sempre de reflorestamento, pelas vantagens que apresenta na sua obtenção e na industrialização. A superestrutura pode ser de dois tipos: formada por tabuleiro que se apóia em transversinas sustentadas por longarinas ou apenas pelo tabuleiro. A primeira opção se caracteriza pelo aumento do número de pontos de transferência de esforços, que tornam o sistema mais suscetível a problemas de conservação. A segunda opção simplifica a mecânica de transferência dos esforços, dispensando muitas ligações, e os processos construtivo e de manutenção. Usualmente tem se usado a madeira laminada colada ou a laminada protendida transversalmente por barras de aço de alta resistência, conforme indica a fig. 01. As seções transversais mais comuns são as retangulares, mas se usam seções do tipo celular quando há esforços mais intensos de torção. Fig.01 Tabuleiro Protendido 3 Parâmetros geométricos usuais As torres devem possuir uma relação altura/vão principal em torno de 0,25. Os estais devem apresentar inclinação mínima de 25 e espaçamento em torno de cinco metros, para as ligações serem mais simples, os estais possuam seção transversal menor e o tabuleiro seja mais esbelto. Os tabuleiros laminados devem

3 possuir altura em torno de um vinte e cinco avos do espaçamento entre estais. As longarinas devem apresentar aproximadamente um vinte avos do vão principal da ponte. 4 Exemplos Como exemplos, podem ser citadas as passarelas suecas de Gudöbroleden e de Järna. A primeira possui vão principal de 35 metros, torres metálicas de 21 metros de altura total, dois planos verticais paralelos de estaiamento, com cabos espaçados de aproximadamente 7 metros, e superestrutura composta por tabuleiro protendido de 50 centímetros de espessura, conforme mostra a fig. 2. Figura 2 Passarela de Gudöbroleden Figura 3 Passarela de Järna A Segunda, apresentada na fig. 3, possui 25 metros de vão principal, superestrutura composta por um tabuleiro protendido com seção em T dada pela presença de três vigas laminadas coladas de 60 centímetros de altura, e torres de laminado colado de altura total 11,5 metros, sendo 6,5 metros acima do tabuleiro. No Japão, encontram-se duas passarelas vencedoras de concursos internacionais de pontes: a primeira, do ano de 1995, no aeroporto de Hiroshima, e a segunda, em 1992, no parque de Yamato. A primeira, apresentada na fig. 4, é uma ponte rodoviária com torres de concreto armado em forma de A, superestrutura com vigas treliçadas de banzos paralelos de aproximadamente 4,50 metros de altura, em madeira laminada colada, vencendo um vão principal de 83 metros, projetada por uma empresa norteamericana, a Western Wood System, e executada pela Mitsui Wood System. Em contraste com a linguagem arquitetônica apresentada pela ponte do aeroporto de Hiroshima, a segunda denominada Bird Sanctuary Bridge, construída na cidade de Yamato, próxima a Tóquio, em um parque ecológico, incorpora nas torres e nos componentes dos guarda-corpos a linguagem milenar da arquitetura japonesa, conforme se observa na fig. 5. Figura 4 Passarela no aeroporto de Hiroshima Figura 5 Passarela Bird Sanctuary Bridge em Yamato Na Suíça, encontram-se várias passarelas interessantes, como por exemplo a denominada Tommarspan, em Simrishamn, com 17,5 metros de vão e vigas de rigidez em madeira laminada colada (MLC) e torres de madeira. Outro exemplo é a passarela em Vallorbe, com 24 metros de vão, torre inclinada em forma de H, com tabuleiro laminado colado, conforme se pode observar na fig. 6. A fig. 7 apresenta a riqueza do detalhe do topo de sua torre, revelando a preocupação com a durabilidade, cujo projeto é pelo menos tão importante quanto o projeto estrutural. Esta é certamente a grande lição que as pontes e passarelas suíças passam ao mundo, e a um país que possui pontes de madeira com idade de três séculos todos devem prestar atenção. Pode-se com certeza afirmar que o parcela considerável do sucesso do projeto de pontes e passarelas de madeira está no detalhamento.

4 Figura 6 Passarela de Vallorbe Figura7 Detalhe do topo da Torre da Passarela de Vallorbe Outra obra que também demonstra o potencial deste sistema estrutural usando a madeira, é a passarela sobre o Rio Rhone, em Genebra, Suíça, projetada pelo prof. Dauner, conforme se observa na fig. 8. Figura 8 Passarela sobre o Rio Rhone A fig. 9 apresenta outra obra na Suíça, cujo destaque é a elegância de seus detalhes. Ainda muitos outros exemplos podem ser elencados, demonstrando a viabilidade da utilização de passarelas estaiadas de madeira para vãos de 20 a 100 metros. Figura 9 Passarela em zona urbana na Suíça Na Austrália encontra-se, como exemplo, a passarela sobre o Redbank Creek, em North Richmond, com 33,5 metros de vão principal, tabuleiro protendido de 29 centímetros de espessura constituindo a superestrutura, torres de concreto armado com 12 metros de altura e estais formados por barras de aço de alta resistência. Na Irlanda, a passarela com três vãos de 22 metros, torres de MLC com aproximadamente 8 metros de altura e tabuleiro apoiado em vigas de rigidez de MLC, de 50 centímetros de altura, se mostrou uma opção de alta durabilidade diante das condições da proximidade do mar. Nos Estados Unidos da América, pode ser citada, entre outras, a passarela estaiada assimétrica em madeira laminada colada na entrada para parque Stone Mountain Park, na Geórgia, sobre uma rodovia, com torre intermediária.

5 5 Conclusões As passarelas estaiadas de madeira estão se popularizando em todo o mundo graças à sua elegância, à possibilidade de vencer grandes vãos, e à harmonia com o meio ambiente, tanto do ponto de vista de sua produção como da obra construída. Contribuem eficazmente para demonstrar que a madeira é um material de construção próprio para a industrialização e com presença garantida nas construções estruturais do presente e do futuro. 6 Referências bibliográficas CARTER, D. J.; FAYERS,S. W. Design of a Cable-Stayed Stress-Laminated Timber Pedestrian Bridge over Redbank Creek. In: Pacific Timber Engineering Conference, 1994, Gold Coast Australia. FISCHER, J. Timber Bridges in lecture E17. Lignum, Zurich,1999. LEONHARDT, F.; ZELLNER, W. Past, Present and Future of Cable-Stayed Bridges. In: Seminar Cable- Stayed Bridges: Recent Developments and their Future, Yokohama, Elsevier, Science Publishers, Amsterdam, 1992, p METTEM, C. J. et alli. Timber Bridges Design and Appropriate use of Materials. The Structural Engineer vol.76, n.16, NATTERER, J. Tendencies in Bridge Construction. In: World Conference on Timber Engineering, 5, Montreux, Switzerland, NORDIC TIMBER COUNCIL. Timber Bridges: a Presentation of 22 Nordic Timber Bridges.1999.