Tabuleiros laminados protendidos transversalmente para aplicação em pontes de madeira: proposta para a inclusão na NBR 7190

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1 Voltar MADIRA arquitetura e engenharia nº 13 artigo 3 Tabuleiros laminaos rotenios transversalmente ara alicação em ontes e maeira: roosta ara a inclusão na NBR 7190 Thalita Fernanes a Fonte, Universiae e São Paulo, scola e ngenharia e São Carlos, Deartamento e ngenharia e struturas, São Carlos, SP. -mail: thalita@sc.us.br Carlito Calil Junior, Universiae e São Paulo, scola e ngenharia e São Carlos, Deartamento e ngenharia e struturas, São Carlos, SP. -mail: calil@sc.us.br Resumo: A alicação e tabuleiro laminao rotenio transversalmente ara uso em estruturas e ontes é uma alternativa viável técnica e economicamente. Consiste em isor lâminas e maeira, classiicaas visual e mecanicamente, e esessuras e 5 a 10 centímetros e altura em unção o rojeto, e alicar uma rotensão transversal. sta rotensão eve ser tal que não rovoque escorregamento interlaminar, visto que é necessário um comortamento e laca no sistema, mas que, or outro lao, não cause esmagamento a maeira or comressão erenicular às ibras. ste trabalho aresenta recomenações ara o rojeto e construção e ontes em tabuleiro laminao rotenio e maeira, baseaas em amla revisão bibliográica e em resultaos exerimentais obtios no aís, aresentaas ao Comitê e stuos a C , a ABNT, resonsável ela revisão a norma NBR 7190:1997 Projeto e struturas e Maeira, ara iscussão e inserção na nova versão a resente norma. Palavras-chave: estruturas e maeira, ontes, laca ortotróica, rotensão transversal. Abstract: Transversally stress-laminate timber brige ecks are a viable choice. They are constructe by laminating sie-by-sie 5 by 10 cm thick ieces o timber, until a soli eck o the esire with is achieve. The restressing loa shoul be high enough so the ecks can behave as orthotroic lates, hinering the sliage o the ieces, but it might not cause woo crushing. This work resents some esign guielines an recommenations or a brige construction using this structural system, base on literature revision an exerimental results obtaine in the country, showe to Stuies Committee C , ABNT, resonsible or the revision o the stanar NBR 7190 Woo Structures Design, in orer to iscuss an introuce it to the new version o this stanar. Keywors: woo laminae eck, timber structures, transverse re-stressing, briges. MADIRA: arquitetura e engenharia, quarimestral, maio a agosto, 2004, ISSN

2 1. Introução O conceito e alicação e rotensão transversal em tabuleiros e ontes e maeira surgiu na écaa e 70, no Canaá, como alternativa e recueração ara tabuleiros laminaos regaos. Devio ao excelente esemenho o sistema, oram elaboraas iretrizes ara a construção e ontes, e orma que já na versão seguinte o cóigo normativo e Ontário estivessem inserias essas recomenações. Nos ias atuais, encontram-se ontes laminaas rotenias e iretrizes e cálculo em vários aíses o muno, como or exemlo staos Unios, Jaão, Austrália e Brasil, totalizano mais e 2500 uniaes já construías. No aís, o estuo este sistema iniciou-se em 1995, e ese então vários rogressos oram obtios, viabilizano a construção a rimeira onte e a elaboração e um métoo seguro e cálculo, ara as conições climáticas, e material e e carregamento brasileiras (Fonte, 2004 (8) ). ste trabalho tem como base o cóigo internacional urocoe 5 (7) e alguns trabalhos esenvolvios no aís e no exterior. Procurou-se analisar caa item isolaamente, or ocumento, e em conjunto, e orma a aresentar recomenações e rojeto que reletissem a realiae nacional e construção em estruturas e maeira e que se enquarassem nas normas NBR 7190/97 Projeto e struturas e Maeira (4) e NBR 8681/03 Ações e Segurança nas struturas (5). Além as recomenações e rojeto, são também aresentaas algumas articulariaes e construção o sistema, e orma a orientar também a execução essas estruturas. 2. Materiais utilizaos Os tabuleiros laminaos rotenios são construíos com maeira classiicaa visualmente e mecanicamente, com 5 a 10 cm e esessura e com altura suerior a 13 cm. A lâmina oe ser revestia ou simlesmente serraa. ste sistema é ieal ara vãos e até 12 metros, a menos que se aça associação o sistema com uma seção transversal comosta. É ossível uma esconsiae máxima e 5º sem a necessiae e alteração nas rorieaes e resistência e rigiez o tabuleiro. Os tabuleiros laminaos rotenios oem ser construíos com qualquer esécie e maeira, ese que cumram requisitos e resistência e rigiez e rojeto e sejam trataas com reservativos. Toos os cortes e uros nas eças e maeira evem ser eitos antes o tratamento reservativo. As barras e rotensão evem ter iâmetro entre 16 e 35 mm, resistência última entre 827 e 1033 MPa e evem ser rotegias contra corrosão. A ig. 1 mostra um esquema tíico o sistema e roteção, que consiste em engraxar caa barra e colocá-la entro e um tubo e PVC. Toos os emais acessórios metálicos evem ser rotegios contra a corrosão, or meio e galvanização or imersão. Chaa e istribuição Tubo e Polyethyleno Tubo e PVC Caa e PVC Caa e Polyethyleno Barra e aço rotenia Porca Chaa e Ancoragem Figura 1 Sistema tíico ara roteção as barras à corrosão, e acoro com Fonte (2004) (8). MADIRA: arquitetura e engenharia, quarimestral, maio a agosto, 2004, ISSN

3 O esquema e rotensão aotao nos tabuleiro é etalhao na ig. 2: Placa e ancoragem Placa e istribuição Barra e aço e alta resistência Porca e alta resistência Lâminas e maeira rotenias transversalmente Figura 2 Protensão transversal em tabuleiros laminaos e maeira. 3. Hióteses e simliicações e imensionamento As ações a serem consieraas no imensionamento as ontes constam nas seguintes normas: NBR 6120:1980 Cargas ara o cálculo e estruturas e eiicações (1), NBR 6123:1988 Força evia ao vento nas eiicações (2), NBR 7188:1984 Carga móvel em onte rooviária e assarela e eestre: roceimento (3) e NBR 8681:2003 Ações e segurança nas estruturas (5). Abaixo são escritos os carregamentos evios ao trem-tio e ao carregamento e multião, que evem ser consieraos em ontes rooviárias, além os carregamentos habituais em outros tios e eiicações: Trem-tio (classes 12, 30 e 45 e carregamento ig. 3): 6 ton. 6 ton. 300cm 10 ton. 10 ton. 10 ton. 150cm 150cm 15 ton. 15 ton. 15 ton. 150cm 150cm classe 12 classe 30 classe 45 Figura 3 Trem-tio ara as classes e carregamento. Carregamento e multião (ig. 4 e tab. 1): ' calçaa Veículo 300 aixa e rolamento 600cm ' calçaa Figura 4 Carregamento e multião lanta o trem-tio. Tabela 1 Valores o carregamento e multião. Classe a onte (kn/m 2 ) (kn/m 2 ) MADIRA: arquitetura e engenharia, quarimestral, maio a agosto, 2004, ISSN

4 A istribuição e cargas concentraas em tabuleiros laminaos rotenios oe ser realizaa assumino-se como ângulo e istribuição 45º, tanto ara o avimento quanto ara o tabuleiro e maeira, e acoro com recomenações o urocoe 5 (7). Para o cálculo amitino-se uma viga equivalente, a meia D e, que é igual a 1,3 vezes a meia D, oe ser tomaa, levano-se em consieração um aumento e resistência e e rigiez o tabuleiro evio à rotensão (ig. 5), e acoro com Ritter (1990) (10). Largura total b linha e centro o tabuleiro t D = b + t Figura 5 Ângulo e istribuição e cargas concentraas em tabuleiros laminaos rotenios transversalmente urocoe 5 (7). Quano o vão ultraassar 6 metros, oe-se utilizar juntas e too (ig. 6), orém o número e juntas e too ever ser limitao a no máximo uma junta em caa 4 lâminas, em uma mesma osição longituinal, e uma istância mínima e 1 m entre juntas e vigas ajacentes. No cálculo a resistência o tabuleiro laminao rotenio, a rigiez a seção eve ser reuzia na roorção o número as juntas e too, e acoro com a tab. 2, e Okimoto (1997) (9). Juntas a caa 4 vigas Figura 6 xemlo e juntas e too, a caa 4 vigas. Tabela 2 Diminuição a rigiez evio às juntas e too Okimoto (1997) (9). Freqüência e juntas Fator C bj caa 4 0,84 caa 5 0,88 caa 6 0,91 caa 7 0,93 caa 8 0,95 caa 9 0,96 caa 10 0,97 sem juntas 1,00 O imensionamento os tabuleiros laminaos rotenios é controlao elas 4 restrições básicas escritas abaixo: MADIRA: arquitetura e engenharia, quarimestral, maio a agosto, 2004, ISSN

5 (1) Garantir a segurança estrutural, através a limitação as tensões nos materiais às máximas amissíveis; (2) Controlar a rigiez o tabuleiro, evitano eslocamentos excessivos; (3) Manter um nível mínimo e rotensão que mantenha o comortamento o sistema ao longo e sua via útil; (4) Limitar as tensões e comressão transversal e orma a não causar o esmagamento as lâminas e maeira. No sistema, o momento letor longituinal rovoca tensões e eormações que controlam a esessura o tabuleiro. As tensões e eslocamentos transversais ão o conhecimento a orça e comressão que eve ser alicaa entre as lâminas. Os tabuleiros evem ser analisaos ela teoria e laca ortotróica e os arâmetros elásticos evem ser obtios or uma análise exerimental, ara caa esécie e maeira em articular. Os arâmetros elásticos eenem a esécie a maeira utilizaa e o nível e rotensão alicao. Para os inus e eucalitos, as seguintes relações (eq. 1, 2, 3 e 4) oem ser consieraas, seno σ, o nível e rotensão e rojeto, em MPa (Okimoto, 1997 (9) ): Para os inus: G LT T L L = 2,16.10 = 1, σ + 0,00715 (1), σ + 0,01218 (2), Para os eucalitos: G LT T L L = 3,8.10 = 2, σ + 0,01036 (3), σ + 0,00101 (4), one: G LT é o móulo e elasticiae à torção o tabuleiro; L é o móulo e elasticiae longituinal o tabuleiro; T é o móulo e elasticiae transversal o tabuleiro. O móulo e elasticiae longituinal (eq. 5) o tabuleiro eve ser igual ao móulo e elasticiae longituinal as eças e maeira reuzio elo coeiciente C bj, que leva em consieração a reqüência as juntas e too (tab. 2). = C (5) L bj c0 A orça e rotensão eve ser tal que não ocorra escorregamento vertical interlaminar. Recomena-se uma tensão e rojeto e σ, = 700 kpa. Para a tensão resiual e rotensão, limita-se ao valor e 200 kpa em assarelas e em 350 kpa em ontes. A istância entre as barras e rotensão não eve ultraassar 120 cm. MADIRA: arquitetura e engenharia, quarimestral, maio a agosto, 2004, ISSN

6 De acoro com o urocoe 5 (7), as orças e rotensão evem atuar centralmente na seção a maeira, sem excentriciae, e a conição escrita ela eq. 6 eve ser satiseita: V µ σ t (6), min one: V é a orça cortante e cálculo or uniae e comrimento; µ é o valor e cálculo o coeiciente e atrito, ao ela tab. 3 (urocoe 5 (7) ); σ,min é o esorço mínimo resiual e longa uração evio à rotensão, igual a 0,8σ, ; t é a esessura a laca. Tabela 3 Coeiciente e atrito urocoe 5 (7). Tio e suerície Coeiciente e atrito (µ ) maeira serraa/ maeira serraa 0,3 maeira alainaa / maeira alainaa 0,5 maeira alainaa / maeira serraa 0,4 maeira / concreto 0,4 Obs.: o coeiciente e atrito é unção a esécie a maeira, a rugosiae a suerície e contato, o tratamento alicao à maeira e o nível e tensão resiual entre as lâminas A comressão erenicular às ibras nas lâminas mais externas eve ser veriicaa através o métoo roosto ela NBR 7190:1997 (4), escrito na eq. 7: σ (7) l, α n c90, one: σ l, é o esorço e comressão local inicial entre o contato a laca com a maeira; α n eve ser retirao no item a NBR 7190:1997 (4), e acoro com a tab. 4: Tabela 4 Coeiciente α n NBR 7190:1997 (4). Dimensão horizontal a α n chaa e istribuição (cm) 5 1,30 7,5 1, , ,00 MADIRA: arquitetura e engenharia, quarimestral, maio a agosto, 2004, ISSN

7 Deve-se veriicar a segurança aos estaos limites últimos a artir as eqs. 8 e 9: = 3V τ V 0, (8) 2De t M σ M = c0, (9) We seno: τ a tensão tangencial e cálculo; V a orça cortante e cálculo; D e a largura a viga equivalente; t a esessura a laca; σ M a tensão normal e cálculo evio ao momento letor; M o momento letor e cálculo; W e o móulo e rutura eetivo, ao ela eq. 10; V0, é a resistência e cálculo a maeira à orça cortante; c0, é a resistência à comressão aralela às ibras a maeira, e cálculo. 3 t We = Cbj De (10) 6 Para as veriicações reerentes aos estaos limites e utilização, as combinações evem ser calculaas consierano-se os eeitos e longa uração. O sistema e ancoragem as barras rotenias eve transerir a orça as barras e aço ara o tabuleiro e maeira, sem causar esmagamento as lâminas mais externas. Para esta inaliae, abaixo é escrito o métoo e imensionamento e lacas iscretas, que é o mais recomenao neste caso, seguno Ritter (1990) (10). Os eris e aço contínuos evem ser utilizaos somente quano a outra oção não or viável (como, or exemlo, ara reabilitação e tabuleiros), ois a transerência o carregamento é rejuicaa. A ig. 7 mostra o sistema e ancoragem em lacas iscretas. Placa e istribuição Placa e Ancoragem W W h h a b L a t L b Figura 7 Sistema e ancoragem em lacas iscretas. A área a laca e istribuição (A ), aa ela eq. 11, eve ser tal que: A F (11) c90, one: F é a orça e rotensão na barra e aço; c90, é a resistência e cálculo à comressão erenicular às ibra a maeira. MADIRA: arquitetura e engenharia, quarimestral, maio a agosto, 2004, ISSN

8 Além isso, a eq. 12 eve ser reseitaa: b 0,5 2,0 h (12) seno b e h as imensões a laca e ancoragem nas ireções horizontal e vertical, resectivamente. A tensão e comressão alicaa ela laca é aa ela eq. 13, e a esessura mínima a laca e ancoragem, em centímetro, ela eq. 14: F laca = (13) A t 2 3 lacak (14) s seno k uma constante, aa ela eq. 15, s a resistência o aço, e as emais meias em milímetros. h ha 2 k > (15) b ba 2 4. Métoo construtivo Manter um nível e rotensão aequao é o asecto mais imortante na construção o tabuleiro laminao rotenio. São necessárias rerotensões, evio às granes eras e rotensão com o temo. O valor ixao ara a rotensão inicial varia e acoro com o histórico e rerotensões aotao, e é ao e acoro com a tab. 4. O máximo valor alicao às barras não eve ultraassar 0,6 vezes a orça última a barra e aço. Tabela 4 Força a ser alicaa nas barras e aço, e acoro com o histórico e rerotensões. Tio e maeira Histórico e rerotensões Força a ser alicaa coníera icotileônea 0, 7 ias 3,1 vezes a orça e rojeto 0, 2, 7 ias 2,8 vezes a orça e rojeto 0, 2, 7, 56 ias 2,5 vezes a orça e rojeto 0, 7 ias 1,9 vezes a orça e rojeto 0, 2, 7 ias 1,7 vezes a orça e rojeto 0, 2, 7, 56 ias 1,5 vezes a orça e rojeto A rotensão eve ser executaa artino-se o centro ara as extremiaes, rimeiro carregano-se caa barra até 50% a orça total a ser alicaa, e reetino-se a oeração ara a imosição a orça total. Deve-se então conerir se as barras centrais ossuem no mínimo 90% a carga alicaa. A não observância estas recomenações oe causar o MADIRA: arquitetura e engenharia, quarimestral, maio a agosto, 2004, ISSN

9 esalinhamento o tabuleiro, o esmagamento as lâminas e maeira mais externas, ou a rutura as barras e rotensão. O iâmetro os uros executaos nas lâminas e maeira, ara inserção as barras e rotensão, não eve ser suerior a 20% a altura a lâmina. Durante o eríoo e via útil o tabuleiro, rincialmente nos ois rimeiros meses, recomena-se o monitoramento as orças e rotensão nas barras, recorreno-se à rerotensões quano estes valores estiverem abaixo o valor e rojeto. Variações signiicativas na umiae o tabuleiro e variações na temeratura ambiente aetam a orça e rotensão nas barras. Quano orem utilizaas juntas e too, é recomenao alicar uma contra-lecha ao tabuleiro, no valor e uas a três vezes a lecha calculaa ara o eso-rório a estrutura. sta alicação oe ser realizaa osicionano-se convenientemente aoios rovisórios na montagem o tabuleiro (ig. 8). Figura 8 Alicação e contra-lecha no tabuleiro. Se a montagem o tabuleiro or realizaa em outro local que não o a instalação einitiva, recomena-se a construção o tabuleiro em móulos, ara acilitar o transorte. m caso e necessiae e transorte, eve ser alicaa somente uma rotensão temorária, menor que a inicialmente revista. No transorte, toos os movimentos evem ser eitos e orma cautelosa, visto o grane risco e rutura as barras e rotensão. Por isso, o métoo e içamento eve ser einio antes a montagem o tabuleiro. A ig. 9 mostra um arranjo tíico ara o içamento o tabuleiro, sugerio or Davalos & Petro (1993) (6). O ercurso também eve ser einio e estuao anteriormente à sua execução, ara evitar maiores imeimentos. Ganchos e Içamento Tíicos Gancho e Içamento Tabuleiro Chaa metálica Figura 9 Sugestão e isositivos e içamento e tabuleiros laminaos rotenios Davalos & Petro (1993) (6). O monitoramento estas ontes eve ser eito observano-se, rincialmente, os seguintes asectos: eslocamentos o tabuleiro (através e rovas e carga), nível e rotensão nas barras e aço, aorecimento a maeira, retenção o material reservativo, corrosão os elementos metálicos e eslizamento entre lâminas. A tab. 5 mostra os valores toleraos ara os eslocamentos ocorrios através o carregamento o trem-tio e o nível e rotensão nas barras. MADIRA: arquitetura e engenharia, quarimestral, maio a agosto, 2004, ISSN

10 Tabela 5 Valores toleraos no monitoramento os tabuleiros laminaos rotenios. Tio e veriicação Valores exigios staos limites e utilização o vão iviio or 200 Deslocamento máximo Para evitar rachauras no avimento o vão iviio or 400 asáltico Nível e rotensão nas barras e aço 0,8 σ, ntre o tabuleiro e a unação eve ser colocao um aarelho e aoio, o tio neorene, imensionao e orma a suortar e transmitir o carregamento o tabuleiro ara a unação. O imensionamento o comrimento e aoio é controlao mais ela coniguração o elemento e aoio que elas limitações a maeira utilizaa. Para um cálculo rático, um comrimento entre 25 e 30 cm é suiciente. A comressão erenicular às ibras a maeira eve ser veriicaa utilizano-se a eq. 16, e acoro com Ritter (1990) (10) : R + R = (16) g q c c90, De lb seno: R g a reação vertical evio ao eso-rório o tabuleiro; R q a reação vertical evio ao carregamento aciental; D e ao largura a viga equivalente; l b o comrimento e aoio utilizao; c90, a resistência erenicular às ibras a maeira, e cálculo. A ixação o tabuleiro nas unações eve ser executaa através e arausos, com o auxílio e resina ara uma melhor ixação. O tabuleiro eve ser ixao e tal orma que ermita rerotensões ao longo e sua via útil, ou seja, que ermita movimentações transversais o tabuleiro. No caso e ontes, os guara-roas e eensas oem ser consieraos contínuos ao longo o vão a onte, e a istância entre o seu onto mais interno e o centro a carga e rolamento eve ser maior ou igual a 30 cm (ig. 10), e acoro com Ritter (1990) (10). Centro e um eixo transversal mínimo 30 cm Figura 10 Distância mínima entre o centro e um os eixos transversais e o onto mais interno os elementos e segurança. 5. Consierações inais O sistema rotenio transversal mostrou-se um eiciente sistema estrutural e construtivo e ontes e maeira. As recomenações aresentaas ornecem subsíios ara os engenheiros rojetarem e construírem ontes rotenias e maeira no aís, e orma segura e econômica. MADIRA: arquitetura e engenharia, quarimestral, maio a agosto, 2004, ISSN

11 6. Agraecimentos Os autores agraecem à FAPSP e ao CNPq elo aoio inanceiro irecionao à esta esquisa. 7. Reerências bibliográicas (1) Associação Brasileira e Normas Técnicas (1980). NBR 6120 Cargas ara o cálculo e estruturas e eiicações. Rio e Janeiro. (2) Associação Brasileira e Normas Técnicas (1988). NBR 6123 Força evia ao vento nas eiicações. Rio e Janeiro. (3) Associação Brasileira e Normas Técnicas (1984). NBR 7188 Carga móvel em ontes rooviárias e assarelas e eestres: roceimento. Rio e Janeiro. (4) Associação Brasileira e Normas Técnicas (1997). NBR 7190 Projeto e estruturas e maeira. Rio e Janeiro. (5) Associação Brasileira e Normas Técnicas (2003). NBR 8681 Ações e segurança nas estruturas. Rio e Janeiro. (6) Davalos, J. F.; Petro, S. H. (1993). Design, construction, an quality control guielines or stress-laminate timber brige ecks. National Timber Brige Initiative Program. 58. Publ. No FHWA-RD (7) uroean Committee or Stanarization (1993). urocoe 5: Design o timber structures. Part 2: Briges. Brussels. 45. (8) Fonte, T. F. (2004). Pontes rotenias e ucalito Citrioora. São Carlos Dissertação (Mestrao) - scola e ngenharia e São Carlos, Universiae e São Paulo. (9) Okimoto, F. S. (1997). Pontes rotenias e maeira: arâmetros e rojeto. São Carlos Dissertação (Mestrao) - scola e ngenharia e São Carlos, Universiae e São Paulo. (10) Ritter, M. A. (1990). Timber briges: esign, construction, insection an maintenance. Washington D.C., 944. MADIRA: arquitetura e engenharia, quarimestral, maio a agosto, 2004, ISSN