Pontes com estrutura mista madeira-betão e seu potencial de aplicação

Abstract

A aplicação de estruturas mistas madeira-betão em pontes, nomeadamente no tabuleiro, é uma técnica construtiva que, ao longo dos últimos 20 anos, tem vindo a ser adotada com sucesso em várias regiões do mundo, das quais se destacam a Europa Setentrional e a Europa Ocidental. Nesse sentido, foi decidido avaliar em que circunstâncias as estruturas mistas madeira-betão podem constituir uma opção competitiva e com potencial para o tabuleiro de pontes em Portugal. Entenda-se por estrutura mista, aquela que é constituída por dois ou mais materiais mecanicamente ligados. O programa de investigação consistiu, numa primeira fase, em estabelecer uma amostra de pontes com estrutura mista madeira-betão, amostra essa que se procurou que fosse representativa de todas as regiões do globo onde este tipo de pontes tem sido utilizado. As pontes desta amostra foram sujeitas a uma caracterização e análise detalhadas, tendo-se verificado que há fundamentalmente dois tipos de tabuleiros mistos madeira-betão, os quais foram designados por “soluções-tipo”. Numa fase posterior, (i) identificou-se um conjunto de requisitos construtivos e (ii) definiram--se as diretrizes de dimensionamento para o projeto de pontes com tabuleiro misto madeira-betão, tendo em conta as especificidades e particularidades deste tipo de estruturas. Ainda nesta fase, as duas soluções-tipo referidas anteriormente foram objeto de uma avaliação de sustentabilidade através da análise do ciclo de vida, tendo sido comparadas com dois exemplos reais de tabuleiros de betão armado e/ou pré-esforçado. Os resultados obtidos mostram que as estruturas mistas madeira-betão permitem a construção de tabuleiros para pontes com um desempenho ambiental claramente favorável e, ao mesmo tempo, com um custo ao longo do tempo de vida muito competitivo. Conclui-se, ainda, que a fase de produção de materiais é responsável pela maioria dos impactos ambientais e económicos. Numa terceira e última fase, tendo por base a caracterização da realidade portuguesa no que concerne à construção de pontes – onde foi reconhecido um claro défice de conhecimento científico e técnico sobre o projeto e construção de pontes incorporando estrutura mista madeira-betão – identificou-se um conjunto de situações para as quais a aplicação de uma das duas soluções-tipo já referidas se revela particularmente adequada, evidenciando, assim, o potencial de aplicação de pontes com estrutura mista madeira-betão em Portugal. Mediante esta realidade, foram desenvolvidos planos, designados por “planos-padrão”, direcionados à conceção, dimensionamento, construção e conservação de pontes adotando essas soluções-tipo. Os planos-padrão reúnem, então, informações de projeto de tabuleiros mistos madeira-betão, funcionando como documentos de consulta destinados à comunidade técnica com responsabilidades no projeto de pontes. Como exemplo de aplicação prática dos procedimentos previamente apresentados, foi elaborado um estudo de caso para a substituição de uma ponte de madeira muito degradada por uma outra com tabuleiro misto madeira-betão.

Over the last 20 years, Timber-Concrete Composite (TCC) structures have been successfully applied to bridges worldwide, namely in decks. This situation is particularly noticeable in Northern and Western Europe. The possible reasons for the success of this structural system were considered in order to access if TCC bridge decks can be a competitive solution also in Portugal. In this thesis, it was admitted that a composite structure is any structure containing two or more materials mechanically joined, i.e. which must work together. In this investigation program, a sample of TCC bridges was firstly identified, which included examples from all around the world. An extensive characterization and analysis of these bridges led to the identification of their main features and, eventually, to the recognition of two main types of TCC bridge decks (“standard type solutions”). The basic principles and guidelines for the design and construction of TCC bridge decks were then established, taking into account their specificities and particularities. The two mentioned standard type solutions were next submitted to a life cycle analysis, in order to evaluate their sustainability; this required comparing them to real reinforced/prestressed concrete bridge decks. The results showed that the proposed TCC deck standard type solutions have a quite favorable environmental performance as well as a competitive life cycle cost. It was also concluded that it is during the production material phase that most of the economic and environmental impacts are produced. Finally, bridge construction in Portugal was considered – it was showed that the use of TCC bridges in Portugal still lacks expression due to the deficient technical and scientific knowledge. Nevertheless, several situations that would benefit from one of the two standard type solutions were identified, showing the applicability of TCC bridges in Portugal. Taking this reality into account, plans for the design, construction and preservation of TCC bridge decks, named “standard-solutions”, were developed. These plans, which include relevant information for the project of TCC bridge decks, can be seen as a useful guide for the professionals responsible for bridge design and construction. As a practical application of the procedures previously presented, the substitution of a real timber bridge in poor condition by a new solution adopting a TCC bridge deck is finally presented.