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Mestrado Integrado em
Engenharia Civil
Cimbres fixos
Como e em que circunstâncias
se deve utilizar cimbre fixo
na construção de obras de arte?
Grupo 217:
Daniel Clemente
Francisco Costa
Hugo Ribeiro Monitor: Mário Maia
João Paulo Silva Supervisor: Eng.º Ana Vaz Sá
Luís Silva
Rita Silva
Outubro de 2010
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Resumo
O tema abordado no relatório do grupo CIV217 é “Como e em que
circunstâncias se deve utilizar o cimbre fixo na construção de uma obra de
arte”.
Um cimbre é uma estrutura provisória que tem a função de suporte
e de molde para a construção de uma obra de arte.
O cimbre fixo caracterizado por vários aspectos que o tornam
apropriado para certos projectos, como por exemplo a sua grande
resistência e rigidez.
Este método está associado a alguns problemas que advêm não só
próprio cimbre, mas também da sua montagem, como acidentes no local
de trabalho e também danos materiais.
Para que isso não aconteça devemos controlar algumas variáveis
que poderão comprometer o seu bom funcionamento, como o peso, quer
do cimbre, quer do que este suporta, a força do vento a que está sujeita,
imperfeições geométricas, etc.
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Agradecimentos
O grupo 217 quer agradecer a todos aqueles que, durante a semana
exclusiva ao Projecto FEUP, deram formação nas várias vertentes de
elaboração de um projecto, tendo abordado, de forma explícita, a grande
generalidade dos conhecimentos formais necessários, como base para a
estruturação e execução dos elementos visuais e técnicos do de um
projecto.
Particularmente, agradece-se o apoio prestado pela Engenheira Ana
Vaz Sá como supervisora do projecto, bem como ao monitor Mário Pedro
Neves de Sousa Maia por todo o tempo e ajuda disponibilizados, e ao
Engenheiro André Ribeiro por todo o apoio, dedicação e disponibilidade
dados ao grupo na elaboração do relatório. Também se agradece aos
serviços existentes na FEUP (Faculdade de Engenharia da Universidade do
Porto), nomeadamente à Biblioteca e à Sala de Informática.
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Lista de Figuras
Figura 1- Cimbre Autolançavel.
Figura 2- Cimbre móvel superior.
Figura 3- Cimbre móvel inferior para execução do tabuleiro do
viaduto.
Figura 4- Cimbre ao solo, constituido por torres e vigas.
Figura 5- Cimbre fixo.
Figura 6- Cimbre ao solo do tipo contínuo.
Figura 7- Cimbre utilizado para o escoramento da cofragem.
horizontal e de fácil montagem.
Figura 8- Cimbre utilizado para o escoramento de cargas verticais.
Figura 9- Cimbre concebido para o escoramento de cofragens de
pontes, ou similares, e de grandes lajes.
Figura 10- Cimbre concebido para suportar grandes cargas e utilizado
em construções a altitudes elevadas.
Figura 11- Queda de um cimbre.
Figura 12- Sistema de segurança preventivo, capaz de evitar a queda
de um trabalhador ( uso de cintos flexíveis ).
Figura 13- Trabalhadores a posicionar as secções do cimbre.
Figura 14- O posicionamento dos elementos ( trabalhadores,
equipamento e materiais ) influencia o modo como a força ´´ peso ´´ (
F.1/ F.2 / F.1 + F.2 ) age sobre o cimbre ( 1- peso concentrado / 2-
peso equilibrado ).
Figura 15- Comportamento do vento em estruturas com diferentes
conformações. A forma de uma estrutura, como o cimbre fixo, afecta
o modo como o vento reage quando embate contra ela.
Figura 16- Formação de vórtices atmosféricos numa torre de
transmissão. Este fenómeno também pode ocorrer em cimbres, caso
o vento encontre um obstáculo no seu caminho, o que pode
comprometer a estabilidade da estrutura.
Figura 17- Efeito das cargas num túnel. Ao usar-se o cimbre, este tem
de ser capaz de se movimentar de acordo com a direcção das forças
antes de se fixar, caso contrário poderá quebrar. Daí a necessidade
de ser flexível em certas condições.
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Índice
Resumo 2
Agradecimentos 3
Lista de Figuras 4
Índice:
1. Introdução 6
2. Definições e conceitos sobre o Cimbre. 7
2.1. O que é um Cimbre? 7
2.2. Tipos de Cimbres 8
2.2.1. Os vários tipos de Cimbres 8
2.2.2. Cimbre Fixo 11
3. Problema: Em que circunstâncias se deve utilizar um cimbre fixo na
construção de uma obra de arte? 13
3.1. Como e em que condições se deve recorrer a um cimbre
fixo. 13
3.2. Quais os principais problemas associados a este método17
3.3. Quais os fenómenos importantes a controlar/prevenir 18
3.3.1. Enquadramento 18
3.3.2. A acção do peso no Cimbre 20
3.3.3. A acção do vento 25
3.3.4. A acção das deformações geométricas 28
3.3.5. A acção dos sismos 30
3.3.6. Efeitos: Encurvadura, deslizamento e derrube do
cimbre 31
4. Conclusão 34
5. Referências bibliográficas 36
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1. Introdução
Desde a antiguidade clássica que o ser humano tem progredido
muito no ramo da construção de obras de arte, como pontes, viadutos e
outro tipo de edificações. As causas deste fenómeno são a procura de
riqueza, a expansão dos territórios, o desenvolvimento das sociedades e
outros factores que obrigaram o ser humano a procurar soluções para os
entraves encontrados no meio ambiente. O Homem tem uma necessidade
constante de inovar ou mesmo arranjar alternativas às técnicas já
existentes, levando ao progresso da civilização. Esta progressão levou ao
desenvolvimento e utilização de várias técnicas, como a utilização de um
cimbre fixo.
No presente projecto surge a necessidade de se estudar em que
circunstância se deve utilizar um cimbre fixo na construção de um obra de
arte. Este estudo possibilita um melhor conhecimento de uma das
componentes que vão ser tratadas durante o curso, Mestrado Integrado
em Engenharia civil, mais concretamente no Mestrado de Estruturas.
Deste modo, ao longo do relatório vão ser apresentadas as definições de
cimbre, bem como os tipos de cimbre existentes, e os vários problemas
que nos foram apresentados no início do projecto, e as suas possíveis
resoluções.
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2. Definições e conceitos sobre cimbres
2.1. O que é um Cimbre?
Um cimbre é uma estrutura provisória de madeira ou metal
que tem como objectivo suportar a cofragem que molda a
construção de uma dada estrutura e suportar o peso da mesma,
enquanto o betão não adquire resistência necessária, as
estruturas do cimbre necessitam de ser dimensionadas para
cumprirem as funções para as quais foram projectadas em
segurança. O cimbre serve essencialmente como um esqueleto
da construção, pelo que este juntamente com os seus apoios e
fundações devem ser dimensionados e colocados, de modo a
que sejam capazes de resistir a qualquer acção a que fiquem
submetidos durante a construção (o seu próprio peso, o peso
dos trabalhadores, a força do vento, peso do betão, etc) e sejam
capazes de assegurar que a estrutura da construção não é
danificada, obtendo-se no fim o resultado desejado. O cimbre
deixa de ser necessário quando o betão ganha a resistência
suficiente para se auto suportar.
O cimbre é constituído por apoios (torres verticais), vigas
primárias e secundárias e vários acessórios: cabeçal simples (liga
as vigas às torres); cabeçal bi-direccional (permite o apoio de
duas vigas na mesma torre, sendo que estas fazem entre si um
ângulo de 90 graus); cabeçal VL (permite o apoio nas vigas
secundárias do suporte inferior, dispensando a montagem de
uma nova torre). (ver como exemplo fig.1.)
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Fig. 1- Cimbre Autolançavel
2.2. Tipos de Cimbres
2.3. Os vários tipos de Cimbre
Hoje em dia existem vários tipos de cimbres, não são feitos
por uma questão de competitividade mas meramente porque
cada cimbre tem características próprias para uma dada obra
de arte, e estes são ou não utilizados dependendo das
características da obra de arte e até do próprio cimbre, tais
como o material de que é constituído, a altura máxima e a
capacidade resistente. Existem vários tipos de cimbres, os
quais são utilizados para realizar o escoramento de tabuleiros
de pontes, viadutos, passagens superiores e inferiores através
de cimbre ao solo, vigas de lançamento e carros de avanço dos
quais se destacam mais o cimbre fixo (ver como exemplo
figuras 5;1.), do qual iremos abordar mais a frente, e os
cimbres autoportantes e autolançáveis (ver como exemplos
figuras 1;2;3). Os cimbres são também utilizados para suportar
lajes de edifícios a grande altura. Os cimbres autoportantes ou
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autolançáveis são essencialmente de dois tipos, viga
autolançável superior ou viga autolançável inferiror, quer um
quer o outro estão condicionados pela forma do tabuleiro e
pilares, visto que estes tem de ser estudados em conjunto para
que possa ser feita uma melhor escolha do cimbre a ser
utilizado na obra. O cimbre superior é mais versátil, pois a
forma do tabuleiro e dos pilares é mais livre, porém é de
manobra mais lenta, pois as cofragens têm de ser
integralmente abertas para o lançamento e posteriormente
fechadas para a betonagem, já nos cimbres inferiores a
abertura é parcial e corresponde apenas aos painéis de fundo
das vigas. O cimbre é constituído por uma superestrutura de
aço que é lançada do tramo já construído para o tramo a
construir. Para um cimbre superior a cofragem é suspensa ao
mesmo por barras de aço de pré-esforço, enquanto que para
um cimbre inferior a cofragem é apenas apoiada nele.
Actualmente na construção de obras de arte são utilizados
cimbres com elementos desmontáveis, do seguinte tipo: perfis
de aço ou elementos tubulares em geral pintados (e ou
galvanizadas) que podem ser unidos através de braçadeiras
metálicas e ligadas a chapas de apoio podendo ser providas de
sistemas de rosca que permitem regular o comprimento total.
No topo podem ser providos de forquilhas com ou sem rosca
de nivelamento. Estes sistemas facilitam o nivelamento e o
descimbramento. Estes elementos podem ser observaveis nos
seguintes exemplos dos vários tipos de cimbres existentes
actualmente.
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Fig.2- Cimbre móvel superior
Fig.3- Cimbre móvel inferior para execução do tabuleiro do viaduto
Fig.4- Cimbre ao solo, constituido por torres e vigas
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2.2.2. Cimbre Fixo
O cimbre fixo é um dos vários métodos utilizados na
construção civil. É um método utilizado já há bastante tempo,
visto que, já era utilizado este método nas pontes romanas, ou
pontes em arco. O cimbre fixo tinha a forma de arco e era
colocado entre as duas extremidades da ponte, e a partir daí é
que se começava a construir a obra, o cimbre fixo começou por
ser constituído apenas por madeira e algumas cordas, este era
colocado da melhor maneira a se poder construir com um
mínimo de segurança a obra. Mas hoje em dia este método
ainda contínua a ser utilizado na construção de obras de arte, o
cimbre fixo é geralmente um cimbre ao solo, ou seja, o apoio do
cimbre é o solo, este tipo de cimbre não é móvel, necessita de
ser desmontado para se utilizado noutro lugar da obra. A
diferença de este tipo de cimbre em comparação com os
restantes, é que os outros tipos de cimbre são autolançaveis
(móveis), ou seja, não precisam de ser desmontados para nova
utilização, são utilizados de forma continua, ou seja, é feita a
betonagem naquele sitio, o cimbre suporta a estrutura,
enquanto esta não se auto suportar, depois do betão ganhar a
resistência necessária o cimbre avança através da sua estrutura
móvel, e esta acção é repetida até ao fim da obra, ou seja, até
esta estar concluída. Quando a obra não exige sistemas de
cimbres mais complexos, o seu dimensionamento pode ser
realizado pela própria empresa de construção ou empreiteiro
responsável pela obra, contudo, em obras de maior volume ou
de carácter especial este estudo pode ser encomendado a
empresas especializadas neste tipo de projectos. Os sistemas de
cimbres ao solo ou a níveis inferiores podem ser classificados em
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três tipos : Prumos, Sistemas de Cimbre em torre, Sistemas de
Cimbres Modulares. Esta classificação não depende do material
de que são constítuidos mas sim do tipo de aplicação, da
capacidade resistente e da altura máxima admissível, e todos
estes 3 tipos variam de uns para os outros nestas características.
O prumo é essencialmente utilizado para realizar o escoramento,
pré-escoramento e pós-escoramento de lajes, devido a sua
variação de resistencia com altura, ou seja quanto mais
extensível for o prumo menor resistencia ele terá com altura. Os
sistemas de cimbre em torre são constituídos por bastidores e
elementos diagonais de contraventamento. Este sistema de
cimbre vai poder atingir alturas superiores as dos prumos
extensíveis e possuem igualmente uma maior resistência. Os
sistemas modulares consistem num escoramento por filas de
bastidores onde o espaçamento entre estas vai depender da
altura do sistema. Este tipo de sistemas poderão atingir alturas
superiores a 20m com uma capacidade de resistencia de 40kN
por cada elemento vertical. (ver como exemplo figuras, 4;5;6)
Fig.5- Cimbre fixo Fig.6- Cimbre ao solo do tipo continuo
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3. Problema: Em que circunstâncias se deve utilizar
um cimbre fixo na construção de uma obra de arte?
3.1. Como e em que condições se deve recorrer a um
cimbre fixo?
Na construção de determinadas obras de arte, como por exemplo,
pontes, túneis e viadutos, o cimbre tem um papel muito importante, uma
vez que tem como função suportar a estrutura propriamente dita, bem
como todos os intervenientes na obra.
É devido a isto que os cimbres, incluindo os seus apoios e fundações,
devem ser dimensionados e montados de modo a que sejam:
Capazes de resistir a qualquer acção a que fiquem submetidos
durante a construção;
Suficientemente rígidos para assegurar que as características
especificadas para a estrutura são satisfeitas e que a integridade do
elemento estrutural não é afectada;
A forma, função, aspecto e durabilidade das obras permanentes não
devem ser danificadas ou deterioradas pelo comportamento dos cimbres
ou pela sua remoção.
Mais concretamente, existem diferentes variantes de cimbre fixo, sendo
que cada uma delas tem diferentes funções:
Existe uma variante que deve ser utilizada para o escoramento da
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cofragem horizontal quando se ultrapassa a altura máxima permitida
pelos prumos e uma das suas principais vantagens é o facto de ser
bastante fácil de montar.
Outro tipo de cimbre fixo é o que foi desenvolvido para o escoramento de
cargas verticais.
As características principais deste sistema são:
Rapidez e facilidade de montagem;
Reduzido número de peças;
Robustez do sistema;
Fig.7- Cimbre utilizado para o escoramento da
cofragem horizontal e de fácil montagem.
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Possibilidade de movimento das torres com grua;
Possibilidade de montagem de torres individuais ou encadeamentos
de torres.
Outra variante de cimbre fixo foi desenvolvida como um sistema para suporte ou apoio de cargas verticais importantes, por isso, trata-se de um cimbre principalmente concebido para o escoramento de cofragens de pontes, ou similares, e de grandes lajes.
É um material de concepção simples e montagem rápida, que não tem necessidade de grandes stocks por ser composto por poucas peças.
Fig.8- Cimbre utilizado para o escoramento de
cargas verticais.
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Também não necessita de mão-de-obra especializada e, no entanto, oferece todas as garantias de robustez, segurança, assim como flexibilidade de utilização.
Existe também um tipo de cimbre fixo que foi concebido para suportar grandes cargas, que com frequência aparecem nas grandes obras de engenharia civil.
A sua utilização é justificada, quando, além das grandes cargas, temos alturas de 12 m a 40 m. Nestes casos podemos substituir as restantes soluções de cimbre fixo.
Os seus componentes básicos são o poste, a montante e as diagonais verticais e horizontais.
Fig. 9- Cimbre concebido para o escoramento de cofragens de
pontes, ou similares, e de grandes lajes.
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3.2. Quais os principais problemas associados a este
método?
Os principais problemas associados ao cimbre propriamente dito e à sua
montagem e remoção são:
1. Trabalhadores acidentados;
2. Danos materiais;
3. Prejuízos de várias ordens para o dono de obra e para as
empresas de construção envolvidas, nomeadamente no que se
refere ao aumento dos prazos de execução da obra.
A segurança destas estruturas é afectada por uma grande diversidade de
factores, incluindo a competência e o controlo dos vários intervenientes,
desde a sua concepção e projecto, até ao seu fabrico, transporte,
armazenamento, montagem e desmontagem.
Fig. 10- Cimbre concebido para suportar grandes cargas e
utilizado em construções a altitudes elevadas.
18
3.3. Quais os fenómenos importantes a
controlar/prevenir
3.3.1. Enquadramento
A construção de estruturas remonta às primeiras civilizações
humanas, desde os Egípcios até aos Romanos e chegando, agora, à era
moderna. Não obstante, tanto no passado como no presente e,
certamente, no futuro, todo o engenheiro terá o seu confronto com os
elementos, sejam eles as forças da Natureza ou as leis da Física. Enquanto
a estrutura estiver a ser concebida, desde as suas fundações até ao seu
topo derradeiro, estará, mais do que nunca, sujeita à acção desses
mesmos elementos, ficando extremamente vulnerável a eles. Como tal,
Fig. 11- Queda de um cimbre.
19
urge recorrer a algo que suporte tanto os trabalhadores como a obra em si
e os equipamentos necessários à sua criação. Como se pôde constatar, o
cimbre é a escolha mais apropriada para servir esse propósito, sendo o
cimbre fixo uma variante particular para estruturas de menor
envergadura. No entanto, descartando os pormenores económicos e
outros problemas e funcionalidades já referidos anteriormente, a
utilização do cimbre requer a consideração de vários parâmetros, dado
que esta ´´ espinha dorsal ´´ temporária da estrutura principal também
terá de suportar o teste dos elementos, pelo menos durante o período de
construção da obra de engenharia em questão. Como tal, compreender os
fenómenos inerentes ao uso do cimbre torna-se indispensável para evitar
potenciais desastres, tornando-se a diferença entre o sucesso e o fracasso
dos projectistas e dos construtores no seu trabalho.
Os fenómenos a que o cimbre pode estar sujeito são relevantes
dado que toda a obra possuí um orçamento limitado. Como tal, tudo deve
ser feito para que não se exceda o valor acordado para a construção da
estrutura principal. Dado que o cimbre pode chegar a comportar 30 a 60
por cento do preço final, ele acaba por ser um factor deveras importante
a ter em conta. Assim, deve-se, em primeiro lugar, estudar devidamente o
terreno e as características do solo ( existência de falhas, composição do
solo, coesão do solo, tipos de materiais e suas características geológicas,
actividade sísmica ou vulcânica, entre outras ) de modo a escolher o
melhor local para iniciar a construção. Dado que o cimbre fixo é colocado
sobre assentamentos, estes têm de se fixar correctamente no solo, pelo
que este deve ser coeso, resistente e estável, de modo a assegurar o uso
devido do cimbre fixo. Conforme a qualidade do solo, o assentamento é
estudade e posicionado de modo a optimizar a utilização do cimbre fixo na
20
construção da estrutura principal. Ainda assim, o cimbre será sujeito a
vários outros fenómenos que o engenheiro terá de ser capaz de antever e
controlar.
Existem três grandes fenómenos a controlar: o deslizamento do
cimbre, a encurvadura do cimbre e o derrube do mesmo. Como tal, é
fulcral conhecer bem quais as cargas e forças a que está sujeito e a
maneira como estas influenciam a estrutura do cimbre de modo a
prevenir a ocorrência destes fenómenos de um modo negativo.
Existem, de forma sucinta, duas componentes gerais que um
engenheiro tem de estudar antes de avançar com a utilização do cimbre
fixo:
A acção do peso no cimbre;
A acção das restantes forças e variantes ( vento, terreno, por
exemplo ).
Cada uma delas possuí elementos específicos:
3.3.2. A acção do peso no Cimbre
Trabalhadores, materiais e equipamentos:
A segurança dos trabalhadores numa obra é uma prioridade nos locais
da construção da actualidade. Apesar de no passado esse não ter sido
sempre o caso, o bem-estar do pessoal encarregue de levar a cabo a
construção de uma dada estrutura assumiu novas proporções, passando
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de um mero elemento ´´ dispensável ´´ a um bem necessário e
imprescindível. Sendo apoiado por vários equipamentos modernos,
muitos dos quais máquinas inteligentes, o risco de acidentes de trabalho é
muito menor. Ainda assim, o engenheiro continua a ter de se preocupar
com todas as eventualidades que possam ocorrer. Além disso, tem de ter
em conta que esses equipamentos utilizados podem ter custos capazes de
ascender aos milhares de euros, sendo a sua perda um enorme desaire
para o seu trabalho, dada a perda monetária e o desperdício de tempo
valioso consequentes.
No caso do cimbre, os custos totais chegam a atingir entre 30 e 60 por
cento do orçamento final, pelo que se deve ter cuidado com o seu uso. A
distribuição do peso pelas várias secções do cimbre deve ser equilibrada,
de modo a evitar pontos de concentração capazes de danificar ou
comprometer a estrutura como um todo. O engenheiro tem de estar
consciente do peso geral dos trabalhadores, dos materiais e dos
equipamentos utilizados, testar e analisar as capacidades do cimbre em
termos de sustentação e estimar se a estrutura é capaz, ou não, de
Fig. 12- Sistema de segurança preventivo, capaz de evitar a queda de um
trabalhador ( uso de cintos flexíveis ).
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suportar todo o peso. Por exemplo, se for preciso utilizar betão, o peso
será deveras considerável, dada a composição do material, o que irá
requerer um esforço maior por parte do cimbre durante a construção da
estrutura principal. Também deve tentar, ao máximo, dispersá-lo, de
modo a que não comprometa a integridade estrutural básica. Se for
necessário, o engenheiro deve recorrer ao uso de vigas de aço ou de
alumínio mais fortes para reforçar toda a estrutura, ou recorrer a madeira,
mais frágil, quando o peso é menor. O uso de prumos também pode
auxiliar na tarefa árdua de controlo dos vectores que a força ´´ peso ´´
assume.
Por fim, há que ter em conta a utilização que o cimbre terá. Poderá
haver um maior ou menor movimento de trabalhadores e de
equipamento pelas várias secções do cimbre, o que irá condicionar a sua
capacidade de sustentação sem colapsar. Um cimbre sobrecarregado terá
de ser mais resistente e flexível do que um com menor utilização, pois
será sujeito à força do peso mais vezes e com maior intensidade. Até ao
último dia da obra, tudo pode acontecer, e o engenheiro tem de estar
preparado para lidar com qualquer situação que possa por em causa o seu
cheque ao final do mês.
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Cimbre e cofragens:
O peso do próprio cimbre e das cofragens adjacentes também é um
fenómeno a controlar de modo a evitar o colapso de toda a estrutura. Há
que ter em conta não só os materiais utilizados mas também a disposição
das várias secções do cimbre. O uso de prumos ajuda a distribuir o peso e
a dispersá-lo para níveis inferiores, até mesmo para o solo, aliviando a
pressão a alturas superiores e possibilitando um uso mais seguro do
cimbre em si. Também o uso de materiais mais resistentes, como o aço e
o alumínio, permitem que esta estrutura temporária suporte maiores
cargas e seja mais pesada.
Outra maneira de controlar a acção do peso é manipular o centro de
gravidade das secções do cimbre, evitando que se forme pressão adicional
em potenciais pontos fracos. Isto pode ser alcançado através das técnicas
já referidas ( distribuição equilibrada do peso, uso de estruturas de
Fig. 13- Trabalhadores a posicionar as secções do cimbre
24
suporte e de dispersão do peso ). Desviar o peso para pontos de
sustentação ( pilares, lajes de betão, prumos ) permite que o cimbre seja
capaz de cumprir a sua função sem estar em risco a sua estabilidade. Caso
se ignore este factor, o cimbre poderá sucumbir ao seu próprio peso e
deitar todo o trabalho por terra. É, deste modo, essencial controlar o peso
recorrendo a todos os valores obtidos pelas análises experimentais e pelas
estimativas feitas pelos engenheiros, prevenindo, assim, qualquer
eventualidade que ponha em causa a construção da estrutura principal
(edifício, barragem, ou outra infra-estrutura qualquer).
Fig. 14- O posicionamento dos elementos ( trabalhadores, equipamento e materiais
) influencia o modo como a força ´´ peso ´´ ( F.1/ F.2 / F.1 + F.2 ) age sobre o cimbre
( 1- peso concentrado / 2- peso equilibrado )
25
3.3.3. A acção do vento
Acção do vento:
O vento é um elemento que sempre condicionou o modo como as
estruturas de engenharia têm sido concebidas ao longo do tempo. Tal
deve-se às suas características e comportamentos quando confrontado
com um obstáculo, como um edifício, por exemplo, e quanto mais alto se
subir, maior será o seu efeito. O uso do cimbre fixo costuma estar
associado a estruturas de menor altura, mas isso não justifica que se
menospreze o papel do vento na concepção da obra de engenharia. O
cimbre não sairá ileso do teste do vento, e terá de o passar com distinção,
sendo capaz de suportar todos os fenómenos que este consegue provocar.
Há três grandes preocupações a ter com o vento:
A sua direcção;
A sua intensidade;
A sua dispersão ao longo da estrutura.
Para se entender melhor como estas vertentes influenciam o uso do
cimbre, é essencial analisá-los cuidadosamente.
A direcção do vento é importante, pois um vento constante, ao
embater no cimbre, irá exercer uma força nela, num efeito de ´´ empurrão
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´´, que poderá abanar a estrutura e condicioná-la severamente. Poderá
deixar de ser seguro trabalhar em redor do cimbre, em certos casos,
sobretudo se a direcção do vento for inconstante e imprevisível. Nesse
caso, poder-se-ia formar um efeito de turbilhão, com constantes abanões
laterais capazes de enfraquecer o cimbre e pô-lo em risco de colapsar por
quebra das ligações entre as várias secções. Seria o equivalente a aplicar-
se cargas laterais. É necessário utilizar materiais flexíveis, capazes de
oscilar o suficiente para compensar a acção do vento e absorver o seu
choque com o cimbre.
A intensidade do vento também pode tornar-se num problema grave.
Ventos fracos podem afectar pouco ou nada a estabilidade do cimbre, mas
rajadas mais potentes, como as de uma tempestade ou de um furacão,
por exemplo, podem por em risco toda a estrutura do cimbre. Ventos
ciclónicos, tais como os que surgem em certas regiões da Ásia e do Golfo
do México, podem ascender às centenas de quilómetros por hora e ser
muito perigosos para a integridade do cimbre, e sem ´´ espinha dorsal ´´
para a suportar, a estrutura de engenharia principal, seja ela um edifício
ou outra qualquer, pode correr o risco de colapsar. O engenheiro tem de
ter isso em conta e de ser capaz de desviar o movimento do vento para
que, ao embater no cimbre, a sua acção seja enfraquecida. Para tal, pode
recorrer a materiais flexíveis, feitos de aço e de alumínio, sendo capazes
de suster melhor a acção do vento e de ser capazes de oscilar para
qualquer lado e de recuperar a sua posição inicial assim que deixem de ser
pressionados pelo vento. Também pode evitar ao máximo usar superfícies
planas, mais expostas ao embate do vento, e optar por formas mais
arredondadas ou irregulares, de modo a ´´ cortar ´´ ou desviar a rota do
vento e a enfraquecer a sua acção.
27
Por fim, a dispersão do vento é fulcral para assegurar a estabilidade do
Por fim, a dispersão do vento é fulcral para assegurar a estabilidade do
cimbre, mesmo que se trate de um fixo. Mesmo perto do solo, a presença
do vento faz-se sentir, e quanto mais concentrado ele for, maior será a sua
força. Em certos casos, a forma da estrutura acaba por ser uma inimiga, e
não uma aliada, na medida em que aprisiona o vento em certos pontos.
Em vez de proteger a estrutura principal, o cimbre fixo pode acabar por
comprometê-la se tiver a forma errada. Um fenómeno que pode
exemplificar esta situação é a formação de vórtices de vento, que são, em
certa medida, tornados em miniatura que ficam a rodopiar nos pontos
onde ficaram aprisionados, destabilizando toda a região envolvente. Para
os evitar o cimbre deve ter superfícies inconstantes e um tanto
irregulares, com a mínima área possível, de modo a que o vento não se
possa acumular e organizar em vórtices, sendo dispersado sem causar
grandes problemas à estabilidade do cimbre. São técnicas simples que
evitam potenciais desastres nas primeiras etapas da construção de obras
da engenharia.
Fig. 15- Comportamento do vento em estruturas com diferentes conformações. A
forma de uma estrutura, como o cimbre fixo, afecta o modo como o vento reage
quando embate contra ela.
28
Forças devidas a acções horizontais:
3.3.4. A acção das deformações geométricas
O cimbre fixo também está sujeito a forças de cariz horizontal. Uma
delas é o vento já acima referenciado, mas existem outras que também
requerem atenção.
Desvios na montagem do cimbre, devidos a imperfeições geométricas,
podem acarretar cargas extra que os seus componentes terão de suportar.
O encaixe das várias secções do cimbre deve ser sempre monitorizado,
mas é praticamente inevitável que surjam pontos onde a ligação não é tão
robusta, tornando-os propensos a quebras. Com a estrutura a desviar as
forças de peso não só para baixo, mas para os lados, há que contabilizar os
efeitos que um erro pode ter, mesmo que seja milimétrico. Como tal, a
estrutura tem de ser flexível e resistente ao ponto de aguentar não só as
Fig. 16- Formação de vórtices atmosféricos numa torre de transmissão. Este
fenómeno também pode ocorrer em cimbres, caso o vento encontre um obstáculo
no seu caminho, o que pode comprometer a estabilidade da estrutura.
29
cargas verticais como também as horizontais, permitindo a criação de
estabilidade por toda a estrutura.
Um último fenómeno que pode suceder deve-se a deformações que
possam existir na estrutura do cimbre. Estas podem ser acidentais, como
as já referidas, ou controladas, caso se proceda ao uso de assentamentos
de apoio ou exista um pré-esforço dos materiais que compõem a
estrutura ( como o betão, por exemplo ). O uso de prumos para
direccionar as cargas para as laterais e para o solo deve ter em conta estes
factores, de modo a que não surjam pontos de excentricidade de cargas
no topo ou na base do cimbre. Estes têm de ser adequados para a tarefa e
levar em conta a conformação geral da obra e o terreno circundante, algo
que deve ser monitorizado pelos engenheiros e restantes intervenientes
no local de construção. O solo terá de ser adequado à construção, e o
cimbre deve ser capaz de se fixar nele e conseguir suportar todas as
cargas. Se o solo for de fraca qualidade e pouco agregado, corre-se o risco
de o peso transferido pelos prumos ou por outros suportes ser demasiado
elevado, e o solo poderá ceder, juntamente com todo o cimbre, algo que o
engenheiro tem de ser capaz de prevenir. Também, em certos casos, os
materiais de construção, devido às cargas que exercem, podem requerer
um assentamento controlado, de modo a não sobrecarregarem a
estrutura do cimbre. Este tem de ser capaz de se movimentar ligeiramente
nas secções de maior esforço e estabilizar-se aos poucos, em vez de seguir
um posicionamento mais rápido e imediato.
30
3.3.5. A acção dos sismos
O efeito de um sismo pode ser devastador para qualquer tipo de
estrutura concebida pelo Homem, caso não se tomem as medidas
necessárias.
A acção sísmica pode ser de fraca intensidade ou deveras
destrutiva, conforme o tipo de ondas libertadas e a sua magnitude. Em
certos casos, a onda sísmica, ao propagar-se, liberta um tremor mais
horizontal e directo, que pode abanar a estrutura de um cimbre
horizontalmente, de frente para trás ou de um lado para o outro. Não
obstante, este tipo de onda não é o de maior preocupação, pois as
estruturas mais modernas são concebidas de modo a poderem oscilar
conforme o passar da onda sísmica. O problema reside, sobretudo, em
ondas de maior intensidade, que seguem uma trajectória de propagação
mais destrutiva.
Certas ondas propagam-se de um modo mais irregular, fazendo
agitar com maior intensidade o solo circundante. Algumas chegam a
Fig.17- Efeito das cargas num túnel. Ao usar-se o cimbre, este tem de ser capaz de
se movimentar de acordo com a direcção das forças antes de se fixar, caso
contrário poderá quebrar. Daí a necessidade de ser flexível em certas condições.
31
efectuar um movimento circular, como ondas presas por um quebra-mar
junto à praia, e outras conseguem ser ainda mais destrutivas, dado que
seguem um padrão irregular de movimento oscilante. Dado que o cimbre
assenta no solo, caso este seja sujeito à acção de um sismo, as forças
horizontais a que o cimbre estará sujeito terão de ser tidas em conta, pois
o cimbre terá de acompanhar o seu movimento, de modo a evitar
possíveis problemas com a sua estabilidade. Se o solo se erguer, o cimbre
terá de fazer o mesmo, e se o solo avançar e recuar, o mesmo terá de se
aplicar ao cimbre, de modo a contrabalançar o movimento oscilatório.
3.3.6. Efeitos: Encurvadura, deslizamento e derrube do
cimbre
Todas as cargas e forças acima referidas acabam por desencadear
fenómenos que devem ser controlados, nomeadamente:
Encurvadura do cimbre;
Deslizamento do cimbre;
Derrube do cimbre.
32
A encurvadura do cimbre resulta de uma aplicação incorrecta das
cargas. Seguindo os exemplos acima referidos, uma concentração
excessiva de peso numa dada secção do cimbre pode comprometer a
estrutura, pois a força descendente aplicada nela pode ser capaz de a
dobrar. Por exemplo, se estivermos a falar de um suporte para
trabalhadores assente em vigas de ferro, e se a força do peso dos mesmos
for demasiada, as vigas poderão começar a quebrar segundo pontos de
fraqueza e irão dobrar-se lentamente, à medida que são ´´ esmagadas ´´
pelo peso que sustêm. Como tal, devem-se utilizar materiais rígidos e
resistentes o suficiente para suster as cargas aplicadas, de modo a evitar
uma encurvadura demasiado gravosa, pois, caso contrário, poderá levar a
um desastre muito pior.
Em segundo lugar, há que controlar possíveis deslizamentos do cimbre.
Como foi referido no último ponto, em certos casos as cargas aplicadas
são tão fortes que certas secções do cimbre podem deslizar umas sobre as
outras, caso não estejam devidamente interligadas. No caso do túnel, por
exemplo, isso pode ser algo benéfico, se controlado, dado que o cimbre é
sujeito ao peso de toda uma estrutura geológica de uma só vez, pelo que
se for capaz de suster o peso aos poucos será mais simples contrariar as
forças a que é sujeito do que se fosse fixado directamente, sendo logo
obrigado a suster o peso maciço por si só. Por outro lado, deslizamentos
não-programados podem ser prejudiciais, dado que se uma secção mal
soldada ou indevidamente colocada do cimbre for sujeita a cargas
excessivas, e houver deslizamento da respectiva secção, toda a
estabilidade da estrutura poderá ser posta em risco, pois a secção, ao
mudar de posição, deixa de cumprir a sua função no local original. Como
tal, a carga terá de ser dirigida para as secções adjacentes, que poderão
33
não ser capazes de suster tudo de uma só vez. Também há que ter em
conta que o deslizamento pode provocar a perda de material ou de vidas
humanas, dado que ambos operam graças ao suporte e estabilidade
providenciados pelo cimbre. Assim, é fulcral garantir que todo o cimbre é
rígido e devidamente concebido, sem falhas nem pontos de fraqueza, com
um controlo rigoroso das cargas aplicadas e da resistência de todas as
secções.
Por fim, há que prevenir o mais calamitoso dos fenómenos: o derrube
do cimbre. Enquanto que os últimos dois casos são mais propensos a
ocorrer devido a excessos de peso e a deformações na estrutura do
cimbre, este último costuma ocorrer devido à acção de elementos mais
naturais, como o vento ou os sismos. A acção do vento, como já foi
referida, pode ser muito poderosa. Se uma dada secção do cimbre for
sujeito a ela, poderá oscilar imenso, acabando, em última instância, por
levar a um desequilíbrio total e ao derrube do cimbre. Rajadas muito
violentas podem abanar a estrutura ao ponto de esta se inclinar para além
do recomendável, pelo que se deve utilizar um cimbre com materiais
rígidos e bem soldados, de modo a que a estrutura possa permanecer
estável durante o tempo de construção. Quanto à acção dos sismos, dado
o efeito destrutivo das ondas de propagação numa estrutura, algo que já
se pôde testemunhar um pouco por todo o mundo, urge utilizar um
cimbre capaz de oscilar em conformidade como movimento do solo sem
que se comprometa a estabilidade do cimbre. Para tal existem vários
equipamentos capazes disso, que permitem que o trabalho prossiga sem
grandes prejuízos para a obra final. É a melhor maneira para evitar o
derrube de um cimbre devido a sismos, especialmente considerando o
34
nível de destruição que a acção sísmica pode provocar em qualquer
estrutura.
4. Conclusão
O cimbre pode parecer uma componente banal para o engenheiro da
actualidade, mais preocupado em ultrapassar os limites da engenharia
conhecida, mas a verdade é que esta estrutura forma a ´´ espinha dorsal ´´
de toda uma construção até que esta esteja completa. Se falhar, seja de
que modo for, todo o projecto pode tombar por terra, literalmente, com
consequências desastrosas para os seus intervenientes. Como tal, recorrer
ao cimbre correcto nas condições adequadas é imprescindível para
qualquer engenheiro que queira conceber uma obra digna desse nome.
Seja um cimbre móvel ou fixo, capaz de suportar os efeitos da gravidade e
dos elementos da Natureza dentro de um orçamento vasto ou apertado, a
sua função é crucial, e não deve ser subestimada.
Sem o uso dos cimbres, a concepção de grandes estruturas como as
Pirâmides da Antiguidade ou até mesmo o Burj Dubai da actualidade seria
praticamente impossível para o ser humano, limitando-o a pequenas
cabanas e edifícios com poucos andares de altura. A sua construção seria,
também, muito mais perigosa, pois bastaria um pequeno deslize para que
tudo caísse por terra. Graças ao cimbre, em particular à vertente fixa,
podemos conceber estruturas maiores e mais esplendorosas, muito úteis
a uma sociedade em desenvolvimento. O cimbre permite que tudo fique
assente no seu devido lugar até à hora da inauguração da obra em si.
35
A capacidade do cimbre para suportar cargas é elevada, mas nunca
deve ser sobrestimada. Ele deve ser concebido com as dimensões
adequadas à sua função, recorrendo aos materiais certos, nomeadamente
madeira e várias ligas de metal. Isto irá permitir que a estrutura final não
seja afectada pelo cimbre, aquando da sua remoção, e que o cimbre
consiga aguentar todas as cargas a que será sujeito durante o processo de
construção, graças à rigidez e integridade dos seus materiais e da ligação
das suas secções. A estabilidade tem de ser absoluta, de modo a evitar
pontos de fraqueza que possam ser explorados pelos agentes de
deterioração (vento, peso, entre outros ).
Por fim, o uso do cimbre acarreta grande responsabilidade, dado o
investimento material e humano em causa. A segurança é uma prioridade,
pelo que o engenheiro responsável pela obra, assim como os restantes
trabalhadores, deve estar ciente dos problemas inerentes à concepção da
obra assim como dos fenómenos que estes podem acarretar, sobretudo
quando se aplicam ao caso do cimbre fixo. Deste modo, a construção
poderá prosseguir, os obstáculos poderão ser controlados, e quaisquer
calamidades poderão ser prevenidas e, se necessário, remediadas. Será
necessário, em primeiro lugar, prevenir acidentes de trabalho e evitar
quaisquer danos materiais ao equipamento, controlando, assim, o
orçamento para a obra. Por fim, será necessário lidar com fenómenos
como o vento, o peso dos materiais, trabalhadores e equipamento e todas
as forças que possam agir sobre o cimbre, sejam elas de cariz horizontal
ou vertical. Para os confrontar, o engenheiro terá de jogar com a
conformação do cimbre e recorrer a todo o auxílio possível ( usar
materiais mais leves e fortes, como aço e alumínio, e utilizar prumos e
36
lajes de betão para ajudar a suportar a estrutura ), de modo a poder
controlar todos os seus efeitos e consequências.
Com tudo resolvido, a obra pode ser realizada e o cimbre fixo pode
executar a sua função, permitindo que, um dia, a estrutura principal, seja
ela um túnel, uma barragem, uma ponte ou uma outra infra-estrutura
qualquer, possa ganhar ´´ vida ´´ e tornar-se num projecto de engenharia
bem-sucedido!
5. Referências bibliográficas
Livros e artigos
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deformabilidade do cimbre, Tese de mestrado integrado em engenharia
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Engenharia da Universidade do Porto, 2008
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Cimbre/tabuleiro durante e betonagem em pontes construídas tramo a
tramo, Tese de mestrado integrado em engenharia civil, Engenharia Civil
(especialização em Estruturas), Faculdade de Engenharia da Universidade
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8
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