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Instituto de Ciências Exatas e Tecnológicas Campus São José dos Campos – Dutra Estudo teórico para embasar o pré-dimensionamento e o dimensionamento de estruturas de metais e madeiras Universidade Paulista - UNIP São José dos Campos, 2014 2 Instituto de Ciências Exatas e Tecnológicas Campus São José dos Campos – Dutra Bruno Sales de Oliveira B4172C-3 / EC8Q Charles Pedro de Jesus Campos B41FGC-0 / EC8S Klever de Souza Fernandes B458593-3 / EC8Q Jeferson Fernando dos Santos Souza A94FAJ-0 / EC8P Renata Sayuri Saito B34033-9 / EC8Q Roberto Shoiti Tsushima Junior B356CG-0 / EC8Q Silas Claudio V. T. Ferreira B44489-4 / EC8Q Estudo teórico para embasamento no pré-dimensionamento e dimensionamento de estruturas de metais e madeiras Trabalho apresentado como requisito parcial para a aprovação na matéria de sistemas estruturais de madeiras e metais no Curso de Engenharia Civil, da Universidade Paulista, São José dos Campos, orientado pela professora Carolina. Universidade Paulista - UNIP São José dos Campos, 2015 3 Agradecimentos Á Deus, primeiramente, porque ele que está acima de todos nós em sabedoria. A todos os pesquisadores deste grupo, pelo esforço, dedicação e empenho, que deixaram seus afazeres para confecção do mesmo. Aos professores, pela atenção, paciência e transmissão de seus conhecimentos. A todos os pesquisadores do assunto abordado, engenheiros ou não, por nos darem grandes conhecimentos sobre o tema. A todos os engenheiros, de quem pretendemos ser colegas de profissão. Aos familiares de todos os integrantes deste grupo, a quem em certas ocasiões os deixamos para elaborar a pesquisa. 4 ”Acredite em si próprio e chegará um dia em que os outros não terão outra escolha senão acreditar com você” (Cynthia Kersey) 5 Resumo O calculo estrutural é um dos fatores mais importantes, se não o mais importante, de um projeto de engenharia. Conceber uma estrutura requer conhecimentos sobre estabilidade global, assim como cargas que agem nas peças isoladamente ou agrupadas, como o momento fletor força cortante, torção, compressão e tração, podendo ser puras ou varias ao mesmo tempo. No caso dos metais temos que saber as formas geométricas das peças que influem bastante no comportamento da seção, além da quantidade do material e sua resistência, podendo seguir os padrões nacional, americano ou europeu. Propriedades como momento de inercia, raio de giração e momento resistente influi muito na capacidade dos perfis metálicos resistir aos esforços solicitados. Cada formato geométrico suporta melhor cada tipo de carga aplicada. No caso das madeiras, não a fabricamos, então para saber qual resistência cada espécie tem, fazemos ensaios obtendo os resultados. Esses resultados são obtidos e tabelados para uso, seguindo as normas vigentes. Além da resistência individual, temos duas classes principais de madeiras, as duras e macias, sendo as duras mais resistentes que as macias, e isso afeta diretamente a utilidade cada uma, usando-se as mais resistentes para estruturas fixas e as macias para provisórias, caixarias, etc. Através de tudo isso podemos ter maior conhecimento do material a ser dimensionado e trabalhado, tendo mais informações teóricas e base para o calculo estrutural. Palavras chave: estrutura, calculo, madeira, metal, engenharia 6 Abstract The structural calculation is one of the most important factors, if not the most important, from an engineering project. Design a structure requires knowledge of global stability as well as loads acting on the parts alone or grouped, as the bending moment shear, torsion, compression and tension and may be pure or several at once. For metals we have to know the geometric shapes of the pieces that influence enough in the behavior section, plus the amount of the material and its resistance, and can follow the national, American or European standards. Properties such as moment of inertia, radius of gyration and very tough time affects the ability of metal profiles resist the efforts required. Each geometric shape best supports each type of load applied. In the case of woods, not to manufacture, so to know which resistance each species has, do tests getting the results. These results are obtained and tabulated for use, according to prevailing regulations. In addition to the individual resistance, we have two major classes of wood, hard and soft, are the most resistant hard than soft, and this directly affects the usefulness each, using the most resistant to fixed structures and soft for temporary, caixarias, etc. Through it all we have greater knowledge of the material to be sized and worked with more information and theoretical basis for the structural calculation. Keywords: structure, calculation, wood, metal, engineering 7 Objetivo Um projeto estrutural é um trabalho muito minucioso e complexo, já que qualquer fator mínimo influencia na definição das cargas que definem o dimensionamento da estrutura, assim como o próprio material exerce influencia quanto a viabilidade do projeto Pensando nisso, presente trabalho tem por objetivo fornecer ao leitor as informações necessárias para embasamento em um futuro calculo estrutural de metais e madeiras, trazendo conhecimento sobre os tipos de metais e madeiras, suas características e formas padrão, afim de que após a leitura deste, possamos saber os tipos de metais e madeiras disponíveis, assim como o que precisamos para se fazer um calculo estrutural. 8 Lista de figuras Figuras pagina Imagem 1 – fluxo de produção do aço.....................................................................................15 Imagem 2 – a esquerda viga perfil I. A direita viga perfil H..................................................19 Imagem 3 – Perfil L, ou cantoneira. ........................................................................................20 Imagem 4 – perfil U ................................................................................................................20 Imagem 5 – perfil T.................................................................................................................20 Imagem 6 – viga perfil I .......................................................................................................21 Imagem 7 – viga perfil W tipo H ..........................................................................................21 Imagem 8 – viga tipo Caixão...................................................................................................22 Imagem 9 – Partes do tronco de uma arvore............................................................................26 Imagem 10 – folhas de porta feita com madeira amescla........................................................28 Imagem 11 – forro de teto feito com cedrinho........................................................................29Imagem 12 – telhado sendo executado com madeira da garapeira..........................................29 Imagem 13 – deck externo feito com Itauba............................................................................30 Imagem 14– maracatiara..........................................................................................................30 Imagem 15 – deck feito de peroba rosa (rara) em volta da banheira de hidromassagem.......31 Imagem 16 – tabua de Pinus sendo usado como forma para confecção de concreto armado..31 Imagem 17 – madeira laminada colada....................................................................................34 Imagem 18 – madeira compensada..........................................................................................34 Imagem 19 – madeira reconstituída.........................................................................................35 Imagem 20– esquema de telhado.............................................................................................37 9 Lista de tabelas Tabela pagina Tabela 1 – valores característicos das madeiras duras.............................................................32 Tabela 2 – valores característicos das madeiras macias...........................................................32 Tabela 3 – dimensões dos principais produtos de madeira serrada.........................................37 10 Sumário 1. Introdução ..................................................................................................................................... 11 1.1. Escopo ................................................................................................................................... 11 1.2. Concepção estrutural ............................................................................................................ 11 1.3. Considerações quanto ao dimensionamento de estruturas ................................................. 12 2. Metais ............................................................................................................................................ 13 2.1. Introdução aos metais ........................................................................................................... 13 2.2. Processo siderúrgico ............................................................................................................. 14 2.3. Propriedades dos perfis estruturais ...................................................................................... 15 2.4. Aços para perfis ..................................................................................................................... 17 2.4.1. Aço para perfis padrão americano. ................................................................................... 17 2.4.2. Aço para perfis padrão ABNT ............................................................................................ 17 2.4.3. SAE ..................................................................................................................................... 18 2.5. Perfis ...................................................................................................................................... 19 2.5.1. Perfis laminados ................................................................................................................ 19 2.5.2. Perfis soldados .................................................................................................................. 22 2.5.3. Perfis conformados a frio .................................................................................................. 23 2.6. Aços para concreto armado e concreto protendido ............................................................. 23 2.6.1. CA ...................................................................................................................................... 24 2.6.2. CP ....................................................................................................................................... 24 3. Madeiras ........................................................................................................................................ 25 3.1. Introdução a madeira ............................................................................................................ 25 3.2. Características das madeiras ................................................................................................. 25 3.3. Tipos de madeira e características ........................................................................................ 27 3.4. Usos da madeira na construção civil ..................................................................................... 35 3.5. Como comprar madeiras ....................................................................................................... 38 4. Considerações finais ...................................................................................................................... 39 5. Referencias .................................................................................................................................... 40 ANEXO 1 ................................................................................................................................................ 42 ANEXO 2 ................................................................................................................................................ 55 ANEXO 3 ................................................................................................................................................ 56 11 1. Introdução 1.1. Escopo Este trabalho traz uma introdução sobre o tema de concepção estrutural, fazendo com que o leitor se familiarize com a metodologia empregada para o calculo estrutural, estruturas de contraventamento, flexão, compressão, tração e etc. Logo após, no capitulo 2, tramamos do assunto metais, material muito usado nas estruturas da construção civil. Falamos das suas características físicas, suas propriedades, formatos geométricos, dimensões padrão, deixando o leitor a par do que temos no mercado. Da mesma forma, no capitulo 3, fizemos com o material madeira, dizendo suas particularidades, seu emprego na construção civil, resistência de cada tipo de madeira entre outros. Assim como uma breve analise biológica do tronco das madeiras lenhosas. Expomos também suas classificações e tipos. Na discussão final expomos os benefícios e malefícios de trabalhar com cada material, e apresentamos um futuro tema de trabalho sequencial deste, onde pretendemos entrar no calculo estrutural, visto que este é apenas a base teórica com informações dos materiais para calculo. 1.2. Concepção estrutural Estrutura é um conjunto, ou um sistema, composto de elementos que se inter- relacionam para desempenhar uma função. As estruturas como um todo devem possuir ligações ou esquemas de travamento adequados para garantir o equilibrio das barras e do conjunto. Deve ser estudado cuidadosamente o esquema estrutural, as barras precisam se adequar as suas seções, vínculos e comprimentos, evitando problemas de flambagem, e procurando um esquema adequado a cada caso; estrutura isostática ou hiperestática, pórtico deformável ou indeformável, ligação rígida ou flexível, levando em consideração a economia, funcionalidade e aspecto arquitetônico da edificação. Fazendo uma análise tridimensional da estrutura observando a estabilidade e o equilíbriode seus vários planos, garantindo que a inexistência de hipostaticidades e de flambagem, assim possível limitar-se apenas no estudo de estruturas planas. 12 1.3. Considerações quanto ao dimensionamento de estruturas O dimensionamento de estruturas tem varias considerações a serem feitas, pois cada material exige uma forma diferente de calculo. Para o metal e a madeira, usamos a chamada tensão admissível, que é uma tensão máxima ponderada de quanto o material aguenta sofrer carga por área. Para que o material seja dimensionado de forma correta, temos que garantir que a tensão aplicada a cada peça estrutural não ultrapasse a admissível e também não seja muito inferior, visto que o excesso de material gera um gasto excessivo, ruim para o cliente. Para o dimensionamento de estruturas de concreto não levamos em consideração a tensão admissível por ser um material geralmente fabricado na obra sem muita garantia que os parâmetros estabelecidos em calculo sejam atendidos, por isso trabalhamos com grande coeficiente de segurança. Já nos casos dos metais, que é fabricado a partir de um processo industrializado, essa garantia é possível, sendo definido no momento da confecção a sua tensão resistente máxima. No caso das madeiras, essa tensão para cada tipo é obtida através de ensaios de laboratório. 13 2. Metais 2.1. Introdução aos metais Um metal é um aglomerado de átomos metálicos cujos elétrons da camada de valência fluem livremente. São elementos químicos, encontrados em estado solido (exceto o mercúrio). As suas principais características físicas segundo, segundo Alves, são: Maleabilidade: Capacidade que os metais têm de produzir lâminas e chapas muito finas. Ductibilidade: Se aplicarmos uma pressão adequada em regiões específicas na superfície de um metal, esse pode se transformar em fios e lâminas. Condutibilidade: Os metais são excelentes condutores de corrente elétrica e de calor. Os metais possuem a capacidade de conduzir calor e eletricidade de 10 a 100 vezes mais rápido do que outras substâncias. Exemplos: Os fios de transmissão elétrica são feitos de alumínio ou cobre, panelas que usamos para cozinhar alimentos são feitas de alumínio. Brilho: Os elétrons livres localizados na superfície dos objetos de metal absorvem e irradiam a luz, por isso os objetos metálicos, quando polidos, apresentam um brilho característico. AS ligas metálicas são formadas por fusão de dois ou mais metais, com a finalidade de aumentar a resistência, trabalhabilidade, criar uma camada de proteção, etc. O metal mais usado na construção civil é o aço, o qual vamos focar o trabalho daqui em diante. O aço é essencial à vida moderna, ele está presente em larga escala ao nosso redor, como em linhas de transmissão energética, tubulações de agua, redes de telefonia, automóveis, aviões, navios entre outros. A construção civil faz grande uso do aço para 14 garantir a estabilidade de suas estruturas, aplicando aço em todas suas edificações, casa, prédios, indústrias e etc. Aço é um metal muito dúctil e forte, feito da fusão de ferro e carbono. O primeiro é um metal extraído do minério de ferro, passando pela siderúrgica que o transforma em ferro como o conhecemos e depois misturado com carbono para confecção do aço. Cada tipo de aço tem uma porcentagem diferente de cada componente, como veremos mais a diante. O ferro se originou por diversas formas, na forma de meteoritos, que recolhidos por tribos nômades nos desertos da Ásia Menor há cerca de 4500 anos. A extração do minério de ferro deu sua origem aos armamentos e a vida em sociedade por volta de 1200 a.C na Europa e Oriente Médio, promovendo grandes mudanças na sociedade. A agricultura que se desenvolveu rapidamente a partir de utensílios de ferro, a confecção de armas mais modernas viabilizou a expansão territorial de diversos povos. Mais a fronteira entre o ferro e o aço foi definida na Revolução Industrial, com a invenção de fornos que permitiam não só corrigir as impurezas do ferro, como adicionar-lhes propriedades como resistência ao desgaste, ao impacto, à corrosão, etc. Por causa dessas propriedades e do seu baixo custo o aço passou a representar cerca de 90% de todos os metais consumidos pela civilização industrial. 2.2. Processo siderúrgico Consiste desse processo, a obtenção do aço, desde a chegada do minério de ferro até o produto final a ser utilizado no mercado. O processo se resume em três grandes etapas. 1. Preparo das Matérias Primas; 2. Redução; 3. Produção de aço; A usina siderúrgica pode operar de duas maneiras, integrada produzindo o aço a partir de gusa, ou ser semi-integrada, onde o aço é obtido a partir de sucata. O aço pode ser definido como uma liga metálica composta principalmente de ferro e de pequenas quantidades de carbono (de 0,002% ate 2,00%), essas propriedades específicas, sobretudo de resistência a ductilidade, quais são muito importante para sua aplicação na engenharia civil. 15 Em geral a fabricação do aço consiste no aproveitamento do ferro contido no minério ferro pela eliminação de impurezas, que aquecido passando na forma liquida a qual já isenta das impurezas do minério, o aço recebe adições que lhe dão características desejadas, então sendo solidificado e dando-lhe a forma requerida. Imagem 1 – fluxo de produção do aço Fonte: Instituto aço Brasil O aço para a construção civil é encontrado em forma de perfis, barras, fios, cabos e chapas. 2.3. Propriedades dos perfis estruturais O formato geométrico das peças é uma das principais características dos elementos estruturais de aço e devem ser de total domínio de um projetista, pois é ela que define qual seção usar para cada caso. A seguir falaremos um pouco sobre elas: 16 Momento de Inercia (I): Em mecânica, o momento de inércia, ou momento de inércia de massa, expressa o grau de dificuldade em se alterar o estado de movimento de um corpo em rotação. Diferentemente da massa inercial (que é um escalar), o momento de inércia ou Tensor de Inércia também depende da distribuição da massa em torno de um eixo de rotação escolhido arbitrariamente. Quanto maior for o momento de inércia de um corpo, mais difícil será fazê-lo girar ou alterar sua rotação. Contribui mais para o aumento do valor do momento de inércia a porção de massa que está afastada do eixo de giro. Sua unidade de media no S.I. é o m^4, encontrada geralmente em cm^4. Raio de Giração (i): É a distância uniforme de um eixo de referência na qual se supõe que toda a área esteja distribuída. O raio de giração representa a distância ao eixo ou ponto correspondente na qual se pode concentrar toda a área da superfície estudada de modo que se tenha o mesmo momento de inércia. A unidade de medida no S.I. é o metro, mas usualmente encontrada em cm. Momento resistente (w): módulo resistente é uma quantidade geométrica expressa geralmente tem cm³, caracterizando uma resistência mecânica à flexão. De fato, o momento resistente é calculável a partir da forma e dimensões da secção transversal, e representa a relação entre as tensões máximas na referida secção transversal e as tensões de flexão aplicadas a essa seção. Essa propriedade é usada no calculo do momento fletor da peça. Essas características, assim como a massa por metro da peça, área, etc, são descritas nas tabelas de perfis metálicos, onde escolhemos uma peça que atenda as necessidades de carga de projeto. 17 2.4. Aços para perfisOs perfis são fabricados com aços de acordo com normas estabelecidas de acordo com cada pais. No Brasil usamos aços de acordo com a ABNT ( norma brasileira), ASTM ( norma norte americana e ES ( norma europeia). Os mais usados no Brasil são o padrão ASTM e ABNT, os quais citamos abaixo: 2.4.1. Aço para perfis padrão americano. Os perfis padrão americano são fabricados com aços nas qualidades: ASTM A 36 de média resistência mecânica (limite de escoamento mínimo de 250 Mpa), ASTM A 572 GR de alta resistência mecânica (limite de escoamento mínimo de 345 Mpa), ASTM A 572 GR 60 de alta resistência mecânica ( limite de escoamento mínimo de 415 Mpa). 2.4.2. Aço para perfis padrão ABNT Segundo a especificação NBR 7007 - Aços para perfis laminados para uso estrutural da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), os aços podem ser enquadrados nas seguintes categorias, designadas a partir do limite de escoamento de aço f: MR250, aço de média resistência (f = 250 MPa; f,, = 400 MPa) AR350, aço de alta resistência (f=350 MPa; f = 450 MPa) AR-COR415, aço de alta resistência (f = 415 MPa; f = 520 MPa), resistente à corrosão. O aço MR250 corresponde ao aço ASTM A36. 18 2.4.3. SAE Há também a classificação SAE, porem é mais usada na indústria mecânica do que na civil, levado em consideração a quantidade de elementos misturados ao ferro. O primeiro dígito representa o elemento ou elementos de liga característicos: 1. aço-carbono 6. aço-cromo-vanádio 2. aço-níquel 7. aço-tungstênio 3. aço-cromo-níquel 8. aço-níquel-manganês 4. aço-molibdênio 9. aço-silício-manganês 5. aço-cromo Os dois últimos dígitos representam uma porcentagem de carbono em 0,01 %. Os dígitos intermediários restantes (em geral um só dígito) representam a porcentagem aproximada do elemento de liga predominante. Por exemplo: Aço SAE 1020 (aço-carbono, com 0,20% de carbono) Aço SAE 2320 (aço-níquel, com 3,5% de níquel e 0,20% de carbono). Por isso o mais interessante para a engenharia civil de estruturas metálicas é levar em consideração a tensão de escoamento do aço, mais do que saber exatamente seus componentes, pois a tensão de escoamento é onde sabemos a resistência a tração do aço, onde ele vai se deformar e voltar a estado inicial ou entrar em regime plástico e não voltar mais, ou seja, permanecer escoado. O modulo de elasticidade, para todos os aços são praticamente o mesmo, variando de 200 a 210 GPa. 19 2.5. Perfis 2.5.1. Perfis laminados São peças únicas, obtidas pela laminação de blocos ou tarugos provenientes de lingotamento contínuo. Produzidos por meio de deformação mecânica a quente, com secções transversais nos formatos I e H, obtidos pelo sistema universal de laminação. O processo deste perfil consiste em um conjunto principal de três cadeiras em sequencia, conhecido como processo X-H. Processo eficiente, com menor ciclo de laminação, maior produtividade, obtenção de produtos homogêneos e de laminação de maior comprimento. As principais características dos perfis laminados são as abas paralelas e retilíneas, quais facilitam as soluções de conexões e encaixes e a uniformidade estrutural por não possuir solda ou emendas. São produzidos segundo as especificações da norma ASTM. Imagem 2 – a esquerda viga perfil I. A direita viga perfil H. Fonte: Diaco.com.br Note que a diferença entre ambas é a largura das abas (chapas horizontais), onde a do perfil I é menor que a do perfil H. os perfis de mesma massa I são mais altos que o H e por isso apresentam maior momento resistente, ou seja, tem desempenho melhor a flexão. Caso forem da mesma altura, o perfil H tem mais massa e com abas maiores, o que resulta em inercia maior, ou seja, mais dificuldade de girar. 20 Imagem 3 – Perfil L, ou cantoneira. Fonte: galeria.cuiket.com.br As cantoneiras podem ser de abas iguais ou abas diferentes, ou seja, pode um lado ser maior que o outro ou igual. Imagem 4 – perfil U Fonte: www.sigmaloja.com.br Imgaem 5 – perfil T Fonte: www.edfer.com.br 21 Não é difícil se fazer uma pequena confusão quando vamos procurar uma peça em uma tabela de perfis, pois há diversas particularidades em cada forma geométrica e sua especificação. Quando pegamos uma tabela de perfis laminados, vemos que temos a seguinte as seguintes opções: Perfil H Perfil I Perfil U Cantoneiras de abas iguas Cantoneiras de abas desiguais Trilhos ferroviários Perfil W ou HP (tipo I) Perfil W ou HP (tipo H) A diferença entre o perfil I e o perfil w tipo I, é que os perfis I têm abas inclinadas e o perfil W tipo I tem abas paralelas. Isso também vale para o perfil H e W tipo H. Podemos compreender isso com as figuras abaixo: Imagem 7 – viga perfil W tipo H Fonte: tudo-sobre-pontes-rolantes.com.br Imagem 6 – viga perfil I Fonte: tudo-sobre-pontes-rolantes.com.br 22 Outras variações na denominação também podem ocorrer, mas devido a como cada geometria é conhecida em determinado pais, por exemplo, a tipo I nos Estados Unidos é conhecido como perfil S ou S-profile. Outras variações no formato da peça podem ocorrer, para solucionar cada tipo de carga. Para pontes por exemplo se faz uma nova forma, acrescentando mais algum componente, como mostrado na figura abaixo, onde temos um formato muito usado em pontes, pois aguentam muito mais carga que os perfis convencionais, a chamada viga tipo “caixão”. Imagem 8 – viga tipo Caixão Fonte: tudo-sobre-pontes-rolantes.com.br 2.5.2. Perfis soldados Os perfis soldados são aqueles obtidos pelo corte, composição e soldagem de chapas planas de aço, permitindo uma grande variedade de formas e dimensões de secções. A fabricação desse tipo de perfil obedece a NBR 5884 Perfis estruturais de aço soldados por arco elétrico, que pode ser artesanal ou convencional e processo industrializado. Podem ser fabricados utilizando aço-carbono – especificação ASTM A 36, ASTM A 572, ASTM A 242 ou ASTM A 588. 23 Os perfis soldados são classificados em séries, de acordo com a sua utilização na estrutura. Como as seguintes nomenclaturas das séries empregadas: Série VS: Compreende os perfis soldados para vigas Série CVS: Compreende os perfis soldados para vigas e pilares Série CS: Compreende os perfis soldados para pilares. Todas as series dos perfis soldados, o formato geométrico da peça é tipo I. 2.5.3. Perfis conformados a frio São chapas dobradas a frio formando diversos tipos de perfis, e empregam em sua composição aços-carbono de especificações: ASTM A570 GR 33 e GR 40 ( limite de escoamento de 230 e 280 Mpa) a norma que assegura a normalização dos perfis é a NBR 6355, já a NBR 14762 dos procedimentos para o dimensionamento de estruturas em açoutilizado perfis conformados a frio. Mesmo que possua varias dimensões padronizadas é possível solicitar ao fabricante formas e tamanhos diferentes, sobre tudo as limitações dimensionais das linhas de processo. O perfil formado ou dobrado é o perfil obtido por conformação a frio de produtos planos, sendo chapas e tiras, quais podem ser dobradas por dobradeiras ou perfiladeiras, enquanto as dobradeiras se limitam a comprimentos de 3 e 6m, com capacidade de dobrar chapas até 12,5 mm de espessura, as perfiladeiras podem produzir perfis de qualquer comprimento, mais se limitando a espessura de no máxima de 3 mm e com dimensões dos perfis 50 x 150 x 50 mm para perfis enrijecidos. 2.6. Aços para concreto armado e concreto protendido Os aços para concreto armado e protendido, assim como protendido, não é o tema principal deste trabalho, então vamos apenas apresenta-los. São eles: CA – aços para concreto armado 24 CP – aços para concreto protendido Cordoalhas – cabos de aço CP para proteção. 2.6.1. CA Os aços para concreto armado estão disponíveis em 3 classes: CA -25, CA-50 e CA-60 CA-25 - Os Vergalhões CA-25 são barras ou fios de aço com superfície lisa com tensão de escoamento de 250 MPa CA- 50 – os vergalhões CA-50 são barras ou fios de aço nervuradas com tensão de escoamento de 500 MPa. CA – 60 – os vergalhões CA – 60 são barras de aço lisas, nervuradas ou entalhadas com tensão de escoamento de 600 MPa. Aços CA-50 e CA-60 são usados para fabricação de treliças para lajes treliçadas e outros fins. 2.6.2. CP Os aços para concreto protendido devem aguentar maior escoamento, visto que sofrem uma pretensão antes das sobrecargas. Encontramos esses aços basicamente com tensão de escoamento de 1900 MPa ( CP – 190) e 2100 MPa ( CP – 210). A união dessas barras, enroladas, formam as cordoalhas, podendo obter diversos diâmetros 25 3. Madeiras 3.1. Introdução a madeira Desde a Era Pré-Histórica o homem busca meios de interagir com a natureza e criar elementos que facilitem a sua vida. Para tais, é necessário o uso de materiais, e desde essa época um dos materiais mais fáceis de obter e de se trabalhar é a madeira, servindo para variados tipos de utilidades. A madeira na construção civil é amplamente empregada, nos mais diversos tipos de atividades, desde instalações provisórias, marcação ou até mesmo acabamento e estrutura. A madeira é um material fácil de ser trabalhado com ferramentas, por não ser de uma dureza muito grande, como por exemplo, os metais, porém, podem desenvolver características mecânicas de resistência bem altas, dependendo da espécie da arvore de origem e o local. Aliás, essa é uma das peculiaridades da madeira, pois cada espécie, assim como cada peça de madeira, tem uma característica própria, nenhuma é igual à outra, o que a torna mais bonita e interessante na arquitetura, porém, mais complexa para ser dimensionada. Por isso, antes de se trabalhar com madeira, é necessário entender suas características físicas. 3.2. Características das madeiras Neste trabalho vamos apresentar as características da madeira suficientemente para o uso na construção civil, então falaremos mais sobre os tipos e suas características resistentes, porém vamos fazer uma breve introdução sobre a parte biológica para facilitar o entendimento. A madeira é um material retirado das plantas lenhosas, que é um ser vivo, por isso é formado por tecidos. O tronco da arvore, de onde é retirada a madeira, é formado por camadas. São elas: Casca – a parte exterior, correspondente ao súber, responsável pela proteção do tronco. 26 Florema ou cambio- tecidos superficiais do tronco, responsáveis pelo transporte de seiva Lenho – é a parte do tronco de onde se extrai a madeira, compreendida entre a casca e a medula, e divide-se em duas zonas: o cerne- a parte mais escura da madeira e a que lhe dá mais resistência; o alburno ou borne - a zona mais clara que transporta a seiva bruta das raízes para as folhas Medula – corresponde ao tecido mole e esponjoso na parte central do tronco, vestígio do meristema apical do ramo. Imagem 9 – Partes do tronco de uma arvore. Fonte: www.agr1324-cne-escutismo.org O alburno é a parte do lenho que transporta nutrientes e agua da raiz ate o tecido ativo da planta. São células vivas e ficam ao redor do cerne. Conforme a planta vai crescendo as células velhas do alburno vão morrendo e nascendo outras novas. Essas células velhas ficam mais enrijecidas e formam o cerne, que é a parte mais resistente da planta e melhor para a construção. É o cerne que faz a sustentação mecânica da planta. Os nós são a parte do tronco onde nascem os galhos. De maneira geral são prejudiciais para a madeira em relação a sua utilização como estrutura, pois afetam diretamente sua resistência à tração e compressão. 27 Outro fator importante na compreensão do dimensionamento de madeira é entender como funcionam suas fibras lenhosas ou fibras liberianas. Isso é parte do estudo microscópico da planta, mas é de extrema importância no calculo de resistência da madeira. As fibras fazem parte do tecido Esclerênquima da planta, que realiza a sustentação mecânica. São células muito alongadas com extremidades pontiagudas que resiste de diferentes formas as forças aplicadas dependendo da direção em relação a elas. Mas para entender como ela age com a força sendo aplicada em cada direção é necessário entrar em calculo com madeira, e não é o foco deste trabalho, e sim a compreensão geral. 3.3. Tipos de madeira e características A identificação da madeira é feita através da catalogação botânica da planta, que leva em conta principalmente seus órgão reprodutores (flores e frutos). Mas para facilitar o reconhecimento, adota-se uma identificação sensorial, através das características visíveis, como formato das copas, cor, e mais precisamente para a engenharia, se cria um grupo de acordo com sua resistência, definindo-se madeiras duras e macias. Segundo o artigo lançado pelo Portal da madeira, em 5 de outubro de 2009, a madeira de coníferas (por exemplo: pinus) é chamada madeira macia, e a madeira de árvores dicotiledôneas (por exemplo: carvalho) é chamada madeira dura. Essa classificação é por vezes muito desvantajosa. Isso porque algumas madeiras duras, como a balsa, são de fato muito mais moles ou macias do que a maior parte das madeiras macias, e inversamente, também algumas madeiras macias (por exemplo: teixo) são muito mais duras do que a maioria das madeiras duras. Outra característica da madeira, muito interessante, citada pelo professor Gesualdo, em suas notas de aula da Universidade Federal de Uberlândia, é a resistência ao fogo, pois diante de altas temperaturas provavelmente terá maior resistência que o aço, pois sua resistência não se altera sob altas temperaturas. Assim, em um incêndio ela pode ser responsável pela propagação do fogo, mas em contrapartida suportará a ação do fogo em alta temperatura durante um período de tempo maior. O modulo de elasticidade da madeira varia bastante, já que cada madeira apresenta sua própria caracteriza e devido também a madeira ser um material anisotrópico, ou seja, não possui as mesmas características em todas as direções. A resistência da madeira varia 28 dependendo da direção que é empregada a força ( paralela ou perpendicular as fibras), como já foi citado acima, e ela é bastante evidenciada no exemplo citado abaixo da madeira Garapeira, muito usada em telhados. Usamos elacomo exemplo para citar as características da madeira a tração, compressão e cisalhamento, e fica evidente a grande diferença de resistência em relação a onde é aplicada a força na madeira. Abaixo segue alguns tipos de madeiras usadas na construção civil, retirada do site da MADECAL MADEIRAS: Amescla: Madeira macia, fácil de serrar, moderadamente fácil de aplainar, apresentando superfícies radiais ásperas. Uso: construção civil, caixas, engradados, móveis, divisórias e outros. Imagem 10 – folhas de porta feita com madeira amescla. Fonte: www.meyerdobrasil.com.br, 2012 Cedrinho: Madeira de dureza media, Apresenta retrabilidade linear e volumétrica baixas e propriedades mecânicas entre baixa e média. Uso: venezianas, , guarnições, cordões, forros, etc. 29 Imagem 11 – forro de teto feito com cedrinho. Fonte: www.flaviense.com.br Garapeira: Madeira dura, considerada fácil de ser trabalhada. Recebe bom acabamento. Uso: construção de estruturas externas, dormentes, postes, estacas, mourões, carrocerias, vigas, caibras, ripas, tábuas, tacos para assoalhos, marcos de portas e janelas, etc. A garapeira apresenta resistencia caracteristica de aproximadamente 65,4 Mpa, densidade aparente de 920 kg/m³, resistencia a compressão paralela as fibras de 73 MPa, resistecia a tração paralela as fibras de 116 Mpa, resisistencia a tração normal as fibras de 7,3 Mpa, resistencia ao cisalhamento de 19,6 Mpa, e ao fendilhamento de 2 Mpa. Imagem 12 – telhado sendo executado com madeira da garapeira. Fonte: telharsul.com.br 30 Itaúba: De baixa retratibilidade em relação à densidade, resistência mecânica alta a média e durabilidade alta. Uso: assoalhos, postes, pilares e dormentes, carpintaria, tacos, estrutura de pontes, cruzetas, vigas, caibros, tábuas, marcos de portas e janelas, implementos agrícolas, confecção de peças torneadas, etc. Imagem 13 – deck externo feito com Itauba Fonte: joinvilledeck.blogspot.com.br Maracatiara: Madeira dura, Fácil de trabalhar e propicia excelente acabamento. Recebe bem pintura, verniz, lustro e emassamento. Uso: vigas, caibros, ripas, tacos e tábuas de assoalho, marcos ou batentes de portas e janelas, esquadrias, caixilhos, forros, lambris, etc. Imagem 14– maracatiara Fonte: www.ipt.br 31 Peroba: Madeira muito resistente a ataques de fungos,cupins, etc, rara e de resistência mecânica e retrabilidade boa. Uso: interiores, decoração, pisos, entalhes, esquadrias, móveis, peças torneadas, cabos de ferramentas, tacos, tábuas para assoalhos, vagões, carrocerias, etc. Imagem 15 – deck feito de peroba rosa (rara) em volta da banheira de hidromassagem Fonte: madeiradedemolicao.wordpress.com Pinnus: Madeira macia, fácil de tratar. Uso: ripas, partes secundárias de estruturas, cordões, guarnições, rodapés, forros e lambris, pontaletes, andaimes, formas para concreto. Imagem 16 – tabua de Pinus sendo usado como forma para confecção de concreto armado Fonte: www.mcapivaras.com.br 32 Abaixo segue tabelas com resistencias caracteristicas dos dois grupos principais de madeiras, duras ( dicotilidôneas) e macias ( coniferas): tabela 1 – valores caracteristicos das madeiras duras fonte: madecal madeiras, adaptado pelos autores tabela 2 – valores caracteristicos das madeiras macias fonte: madecal madieras, adaptado pelos autores As resistências das principais madeiras para fins de calculo estrutural estão disponíveis neste trabalho, no anexo 3. São tabelas de resistências elaboradas através por um estudo e ensaio feito por Dias e Rocco com o apoio do Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnológico ( CNPq). A madeira como material estrutural normalmente se encontra em diferentes formas tais como: 33 Madeira em tora: madeira usada na forma de do tronco da arvore, ou seja, o próprio tronco usado como elemento estrutural. Madeira serrada: segundo a empresa Montana Quimica S.A., a madeira serrada é a madeira cortada da tora no formato desejado. Produzida em serrarias e transformada em peças menores de formato prismático, pode ser obtida por diversas técnicas de desdobro, escolhidas principalmente em função de critérios técnicos e econômicos. As duas práticas mais comuns são os cortes radial e tangencial. O corte tangencial é mais utilizado pela eficiência de produção de madeira serrada e menor formação de resíduos. Nele, após a fixação da tora e retirada da primeira costaneira, as tábuas são extraídas paralelamente, uma após a outra, até a proximidade da medula, que é descartada. Em seguida, a tora é girada, tendo a outra metade processada do mesmo modo. No corte radial, inicialmente, a tora é cortada em quatro partes, segundo dois planos perpendiculares. Em seguida, cada uma dessas partes é colocada na serra em posição que permita que os anéis anuais de crescimento mantenham, o mais próximo possível, um ângulo de 90º em relação à face das tábuas que serão cortadas. Apesar de mais trabalhoso, o corte radial diminui a contração das tábuas durante o processo de secagem, além de proporcionar vantagens estéticas devido ao desenho do grã da madeira na superfície das peças. Além do desdobro, são processados na serraria o esquadrejamento, o destopo e o pré-tratamento das peças para garantia de sua sanidade até que sua umidade caia abaixo do ponto de saturação das fibras, quando a secagem for natural. Não é preciso realizar esse pré-tratamento no caso de secagem em estufa logo após o desdobro. Posteriormente falaremos mais sobre peças de madeiras serradas. Madeira laminada colada: Chama-se Madeira Laminada Colada as peças de madeira, reconstituídas a partir de lâminas, que são de dimensões relativamente reduzidas se comparadas às dimensões da peça final assim constituída. Essas lâminas, que são unidas por colagem, ficam dispostas de tal maneira que as suas fibras estejam paralelas entre si. 34 Imagem 17 – madeira laminada colada Fonte: Ebah Madeira compensada: O compensado é uma placa de madeira feita com lâminas retiradas dos troncos das árvores. As camadas são coladas umas em cima das outras e compactadas em altas temperaturas formando a chapa de madeira. A principal característica dos compensados é sua elevada resistência. Ele é usado como tapumes de construções, na fabricação de móveis, carrocerias de caminhões, assoalho de container, embarcações para navegação, caixaria de construção e ainda como isolamento acústico. Imagem 18 – madeira compensada Fonte: sao-paulo.all.biz 35 Madeiras reconstituídas: São chapas obtidas pelo processamento da madeira natural, que transformada em fibras, partículas ou lâminas, é reconstituída em forma de painéis planos, de grandes dimensões e espessuras variadas. Chapas como MDF, MDP e OSB, são obtidas em processos secos, a quente e aglutinadas com resinas uréicas. A Chapa de Fibras de Madeira é obtida por processo úmido, a quente, sem adição de resinas sintéticas. Imagem 19 – madeira reconstituída Fonte: coisasdaarquitetura.wordpress.com 3.4. Usos da madeira na construção civil Como já citamos, a madeira tem vários usos na construção, desde estrutura definitiva ou provisória até acabamento. Há moradias feitas de madeira e principalmente no norte da América se costuma fazer muitas cabanas na floresta para pessoas passarem finais de semana, como forma de lazer e relaxar. Aqui no Brasil, a madeira é muito usada em esquadrias, como portas e janelas, escadas,peças estruturais, principalmente para telhado residencial, como por exemplo, vigas, caibros, ripas, pranhas e até mesmo dormentes. Praticamente toda obra utiliza madeira, nem que seja para instalações provisórias com madeirites e usos como escoramentos, taliscos, 36 marcações em geral, fechamento da obra, piso para andaimes e travamentos. Também é muito usado para fazer caixaria para confecção de peças de concreto armado. Abaixo, segue uma lista de algumas peças estruturais retiradas da madeira, dispovivel no site da MADECAL MADEIRAS, com as medidas medias de padrão comercial, podendo haver variações para cada fornecedor. Caibros: elemento componente do madeiramento do telhado. Atua no sentido longitudinal da queda d’água do telhado. Age juntamente com as ripas na distribuição das cargas sobre todo o madeiramento. Escoras: peça que sustenta ou serve de assistência a um elemento construtivo quando este não suporta a carga a ele exigida. Dormentes: elemento usado na composição de escadas e peitoris. Também é utilizado para assentar os trilhos das estradas de ferro. Pranchas: peça de madeira plana e delgada, destinada a diversos fins. Tábuas: peça de madeira plana e delgada, própria para pisos. Vigas: elemento estrutural responsável pela sustentação de lajes. A viga transfere o peso das lajes e dos demais elementos (paredes, portas, etc.) para as colunas. As dimensões dessas peças são padronizadas pela ABNT NBR 7203, como segue na tabela abaixo: 37 Tabela 3 – dimensões dos principais produtos de madeira serrada Fonte: ABNT, apud in Montana. Aqui no Brasil, madeira é muito comum em estruturas de telhado, geralmente usado em formato de treliça para melhorar seu desempenho. Abaixo, segue um esquema de treliça usado em telhados, onde a linha, o pendural, a diagonal e a empena, feitos com vigas ou pranchas, formam a tesoura do telhado, que nada mais é do que uma treliça. As terças (vigas ou pranchas), caibros e ripas transferem o peso das telhas e sobrecarga para a tesoura: Imagem 20– esquema de telhado Fonte: pedreirao.blogspot.com.br 38 3.5. Como comprar madeiras Como Grande cita em seu artigo, publicado na pagina do IBAMA, o superintendente do IBAMA SP, diz que a decisão do consumidor na hora de comprar madeira é de fundamental importância no combate ao desmatamento. Para compara madeira legal, o consumidor deve exigir ao vendedor que apresente o cadastro técnico federal e emita o DOF ( documento de origem florestal). Assim estará forçando o comerciante a atuar na legalidade e diminuir o desmatamento irregular. No anexo 2 segue uma descrição sobre o DOF. 39 4. Considerações finais Após a leitura e entendimento dos textos acima apresentados, concluímos nosso objetivo, entendo sobre como são feitas as peças de madeira metal, quais suas características físicas, propriedades importantes para calculo, e como comprar. Aprendemos sobre os tipos de seções de madeiras e metais temos no mercado para fazer uma boa escolha na hora de projetar. Munidos dos conhecimentos adquiridos no capitulo 2, das tabelas apresentadas no anexo I e da norma NBR 8800- projetos de estruturas de aço, podemos começar a estudar o dimensionamento de estruturas de aço. Da mesma forma, com o capitulo 3, as tabelas apresentadas no anexo 3, e da norma NBR 7190 – projetos de estruturas de madeira, podemos estudar o dimensionamento de estruturas de madeira. O trabalho sequente deste deverá conter toda a pratica de como se projetar estruturas de madeira e metal de acordo com as normas da ABNT, trazendo, além disso, exemplos práticos de dimensionamento, visto que através deste já temos o conhecimento teórico sobre os tipos de madeira e metal a ser utilizado e suas propriedades. 40 5. Referencias madeiramento. Disponivel em: http://3.bp.blogspot.com/-S- UtuYPuHto/T1PhA0Ame5I/AAAAAAAAAms/2TPu6Fd1sNE/s1600/partes+telhad o.png. Em 02/09/2015 Portas Lisas para Pintura Laminadas em Virola Amescla com Enchimento em Madeira Pinus. Disponível em: http://www.meyerdobrasil.com.br/portas/portas-lisas-para- pintura-laminadas-em-virola-amescla-com-enchimento-em-madeira-pinus/. Em 02/09/2015 Flaviense soluções para construção. Disponivel em: http://www.flaviense.com.br/pisos-e-revestimentos/forro-de-cedrinho-extra.html. Em 02/09/2015 materiais para construção. Disponivel em: http://telharsul.com.br/?produtos=guias- garapeira-grapia. Em 02/09/2015 joenvilledeck. Disponivel em: http://joinvilledeck.blogspot.com.br/p/fotos-de- deck.html. Em 02/09/2015 instituros de pesquisas tecnologias, IPT. Disponivel em: http://www.ipt.br/informacoes_madeiras3.php?madeira=45. Em 02/09/2015 madeira de demolição. Disponivel em: https://madeiradedemolicao.wordpress.com/tag/deck-em-peroba-rosa/ madeiras capivara. Disponivel em: http://www.mcapivaras.com.br/produto/madeiras- para-caxaria-53. Em 02/09/2015 Agrupamento Pioneirismo. Disponivel em:http://www.agr1324-cne- escutismo.org/pioneirismo/index.php/madeira. Em 02/09/2015 MADECAL MADEIRAS, Madeiras para construção. Disponiel em: http://www.madecalmadeiras.com.br/produto/madeira-para-construcao/ . Em 17/08/2015 41 GRANDE. Airton de. “voce sabe como comprar madeira legal”. Disponivel em: http://www.ibama.gov.br/noticias-2008/voce-sabe-como-comprar-madeira-legal. Em 02/09/2015 madeira serrada. 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Disponível em: http://tudo-sobre- pontes-rolantes.com.br/perfil-i-s-w-caixao/. Em 14/09/2015 DIAS, Fabricio moura e ROCCO, Francisco antonio. “ ESTIMATIVA DE PROPRIEDADE DE RESISTECIA E RIGIDEZ DA MADEIRA ATRAVES DA DENSIDADE APARENTE”. Relatório técnico, junho de 2004 42 ANEXO 1 PERFIS METALICOS Perfis Laminados Tabela Perfis H 43 Tabela Perfis I 44 Tabela Perfis U 45 Tabela perfis de Cantoneiras – Abas Iguais 46 Tabela Perfis W tipo I47 Tabela Perfis W (Tipo H) e Perfis HP 48 Tabela Perfis I de Abas com Faces Paralelas IP 49 PERFIS SOLDADOS Série CS Para Colunas 50 Série CS Para Colunas (continuação). 51 Série CVS para Vigas e Colunas 52 Série CVS para Vigas e Colunas (Continuação) 53 Perfis Soldados- Série VS para Vigas 54 Perfis Soldados- Série VS para Vigas (Continuação) 55 ANEXO 2 Documento de Origem Florestal – DOF O Documento de Origem Florestal – DOF – instituído pela Portaria n° 253 de 18 de agosto de 2006 do Ministério do Meio Ambiente – MMA – representa a licença obrigatória para o controle do transporte de produto e subproduto florestal de origem nativa, inclusive o carvão vegetal nativo, em substituição à Autorização de Transporte de Produtos Florestais(ATPF). O DOF acompanhará, obrigatoriamente, o produto ou subproduto florestal nativo, da origem ao destino nele consignado, por meio de transporte individual: rodoviário, aéreo, ferroviário, fluvial ou marítimo. Para utilização desse documento foi disponibilizado pelo Ibama o sistema DOF. O acesso a esse serviço será feito pela pessoa física ou jurídica cadastrada em pelo menos uma das atividades indicadas no quadro abaixo e em situação regular junto ao Ibama, verificada por meio do certificado de regularidade no Cadastro Técnico Federal. As empresas de construção civil que utilizam madeira de origem nativa em suas obras são obrigadas a ter registro no cadastro técnico federal. A categoria adequada para esse registro é "Uso de Recursos Naturais", cuja descrição é a seguinte: consumidor de madeira, lenha e carvão vegetal - construção de edifícios. Tais empresas deverão fazer uso do sistema DOF para receber ofertas de madeira (mediante aceite da oferta do fornecedor), bem como manter o saldo de produtos/subprodutos florestais em pátio (canteiro de obras) atualizado. Para acessar o sistema e visualizar diretamente a tela do serviço, entre com seu CPF/CNPJ e a sua senha na página de acesso aos Serviços do Ibama. Para falar com o Atendimento Central dos Serviços do Ibama e obter suporte à parte geral do cadastro ligue (61) 3316-1677 . 56 ANEXO 3 CARACTERISTICAS RESISTENTES DAS MADEIRAS 57 58 59 60
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