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68 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 Unidade II Unidade II 5 MADEIRAS PARA ESTRUTURAS 5.1 Generalidades A madeira é amplamente utilizada na construção civil, desde épocas pré‑históricas, em função da sua abundância na natureza, facilidade no manuseio e por ser um material que não exige grandes recursos para a extração da natureza, além de ser renovável. A madeira e a pedra eram os materiais mais importantes das obras de engenharia até o século XIX e usualmente utilizados em conjunto. Porém, somente durante as primeiras décadas do século XX, foram desenvolvidos cálculos teóricos direcionados às estruturas de madeira, possibilitando que atualmente tenhamos métodos seguros para o dimensionamento dos mais variados elementos estruturais que compõem uma construção. Hoje em dia, com as modernas técnicas de reflorestamento associadas ao desenvolvimento de produtos industrializados, a sua utilização é economicamente competitiva mesmo com as regulamentações ecológicas mais rigorosas, pois as pesquisas e avanços realizados na área de comportamento mecânico da madeira em sistemas estruturais têm ampliado seu uso como material da construção civil. Para Dias (2018, p. 66), “A madeira para a construção DEVE vir de florestas de manejo florestal sustentável. E nós devemos exigir que sejam dessa maneira”. Em comparação aos materiais da construção civil convencionais, amplamente utilizados atualmente, como o aço e o concreto, resistência/peso e isolação térmica são ótimas características a seu favor. Em contrapartida, por ser um material orgânico, está sujeita a ações naturais, imperfeições em sua composição, ações de fungos, insetos e fogo. Porém, essas ditas desvantagens são facilmente corrigidas com produtos específicos industrializados para madeira. Suas utilizações práticas podem ser em pontes, casas, estruturas de cobertura, andaimes, formas para estruturas de concreto, escoramentos, forros, pisos, rodapés etc. 69 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 SISTEMAS ESTRUTURAIS (MADEIRA E METAIS) Figura 51 – Casa em madeira Figura 52 – Escada em madeira 70 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 Unidade II A madeira, em razão de possuir resistência equivalente à do concreto, está começando a ser empregada em construções de prédios de vários pavimentos em todo o mundo. Com a madeira industrializada é possível produzir elementos estruturais com as mesmas dimensões das peças de concreto. Já existem prédios construídos em madeira, com 18 pavimentos, totalizando 53 m, em Vancouver, Canadá. No Brasil, está em andamento um projeto para um prédio de 13 pavimentos a ser construído em São Paulo, com madeira de reflorestamento e origem 100% certificada. Como podemos observar, a crescente necessidade de utilização de matérias‑primas renováveis, aliada à conscientização da sociedade, está contribuindo para o desenvolvimento das construções com madeiras provenientes de áreas de reflorestamento e certificadas por empresas qualificadas. As fontes das madeiras são as florestas que podem ser plantadas ou nativas. • Florestas plantadas: têm como objetivo produzir matéria‑prima para as indústrias de madeira serrada, cuja implantação, manutenção e exploração seguem projetos aprovados pelo Ibama. No Brasil, em geral são constituídas por eucalipto e pínus. • Florestas nativas: são exploradas para atender o mercado de duas maneiras. Por meio de manejo florestal, que possibilita a exploração planejada e controlada da mata, ou através de exploração extrativista, sem controle. O manejo florestal é a forma correta para a utilização dos recursos naturais, em função de utilizar o princípio de sustentabilidade, ou seja, prevendo um uso que permite a recomposição da floresta, possibilitando a sua viabilização econômica, social e ambiental. Saiba mais Para um melhor entendimento sobre manejo florestal, acesse o seguinte site: FLORESTAS PARA TODOS, PARA SEMPRE. Sobre o FSC Brasil: [on‑line]: [s.d.]. Disponível em: <https://br.fsc.org/pt‑br/fsc‑brasil>. Acesso em: 2 abr. 2019. 5.2 Classificação das madeiras No caso das seções sujeitas a esforços de flexão, dividimos o seu estudo em dois grupos, em função das solicitações normais atuantes, segundo as denominações duras e macias. As madeiras duras são originárias das árvores dicotiledôneas, com folhas achatadas e largas, cujo crescimento é lento, como: ipê, aroeira, peroba, carvalho e outras. 71 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 SISTEMAS ESTRUTURAIS (MADEIRA E METAIS) Estas madeiras de melhor qualidade costumam ser chamadas, no Brasil, madeiras de lei. Fora das áreas de preservação ambiental, atualmente, este tipo só existe em locais distantes dos grandes centros consumidores. As madeiras macias são originárias das árvores coníferas, com folhas em forma de agulhas ou escamas e sementes agrupadas em forma de cone, como: pinheiros, cedros, sequoias e outras. Comercialmente, as madeiras são classificadas de acordo com a sua qualidade conforme segue: • Primeira categoria: através de método visual normalizado, são classificadas como isentas de defeitos e também são submetidas a uma avaliação mecânica que garanta a homogeneidade da rigidez das peças que compõem o lote de madeira. São muito caras e utilizadas em situações especiais. • Segunda categoria: são aquelas que apresentam poucos defeitos. No caso de nós, eles devem ser firmes. São as mais utilizadas na construção civil, principalmente com função estrutural. • Terceira categoria: são aquelas que demonstram uma maior incidência de defeitos. Não são utilizadas com função estrutural. Lembrete O manejo florestal, que se baseia no princípio de sustentabilidade, é a forma correta para a utilização dos recursos naturais. Seguem listados os sete tipos de madeiras mais comuns utilizados nas construções, sendo os três primeiros referentes a madeiras maciças, e os demais a madeiras industrializadas: madeira roliça, madeira falquejada ou lavrada, madeira serrada, madeira laminada colada, madeira laminada colada cruzada, madeira compensada e madeira recomposta. • Madeira roliça: utilizada na forma de troncos sem a casca, é comumente usada em escoramentos, postes e colunas. Os tipos mais comuns no Brasil são o eucalipto e o pinho‑do‑paraná. • Madeira falquejada ou lavrada: trata‑se de madeira obtida por meio de corte com machado, de forma que as partes laterais são retiradas, formando uma peça de seção retangular. Seu uso é mais comum em antigos dormentes de madeira, estacas, cortinas cravadas e pontes. • Madeira serrada: é aquela que resulta diretamente das toras, constituída por peças cortadas longitudinalmente com uma serra, independentemente de suas dimensões, obtendo‑se uma seção retangular ou quadrada. 72 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 Unidade II Figura 53 – Madeira serrada • Madeira laminada colada: também conhecida pela sigla MLC, é um tipo de produto estrutural de madeira que compreende várias lâminas de madeira, coladas com adesivos estruturais duráveis e resistentes à umidade. Laminação, por definição, são pequenos pedaços de madeira colados entre si, formando um único elemento grande, forte e estrutural. Esses elementos estruturais são utilizados como pilares e vigas. Madeira laminada colada, como outros produtos de madeira, representa um uso eficiente da madeira disponível. Enquanto a demanda continua a aumentar em todo o mundo, ocorre umaredução das madeiras de alta qualidade e grande diâmetro. Em função dos fatos já mencionados (e combinados com as preocupações ambientais e as mudanças nas práticas de gestão florestal para obter madeira maciça), fica cada vez mais caro e difícil de se conseguir. Já a MLC faz o uso de menores dimensões da madeira, mas que são associadas para serem mais fortes e terem as mesmas dimensões das madeiras maciças. A MLC é o produto estrutural de madeira mais importante nos países da Europa e da América do Norte. A madeira selecionada é cortada em lâminas, de 15 mm a 50 mm de espessura, que são coladas sob pressão, transformando‑se em grandes vigas e pilares para a construção. Para a obtenção de elementos estruturais de grandes comprimentos, as lâminas podem ser emendadas com defasagem de modo a evitar mais de uma emenda na mesma seção. • Madeira laminada colada cruzada (CLT, de cross laminated timber): é um produto fabricado com três, cinco ou sete camadas ortogonais de madeira laminada serrada que são coladas com adesivos estruturais a fim de formar painéis retangulares para utilização como lajes, paredes de fechamento e paredes estruturais. No caso de paredes, podem ser encomendados com aberturas para portas e janelas. O conceito para a fabricação é muito parecido com o utilizado nas placas de madeira compensada. O único avanço tecnológico trazido pelo CLT é a possibilidade de se produzir painéis de grandes dimensões, podendo chegar até 3 m x 12 m, e grandes espessuras, podendo chegar a 300 mm. 73 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 SISTEMAS ESTRUTURAIS (MADEIRA E METAIS) • Madeira compensada: é um produto fabricado pela colagem de três ou mais lâminas, em camadas ortogonais de madeira laminada, cujas lâminas de um modo geral possuem espessuras entre 1 mm e 5 mm. As chapas de compensado são fabricadas com dimensões de 1,6 m x 2,2 m e espessuras entre 4 mm e 25 mm. O compensado pode ter qualidade inferior pela possibilidade de existência de nós e vazios. É por isso que o material é mais utilizado para a fabricação de mobiliário, revestimentos de tetos e paredes, além de formas de concreto. • Madeira recomposta: sob esta denominação encontram‑se produtos na forma de placas, desenvolvidos a partir de resíduos da madeira em flocos, lamelas ou partículas. Em geral, não são considerados materiais de construção devido à baixa resistência e durabilidade, sendo muito utilizadas na indústria de móveis. Saiba mais Para conhecer melhor a madeira laminada colada, sugerimos uma pesquisa nos sites: <http://techne17.pini.com.br>. <http://www.remade.com.br>. Exemplo de aplicação Considerando as madeiras industrializadas, MLC e CLT, ecologicamente corretas, pesquise e reflita sobre a possibilidade de utilização destes produtos em projetos de casas térreas e edificações de vários pavimentos. 6 CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DAS MADEIRAS 6.1 Características biológicas das árvores As árvores crescem através da adição de camadas externas, sob a casca. A figura a seguir indica quatro partes distintas e bem definidas, com características e funções diferentes. A partir do centro, temos a medula, que representa um tecido macio e sem interesse de utilização, sendo removido durante o beneficiamento do tronco. Logo a seguir encontramos o cerne, que é constituído de células inativas e coloração mais escura. É a parte da árvore mais indicada para uso estrutural. Na sequência temos o alburno ou branco, que representa a camada formada por células vivas que conduzem a seiva a partir das raízes, com espessura, geralmente, entre 3 cm e 5 cm, dependendo da espécie. Por último, temos a casca, que é a proteção externa da árvore, devendo ser sempre removida para melhor secagem do tronco. 74 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 Unidade II Lembramos que a utilização do alburno exige cuidados especiais, principalmente quanto à possibilidade de deterioração, pois apresenta grande quantidade de seiva, alimento principal de fungos e insetos deterioradores da madeira. O crescimento do tronco se faz através de anéis anuais, chamados anéis de crescimento, e, a partir da contagem deles, podemos estimar a idade da árvore. Os anéis são gerados por divisão de células em uma camada microscópica situada sob a casca, chamada câmbio ou líber, que também produz as células da casca. Casca Albuno ou branco Câmbio ou líber Cerne ou durâmen Medula Anéis de crescimento anual Raios medulares Figura 54 – Seção transversal de um tronco mostrando camadas Figura 55 – Seção transversal de um tronco, camadas à mostra 6.2 Propriedades físicas das madeiras Vejamos a seguir quais são as propriedades físicas da madeira. Anisotropia A madeira é um material anisotrópico, pois há variação de suas propriedades nas três principais direções: radial, tangencial e longitudinal. A direção longitudinal é comumente designada “direção paralela às fibras”. Quanto às direções radial e tangencial, na prática, em função da pequena variação das propriedades, são agrupadas em uma só, comumente denominada de “direção normal às fibras”. 75 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 SISTEMAS ESTRUTURAIS (MADEIRA E METAIS) Figura 56 – Direções principais em relação às fibras de uma peça de madeira Umidade A influência da umidade na madeira é de extrema importância. O teor de umidade é a relação entre a massa da água contida na madeira e a massa da madeira seca. É dado por: Teor de umidade: ( ) i s s m m U % x1 00 m − = Sendo: • mi a massa inicial da madeira, em gramas; • ms a massa da madeira seca, em gramas. Para a determinação da umidade nas amostras da madeira, deve‑se seguir a orientação descrita na NBR 7190 (ABNT, 1997). Segue o esquema da composição geral da amostra: 76 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 Unidade II Figura 57 – Composição de uma amostra de madeira • Madeira sólida: sem teor de umidade. • Água livre: inclusa nas cavidades das células, pode ser eliminada por secagem. • Água impregnada: inclusa nas paredes das células, difícil de ser eliminada por secagem. O teor de referência para aplicação estrutural é de 12%, conforme NBR 7190 (ABNT, 1997). A umidade na madeira é um aspecto que influi diretamente na sua resistência como estrutura. A madeira é higroscópica, o que significa que ela funciona como uma “esponja”, trocando umidade com o meio ambiente em que ela se encontra. Se o ar estiver seco, como em dias muito quentes, ela cede umidade, e se o ar estiver úmido, como em dias chuvosos, ela absorve a umidade do ar na forma de vapor (DIAS, 2018, p. 98). Observação Conforme a: NBR 7190 (ABNT, 1997), madeira serrada, madeira laminada colada e madeira compensada, com teor de umidade igual ou superior a 18%, têm a sua resistência reduzida em 20%. Densidade A densidade pode ser obtida por meio da seguinte expressão: massa seca densidade básica volume saturado = 77 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 SISTEMAS ESTRUTURAIS (MADEIRA E METAIS) Para valor de referência, conforme literatura internacional. ( )massa a 12% padrão densidade aparente volume saturado = Retração Consiste na redução ou expansão das dimensões da madeira, que ocorrem em função da perda ou ganho de umidade, respectivamente. Este fenômeno é mais intenso na direção perpendicular às fibras, sendo praticamente desprezível na direção longitudinal.Dilatação térmica O coeficiente de dilatação térmica, na direção longitudinal às fibras, é da ordem de 1/3 do valor do coeficiente correspondente ao aço; já com relação à direção perpendicular, varia de 4 a 7 vezes o coeficiente de dilatação térmica do aço. Resistência da madeira ao fogo A madeira tem uma boa resistência ao fogo, ao contrário do que se imagina. Uma peça exposta ao fogo vira para disseminação das chamas, mas, depois de alguns minutos de queima, sua camada externa carbonizada vira um isolante térmico, adiando a ação do incêndio. As peças robustas de madeira possuem excelente resistência ao fogo, pois se oxidam lentamente devido à baixa condutividade de calor, guardando um núcleo de material íntegro (com propriedades mecânicas inalteradas) por longo período de tempo. Já as peças esbeltas de madeira e as peças metálicas das ligações requerem proteção contra a ação do fogo (PFEIL, 2017, p. 6). Lembrete A madeira é um material anisotrópico, pois há variação de suas propriedades nas três principais direções: radial, tangencial e longitudinal. Durabilidade natural Em princípio, a madeira como material de construção é durável, dependendo da espécie utilizada. Quando escolhida uma espécie apropriada e mantida adequadamente, pode durar centenas de anos. Produtos preservantes modernos para a madeira aumentam a sua durabilidade. Já existem vários edifícios no mundo construídos com madeira, como o Butler Square Building em Mineápolis, que já tem mais de 100 anos e permanece intacto (DIAS, 2018, p. 96). 78 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 Unidade II Saiba mais A fim de obter conhecimento adicional sobre um sistema de categorias de uso para madeiras, com foco no tratamento preservativo para aumento da durabilidade dos sistemas construtivos, leia: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 16143 – Preservação de madeiras – Sistema de categorias de uso. Rio de Janeiro, 2013a. Resistência química A maioria das espécies catalogadas possui boa resistência à atividade química (esse fator é amplamente adotado como solução em ambientes com agressividade química). Deterioração por fungos ou insetos Problemas relacionados a fungos ou insetos xilófagos (cupins e brocas) são, em geral, o resultado de pouca atenção aos detalhes da construção, permitindo a exposição da madeira à umidade e à luz solar, ou falha em sua especificação. A umidade da madeira também tem a sua importância na deterioração. O teor de umidade superior a 20% possibilita a proliferação de fungos manchadores, apodrecedores e de insetos xilófagos. Aqui no Brasil, temos problemas com umidade relativa do ar e também com a presença de vários tipos de insetos que se alimentam da madeira. Lembramos, mais uma vez, a importância da NBR 16143 (ABNT, 2013a), cujo foco principal é o tratamento preservativo, com a finalidade de aumentar a proteção e, portanto, a durabilidade da madeira. Lembrete O alburno ou branco representa a camada formada por células vivas que conduzem a seiva a partir das raízes, com espessura geralmente em torno de 3 cm a 5 cm, dependendo da espécie. 6.2.1 Defeitos das madeiras Os defeitos que a madeira apresenta podem ser originados no próprio processo de formação do tronco ou durante o beneficiamento das peças. Em geral, estas imperfeições prejudicam a resistência, a durabilidade e o aspecto visual, trazendo como consequência uma diminuição do seu valor. Veja figura a seguir: 79 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 SISTEMAS ESTRUTURAIS (MADEIRA E METAIS) (B) (C) (E) (F) (D) (A) 1 1 1 2 1 1 4 3 Figura 58 – Defeitos das madeiras: A) Nós; B) Fendas; C) Gretas; D) Abaulamento; E) Arqueadura; F) Fibras reversas Constam na sequência as características básicas de cada defeito: Nós Os galhos são muito importantes para a vida da árvore, por serem os portadores dos ramos, folhas, flores e frutos. O nó corresponde à base do galho que está encaixado no tronco de uma árvore, e, nesta região, surgem imperfeições como desvios das fibras longitudinais. Os nós afetam a resistência da madeira, assim como sua flexibilidade. Esses defeitos enfraquecem a madeira e impactam diretamente em seu valor, em especial para o uso em estruturas onde a resistência é importante. Se, no momento do corte da árvore, o galho estiver vivo, o nó será firme, caso contrário, será de fácil remoção, produzindo orifícios na madeira. Fendas São aberturas que surgem nas extremidades das peças, provocadas pela secagem mais rápida da superfície em relação ao material interno. Nesta situação, os extremos começam a contrair rapidamente e, como o resto da peça não acompanha, surgem as rachaduras. Este fenômeno pode ser evitado mediante a secagem lenta e uniforme da peça de madeira. 80 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 Unidade II Gretas Esta imperfeição corresponde à separação entre os anéis de crescimento, provocada por tensões internas devidas ao crescimento lateral da árvore. Também pode surgir em função de ações externas, como a flexão por causa do vento. Abaulamento Encurvamento na direção transversal (largura) da peça. Pode ser provocado por secagem inadequada. Arqueadura Encurvamento na direção longitudinal (comprimento) da peça. Uma das causas é a secagem inadequada. Fibras reversas São situações em que as fibras não são paralelas ao eixo do tronco. Podem ser oriundas de causas naturais, como a proximidade de nós, ou provocadas por uma serragem em plano inadequado. 6.2.2 Propriedades mecânicas das madeiras Para a elaboração do projeto estrutural, precisamos considerar as propriedades mecânicas da madeira, conforme prescreve a NBR 7190 (ABNT, 1997), que considera a distinção entre os valores correspondentes à tração e à compressão. Também é essencial a consideração das respectivas direções em relação às fibras, ou seja, direção paralela e direção normal. Outro fator importante é a determinação da classe de umidade que orientará a definição final de tais valores. As propriedades físicas e mecânicas das espécies de madeira são determinadas por meio de ensaios padronizados em amostras sem defeitos (para se evitar a incerteza dos resultados obtidos com peças com defeitos) (PFEIL, 2017, p. 27). Saiba mais A fim de saber como organizar as tarefas, os ensaios deverão ser realizados de acordo com o Anexo B da seguinte NBR: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 7190 – Projeto de estruturas de madeira. Rio de Janeiro, 1997. 81 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 SISTEMAS ESTRUTURAIS (MADEIRA E METAIS) Propriedades necessárias A resistência é a capacidade da madeira de suportar tensões. Essa propriedade é definida convencionalmente pela máxima tensão que corpos de prova podem sustentar, até o surgimento de fenômenos particulares de comportamento além dos quais existe restrição quanto à utilização do material em elementos estruturais. Geralmente estes fenômenos são os de ruptura ou de deformação específica excessiva. Os principais itens associados à resistência da madeira, são os listados na sequência: • fc0 é a resistência à compressão paralela às fibras; • ft0 é a resistência à tração paralela às fibras; • fc90 é a resistência à compressão normal às fibras; • ft90 é a resistência à tração normal às fibras, que para a utilização em estruturas é considerada nula; • fv é a resistência ao cisalhamento. A norma NBR 7190 (ABNT, 1997) estabelece uma padronização paraas classes de resistência das madeiras que serve para a orientação da escolha do material nos projetos estruturais. Veja a seguir: Tabela 6 – Classes de resistência das coníferas (madeiras macias) Coníferas (Valores na condição-padrão de referência U = 12%) Classes fcOk MPa fvk MPa EcO, m MPa ρbas, m kg/m³ ρaparente kg/m³ C 20 20 4 3500 400 500 C 25 25 5 8500 450 550 C 30 30 6 14500 500 600 Fonte: ABNT (1997, p. 16). Tabela 7 – Classes de resistência das dicotiledôneas (madeiras duras) Dicotiledôneas (Valores na condição-padrão de referência U = 12%) Classes fcOk MPa fvk MPa EcO, m MPa ρbas, m kg/m³ ρaparente kg/m³ C 20 20 4 9500 500 650 C 30 30 5 14500 650 800 C 40 40 6 19500 750 950 C 60 60 8 24500 800 1000 Fonte: ABNT (1997, p. 16). 82 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 Unidade II A rigidez da madeira é medida pelo valor médio do módulo de elasticidade. O módulo de elasticidade na direção paralela às fibras Ec0 é definido no ensaio de compressão paralelo às fibras, e o módulo de elasticidade na direção normas às fibras Ec90 é estabelecido no ensaio de compressão de normas às fibras. O módulo de elasticidade é fundamental na determinação das deformações das estruturas, ou seja, estruturas executadas com madeiras cujos valores de E são maiores apresentam deformações menores. Tanto a resistência como a elasticidade da madeira sofrem influência direta da umidade, inclusive a umidade do ambiente no qual a madeira será utilizada. Veja o modelo a seguir contendo as classes de umidade. Tabela 8 – Classes de umidade Classes de umidade Umidade relativa do ambiente Uamb Umidade de equilíbrio da madeira Ueq 1 ≤ 65% 12% 2 65% < Uamb ≤ 75% 15% 3 75% < Uamb ≤ 85% 18% 4 Uamb > 85% durante longos períodos ≥ 25% Fonte: ABNT (1997, p. 14). Observação No item correspondente às propriedades físicas da madeira, foi introduzido o conceito relativo à umidade na madeira. Figura 59 – Mapa de umidade relativa anual do ar 83 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 SISTEMAS ESTRUTURAIS (MADEIRA E METAIS) Nas tabelas a seguir, estão representados os valores médios das propriedades de resistência e rigidez de algumas espécies de madeiras nativas e de florestamento. Eles foram extraídas do Anexo E da NBR 7190 (ABNT, 1997). Tabela 9 – Valores médios de madeiras dicotiledôneas nativas e de florestamento Nome comum (dicotiledôneas) Nome científico ρap(12%) (1) kg/m³ fcO (2) MPa ftO (3) MPa ft9O (4) MPa fv (5) MPa EcO (6) MPa a(7) n Angelim araroba Votaireopsis araroba 688 50,5 69,1 3,1 7,1 12876 15 Angelim ferro Hymenolobium spp 1170 79,5 117,8 3,7 11,8 20827 20 Angelim pedra Hymenolobium petraeum 694 59,8 75,5 3,5 8,8 12912 39 Angelim pedra verdadeiro Dinizia excelsa 1170 76,7 104,9 4,8 11,3 16694 12 Branquilho Termilalia spp 803 48,1 87,9 3,2 9,8 13481 10 Cafearana Andira spp 677 59,1 79,7 3,0 5,9 14098 11 Canafístula Cassia ferruginea 871 52,0 84,9 6,2 11,1 14613 12 Casca grossa Vochysia spp 801 56,0 120,2 4,1 8,2 16224 31 Castelo Gossypiospermum praecox 759 54,8 99,5 7,5 12,8 11105 12 Cedro amargo Cedrella odorata 504 39,0 58,1 3,0 6,1 9839 21 Cedro doce Cedrella spp 500 31,5 71,4 3,0 5,6 8058 10 Champagne Dipterys odorata 1090 93,2 133,5 2,9 10,7 23002 12 Cupiúba Goupia glabra 838 54,4 62,1 3,3 10,4 13627 33 Catiúba Qualea paraensis 1221 83,8 86,2 3,3 11,1 19426 13 E. Alba Eucalyptus alba 705 47,3 69,4 4,6 9,5 13409 24 E. Camaldulensis Eucalyptus camaldulensis 899 48,0 78,1 4,6 9,0 13286 18 E. Citriodora Eucalyptus citriodora 999 62,0 123,6 3,9 10,7 18421 68 E. Cloeziana Eucalyptus cloeziana 822 51,8 90,8 4,0 10,5 13963 21 E. Dunnii Eucalyptus dunnii 690 48,9 139,2 6,9 9,8 18029 15 E. Grandis Eucalyptus grandis 640 40,3 70,2 2,6 7,0 12813 103 E. Maculata Eucalyptus maculata 931 63,5 115,6 4,1 10,6 18099 53 E. Maidene Eucaliptus maidene 924 48,3 83,7 4,8 10,3 14431 10 E. Microcorys Eucalyptus microcorys 929 54,9 118,6 4,5 10,3 16782 31 E. Paniculata Eucalyptus paniculata 1087 72,7 147,4 4,7 12,4 19881 29 E. Propinqua Eucalyptus propinqua 952 51,6 89,1 4,7 9,7 15561 63 E. Punctata Eucalyptus punctata 948 78,5 125,6 6,0 12,9 19360 70 1) ρap(12%) é a massa específica aparente a 12% de umidade. 2) fcO é a resistência à compressão paralela às fibras. 3) ftO é a resistência à tração paralela às fibras. 4) ft9O é a resistência à tração normal às fibras. 5) fv é a resistência ao cisalhamento. 6) EcO é o módulo de elasticidade longitudinal obtido no ensaio de compressão paralela às fibras. 7) n é o número de corpos‑de‑prova ensaiados. NOTAS 1 As propriedades de resistência e rigidez apresentadas neste anexo foram determinadas pelos ensaios realizados no Laboratório de Madeiras e de Estruturas de Madeiras (LaMEM) da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC) da Universidade de São Paulo. 2 Coeficiente de variação para resistências a solicitações normais: δ = 18%. 3 Coeficiente de variação para resistências a solicitações tangenciais: δ = 28% Fonte: ABNT (1997, p. 90). 84 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 Unidade II Tabela 10 – Valores médios de madeiras dicotiledôneas nativas e de florestamento Nome comum (dicotiledôneas) Nome científico ρap(12%) (1) kg/m³ fcO (2) MPa ftO (3) MPa ft9O (4) MPa fv (5) MPa EcO (6) MPa a(7) n E. Saligna Eucalyptus saligna 731 46,8 95,5 4,0 8,2 14933 67 E. Tereticornis Eucalyptus tereticornis 899 57,7 115,9 4,6 9,7 17198 29 E. Triantha Eucalyptus triantha 755 53,9 100,9 2,7 9,2 14617 08 E. Umbra Eucalyptus umbra 889 42,7 90,4 3,0 9,4 14577 08 E. Urophylla Eucalyptus urophylla 739 46,0 85,1 4,1 8,3 13166 86 Garapa Roraima Apuleia leiocarpa 892 78,4 108,0 6,9 11,9 18359 12 Guaiçara Luetzelburgia spp 825 71,4 115,6 4,2 12,5 14624 11 Guarucaia Peltophorum vogelianum 919 62,4 70,9 5,5 15,5 17212 13 Ipê Tabebuia serratifolia 1068 76,0 96,8 3,1 13,1 18011 22 Jatobá Hymenaea spp 1074 93,3 157,5 3,2 15,7 23607 20 Louro preto Ocotea spp 684 56,5 111,9 3,3 9,0 14185 24 Maçaranduba Manilkara spp 1143 82,9 138,5 5,4 14,9 22733 12 Mandioqueira Qualea spp 856 71,4 89,1 2,7 10,6 18971 16 Oiticica amarela Clarisia racemosa 756 69,9 82,5 3,9 10,6 14719 12 Quarubarana Erisma uncinatum 544 37,8 58,1 2,6 5,8 9067 11 Sucupira Diplotropis spp 1106 95,2 123,4 3,4 11,8 21724 12 Tatajuba Bagassa guianensis 940 79,5 78,8 3,9 12,2 19583 10 1) ρap(12%) é a massa específica aparente a 12% de umidade. 2) fcO é a resistência à compressão paralela às fibras. 3) ftO é a resistência à tração paralela às fibras. 4) ft9O é a resistência à tração normal às fibras. 5) fv é a resistência ao cisalhamento. 6) EcO é o módulo de elasticidade longitudinal obtido no ensaio de compressão paralela às fibras. 7) n é o número de corpos‑de‑prova ensaiados. NOTAS 1 Coeficiente de variação para resistências a solicitações normais: δ = 18%. 2 Coeficiente de variação para resistências a solicitações tangenciais: δ = 28%. Fonte: ABNT (1997, p. 92). Tabela 11 – Valores médios de madeiras coníferas nativas e de florestamento Nome comum (coníferas) Nome científico ρap(12%) (1) kg/m³ fcO (2) MPa ftO (3) MPa ft9O (4) MPa fv (5) MPa EcO (6) MPa a(7) n Pinho do Paraná Araucaria angustifolia 580 40,9 93,1 1,6 8,8 15225 15 Pinus caribea Pinus caribea var. caribea 579 35,4 64,8 3,2 7,8 8431 28 Pinus bahamensis Pinus caribea var.bahamensis 537 32,6 52,7 2,4 6,8 711032 Pinus hondurensis Pinus caribea var.hondurensis 535 42,3 50,3 2,6 7,8 9868 99 Pinus elliottii Pinus elliottii var. elliottii 560 40,4 66,0 2,5 7,4 11889 21 Pinus oocarpa Pinus oocarpa shiede 538 43,6 60,9 2,5 8,0 10904 71 Pinus taeda Pinus taeda L. 645 44,4 82,8 2,8 7,7 13304 15 85 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 SISTEMAS ESTRUTURAIS (MADEIRA E METAIS) 1) ρap(12%) é a massa específica aparente a 12% de umidade. 2) fcO é a resistência à compressão paralela às fibras. 3) ftO é a resistência à tração paralela às fibras. 4) ft9O é a resistência à tração normal às fibras. 5) fv é a resistência ao cisalhamento. 6) EcO é o módulo de elasticidade longitudinal obtido no ensaio de compressão paralela às fibras. 7) n é o número de corpos‑de‑prova ensaiados. NOTAS 1 Coeficiente de variação para resistências a solicitações normais: δ = 18%. 2 Coeficiente de variação para resistências a solicitações tangenciais: δ = 28%. Fonte: ABNT (1997, p. 92). 6.3 Processamento da madeira Até as peças de madeira chegarem às nossas mãos, para que possam ser utilizadas nas construções, elas passam por uma série de transformações, também chamadas de beneficiamento. O primeiro passo, naturalmente, é o corte da árvore, que deve ocorrer de modo preferencial após atingir a maturidade, momento em que o cerne ocupa a maior porcentagem do tronco, resultando em madeira de melhor aproveitamento. O tempo necessário para que as árvores atinjam a maturidade depende da espécie, podendo chegar a várias décadas. O melhor momento para o corte é a estação seca, quando a árvore possui pouca umidade. Em seguida é retirada a sua casca, para facilitar o manuseio e o transporte. O desdobramento do tronco em toras de 4 m a 6 m deve ser realizado com o menor intervalo possível após o corte da árvore, para evitar defeitos oriundos da secagem da madeira. Quando o corte é efetuado na estação chuvosa, é necessária a secagem das toras durante algum tempo, com a finalidade de reduzir o teor de umidade. As toras são cortadas em serras com fita contínua, que as transforma em pranchas e lâminas com espessuras uniformes, que em geral seguem os padrões comerciais. Os desdobramentos das toras podem ser realizados de várias maneiras, das quais vamos salientar as duas mais utilizadas: desdobramento em pranchas paralelas e desdobramento radial, conforme figura a seguir: A) desdobramento em pranchas paralelas B) desdobramento radial Figura 60 – Esquema de corte das toras de madeira 86 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 Unidade II O desdobramento radial produz pranchas mais homogêneas, mas é mais caro, o que favorece a utilização do desdobramento paralelo com maior frequência. Antes de poder ser utilizada, a madeira serrada precisa passar por um processo de secagem com a finalidade de diminuir a umidade. Os objetivos principais desta etapa são: reduzir a movimentação dimensional, inibir os ataques de fungos, melhorar a trabalhabilidade e aumentar a resistência física da madeira. Lembrete Tanto a resistência como a elasticidade da madeira sofrem influência direta da umidade. A secagem da madeira pode ser realizada naturalmente ou por meios artificiais. A secagem natural deve ser executada em locais abertos, porém cobertos, empilhando as tábuas espaçadas entre si de modo a permitir que o ar circule livremente entre as peças. É muito importante o isolamento do solo. Como a secagem natural é lenta, foram desenvolvidos processos artificiais de secagem. A secagem artificial é praticada em fornos alongados através dos quais a madeira se desloca lentamente. As vantagens da secagem artificial são: o menor tempo do processo e o maior controle do teor de umidade desejado. Uma vez seca, as pranchas passam por um novo desdobramento com a finalidade de atingir as dimensões utilizadas comercialmente. 6.3.1 Dimensões mínimas e comerciais Conforme a NBR 7190 (ABNT, 1997), citaremos as dimensões mínimas das seções transversais. Para os elementos principais isolados, como vigas e barras longitudinais de treliças, a área mínima será de 50 cm² com espessura mínima de 5 cm. Para os elementos secundários, esses valores reduzem‑se, respectivamente, a 18 cm² e 2,5 cm. Nas peças principais múltiplas, a área mínima da seção transversal para cada componente será de 35 cm² com espessura mínima de 2,5 cm. Já para as peças secundárias múltiplas, esses valores reduzem‑se, respectivamente, a 18 cm² e 1,8 cm. Para as bitolas usuais de peças de madeira serrada, veja a tabela a seguir: 87 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 SISTEMAS ESTRUTURAIS (MADEIRA E METAIS) Tabela 12 – Dimensões de peças de madeira serrada Dimensões (cm) Nomenclatura Padronização (PB-5) Comerciais Ripas 1,2 x 5,0 1,0 x 5,0 1,5 x 5,0 1,5 x 10,0 2,0 x 5,0 Tábuas 2,5 x 11,5 2,5 x 15,0 2,5 x 23,0 1,9 x 10,0 – 1,9 x 30,0 2,5 x 10,0 – 2,5 x 30,0 Sarrafos 2,2 x 7,5 3,8 x 7,5 2,0 x 10,0 2,5 x 10,0 3,0 x 15,0 Caibros 5,0 x 6,0 5,0 x 7,0 7,5 x 5,0 7,5 x 7,5 5,0 x 5,0 5,0 x 6,0 6,0 x 6,0 7,0 x 7,0 Vigas 5,0 x 15,0 5,0 x 20,0 7,5 x 11,5 7,5 x 15,0 15,0 x 15,0 5,0 x 16,0 6,0 x 12,0 6,0 x 15,0 6,0 x 16,0 10,0 x 10,0 12,0 x 12,0 20,0 x 20,0 25,0 x 25,0 25,0 x 30,0 Pranchões 7,5 x 23,0 10,0 x 20,0 15,0 x 23,0 3,0 x 30,0 4,0 x 20,0 até 4,0 x 40,0 6,0 x 20,0 até 6,0 x 30,0 9,0 x 30,0 Fonte: PFEIL; PFEIL (2017, p. 194). 88 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 Unidade II 7 SISTEMAS ESTRUTURAIS Neste item, vamos indicar algumas fórmulas empíricas dos principais sistemas estruturais. Antes de iniciar, veremos um pouco a respeito das ações. 7.1 Noções sobre ação do vento e outros carregamentos As ações são as causas a partir das quais surgem os esforços ou as deformações nas estruturas. Nos projetos de estruturas correntes de madeira, são consideradas as cargas permanentes e as variáveis. São permanentes peso próprio da estrutura, telhas, luminárias, dutos de ventilação/ar condicionado, equipamentos, peso das paredes, revestimentos, entre outros; já as principais cargas variáveis são as sobrecargas indicadas na NBR 6120 (ABNT, 1980), em função do tipo de uso da edificação, e o vento, conforme a NBR 6123 (ABNT, 1988), cuja influência é mais significativa em coberturas com telhas fixadas na estrutura ou em edificações esbeltas. O vento é a movimentação das massas de ar que sofrem variações de aquecimento devido à influência do sol. Algumas regiões possuem maior aquecimento e esse ar quente, ao subir, é substituído por uma massa de ar frio a uma dada velocidade. Devido à ocorrência de atrito com a superfície terrestre, plana ou montanhosa, essas velocidades variam com a altura, crescendo até atingirem certas altitudes em que as velocidades se tornam praticamente constantes. O vento possui energia cinética, pois há uma massa de ar em movimento, e, quando essa massa atinge uma estrutura, essa energia é convertida em pressão na superfície dessa estrutura que recebeu tal massa de ar. A força correspondente a essa pressão pode variar dependendo da forma da estrutura, da angulação e da velocidade do vento. Essa pressão será sempre perpendicular à superfície da edificação. Quando essas estruturas são simétricas ou possuem formas comumente utilizadas, os coeficientes para cálculos estão disponíveis em normas, porém, quando há assimetria na estrutura ou uma maior complexidade em suas formas,a melhor opção é realizar ensaios em túnel de vento para aferir o comportamento e definir os coeficientes de pressão relativos à estrutura que está sendo analisada. No Brasil, os coeficientes utilizados para o cálculo de vento em situações mais usuais em edificações estão disponíveis na NBR 6123 (ABNT, 1988). A velocidade básica do vento varia dependendo da localização onde será implantada a construção. Na fase de projetos, precisamos consultar o gráfico das isopletas da velocidade básica no Brasil, apresentado na NBR 6123 (ABNT, 1988), pois a pressão provocada pelo vento nas estruturas é determinada em função dessa velocidade. As pressões são maiores em locais nos quais as velocidades têm valores mais elevados. As velocidades básicas do vento são definidas através de medições realizadas em estações meteorológicas do serviço de proteção ao voo, do Ministério da Aeronáutica, espalhadas por todo território brasileiro. 89 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 SISTEMAS ESTRUTURAIS (MADEIRA E METAIS) Figura 61 – Isopletas da velocidade básica do vento Vo (m/s) Para uma melhor compreensão a respeito dos efeitos provocados pelo vento nas superfícies das construções, apresentamos a seguir algumas ilustrações. Lembramos que as pressões provocadas pelo vento são sempre perpendiculares às superfícies das construções e são consideradas no projeto várias hipóteses, com a finalidade de obtenção dos esforços críticos para o dimensionamento das peças estruturais. Observe nas ilustrações que é fundamental a consideração desses efeitos, tanto nas superfícies externas como nas internas. 90 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 Unidade II Figura 62 – Efeitos do vento em superfícies externas das edificações Figura 63 – Efeitos do vento em superfícies externas das edificações 91 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 SISTEMAS ESTRUTURAIS (MADEIRA E METAIS) Figura 64 – Efeitos do vento em superfícies internas das edificações Figura 65 – Efeitos do vento em superfícies internas das edificações. Observar que nesta situação o vento provoca sucção nas superfícies, pois está atuando na face (ver seta indicativa em planta) oposta em relação à da abertura 92 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 Unidade II Saiba mais Para um melhor entendimento a respeito do cálculo da ação do vento em edificações, em especial nas coberturas, consulte as informações contidas nas páginas 167‑173 em: MOLITERNO, A. Revisão técnica. BRASIL, R. M. L. R. F. Caderno de projetos de telhados em estruturas de madeira. 4. ed. São Paulo: Blucher, 2010. 7.2 Possibilidades estruturais em madeira A madeira, sem dúvida, é um dos materiais mais antigos utilizados na construção. Através dos séculos, a sua empregabilidade teve evoluções, inclusive com a participação da indústria promovendo produtos exclusivos com a finalidade de aumentar a sua durabilidade (em função de situações como o desgaste natural principalmente em ambientes úmidos, ataques de insetos ou fungos e problemas com agentes químicos). Claramente, o sistema estrutural mais utilizado é o treliçado para coberturas tanto residenciais como em galpões e ginásios poliesportivos. Além dos sistemas estruturais permanentes, temos os sistemas estruturais provisórios, que podem ser representados de diversas formas, porém o mais utilizado é o cimbramento. Os cimbramentos são projetados para suportar o peso de uma estrutura enquanto ela não é autoportante. Seus projetos são para resistir com deformações limitadas para que elas não prejudiquem ou causem problemas nas estruturas definitivas. As estruturas de madeira mais comumente utilizadas no Brasil são para coberturas de edificações. O concreto armado e a alvenaria, seja ela estrutural ou não, correspondem à grande maioria das aplicações em edificações, sejam de pequeno, médio ou grande porte. Em países da Europa e América do Norte, a utilização da madeira para construções de pequeno e médio porte, residenciais ou não, tem um emprego bem superior, se comparado com o Brasil. O sistema mais utilizado nesses países é o frame, em que sua estruturação é feita a partir de montantes verticais, placas de compensado para as áreas externas e placas de gesso acartonado (drywall) para as áreas internas, conforme ilustra a figura esquemática a seguir. 93 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 SISTEMAS ESTRUTURAIS (MADEIRA E METAIS) Figura 66 – Sistema estrutural frame (wood frame) Como a madeira é um excelente isolante térmico, nos países com invernos rigorosos, a maioria de suas obras residenciais e de pequeno porte são realizadas utilizando esse sistema. Além desses revestimentos, são inseridos isolantes térmicos e acústicos entre as placas externas e internas para um maior conforto. Nos últimos anos tem ocorrido uma tendência de substituição da construção de concreto e alvenaria por madeira em razão da sustentabilidade dessa solução. A utilização de madeira tratada e autoclavada possibilita ampla durabilidade, ao contrário da argumentação que impediu no Brasil o desenvolvimento deste seguimento. Comumente, a utilização da estrutura de madeira como solução é a mais econômica. Um fator que não podemos deixar de citar é que, para construções industriais, com existência de agentes químicos, de um modo geral, a madeira possui um melhor desempenho se comparada com os materiais aço ou concreto armado. 7.2.1 Treliças de cobertura A treliça de cobertura é uma solução muito utilizada nas edificações, tanto para construções de pequeno como de médio ou grande porte. O uso em madeira destaca‑se em residências e galpões. Os tipos de treliças mais utilizadas em coberturas contendo duas águas são: Howe, Pratt e Belga, sendo a Howe o tipo mais empregado em madeira, devido ao fato de possuir ligações com soluções mais simples. O tipo Pratt é comumente usado em estruturas metálicas, já o tipo Belga é aplicado quando existe a necessidade de passagem de alguma utilidade no vão central, pois neste tipo de solução não existe o montante, também chamado de pendural. 94 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 Unidade II As treliças para cobertura são conhecidas como tesouras e sua função é a sustentação do telhado, trabalhando em conjunto com o seu vigamento de apoio. Os componentes desse vigamento são terças, caibros e ripas, quando a solução do telhado é através de telhas cerâmicas, e apenas terças quando da utilização de telhas metálicas, que conseguem vencer vãos maiores. • Terças: são as vigas dispostas entre as treliças, devendo ser apoiadas em seus nós de modo a evitar a flexão das barras do banzo superior (a seguir veremos uma tesoura com solução inadequada, pois existem pendurais, montantes, e terças executados fora dos nós). • Caibros: são elementos apoiados nas terças e dispostos ao longo da estrutura, geralmente seus espaçamentos variam entre 40 cm e 60 cm. • Ripas: são peças de madeira pregadas sobre os caibros, para sustentação das telhas. Geralmente seu espaçamento fica na ordem de 35 cm para telhas cerâmicas. Escora Howe 4 4 3 3 2 2 2 1 1 1 1. Banzo inferior 2. Banzo superior 3. Diagonal 4. Montante 3 Belga Pratt Pendural Emp ena Figura 67 – Treliças (tesouras) para cobertura e nomenclatura de seus elementos 7.2.2 Cobertura e seus elementos Constama seguir informações sobre a cobertura. Figura 68 – Vigamento de apoio para cobertura com telhas cerâmicas 95 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 SISTEMAS ESTRUTURAIS (MADEIRA E METAIS) Figura 69 – Cobertura em treliça de madeira com solução inadequada (terças e pendurais executados fora dos nós) Em construções industriais, existe uma solução muito utilizada, chamada de cobertura tipo shed, pois sua concepção possibilita boa ventilação e iluminação e, em casos de necessidade de expansão, é possível ampliar com grande facilidade, em especial se existe um planejamento para construção em etapas no decorrer do tempo. Nesse caso, utilizam‑se como fechamentos laterais chapas metálicas ou de fibrocimento, de modo a facilitar a desmontagem e montagem em outras fachadas quando da ampliação do empreendimento. As coberturas tipo shed são construídas com vigas‑mestras, com os banzos paralelos e meias tesouras do mesmo tipo ou vigas retas inclinadas. Figura 70 – Estrutura tipo shed Para coberturas com mais de duas águas, surge um novo elemento chamado espigão, que é a linha de intercessão de dois planos inclinados referentes às águas do telhado. É a peça estrutural responsável pelo apoio das terças no local onde ocorre a mudança de direção delas, conforme indicado na figura a seguir. 96 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 Unidade II Figura 71 – Indicação da mudança de direção das terças no espigão O esquema estrutural do espigão corresponde a uma viga inclinada recebendo as cargas das terças. Para diminuir o vão do espigão, é comum a utilização de tesouras de canto. Veja a figura a seguir: Figura 72 – Principais elementos de um telhado, com indicação dos espigões e tesouras de canto 97 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 SISTEMAS ESTRUTURAIS (MADEIRA E METAIS) Quando falamos de coberturas em treliça, existe sempre a necessidade de projetar uma estrutura de contraventamento entre as tesouras para melhorar a rigidez do conjunto. O motivo principal é a atuação do vento, em especial quando ele atua na direção perpendicular ao plano das tesouras ou ainda em direção esconsa (inclinada em relação ao plano da tesoura), conforme podemos observar a seguir: Figura 73 – Ação do vento, em várias direções Comumente os projetistas se utilizam de diagonais cruzadas, trabalhando de modo predominante à tração. Na figura a seguir, os elementos D1 (diagonal 1), D2 (diagonal 2) e Mf (mão francesa) correspondem às barras do contraventamento, situadas entre as tesouras, chamadas neste croqui pelas letras a, b, c, d, e. Figura 74 – Esquema de contraventamento Atualmente, com o uso de telhas leves como as de fibrocimento, metálicas e asfálticas tipo shingle, precisamos considerar a ação do vento nos cálculos estruturais. Para esses tipos de telhas, é necessário determinar os esforços que podem ser diferentes nas barras dependendo das combinações das ações (cargas permanentes, sobrecargas e ventos 0º e 90º), podendo ocorrer esforços de tração para uma 98 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 Unidade II combinação e esforços de compressão considerando outra combinação, a cada uma das barras da tesoura. Lembrando sempre que, quando surgirem esforços de compressão nas barras das tesouras, existe a necessidade de consideração dos efeitos de flambagem. Quando da utilização de telhas cerâmicas, esse efeito do vento não é tão significativo, pois as telhas, além de serem pesadas, não são fixadas na estrutura e, portanto, o efeito de sucção (arrancamento das telhas) é desprezível. Resumindo, podemos dizer que quando da utilização de telhas leves, as soluções estruturais são mais complexas, se comparadas com os referentes à solução com telhas pesadas (cerâmicas). Para o projeto e a execução das estruturas em treliças, devemos seguir as orientações na sequência. Os eixos geométricos das barras precisam convergir para o mesmo nó, lembrando que os seus eixos geométricos passam pelos respectivos centros de gravidade das seções transversais das barras, conforme figura a seguir: Figura 75 – Encontro de peças de madeira no nó com indicação de errado e certo 99 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 SISTEMAS ESTRUTURAIS (MADEIRA E METAIS) Figura 76 – Detalhe de um nó de treliça Constam a seguir dicas para um melhor funcionamento do mecanismo: • evite acrescentar um número excessivo de barras (barras redundantes), muitas vezes tornando a estrutura hiperestática; • impeça o surgimento de momentos fletores nas barras, em especial as terças, uma vez que as cargas devem ser aplicadas somente nos nós das treliças; • mantenha na execução as mesmas condições consideradas no projeto estrutural, evitando o surgimento de esforços não previstos nos cálculos; • tenha um cuidado especial no detalhe de fixação das treliças nos apoios, geralmente pilares, comumente elas são consideradas como estruturas simplesmente apoiadas; • evite a ocorrência de flecha pronunciada definindo a altura da treliça entre 1/6 e 1/8 do vão teórico. Para situações em que o projeto indique a necessidade de aumento da altura da estrutura, podemos substitui‑lo pela utilização de uma contraflecha. 7.2.3 Pórticos A definição do pórtico é um conjunto de elementos estruturais que funcionam como uma só peça, havendo transferência de momento. Os pórticos geralmente são usados em edificações que necessitam de vãos livres maiores, como: ginásios poliesportivos, galpões, estações ferroviárias ou rodoviárias, piscinas, com seu vão livre podendo variar entre 20 m a 100 m. Seu sistema estrutural pode ser bi ou triarticulado, tendo como padrão o fato de o material empregado ser pré‑fabricado. 100 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 Unidade II (A) (C) (B) (D) Figura 77 – Esquemas de pórticos em madeira para galpões, ginásios e espaços públicos em geral: (A) pórtico biarticulado treliçado; (B) pórtico biarticulado de alma cheia de seção I; (C) e (D) pórticos triarticulados em madeira laminada e colada 7.2.4 Arcos Para vencer grandes vãos, a estrutura de madeira mais usual e econômica é em forma de arco, podendo chegar a um vão de até 100 m. As estruturas em arco acarretam esforços horizontais muito elevados nos topos dos pilares e/ou fundações. Esses esforços podem ser equilibrados através da utilização de tirantes instalados nas bases dos arcos (topo dos pilares ou fundações), o que possibilita uma maior economia na solução, mas nem sempre isso é possível, pois o tirante atravessa todo o vão, podendo interferir com gabaritos dependendo da utilização do espaço abaixo da estrutura. A solução mais comum para essas estruturas é através de arco treliçado. Atualmente, com a disponibilidade de madeiras industrializadas, a solução com madeira laminada colada (MLC) também tem sido utilizada. Outra alternativa mais econômica em relação a MLC é a utilização de sarrafos pregados em vigas curvas, o que possibilita uma seção composta com aparência de estrutura de alma cheia. Arco treliçado Arco laminado Caibros ou pontaletes Sarrafos com inclinações contrárias Arco com sarrafos Detalhe de arco com sarrafos Figura 78 – Esquemas de arcos em madeira 101 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 SISTEMAS ESTRUTURAIS(MADEIRA E METAIS) 7.2.5 Pontes Por séculos, utilizando variados sistemas estruturais, a construção de pontes de madeira era uma prática muito comum. Nos dias atuais, elas geralmente são realizadas em estradas secundárias. Um dos itens mais importantes em projetos de pontes é a sua vida útil. A madeira precisa preferencialmente se manter seca e nas construções mais antigas algumas obras eram acompanhadas por uma cobertura, conforme pode ser observado nas imagens a seguir. Hoje em dia não existe mais a necessidade de cobertura em função dos avanços das tecnologias e produtos industrializados para o tratamento e conservação da madeira. Atualmente as pontes modernas podem ser construídas utilizando‑se madeiras industrializadas, como a madeira laminada colada. Figura 79 – Ponte de madeira em estrada secundária – vista frontal Figura 80 – Ponte de madeira em estrada secundária 102 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 Unidade II Observação Algumas pontes modernas são construídas com madeira laminada colada, como a Ponte Vihantasalmi, na Finlândia, que foi fabricada com um sistema treliçado tradicional com vãos de 42 m. 8 PRÉ‑DIMENSIONAMENTO DE ESTRUTURAS DE MADEIRA 8.1 Tesouras triangulares 2 águas Figura 81 – Modelo de treliça triangular 2 águas Indicado para vão livre entre 7,5 m e 30,0 m. A altura da viga pode ser determinada pela fórmula empírica: I h 10 ≥ A distância entre vigas varia de 4,0 m a 10,0 m, tendo inclinação máxima da cobertura de 12º a 30º. 8.1.1 Tesouras triangulares 1 água Figura 82 – Modelo de treliça triangular 1 água 103 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 SISTEMAS ESTRUTURAIS (MADEIRA E METAIS) Indicado para vão livre entre 7,5 m e 20,0 m. A altura da viga pode ser determinada pela fórmula empírica: maior I h 10 ≥ A distância entre as vigas varia de 4,0 m a 10,0 m, tendo inclinação máxima da cobertura de 12º a 30º. 8.1.2 Tesouras trapezoidais 2 águas Figura 83 – Tesoura trapezoidal 2 águas Indicado para vão livre entre 7,5 m e 30,0 m. A altura da viga pode ser determinada pela fórmula empírica: I h 12 ≥ A distância entre as vigas varia de 4,0 m a 10,0 m, tendo inclinação máxima da cobertura de 3º a 8º. 8.1.3 Tesouras trapezoidais 1 água Figura 84 – Tesoura trapezoidal 1 água 104 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 Unidade II Indicado para vão livre entre 7,5 m e 30,0 m. A altura da viga pode ser determinada pela fórmula empírica: maior I h 12 ≥ A distância entre as vigas varia de 4,0 m a 10,0 m, tendo inclinação máxima da cobertura de 3º a 8º. 8.2 Treliças de banzos paralelos Figura 85 – Viga de Pratt invertida Indicado para vão livre entre 7,5 m e 60,0 m. A altura da viga pode ser determinada pela fórmula empírica: I I h 12 15 ≥ → A distância entre as vigas varia de 4,0 m a 10,0 m, sendo que não há inclinação. 8.2.1 Treliças de banzos paralelos – quadros não paralelos Figura 86 – Treliça tipo Warren Indicado para vão livre entre 7,5 m e 60,0 m. 105 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 SISTEMAS ESTRUTURAIS (MADEIRA E METAIS) A altura da viga pode ser determinada pela fórmula empírica: I I h 12 15 ≥ → A distância entre as vigas varia de 4,0 m a 10,0 m, sendo que não há inclinação. 8.3 Pórticos treliçados Figura 87 – Pórtico Treliçado biarticulado – Tesoura de banzos não paralelos Indicado para vão livre entre 15,0 m e 40,0 m. A altura da viga pode ser determinada pela fórmula empírica: h = I 12 A distância entre as vigas varia de 4,0 m a 10,0 m, tendo inclinação máxima da cobertura de 3º a 8º. Figura 88 – Pórtico Treliçado biarticulado – Tesoura de banzos paralelos Indicado para vão livre entre 25,0 m e 60,0 m. 106 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 Unidade II A altura da viga pode ser determinada pela fórmula empírica: h = I 12 A distância entre as vigas varia de 6,0 m a 10,0 m, sendo que não há inclinação. 8.4 Vigas laminadas coladas Figura 89 – Viga biapoiada – Altura uniforme Indicado para vão livre entre 10,0 m e 35,0 m. A altura da viga pode ser determinada pela fórmula empírica: h = I 17 A distância entre as vigas varia de 5,0 m a 7,5 m, sendo que não há inclinação. Figura 90 – Biapoiada – Com corte inclinado simples Indicado para vão livre entre 10,0 m e 35,0 m. A altura da viga pode ser determinada pela fórmula empírica: I I H h 18 25 = = 107 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 SISTEMAS ESTRUTURAIS (MADEIRA E METAIS) A distância entre as vigas varia de 5,0 m a 7,5 m, tendo inclinação máxima da cobertura de 8º a 12º. Figura 91 – Biapoiada – Com corte inclinado duplo Indicado para vão livre entre 10,0 m e 35,0 m. A altura da viga pode ser determinada pela fórmula empírica: I I H h 16 30 = = A distância entre as vigas varia de 5,0 m a 7,5 m, tendo inclinação máxima da cobertura de 3º a 8º. 8.5 Vagonadas Figura 92 – Viga biapoiada vagonada Indicado para vão livre entre 10,0 m e 30,0 m. A altura da viga pode ser determinada pela fórmula empírica: I I H f 40 12 = = A distância entre as vigas varia de 5,0 m a 7,0 m, sendo que não há inclinação. 108 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 Unidade II 8.6 Em balanço Figura 93 – Viga com corte inclinado simples Indicado para balanços entre 10,0 m e 30,0 m. A altura da viga pode ser determinada pela fórmula empírica: I k k H h l 3 10 4 k 5 = = = A distância entre as vigas varia de 5,0 m a 7,0 m, sendo que há inclinação. 8.7 Vigas madeira maciça Figura 94 – Viga biapoiada maciça Indicado para vão livre entre 1,0 m e 8,0 m. A altura da viga pode ser determinada pela fórmula empírica: h = I 17 A distância entre as vigas varia de 0,5 m a 5,0 m, sendo que não há inclinação. 109 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 SISTEMAS ESTRUTURAIS (MADEIRA E METAIS) 8.8 Grelhas laminadas coladas Figura 95 – Grelha Indicado para vão livre entre 10,0 m e 35,0 m. A altura da viga pode ser determinada pela fórmula empírica: ( )Ih do menor vão livre 18 = 8.8.1 Arcos laminados colados Figura 96 – Arco biarticulado Indicado para vão livre entre 20,0 m e 100,0 m. A altura da viga pode ser determinada pela fórmula empírica: h = I 50 A distância entre as vigas varia de 5,0 m a 10,0 m. 110 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 Unidade II 8.9 Ligações entre peças de madeira As peças de madeira a serem utilizadas em estruturas possuem um comprimento limitado em função do tamanho das árvores e meios de transporte. Portanto, para a execução das estruturas, são necessários dispositivos que possibilitem a união, a emenda e a transmissão de esforços entre os elementos componentes da estrutura. Esses mecanismos são chamados de ligações. Conforme a NBR 7190 (ABNT, 1997), em seu capítulo 8, as ligações mecânicas podem ser efetuadas por meio dos seguintes elementos: 8.10 Pinos metálicos Os pinos metálicos podem ser constituídos por pregos ou parafusos e não é permitida a utilizaçãode ligações com apenas um pino. Devido à penetração do prego na madeira, as fibras se afastam, podendo ocasionar o fendilhamento nela. Para evitar a ocorrência desse fenômeno, as normas de projeto estabelecem regras envolvendo dimensões e espaçamentos entre os pregos. Outro recurso utilizado para evitar o fendilhamento é a utilização obrigatória (ABNT, 1997) de pré‑furos na madeira, com diâmetros d0 inferiores aos diâmetros efetivos def dos pregos. Para as estruturas definitivas, os valores usuais são os seguintes: • d0 = 0,85def, para coníferas (madeiras macias) • d0 = 0,98def, para dicotiledôneas (madeiras duras ou de lei) Em estruturas provisórias, permite‑se a utilização de ligações pregadas sem a execução de pré‑furos desde que sejam utilizadas madeiras moles de baixa densidade (ρap ≤ 600,0 kg/m 3) que possibilitem a penetração dos pregos sem risco de fendilhamento. Os pregos terão diâmetro d ≤ 1/6 da espessura da madeira mais delgada e com espaçamento mínimo de 10 d. Os pregos estruturais devem ser em aço com resistência característica ao escoamento fyk ≥ 600 Mpa e com diâmetro mínimo de 3 mm. Para a denominação dos pregos, ainda são utilizadas as bitolas comerciais antigas, que descrevem os pregos através de dois números, sendo que o primeiro indica o diâmetro em fieiras francesas (uma fieira francesa equivale a 0,155 mm) e o segundo, o comprimento em linhas portuguesas (uma linha portuguesa equivale a 1,87 mm). Observação A NBR 6627 (ABNT, 1981) indica as dimensões dos pregos em milímetros para o comprimento e em décimos de milímetros para o diâmetro. 111 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 SISTEMAS ESTRUTURAIS (MADEIRA E METAIS) Na figura a seguir temos uma tabela de pregos indicando suas dimensões na bitola tradicional e em milímetros. Figura 97 – Tabela de pregos indicando suas dimensões na nomenclatura comercial e em milímetros Quanto aos parafusos, serão utilizados somente os que atravessam totalmente as peças de madeira a serem ligadas e possuam porcas que possibilitem o reaperto. Devem possuir diâmetro não menor que 10 mm e resistência característica ao escoamento fyk ≥ 240 Mpa. Os parafusos autoatarrachantes não são considerados como estruturais. Para a utilização dos parafusos, também existe a obrigatoriedade da execução de pré‑furos, conforme segue: • d0 ≤ d + 0,5 mm, sendo d o diâmetro do parafuso Seguem figuras com indicações de regras para a utilização de pinos em corte simples (ligação entre duas peças de madeira), ligação entre peça de madeira e peça metálica e pinos em corte duplo (ligação entre uma peça central e duas laterais). 112 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 Unidade II Figura 98 – Pinos em corte simples Figura 99 – Pinos em ligação entre peça metálica e peça de madeira Figura 100 – Pinos em corte duplo 113 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 SISTEMAS ESTRUTURAIS (MADEIRA E METAIS) 8.11 Cavilhas As cavilhas são pinos circulares executados em madeiras duras correspondentes à classe C60 ou através de madeiras macias com ρap ≤ 600 kg/m 3 impregnadas com resinas que possibilitem o aumento de sua resistência. Para utilização em cavilhas, as peças impregnadas devem possuir resistências compatíveis com a classe C60. Com o objetivo de fins estruturais, admite‑se o emprego de cavilhas com diâmetros de 16 mm, 18 mm e 20 mm. Nas ligações com a utilização de cavilhas também existe a obrigatoriedade de execução de pré‑furos para evitar a ocorrência de fendilhamento, com diâmetro d0 igual ao diâmetro da cavilha. As ligações principais com a utilização de cavilhas só podem ser executadas em corte duplo (uma peça central e duas laterais), deixando o corte simples para as ligações secundárias. A seguir temos uma figura com a indicação de ligações em cavilha em corte simples (ligações secundárias) e em corte duplo. Figura 101 – Ligações com cavilhas A norma NBR 7190 (ABNT, 1997) estabelece regras para os valores de espaçamentos mínimos em ligações com pinos, sendo que a figura a seguir indica condições para pregos, parafusos e cavilhas. 114 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 Unidade II Figura 102 – Espaçamentos em ligações com pinos 8.12 Conectores Os conectores são constituídos por anéis metálicos ou ainda por chapas metálicas com dentes estampados. Os anéis metálicos são peças inseridas em entalhes executados nas interfaces das madeiras com ferramentas apropriadas e são mantidos nas posições através da utilização de parafusos, conforme figura a seguir. Figura 103 – Ligações através de conectores de anel metálico Os anéis metálicos considerados estruturais possuem diâmetros internos d com valores de 64 mm e 102 mm, complementados por parafusos de 12 mm e 19 mm, respectivamente, instalados no centro do anel. As espessuras mínimas para as paredes dos anéis são de 4 mm para os anéis com diâmetro 115 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 SISTEMAS ESTRUTURAIS (MADEIRA E METAIS) de 64 mm e 5 mm para os de diâmetro de 102 mm. A fabricação destes elementos está atrelada às prescrições da norma NBR 8800 (ABNT, 2008). As ligações através de anéis são consideradas rígidas. A seguir temos uma figura com indicação dos espaçamentos mínimos a serem utilizados para ligações com anéis metálicos, segundo a NBR 7190 (ABNT, 1997). Figura 104 – Espaçamentos em ligações com anéis metálicos As chapas metálicas com dentes estampados são comumente utilizadas em tesouras de madeira pré‑fabricadas. Esses elementos são prensados contra as peças de madeira. A NBR 7190 (ABNT, 1997) estabelece que as resistências de cálculo associadas às chapas sejam garantidas pelos fabricantes. Essas chapas somente podem ser utilizadas em ligações estruturais quando a eficácia da cravação for garantida pela empresa executora. Figura 105 – Ligação com chapa de dentes estampados 116 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 Unidade II 8.13 Ligação de pilar de madeira com a fundação Para estas situações, devemos tomar um cuidado especial no contato entre o pilar e o solo, com a finalidade de proteger a madeira contra a umidade. Precisamos projetar essas estruturas com algum tipo de proteção, sendo o ponto crítico o trecho de transição entre o piso acabado e o solo. A solução ideal é o afastamento completo do pilar em relação ao piso, com a utilização de um elemento de concreto envolvendo a madeira nesta região crítica ou através de peças metálicas resistentes à corrosão. Quando nada for feito para evitar essa situação de risco estrutural, existe a necessidade de realização de vistorias frequentes (manutenção preventiva) com a finalidade de identificar e recuperar eventuais situações de risco. Perfil umetálico Pilar com superfície tratada Concreto Gravata de concreto para proteção da base do pilar ≥ 15 cm lastro de concreto impermeável Vista A A ≥ 15 cm ≥ 10 0 cm Chapa metálica Pino metálica Figura 106 – Detalhes de ligações entre pilar de madeira e fundação Exemplo de aplicação Convidamos os alunos a realizarem uma pesquisa de campo focando a parte dos pilares de madeira junto ao piso com a finalidade de observar e alertar sobre eventuais situações de risco. 117 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fers on - 1 5/ 05 /1 9 SISTEMAS ESTRUTURAIS (MADEIRA E METAIS) Resumo Vimos que a utilização da madeira como elemento estrutural para edificações térreas e edificações de vários pavimentos está em fase de expansão, em especial na Europa e Estados Unidos. Aqui no Brasil também está em processo de crescimento. Atualmente, existe um empreendimento, em fase de projeto, relativo à construção de uma edificação composta de 13 pavimentos em estrutura de madeira a ser construída na cidade de São Paulo. O que tem possibilitado este crescimento, além da disponibilidade cada vez maior de madeira legalizada, proveniente em grande parte de florestas plantadas, é a industrialização da madeira. Para a utilização estrutural, os tipos de madeiras industrializadas, também chamadas de madeiras engenheiradas, são as laminadas coladas (MLC), usadas para vigas e pilares e as madeiras laminadas coladas cruzadas (CLT), utilizadas usadas para as lajes e paredes. Outro fato muito importante para este crescimento é a conscientização ambiental, afinal a madeira utilizada em construções retém o CO2 retirado da atmosfera durante a sua formação e outros materiais como o aço e o concreto emitem o CO2 durante a sua produção. Analisamos ainda outro fator muito importante, em especial em nosso país, onde temos não só o problema com umidade, mas possuímos vários tipos de insetos que comem a madeira, é a oferta de produtos industrializados para combater esses contratempos. Em 2013 foi lançada a NBR 16143 (ABNT, 2013a), que indica os produtos preservativos a serem utilizados nas madeiras, em função do uso e local de implantação. Vamos lembrar também que a madeira possui resistência à compressão paralela às fibras da mesma ordem de grandeza em relação às estruturas de concreto, podendo chegar a 60 MPa. Quanto à tração paralela às fibras, em termos práticos, tem um valor em torno de 30% acima do valor à compressão. Já para a direção normal às fibras, a madeira possui resistência à compressão em torno de 25% do valor à compressão paralela às fibras e possui valor desprezível para a tração, portanto, nas estruturas de madeira não podem existir esforços de tração na direção normas às fibras. Podemos observar ainda as grandes possibilidades em termos de sistemas estruturais em madeira. Os elementos estruturais em madeira, às vezes utilizados em tesouras, são muito comuns em coberturas; em pórticos habituais em galpões industriais ou em grandes depósitos; em arcos para 118 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 Unidade II coberturas de ginásios poliesportivos; em estruturas de pontes e em edificações térreas e de vários pavimentos. Exercícios Questão 1. (Enade 2008, adaptada) A figura a seguir mostra a relação entre as espessuras mínimas de barras de madeira que sofrem esforços axiais e os diâmetros dos elementos de união. Figura 107 Em uma estrutura, cujas espessuras das barras são iguais à mínima permitida para que seja respeitada a relação com o diâmetro do parafuso, são usados parafusos passantes de 8 mm de diâmetro. Deseja‑se substituir esses parafusos por pregos cujos comprimentos são iguais à soma entre as duas espessuras. O diâmetro máximo desses pregos é: A) 8 mm. B) 2 mm. C) 1,3 mm. D) 2,6 mm. E) 5 mm. Resposta correta: alternativa C. 119 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 SISTEMAS ESTRUTURAIS (MADEIRA E METAIS) Resolução da questão A espessura mínima da barra de madeira quando o parafuso tem 8 mm de diâmetro respeita a relação: t = 2d t =2 . 8 mm → t = 16 mm Com essa espessura, observando que a relação entre o diâmetro do prego e a espessura da barra é: t ≥ 12 d 16mm 16mm 12 . d d d 1,3mm 12 ≥ → = → = Questão 2. A um engenheiro foi solicitada uma consultoria sobre uma estrutura, feita de madeira, destinada a um telhado. Ao chegar na obra, o engenheiro a observou e verificou que ela tinha uma forma semelhante à apresentada a seguir. Figura 108 Para essa estrutura, foram feitas as seguintes observações: I – A treliça é do tipo Howe. II – A solução para a união das barras é inadequada, pois algumas uniões não constituem um nó. III – A espessura das barras, que é igual a 6 cm, respeita a relação entre o diâmetro dos parafusos e a espessura das barras, já que os parafusos têm 15 mm de diâmetro. 120 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 Unidade II Estão corretas apenas as afirmativas: A) I. B) II. C) I, II e III. D) II e III. E) I e III. Resolução desta questão na plataforma. 121 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 FIGURAS E ILUSTRAÇÕES Figura 2 GRUPO UNIP‑Objetivo. Figura 3 GRUPO UNIP‑Objetivo. Figura 4 GRUPO UNIP‑Objetivo. Figura 25 CHAVES, M. R. Avaliação de soluções estruturais para galpões leves. Dissertação (Mestrado). Universidade Federal de Ouro Preto. Ouro Preto. 2007. p. 14. Figura 26 PRAVIA, Z. M. C. Galpões para usos gerais. 4. ed. Rio de Janeiro: IABr/CBCA, 2010. p. 14. Figura 27 INSTITUTO BRASILEIRO DE SIDERURGIA. Edifícios de pequeno porte estruturados em aço. Rio de Janeiro: IBS/CBCA, 2004. p. 20. Disponível em: <http://www.engmarcoantonio.com.br/cariboost_files/ Edif_C3_ADcios_20de_20Pequeno_20Porte_20Estruturados_20em_20A_C3_A7o_CD.pdf>. Acesso em: 5 abr. 2019. Figura 39 PRAVIA, Z. M. C. Galpões para usos gerais. 4. ed. Rio de Janeiro: IABr/CBCA, 2010. p. 10. Figura 40 GRUPO UNIP‑Objetivo. Figura 41 INSTITUTO BRASILEIRO DE SIDERURGIA. Edifícios de pequeno porte estruturados em aço. Rio de Janeiro: IBS/CBCA, 2004. p. 11. Disponível em: <http://www.engmarcoantonio.com.br/cariboost_files/ Edif_C3_ADcios_20de_20Pequeno_20Porte_20Estruturados_20em_20A_C3_A7o_CD.pdf>. Acesso em: 5 abr. 2019. 122 Re vi sã o: K le be r - D ia gr am aç ão : J ef fe rs on - 1 5/ 05 /1 9 Figura 42 INSTITUTO BRASILEIRO DE SIDERURGIA. Edifícios de pequeno porte estruturados em aço. Rio de Janeiro: IBS/CBCA, 2004. p. 12. Disponível em: <http://www.engmarcoantonio.com.br/cariboost_files/ Edif_C3_ADcios_20de_20Pequeno_20Porte_20Estruturados_20em_20A_C3_A7o_CD.pdf>. Acesso em: 5 abr. 2019. Figura 43 INSTITUTO BRASILEIRO DE SIDERURGIA. Edifícios de pequeno porte estruturados em aço. Rio de Janeiro: IBS/CBCA, 2004. p. 13. Disponível em: <http://www.engmarcoantonio.com.br/cariboost_files/ Edif_C3_ADcios_20de_20Pequeno_20Porte_20Estruturados_20em_20A_C3_A7o_CD.pdf>. Acesso em: 5 abr. 2019. Figura 44 INSTITUTO BRASILEIRO DE SIDERURGIA. Edifícios de pequeno porte estruturados em aço. Rio de Janeiro: IBS/CBCA, 2004. p. 14‑15. Disponível em: <http://www.engmarcoantonio.com.br/cariboost_ files/Edif_C3_ADcios_20de_20Pequeno_20Porte_20Estruturados_20em_20A_C3_A7o_CD.pdf>. Acesso em: 5 abr. 2019. Figura 45 INSTITUTO BRASILEIRO DE SIDERURGIA. Edifícios de pequeno porte estruturados em aço. Rio de Janeiro: IBS/CBCA, 2004. p. 16. Disponível em: <http://www.engmarcoantonio.com.br/cariboost_files/ Edif_C3_ADcios_20de_20Pequeno_20Porte_20Estruturados_20em_20A_C3_A7o_CD.pdf>. Acesso em: 5 abr. 2019. Figura 46 INSTITUTO BRASILEIRO DE SIDERURGIA. Edifícios de pequeno porte estruturados em aço. Rio de Janeiro: IBS/CBCA, 2004. p. 10. Disponível em: <http://www.engmarcoantonio.com.br/cariboost_files/ Edif_C3_ADcios_20de_20Pequeno_20Porte_20Estruturados_20em_20A_C3_A7o_CD.pdf>. Acesso em: 5 abr. 2019. Figura 47 MINISTÉRIO DO DESENVOLVIMENTO DA INDÚSTRIA E DO COMÉRCIO.
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