estrutura de madeira

ESTRUTURA DE MADEIRA

ESTRUTURA DA MADEIRA

CLASSIFICAÇÃO DAS ÁRVORES

GIMNOSPERMAS : CONÍFERAS (soft woods) - Pinus

FANERÓGAMAS

ANGIOSPERMAS : MONOCOTILEDÔNEAS - bambu

DICOTILEDÔNEAS (hard

woods) principais espécies utilizadas na construção civil no Brasil

FISIOLOGIA E CRESCIMENTO DA ÁRVORE

AlburnoCerneMedulaLenhoCascaCâmbio

Utilização da florestaSUBGRUPO DE

UTILIZAÇÃOPRODUTOS

1. Produtos semindustrializaçãoou semi-industrializados.

Postes, moirões e similares demadeira roliça.

2. Serrados Madeira serrada com ou sembeneficiamento.

3. Laminados Lâminas e compensados.4. Energia Lenha, cavacos, carvão vegetal,

alcatrão, álcoois, briquetes, etc.5. Produtos de partículas Aglomerados.6. Produtos de fibras Polpa/celulose, chapas de fibras.7. Outros Frutos, borracha, óleos, resinas e

essências vegetais.8. Madeira “in natura” * Toras

Propriedades físicas da madeira

UmidadeDensidade

RetratibilidadeResistência ao fogo

Durabilidade natural

Resistência química

UMIDADE

ORTOTROPIA

UMIDADE

________________________________________Classes Uamb

U eq de umidade________________________________________________________________________________________________

1 65% 12%2 65% < Uamb 75% 15%

3 75% < Uamb 85% 18%

4 Uamb > 85% 25% ________________________________________________________

RESISTÊNCIA AO FOGO

RESISTÊNCIA QUÍMICA

Pórticos em madeira. Armazenamento de

sulfatos e

fertilizantes

Propriedades Mecânicas da madeira

PROPRIEDADES ELÁSTICASMÓDULO DE ELASTICIDADE

TRANSVERSAL (G) E LONGITUDINAL (E)

PROPRIEDADES DE RESISTÊNCIA

COMPRESSÃO,TRAÇÃO,CISALHAMENTO,FLEXÃO,

TORÇÃO E CHOQUE

Propriedades Elásticas

MÓDULO DE ELASTICIDADE (E) - LONGITUDINAL (EO): ensaio de compressão

paralela ‘as fibras de madeira;

- NORMAL (E90): E90= ou ser determinado por ensaio de laboratório;

- FLEXÃO(EM): relacionado c/ o módulo de elasticidade longitudinal, pelas expressões abaixo:

Para as coníferas EM= 0,85 Eo

Para as dicotiledôneas EM= 0,90 Eo.

Propriedades Elásticas

MÓDULO DE ELASTICIDADE TRANSVERSAL (G)

- Pode ser estimado a partir do módulo de elasticidade longitudinal (Eo), pela seguinte expressão:

G=

Propriedades de Resistência

-descrevem as resistências últimas de um material quando solicitado por uma força;

- são analisadas segundo duas direções: paralela e normal as fibras.

COMPRESSÃO

TRAÇÃO

CISALHAMENTO

FLEXÃO SIMPLES

TORÇÃO

As propriedades da madeira a torção são muito pouco conhecidas. A norma brasileira recomenda evitar a torção de equilíbrio em peças de madeira.

CHOQUE

É a capacidade do material absorver rapidamente, quando dissipada, energia pela deformação;

A madeira possui ótima resistência ao choque;

A resistência ao choque da madeira é determinada através do ensaio de flexão dinâmico.

FATORES QUE INFLUENCIAM AS PROPRIEDADES DA MADEIRA

FATORES ANATÔMICOSDENSIDADEINCLINAÇÃO DAS FIBRASNÓS

Falhas naturais da madeira1- Presença de alburno2- Presença de medula3- Faixas de parênquima4- Tecido de cicatrização

Defeitos por ataques biológicos

ManchaPodridãoperfurações

Defeitos de processamento

DEFEITOS DE SECAGEM

Defeitos de secagem

1- Encanoamento2- Arqueamento

3- Torcimento4- encurvamento

VANTAGENS E DESVANTAGENS DO SISTEMA CONSTRUTIVO EM MADEIRA EM RELAÇÃO AO SISTEMA TRADICIONAL DE ALVENARIA DE TIJOLOS

Fundação: o peso de uma edificação em madeira é muito menor que o de alvenaria, portanto há menor consumo de material de fundação;

Paredes – isolamento térmico: a madeira possui um calor específico muito elevado, requerendo uma quantidade maior de calor que outros corpos para alcançar uma determinada temperatura. Deve-se ter um cuidado especial com a orientação da casa em relação ao sol, a ventilação e vedação das portas e janelas, e quanto ao isolamento térmico das coberturas;

Paredes – isolamento acústico: a absorção do som é diferente de isolamento acústico. Isolamento requer materiais pesados, já a absorção requer maciez, porosidade. Portanto, a alvenaria tradicional é mais eficiente em relação ao isolamento acústico por ser um material mais pesado que a madeira;

VANTAGENS E DESVANTAGENS DO SISTEMA CONSTRUTIVO EM MADEIRA EM RELAÇÃO AO SISTEMA TRADICIONAL DE ALVENARIA DE TIJOLOS

Consumo energético: a madeira serrada possui baixo consumo energético em seu processamento. A energia solar responde pela formação da madeira e a usinagem requer baixo consumo energético;

Tempo de construção: esta é considerada a maior vantagem sobre o sistema convecional, pois os componentes podem chegar a obra pré-cortados ou mesmo pré-fabricados, reduzindo muito o tempo de execução da obra;

Desperdícios: no Brasil, este índice é de 1/3 (a cada 3 casas construídas, 1 é “jogada fora”). No processo construtivo de madeira, as peças chegam a obra pré-cortadas ou pré-fabricadas, não podendo haver desperdícios;

Durablidade: depende de um projeto que considere um bom sistema de proteção da estrutura, limitações das peças e especificar adequadamente a espécie de madeira para cada uso.

CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO PARA CONSTRUÇÕES DE MADEIRA

Condições de implantação da obra: - planejamento adequado da drenagem do terreno e da

captação das águas do telhado;

- evitar o contato da madeira com o solo através de uma camada impermeável que possa promover uma barreira entre o solo e a madeira;

- deve-se considerar a região climática da implantação e realizar vários estudos para o melhor aproveitamento da energia natural para o aquecimento ou resfriamento da edificação. A utilização da vegetação para sombrear a edificação nas faces em que há maior incidência de raios solares, é uma solução viável em climas quentes. Por outro lado, uma barreira densa de vegetação pode propiciar o acúmulo de umidade, criando condições de agentes biodegradantes;


- limpar o terreno, retirando restos de galhos, ou mesmo restos de madeira da construção, eliminando materiais celulósicos que ofereçam suprimentos alimentares para organismos xilófagos;

- com relação ao clima e o desenvolvimento de agentes biodegradantes não há uma regra. Há várias espécies de fungos e cada um possui condições específicas de desenvolvimento. Porém, sabe-se que em regiões mais úmidas, há a maior susceptibilidade a deterioração por fungos;

- a exposição direta da madeira sem proteção aos raios solares pode iniciar um processo de deterioração a composição da madeira;

- tratamento químico para adequação no solo, é recomendado que toda a área externa receba tratamento químico;


Tipo de madeira e demais materiais de construção empregados para cada fim:

- uso externo ou interno. A condição de uso mais crítica é a madeira em contato direto com o solo;

- A especificação da madeira adequada bem como a classificação visual quanto aos defeitos naturais para uso estrutural é muito importante pois a deterioração destas peças podem comprometer a segurança e estabilidade da obra;


Métodos para a preservação de cada peça - nas paredes externas deve-se evitar fendas e fissuras, as

juntas devem ser bem vedadas ou adequadamente dimensionadas e detalhadas para evitar o acúmulo de água;

- a utilização de pingadeiras em soleiras e planos de fachada com o objetivo de diminuir a exposição prolongada da madeira a umidade;

- o sistema de cobertura é muito importante na proteção da edificação contra as águas da chuva. Os planos de telhados devem ter inclinação suficiente para garantir o adequado sistema de caimento das águas. O uso de condutores de águas pluviais é muito importante;

- a fundação pode ser utilizada pelos insetos como meio de acesso a estrutura. Para evitar este acesso, a alvenaria de blocos deve ser impermeabilizada e os buracos de tijolos devem ser fechados.

CONSIDERAÇÕES GERAIS PARA PROJETOS

Memorial justificativo

- Arranjo global tridimensional da estrutura;

- Análise dos elementos estruturais e identificação de suas peças;

- propriedades dos materiais;

- Dimensionamento e detalhamento esquemático das peças estruturais, incluindo as emendas, uniões e ligações.

Hipóteses básicas de segurança

Estados Limites - São os estados a partir dos quais a estrutura apresenta desempenhos

inadequados às finalidades da construção.

● Estados limites últimos - Estados que por sua simples ocorrência determinam a paralisação, no

todo ou em parte, do uso da construção (esgotamento da capacidade portante da estrutura).

● Estados limites de utilização - Estados que por sua ocorrência, repetição ou duração, causam efeitos

estruturais que não respeitam as condições especificadas para o uso normal da construção, ou que são indícios de comprometimento da durabilidade da construção (exigências funcionais).

Ações São as causas que provocam esforços ou deformações nas estruturas. Podem ser de três tipos:

- Ações permanentes: apresentam pequena variação durante toda a vida da construção.

- Ações variáveis: apresentam variação significativa durante toda a vida da construção.

- Ações excepcionais: apresentam duração extremamente curta, com baixa probabilidade de ocorrência, durante a vida da construção.

AçõesPara a elaboração de projetos, as ações devem ser combinadas, com a aplicação de coeficientes sobre cada uma delas, para levar em conta a probabilidade de ocorrência simultânea. A aplicação das ações deve ser feita de modo a se conseguir as situações mais críticas para a estrutura.

Com o objetivo de se levar em conta o bom comportamento estrutural da madeira para cargas de curta duração, na verificação da segurança em relação a estados limites últimos, pode-se fazer uma redução de 25% sobre as solicitações.

No caso da verificação de peças metálicas, inclusive nos elementos de ligação, deve ser considerada a totalidade dos esforços devidos a ação do vento.

Classes de carregamento

É a duração acumulada prevista para a ação variável tomada como principal na combinação de ações. As classes de carregamento estão especificadas na tabela abaixo:


Ação variável principal da combinação

Duração acumuladaOrdem de grandeza da duração

acumulada da ação característica

Permanente Permanente Vida útil da construção

Longa duração Longa duração mais de 6 meses

Média duração Média duração 1 semana a 6 meses

Curta duração Curta duração menos de 1 semana

Duração instantânea Duração instantânea muito curta

Carregamentos -Carregamento normal: ações decorrentes do uso previsto

para a construção, considerado de longa duração, verificado nos estados limites últimos e de utilização. Ex: o peso próprio e a ação do vento em uma estrutura de cobertura. - Carregamento especial: ações variáveis de natureza ou

intensidade especiais, superando os efeitos de um carregamento normal.

Ex: o transporte de um equipamento especial sobre uma ponte.

- Carregamento excepcional: ações com efeitos catastróficos. Ex:

terremoto.

- Carregamento de construção: os procedimentos de construção

podem levar a estados limites últimos. Ex: o içamento de uma treliça.

Obs.: Determina-se a classe de carregamento através da duração acumulada da situação de risco.

Situações de projeto

- Duradouras: são verificados os estados limites últimos e de utilização,

devem ser consideradas em todos os projetos e tem a duração igual ao

período de referência da estrutura.

- Transitória: quando a duração for muito menor que o período de vida

da construção. Deve ser verificada quando existir um carregamento

especial para a construção e na maioria dos casos pode-se verificar

apenas estados limites últimos.

- Excepcionais: a duração é considerada extremamente curta e são

verificadas para os estados limites últimos.

DISPOSIÇÕES CONSTRUTIVAS

Generalidades - O projeto deve propiciar uma definição do sistema

estático adotado, para se evitarem problemas com os valores dos esforços atuantes nas seções críticas.

- Devem ser tomados cuidados como: tratamento preservativo, facilidade de escoamento das águas e arejamento das faces vizinhas e paralelas, a fim de se evitar a deterioração das peças.

- O projeto deve oferecer facilidade de inspeção e substituição em caso de deterioração.

Tratamento preservativo hidrossolúveis (CCA, CCB, Borato de sódio, etc.)óleo-solúveis (creosoto).


Dimensões mínimas das peças de madeira

- Nas peças principais isoladas a área mínima das seções transversais deve ser de 50 cm² e a espessura mínima de 5 cm.

Ex: vigas e barras longitudinais de treliças.

- Nas peças secundárias esses limites reduzem-se respectivamente para 18 cm² e 2,5 cm.

Ex: caibros e ripas.


Esbeltez máxima das peças de madeira - Para elementos estruturais comprimidos, o

comprimento máximo não pode ultrapassar 40 vezes a dimensão transversal correspondente ao eixo de flambagem. Já para elementos estruturais tracionados este limite passa para 50 vezes.

Chapas de aço - Para as pontes, a espessura mínima das chapas de aço

das ligações é de 9 mm, enquanto que para outras estruturas este valor é de 6 mm.


Ligações - As dimensões mínimas dos dispositivos de ligação

utilizados nas estruturas de madeira devem obedecer, as seguintes condições para as arruelas na fixação de parafusos:

- Diâmetro ou comprimento do lado de no mínimo 3 vezes o diâmetro do pino;

- Espessura mínima: 9 mm em pontes; 6 mm para outras estruturas e 1/8 do diâmetro.

CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO SEGUNDO A NBR 7190:1997

COEFICIENTE DE MODIFICAÇÃO

Kmod = Kmod,1 . Kmod,2 . Kmod,3

Kmod1, que leva em conta a classe de carregamento e o tipo de material empregado.

Kmod2, que leva em conta a classe de umidade e o tipo de material empregado.

Kmod3 é 1,0. Caso contrário a madeira é classificada como de segunda categoria e o valor de Kmod,3 é 0,8.

DIMENSIONAMENTODimensionamento de peças tracionadas:

1. Solicitação:

coeficiente modificado

função da

umidade seca = 1,0

úmida ou

carga atuante verde = 0,8

coeficiente de segurança

DIMENSIONAMENTO

Kmod3 função da qualidade da peça. 1ª categoria Kmod3= 1,0 (estado da madeira)

2ª categoria Kmod3= 0,8

● A área da seção transversal. ● fkmt resistência característica da madeira à tração. ● fwmt tensão limite à tração da madeira, 12% de umidade

paralela às fibras. ● fkmt0 ≈ 0,7xfwmt0 (tab.). ● coeficiente redutor da madeira p/ solicitação à tração. ● = 1,8

DIMENSIONAMENTO

Classe de umidade

Umidade do ambiente

Umidade da madeira Kmod2

1 ≤ 65% 12% 1,0

2 65% ≤ Uamb ≤ 75% 15% 1,0

3 75% < Uamb ≤ 85% 18% 0,8

4 Uamb ≥ 85% ≈ 25% 0,8

DIMENSIONAMENTO

- Kmod1 função do tipo de duração do carregamento


(duração) Kmod1Ordem de grandeza da duração

acumulada da ação característica

Permanente 0,6 Vida útil da construção

Longa 0,7 mais de 6 meses

Média 0,8 1 semana a 6 meses

Curta 0,9 menos de 1 semana

Instantânea 1,1 (1,0) muito curta

DIMENSIONAMENTO

Deformação: ● l ≤ 50b ou λ ≤ 173 ● p/ peças retangulares: h b ● λmáx=

● i= i= =

● λmáx= λmáx= 173,2

DIMENSIONAMENTO

3. Equilíbrio:

- Sempre estável. - Dimensões mínimas (NBR 7190/97): A ≥ 50 cm² - primárias b ≥ 5,0 cm ▪ Peças isoladas A= 35 cm² - secundárias b= 2,5 cm

DIMENSIONAMENTO

A ≥ 18 cm² - primárias b ≥ 2,5 cm▪ Peças compostas A= 18 cm² p/ cada elemento - secundárias b= 1,8 cm

EXERCÍCIO Nº 01

Dimensionar o elemento de treliça da fig. abaixo que se encontra tracionada por 4t em madeira úmida de 2ª categoria, seção retangular na proporção h= 2b em obra de duração permanente. Dimensionar em Angelim pedra e Maçaranduba.

FIGURA

SOLUÇÃO

1) Solicitação:

- b= 5,0 cm

A ≥ 50 cm² b ≥ 5,0 cm adotar p/ as duas madeiras

- h= 10,0 cm

SOLUÇÃO

2) Deformação:

l ≤ 50b

200 ≤ 50x5

200 ≤ 250 cm (ok!) -- b= 5,0 cm

Resp.: para madeira Maçaranduba e Angelim

- h= 10,0 cm

EXERCÍCIO N° 02

Dimensionar o elemento de treliça da figura abaixo, que se encontra tracionada 5t em madeira seca de 1ª categoria, seção retangular na proporção h= 3b, em obra de duração longa. Dimensionar em Cupiúba e Jatobá.

FIGURA

DIMENSIONAMENTODimensionamento de peças comprimidas:

1. solicitação:

A= área= bxh resistência característica da madeira a compressão

paralela ‘as fibras. (tab.)

coeficiente redutor da madeira p/ solicitação à compressão.

DIMENSIONAMENTO2. Deformação: l ≤ 40b

3. Equilíbrio (flambagem):

3.1. p/ λ ≤ 40 (peça pouco esbelta) excentricidade de 1ª

é dispensada a verificação ordem.

3.2. p/ 40 ≤ λ ≤ 80 (medianamente esbelta) ▪

▪

▪ Fe Carga crítica de Euler.

DIMENSIONAMENTO- ONDE:

▪ Módulo de elasticidade da madeira. (Tab.)

▪ Momento de inércia da peça mínima.

momento fletor de projeto

valor de cálculo da tensão de compressão devida

ao momento fletor Md

▪ w Momento resistente (p/ peças retangulares)

DIMENSIONAMENTO

3.3. P/ 80 ≤ λ ≤ 139 (muito esbelta)

• Observação: Embora a esbeltez nesta faixa seja aceitável pela norma,

não recomendamos, mas, caso seja adotada, deve-se utilizar a mesma do item anterior como a excentricidade majorada por

uma excentricidade adicional.

EXERCÍCIO N° 03

Dimensionar o elemento de treliça em seção quadrada de Sucupira de 1ª categoria, classe 2 de umidade, carregado com 3t de compressão, considerado de longa duração e comprimento entre nós de 1,5m.

FIGURA

SOLUÇÃO

- Kmod1= 0,7 (longa duração) 2.) Deformação: - Kmod2= 1,0 - l ≤ 40b - Kmod3= 1,0 condições - λ ≤ 139 1.) Solicitação:

= 952 Kg/cm²

- bmín= 5,0 cm - Amín= 50 cm² b= 7,5 cm

solução3.) Equilíbrio:

40 < λ ≤ 80

SOLUÇÃO

estrutura de madeira

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