Sumrio1. INTRODUO32. LIGAES DE PEAS ESTRUTURAIS42.1 TIPO DE LIGAES42.2 LIGAES AXIAIS POR CORTE COM PINOS METLICOS62.2.1 FUNCIONAMENTO DA LIGAO62.2.2 RESISTENCIA DA MADEIRA COMPRESSO LOCALIZADA (EMBUTIMENTO)62.2.3 RESISTENCIA FLEXO DO PINO72.2.4 MECANISMOS DE PLASTIFICAO EM LIGAES COM PINOS EM CORTES SIMPLES E DUPLO82.2.5 RESISTNCIA A CORTE DE LIGAES COM PINOS92.2.6 RESISTNCIA DE ACORDO COM A NBR 7190132.3 PREGOS142.3.1 TIPOS E BITOLAS DE PREGOS142.3.2 DISTORES CONSTRUTIVAS152.3.3 Resistncia ao Corte de Pregos162.3.4 Resistncia ao arrancamento de pregos172.4 PARAFUSOS AUTO-ATARRAXANTES (EUROCODE 5)172.5 PARAFUSOS DE PORCA E ARRUELA182.5.1 Disposies construtivas182.5.2 RESISTNCIA DE LIGAES COM PARAFUSO SUJEITO A CORTE192.6 Pinos Metlicos192.7 Cavilhas202.7.1 Resistncia de ligaes com cavilhas.202.8 Conectores de Anel Metlicos202.8.1 Tipos de Conectores202.8.2 RESISTENCIA DE LIGAES COM CONECTOR DE ANEL212.9 LIGAOES POR ENTALHES222.9.1 TIPOS DE LIGAES POR ENTALHE222.10 LIGAES POR TARUGOS:222.11 LIGAES COM CHAPAS PRENSADAS222.12 TRAO PERPENDICULAR S FIBRAS EM LIGAES222.13 DEFORMABILIDADE DAS LIGAES E ASSOCIAO DE CONECTORES233. CONCLUSO244. REFERNCIAS BIBLIOGRAFICAS25

1. INTRODUOSo muito comuns imveis utilizando como parte da estrutura matrias confeccionados com peas de madeira, principalmente as tesouras, porm as dimenses comercias destas peas nem sempre satisfazem a necessidade para determinados casos e mesmo que sim haveria necessidade de unir duas ou mais peas. Ento se faz necessrio das ligaes desses elementos estruturais, sendo chamados de elementos de ligao, que o tema abordado neste trabalho, um estudo sobre os tipos, funes e requisitos para esses elementos.

2. LIGAES DE PEAS ESTRUTURAIS

2.1 TIPO DE LIGAES Empecilhos como o meio de transporte e o tamanho das rvores so um fator que limitam a dimenso de uma pea de madeira bruta. Dimenso essa que ainda mais limitada quando a pea de madeira deve ser serrada para a sua utilizao, chegando geralmente a um tamanho mdio de 4 a 5m cada pea.No entanto na hora de se confeccionar uma estrutura pode-se(geralmente sim) necessitar de peas maiores. Ento a sada se utilizar de tcnicas para prolongar estas peas. Faz-se ento a ligao de duas ou mais peas utilizando dispositivos para unir-las entre si. Utilizando-se diversos dispositivos de ligao como ilustrado na figura 4.1 e 4.2. Os tipos de ligao mais utilizados so: Colagem; Pregos; Parafusos; Grampos; Braadeira; Pinos; Conectores; Tarugos; Entalhes.

Em seguida se tem ilustrado na (figura 4.2), cada elemento de ligao.

Tambm tem-se as anlises dos esforos que as ligaes esto sujeitas. Um desses esforos o de corte ( esforo cisalhante nas ligaes), que so aqueles em que a fora a ser transmitida de uma pea para a outra perpendicular ao elemento de ligao, como em pregos, parafuso, pinos. Podendo estes ainda estar sujeito a mais de uma seo de corte. Deve-se verificar a resistncia do local de ligao pois pode ocorrer fissuras por trao perpendicular as fibras em locais de ligao axial, conforme ilustrado na figura 4.3.

Sendo a resistncia o principal requisito para um elemento de ligao, ou seja, as ligaes devem ser capazes de transmitir foras de uma pea de madeira a outra. 2.2 LIGAES AXIAIS POR CORTE COM PINOS METLICOSAs ligaes mostradas anteriormente, executadas com pregos, parafusos ou pinos metlicos comportam-se de maneira semelhante e por isso esto englobadas na categoria de ligaes com pinos metlicos.2.2.1 FUNCIONAMENTO DA LIGAOA figura 4.4 mostra uma ligao em corte duplo tpica. A transmisso da fora F se d por apoio do pino nas peas de madeira. O pino fica sujeito a uma carga distribuda transversal ao seu eixo e, portanto, flexo simples. As peas de madeira ficam submetidas compresso localizada e paralela s fibras. A partir da figura, pode-se escrever a tenso nominal de compresso localizada da pea central

Onde d odiametro do pino e a espessura da pea central.

2.2.2 RESISTENCIA DA MADEIRA COMPRESSO LOCALIZADA (EMBUTIMENTO)A resistncia da madeira compresso localizada em ligaes com pinos determinada, segundo a NBR 7190 (Anexo B), atravs de ensaio padronizado.A resistncia ao embutimento, seja paralelo s fibras ( seja normal s fibras , definida como a tenso de compresso localizada referida fora que causa deformao residual igual a 0,2%. Trata-se, portanto, de uma condio de deformabilidade.De acordo com a NBR 7190, na ausncia de determinao experimental especifica permiti-se avaliar a resistncia ao embutimento com as seguintes expresses:Paralela s fibrasNormal s fibrasOnde o coeficiente dado na tabela 4.1.

2.2.3 RESISTENCIA FLEXO DO PINOO pino metlico ilustrado na figura 4.4 uma pea de seco circular (dimetro d) sujeita a tenses normais de flexo. A evoluo da distribuio destas tenses na seco de maior momento fletor com o acrscimo do carregamento est mostrada na figura 4.6. Em regime elstico, a distribuio de tenses linear e a tenso mxima calculada com a clssica formula da Resistencia dos Materiais

Onde W o mdulo elstico de resistncia flexo.

O inicio da plastificao da seco de momento mximo ocorre quando a tenso mxima atinge a tenso de escoamento do ao. A partir dai, com o acrscimo do carregamento, ocorre a plastificao progressiva da seco, com as fibras mais internas atingindo tambm a tenso .O maior momento que a seco pode suportar corresponde ao escoamento de toda a seco:

Onde Z o modulo plstico da seco, sendo para seco circular de dimetro d.O momento resistente de projeto do pino metlico calculado com o fator de reduo de resistncia igual a 1,1:

2.2.4 MECANISMOS DE PLASTIFICAO EM LIGAES COM PINOS EM CORTES SIMPLES E DUPLOOs modos de ruptura de ligaes com pinos envolvem o esmagamento das peas de madeira em compresso localizada (quando atingem a resistncia ao embutimento) e a plastificao de uma ou mais sees do pino em flexo.Admitindo o caso de ligaes de peas de diferentes espessuras, em corte simples ou duplo, a Fig. 4.7 apresenta os possveis mecanismos de plastificao em ligaes com pinos (Johansen, 1949). A ocorrncia de um ou outro modo dependera da geometria da ligao e das tenses resistentes da madeira e do ao do pino.Os mecanismos I e II envolvem apenas esmagamento das peas de madeira (ilustrado pelo pontilhado na Fig. 4.7) com ou sem rotao do conector. J nos mecanismos III e IV so tambm formadas rtulas plsticas no pino. O mecanismo II caracterizado pela rotao como corpo rgido do conector e no se aplica ligao em corte duplo pela sua simetria.Em corte simples, o mecanismo I-2 s poderia ocorrer em ligaes com peas de diferentes espcies de madeira.

Fig. 4.7 Mecanismos de plastificao em ligaes com pinos2.2.5 RESISTNCIA A CORTE DE LIGAES COM PINOSUtiliza-se a uma abordagem baseada na teoria limite desenvolvida por Johansen na dcada de 40 e posteriormente confirmada por ensaios experimentais. Para o caso do mecanismo II, por exemplo, em uma ligao com peas de madeira de mesma espcie e mesma espessura, aps um movimento suficientemente grande da ligao, resultam a distribuio de foras por unidade de comprimento do pino e os diagramas de esforo cortante e momento fletor ilustrados na Fig. 4.8.Na interface entre as peas de madeira tem-seSendo 2a +b = t, chega-se resistncia da ligao (fora transmitida entre as peas):

Fig. 4.8 Esforos no puno no mecanismo de plastificao II: (a) ligao em corte simples; (b) foras por unidade de comprimento; (c) diagrama de esforo cortante; (d) diagrama de momento fletor no pino.Ligaes entre peas de madeiraAs normas americana NDS e europeia EUROCODE 5 adotam expresses para resistncia desenvolvidas a partir do trabalho de Johansen para ligaes entre peas de madeira com diferentes tenses resistentes ao embutimento. As equaes seguintes se referem resistncia de ligaes com 1 pino em corte simples e duplo de peas de madeira da mesma espcie (mesma tenso resistente ao embutimento):Corte simples:Mecanismo I

Mecanismo II

Onde Mecanismo III

Onde e Mpd = momento de plastificao total do pino (Eq. (4.4))Mecanismo IV

Corte duplo Resistncia por plano de corte:Mecanismo I

Mecanismo III Eq. (4.8) com ti=t1Mecanismo IV Eq. (4.9)A resistncia de uma determinada ligao o menor valor obtido para entre os diferentes mecanismos. Pode-se utilizar os bacos de Mller modificados (Step, 1996), como na figura a seguir.

Figura 1- bacos modificados de Mller para corte simples e corte duplo Fonte: Estruturas de Madeira, Walter Pfeil, 2003

A resistncia dos mecanismos III e IV est majorada em 10% para considerar a contribuio do esforo axial do pino. Os parmetros adimensionais que definem o comportamento das ligaes no estado limite ltimo so:onde .As resistncias da ligao por plano de corte de 1 pino para cada mecanismo so dadas pelas seguintes equaes, onde t a espessura da pea de madeira.Corte Simples- Para chapas finas ()Mecanismo II

Mecanismo III

- Para chapas grossas ()Mecanismo III

Mecanismo IV

Para chapas intermedirias () faz-se uma interpolao entre os valores de obtidos na equao para o mecanismo III, chapa finas e na equao para o mecanismo IV, chapas grossas.

Corte Duplo- Em ligao com chapas de ao lateraisMecanismo I

Mecanismos III e IVou

2.2.6 RESISTNCIA DE ACORDO COM A NBR 7190

As expresses para a resistncia da ligao referente a uma seo de corte indicadas pela NBR 7190 so as seguintes.Mecanismo II esmagamento total da madeira para

Mecanismo IV flexo do pino para

No caso de pinos em corte duplo, somam-se as resistncias referentes a cada uma das sees de corte, considerando t como o menor valor entre a espessura da pea lateral e a metade da espessura da pea central.Para uma ligao com at 8 pinos na direo da fora, a resistncia da ligao a soma das resistncias de cada pino. Em uma ligao com muitos pinos na direo da fora, ocorre que ela no transmitida de maneira uniforme entre os pinos. A resistncia da ligao com n pinos, sendo n maior que 8, calculada pela equao a seguir.

2.3 PREGOS2.3.1 TIPOS E BITOLAS DE PREGOS

Os pregos so fabricados com arame de ao-doce, em grande variedade de tamanhos. As bitolas comerciais antigas, ainda utilizadas no Brasil, descrevem os pregos por dois nmeros: o 1 representa o dimetro em fieira (dimetro do arame que originou o prego) francesa; o 2 mede o comprimento em linhas portuguesas.

Figura 2- Tabela de prego em bitolas comerciais - Fonte:Estruturas de Madeira, Walter Pfeil, 2003

2.3.2 DISTORES CONSTRUTIVASAs fibras da madeira se afastam com a penetrao do prego, podendo ocorrer o fendilhamento da madeira. Para evitar o fendilhamento, as normas de projeto prescrevem regras construtivas envolvendo dimenses e espaamentos entre pregos.Para reduzir o fendilhamento dos pregos a NBR 7190 estabelece as seguintes distncias mnimas:

J os espaamentos mnimos conforme a EUROCODE 5, conforme figura abaixo:

Segundo a EUROCODE 5 pode haver trespasse se:

Para que o prego seja efetivo numa seo, necessria uma penetrao mnima de ponta na madeira adjacente.

2.3.3 Resistncia ao Corte de PregosConforme NBR 7190 a resistncia de um prego corresponde a uma seo de corte dada pelas equaes abaixo:

Nestas equaes, aplicadas a ligaes pregadas, as espessuras t1 e t2 so tomadas, respectivamente iguais aos comprimentos de penetrao do prego em cada pea. A resistncia compresso localizada em ligaes pregadas dada, conforme EUROCODE 5, por expresses que independem da direo do esforo em relao s fibras:

Onde a massa especfica caractersticas a 12% de umidade.

2.3.4 Resistncia ao arrancamento de pregosOs pregos lisos apresentam baixa resistncia quando solicitados axialmente(ver FIg. 4.17),de forma que a norma EUROCODE 5 recomenda que no sejam assim utilizados para cargas de longa durao.O detalhe da Fig. 4.17b, com o prego cravado na direo das fibras, tem resistncia desprezvel ao arrancamento e no permitido em ligaes estruturais. Os pregos cravados pelas faces laterais (FIg. 4.17c) apresentam a melhor resistncia neste tipo de ligao.As normas americanas NDS e EUROCODE 5 apresentam critrios para determinao da resistncia ao arrancamento e pregos solicitados axialmente.2.4 PARAFUSOS AUTO-ATARRAXANTES (EUROCODE 5)Os parafusos auto-atarraxantes no so considerados pela Norma Brasileira NBR 7190 como conectores de peas estruturais de madeira. Por sua vez as normas europia, EUROCODE 5, e americana, NDS, apresentam critrios para dimensionamento de ligaes com parafusos auto-atarraxantes.Os parafusos auto-atarraxantes, em geral, trabalham a corte simples, como se v na Fig.4.18. Eles so instalados com furao prvia, e de acordo com o EUROCODE 5 a ponta deve penetrar 4d para desenvolver a resistncia ao corte.

Esta capacidade resistente a corte calculada com as expresses gerais para pinos metlicos (item 4.2.5), sendo as espessuras t1 e t2 tomadas como os comprimentos de penetrao dos parafusos nas peas de madeira, descontando-se 1,5d referente ponta do parafuso. O momento plstico Mpd deve ser calculado com o dimetro efetivo igual a 0,9d. O comprimento da parte lisa deve ser maior ou igual espessura da pea sob a cabea do parafuso.Os parafusos aplicados na direo das fibras podem ser consideradas na transmisso de esforos. As ligaes com parafusos auto-atarraxantes s muito sensveis aos efeitos da umidade sobre a madeira. Elas so empregadas em obras secundrias ou provisrias (escoramentos).2.5 PARAFUSOS DE PORCA E ARRUELA2.5.1 Disposies construtivas Os parafusos so colocados em furos feitos com trado manual ou broca mecnica. O dimetro do furo deve ser ajustado para parafuso, de modo que a folga seja menor possvel. A norma EUROCODE 5 recomenda folga mxima de 1 mm. De acordo com a NBR 7190, se o dimetro da pr-furao for menor ou igual ao dimetro do parafuso mais 0,5 mm, a ligao pode ser considerada rgida (desde que tenha quatro parafusos no mnimo). Para folgas maiores, 1,0 ou 1,5 mm por exemplo, a ligao considerada flexvel.A carga de trao admissvel no parafuso, referida anteriormente, igual rea do ncleo da rosca An multiplicada pela tenso admissvel do ao do parafuso.A Norma Brasileira NBR 7190 especifica as arruelas pesadas, conforme a alnea (b), isto , a rea das arruelas deve permitir a transferncia do esforo admissvel de trao do parafuso sem exceder a resistncia compresso normal s fibras da madeira.Na Tabela A.4.1 apresentam-se dados referentes a parafusos utilizados no Brasil. As dimenses de arruelas so as do tipo pesado das especificaes americanas.

2.5.2 RESISTNCIA DE LIGAES COM PARAFUSO SUJEITO A CORTE

As tabelas 4.2 a 4.6 fornecem o valor da resistncia em corte de parafusos em madeiras com fcd variando entre 5 e 25Mpa.Em ligaes entre madeira e chapas de ao a resistncia o menor valor entre as resistncias calculadas para o parafuso em contato com a madeira e a chapa.Para parafusos em corte duplo somam-se as resistncias referentes a cada seo de corte.2.6 Pinos Metlicos Os pinos metlicos so barras cilndricas de superfcie lisa instaladas entre peas de madeira. O dimetro do furo deve ser menor ou igual ao dimetro do pino .Em termos de capacidade resistente, parafusos e pinos de mesmo dimetro apresentam a mesma resistncia. 2.7 Cavilhas As cavilhas so pinos circulares confeccionadas em madeira dura introduzidos por cravao em furos sem folga nas peas de madeira. As cavilhas em corte simples podem ser utilizadas apenas em ligaes secundrias. 2.7.1 Resistncia de ligaes com cavilhas. Os mecanismos de plastificao de uma ligao com cavilhas envolvem o esmagamento local da cavilha sob compresso normal s fibras e a flexo da cavilha. A resistncia da ligao com cavilha em corte duplo a soma das resistncias correspondente a cada seo de corte.

2.8 Conectores de Anel Metlicos2.8.1 Tipos de Conectores A resistncia de ligaes com pinos metlicos limitada pela tenso de apoio do pino da madeira pela sua flexo. Para evitar essas limitaes, foram projetadas peas rgidas denominadas conectores de anel que oferecem uma grande rea de apoio da madeira. Os conectores de anel so peas metlicas colocadas em entalhes nas interfaces das madeiras mantidas na posio por meio de parafusos. Os conectores de anel partido so os mais utilizados na prtica. A parede do anel recebe os esforos da madeira por apoio desta na superfcie do entalhe. O anel trabalha, portanto, como um tarugo de forma especial.2.8.2 RESISTENCIA DE LIGAES COM CONECTOR DE ANELA fig. 4.25a) apresenta os diagramas de corpo livre das peas de maneira e do conector de anel em uma ligao a corte simples. Para a transferncia do esforo axial o conector se apoia na madeira entalhada. A madeira no interior de anel fica sujeita as tenses de compresso e de cisalhamento.A resistncia do conector pode ento ser determinada pelas resistncias, a compresso, ao cisalhamento da madeira, pode ser definido por:

Onde D= dimetro interno do conectort = profundidade de penetrao do anel na madeira. No caso de ligao de peas tracionadas em que a resistncia a compresso da madeira suficientemente grande, a resistncia ao cisalhamento da madeira no interior do anel atingida antes do estado limite ultimo.

2.9 LIGAOES POR ENTALHES 2.9.1 TIPOS DE LIGAES POR ENTALHEOs entalhes so ligaes em que a transmisso do esforo feita por apoio nas interfaces. Os encaixes devem ser executados com grande preciso, a fim de que as faces transmissoras de esforos fiquem em contato antes do carregamento. Havendo folgas, a ligao de deformar at que as faces se apiem efetivamente.2.10 LIGAES POR TARUGOS: Tarugos so peas de madeira dura, ou metlicascolocadas dentro de entalhes, com a finalidade de transmitir esforos. O equilbrio do Tarugo feito com tenses verticais de apoio, cujas resultantes so absorvidas pelos parafusos construtivos.2.11 LIGAES COM CHAPAS PRENSADASNas estruturas de trelias pr-fabricadas so comumente utilizadas chapas com dentes estampados ou providas de pregos, sendo que estas so prensadas junto s peas de madeira, originando uma ligao equivalente a talas de chapa metlica com mltiplos pregos. O fabricante deve garantir os valores da resistncia de clculo atribudos a estas chapas.A NBR 7190 apresenta os ensaios para estas ligaes com o objetivo de medir sua resistncia.2.12 TRAO PERPENDICULAR S FIBRAS EM LIGAESPara evitar a ruptura por trao normal s fibras nas ligaes com pinos, a condio que deve ser verificada :, com eA figura abaixo ilustra os parmetros desta equao.

2.13 DEFORMABILIDADE DAS LIGAES E ASSOCIAO DE CONECTORESAs ligaes com conectores metlicos (anel, pinos, parafuso, etc) apresenta um comportamento contrrio ao da ligao colada (muito rgida e flexvel). Um comparativo entre o conector de anel e o de parafuso observa-se que: no primeiro a rigidez mais elevada; j no segundo, a ligao apresenta uma deformao maior devido folga no furo.A NBR 7190 considera como rgidas as seguintes ligaes: com conector de anel; pregada ou com cavilhas; com mais de 4 parafusos. Alm disso, a norma no exige a verificao de deslocamentos em ligaes e limita implicitamente os deslocamentos nas ligaes com pinos metlicos em geral.

3. CONCLUSO Como j dito anteriormente execuo de grandes estruturas de madeira requer peas macias com dimenses que dificilmente so encontradas. Para viabilizao dessas estruturas, necessrio efetuar unies compatveis com as solicitaes mecnicas, oferecendo resistncia, durabilidade e segurana.Concluindo-se que h diversos tipos de elementos de ligao sendo que cada um faz parte de um ou mais tipos de ligao. Como cada elemento de ligao tem suas particularidades e resistncias, deve-se se atentar analisar a ligao de acordo com o elemento escolhido.

4. REFERNCIAS BIBLIOGRAFICAS

PFEIL, W. (2003). Estrutura de madeira. Livros Tcnicos e Cientficos Editora S.A.Rio de Janeiro._______.NBR 7190: Projeto de estruturas de madeira. Rio de Janeiro, 1997. 107 p.

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