Estruturas de Madeira - Ações e Segurança no Dimensionamento

1 AÇAILÂNDIA MA 2023 ESTRUTURAS DE MADEIRA I Prof Deckson Lacerda 2 SUMÁRIO 1 Ações e segurança nas estruturas 2 Propriedades da madeira consideradas no dimensionamento 3 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Ações nas estruturas Como já vimos em aulas anteriores as ações atuantes na estrutura podem ser Ações permanentes variáveis e excepcionais Nas cargas permanentes devido ao peso próprio e acessórios nas estruturas de madeira acrescentase 3 do peso próprio devido as peças metálicas das ligações Nas cargas acidentais considerase cargas de pessoas veículos mobílias vento e etc Elas que com exceção do vento são consideradas de longa duração 4 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS A ação do vento é considerada carga rápida curta duração agindo normalmente à superfícies de obstrução Nas estruturas de madeira para levar em conta a maior resistência à ação de cargas rápidas a ação do vento é multiplicada por 075 e considerada como de longa duração Carregamentos Formados pelas Ações nas Estruturas Carregamento Normal Um carregamento é normal quando inclui apenas as ações decorrentes do uso previsto para a construção é considerado de longa duração e deve ser verificado nos estados limites último e de utilização 5 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Como exemplo podemos citar a consideração do peso próprio e as ações acidentais A ação do vento pode ser considerada de longa duração desde que seja reduzida sua ação em 25 Carregamento Especial Neste carregamento estão incluídas as ações variáveis de natureza ou intensidade especiais superando os efeitos considerados para um carregamento normal Como exemplo o transporte de um equipamento especial sobre uma ponte que supere o carregamento do tremtipo considerado Este tipo de carregamento normalmente não se considera nos projetos usuais de estruturas de madeira 6 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Carregamento Excepcional Na existência de ações com efeitos catastróficos o carregamento é definido como excepcional e corresponde à classe de carregamento de duração instantânea Como exemplo temos a ação de um terremoto Este tipo de carregamento também normalmente não se considera nos projetos usuais de estruturas de madeira Carregamento de Construção Outro caso particular de carregamento é o de construção onde os procedimentos de construção podem levar a estados limites últimos como por exemplo o içamento de uma treliça 7 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Exemplo lançamento de um balanço progressivo em pontes de grandes vãos Caso em que normalmente não se considera usualmente nos projetos de estruturas de madeira Combinações das ações As ações que ocorrem nas estruturas devem ser combinadas através de coeficientes que levem a probabilidade de ocorrência simultânea de maneira a se estabelecer as situações mais críticas para a estrutura Ações Permanentes São consideradas em sua totalidade 8 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Ações Variáveis São consideradas apenas as parcelas que produzem efeitos desfavoráveis para a segurança Essas combinações dependem do tipo de ação e do estado limite considerado caracterizando três situações de projeto duradoura transitória e excepcional sendo nas estruturas de madeira usuais somente a situação de projeto duradoura As demais são raras e podem ser analisadas no item 53 da NBR 7190 1998 Situação de Projeto Duradoura Duração igual ao período de referência da estrutura Esta situação é considerada no projeto de todas as estruturas 9 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Devese fazer as verificações nos dois estados limites usuais conforme tabela abaixo Combinações para o Estado Limite Último coeficiente de majoração da carga permanente G valor característico da carga permanente Tabela 1 Combinações na verificação de situação de projeto duradoura Fonte NBR 7190 1998 apud Hortegal 10 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS coeficiente de majoração de carga variável Q1 valor da ação variável considerada como principal coeficiente de minoração para as ações variáveis secundárias valor da ação variável considerada como secundária Neste tipo de combinação uma das ações características variáveis é considerada como principal tendo o seu valor majorado pelo coeficiente γq e as demais são consideradas como secundárias e devem apresentarse com valor minorado pelo coeficiente ψ0i devido a baixa probabilidade de ocorrência simultânea Os coeficientes variam de acordo com o tipo de ação atuante na estrutura 11 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Tabela 2 Ações Permanentes de Pequena Variabilidade Fonte NBR 7190 1998 apud Hortegal Tabela 3 Ações Permanentes de Grande Variabilidade Fonte NBR 7190 1998 apud Hortegal 12 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Tabela 4 Ações Permanentes Indiretas Fonte NBR 7190 1998 apud Hortegal Tabela 5 Ações Variáveis Fonte NBR 7190 1998 apud Hortegal 13 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Tabela 6 Fatores de minoração Fonte NBR 7190 1998 apud Hortegal 14 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Tabela 7 Caracterização das ações Fonte NBR 7190 1998 apud Hortegal 15 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Combinações para o Estado Limite de Utilização As combinações de ações no estado limite de utilização correspondem ao tempo de duração ao qual a estrutura sofre com o carregamento Dessa maneira a NBR 7190 apresenta as seguintes classes de carregamento Tabela 8 Classe do carregamento e suas durações Fonte NBR 7190 1998 apud Hortegal 16 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS O estado limite de utilização usa combinações de longa duração com isso temos a seguinte fórmula j valor das ações permanentes j coeficiente de minoração para as ações variáveis j valor das ações variáveis valores de longa duração 17 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Exemplo 1 Considere um elemento estrutural de madeira para uma adutora solicitado às seguintes cargas Carga Permanente 1000 daN Vento 350 daN Ação da Água 1500 daN Efetuar a combinação das ações para o estado limite último e para o estado limite de utilização 18 PROPRIEDADES DA MADEIRA CONSIDERADAS NO DIMENSIONAMENTO Existem quatro propriedades que devem ser consideradas no dimensionamento estrutural das peças de madeira densidade resistência rigidez ou módulo de elasticidade e umidade Densidade A densidade da madeira serve para o cálculo do peso próprio da peça Esse cálculo pode ser realizado utilizandose o valor da densidade aparente na umidade de 12 Resistência A resistência pode ser obtida a partir de valores de resistências fornecidos pela norma brasileira de estruturas de madeira que apresentam as características de diversas espécies 19 PROPRIEDADES DA MADEIRA CONSIDERADAS NO DIMENSIONAMENTO Classes de Resistência e Propriedades da Madeira As classes de resistência das madeiras têm por objetivo o emprego de madeiras com propriedades padronizadas orientando a escolha do material para elaboração de projetos estruturais Quando não é possível especificar a espécie da madeira a classificação pelas classes de resistência tornase uma maneira mais prática para a determinação de suas características Essa classe pode ser obtida a partir da determinação da sua densidade aparente 20 PROPRIEDADES DA MADEIRA CONSIDERADAS NO DIMENSIONAMENTO Iremos ver as classes de resistência das coníferas e dicotiledôneas com as suas respectivas propriedades umidade 12 bem como uma tabela com as propriedades de algumas espécies específicas de madeira tendo como fonte a NBR 7190 1997 Tabela 9 Classes de resistência das coníferas Fonte NBR 7190 1997 apud Hortegal 21 PROPRIEDADES DA MADEIRA CONSIDERADAS NO DIMENSIONAMENTO Fc0k Resistência característica à compressão paralela às fibras Fvk Resistência característica ao cisalhamento Ec0m Módulo de elasticidade médio longitudinal ρbasm Densidade média ρaparente Densidade aparente Tabela 10 Classes de resistência das dicotiledôneas Fonte NBR 7190 1997 apud Hortegal 22 PROPRIEDADES DA MADEIRA CONSIDERADAS NO DIMENSIONAMENTO Tabela 11 Propriedades de algumas espécies de madeira 23 PROPRIEDADES DA MADEIRA CONSIDERADAS NO DIMENSIONAMENTO Fonte NBR 7190 1997 apud Hortegal 24 PROPRIEDADES DA MADEIRA CONSIDERADAS NO DIMENSIONAMENTO Módulo de elasticidade O módulo de elasticidade da madeira determina o seu comportamento na fase elásticolinear O módulo de elasticidade da madeira normal às fibras E90 pode ser determinado numericamente como sendo a vigésima parte do módulo de elasticidade da madeira paralela às fibras E0 25 PROPRIEDADES DA MADEIRA CONSIDERADAS NO DIMENSIONAMENTO Umidade As propriedades de resistência e elasticidade da madeira variam de acordo com a umidade apresentada pela peça Dessa maneira esses valores devem ser corrigidos em função das condições ambientais a uma umidade de 12 Para valores de resistência e elasticidade encontrados em laboratório em peças com umidade entre 10 U 20 podese fazer as correções a partir das seguintes expressões Resistência 26 PROPRIEDADES DA MADEIRA CONSIDERADAS NO DIMENSIONAMENTO Elasticidade De acordo com a NBR 7190 as classes de umidade são assim determinadas Tabela 12 Classes de umidade Fonte NBR 7190 1998 apud Hortegal 27 PROPRIEDADES DA MADEIRA CONSIDERADAS NO DIMENSIONAMENTO A correção relativa a resistência e elasticidade de peças a partir das classes de umidade serão consideradas pelo fator de correção Kmod2 onde a resistência característica deve ser multiplicada por este fator Determinação dos Valores das Propriedades para o Dimensionamento de Peças de Madeira A partir dos valores médios das propriedades apresentadas é possível a determinação dos seus valores característicos a partir da seguinte expressão Propriedade característica do material Média dos ensaios para a propriedade em estudo 28 PROPRIEDADES DA MADEIRA CONSIDERADAS NO DIMENSIONAMENTO A partir do valor característico determinase o valor de cálculo da propriedade a partir da expressão Valor de cálculo da propriedade em estudo Kmod coeficiente de modificação Rk propriedade característica do material yw coeficiente de minoração das propriedades da madeira 29 PROPRIEDADES DA MADEIRA CONSIDERADAS NO DIMENSIONAMENTO Coeficientes para a Determinação do Valor de Cálculo a Coeficiente de Modificação Kmod Tabela 13 Caracterização dos coeficientes de modificação Fonte Hortegal 30 PROPRIEDADES DA MADEIRA CONSIDERADAS NO DIMENSIONAMENTO Tabela 14 Caracterização dos coeficientes de modificação Kmod1 Fonte NBR 7190 1998 apud Hortegal Tabela 15 Valores de Kmod2 Fonte NBR 7190 1998 apud Hortegal 31 PROPRIEDADES DA MADEIRA CONSIDERADAS NO DIMENSIONAMENTO Obs1 Caso a madeira serrada seja utilizada submersa devese adotar Kmod2 065 Obs2 Nos casos de coníferas devese sempre adotar Kmod3 08 Tabela 16 Valores de Kmod3 Fonte NBR 7190 1998 apud Hortegal 32 PROPRIEDADES DA MADEIRA CONSIDERADAS NO DIMENSIONAMENTO bCoeficiente de Ponderação γw Para ESTADOS LIMITES ÚLTIMOS Para ESTADOS LIMITES DE UTILIZAÇÃO Valor básico γw 10 Tabela 17 Valores yw ou ym Fonte NBR 7190 1998 apud Hortegal 33 PROPRIEDADES DA MADEIRA CONSIDERADAS NO DIMENSIONAMENTO Madeira serrada os troncos são serrados por meio de serras especiais e divididos em diversas lâminas ou pranchas de acordo com a espessura desejada A madeira deve passar por processo de secagem adequado para evitar danos na estrutura como empenamentos e fendilhamentos Muito utilizada em treliças de cobertura incluindo terças ripas e caibros Figura 1 Peças de madeira serrada empilhadas Fonte httpoporticoblogspotcom201704osseis tiposmaiscomunsdemadeirashtml 34 PROPRIEDADES DA MADEIRA CONSIDERADAS NO DIMENSIONAMENTO Madeira compensada bastante utilizada em portas armários e divisórias É formada por meio da colagem de três ou mais camadas ou lâminas alternando a direção das fibras em ângulo de 90 Vale mencionar que num compensado o número de lâminas será ímpar 3 5 ou mais lâminas Figura 2 Placas de compensado pinus Fonte httpoporticoblogspotcom201704osseis tiposmaiscomunsdemadeirashtml 35 PROPRIEDADES DA MADEIRA CONSIDERADAS NO DIMENSIONAMENTO Madeira laminada e colada MLC fabricada por meio da colagem com adesivos e alta pressão de lâminas de madeira com fibras em direção paralela Tratase de um produto mais homogêneo que a madeira serrada pois não há a presença de nós indesejáveis o que permite formar peças de grande comprimento dentre elas vigas de seção retangular Seu preço entretanto é mais elevado Figura 3 Estrutura com MLC Fonte httpoporticoblogspotcom201704osseis tiposmaiscomunsdemadeirashtml 36 PROPRIEDADES DA MADEIRA CONSIDERADAS NO DIMENSIONAMENTO Madeira recomposta é um produto geralmente encontrado na forma de placas fabricado por meio de serragem e resíduos de madeira compensada convertidos em flocos e colados sob pressão No caso dos famosos painéis OSB Oriented Strand Board utilizamse pequenas lascas de madeira com as fibras orientadas e coladas sob alta temperatura O OSB possui reduzida massa específica tendo sua utilização voltada para almas de vigas I compostas revestimentos de piso e cobertura Figura 4 Ambientes com divisórias e decoração em painéis OSB Fonte httpoporticoblogspotcom201704osseis tiposmaiscomunsdemadeirashtml