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Engenharia Civil ·
Estruturas de Madeira
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1 AÇAILÂNDIA MA 2023 ESTRUTURAS DE MADEIRA I Prof Deckson Lacerda 2 SUMÁRIO 1 Características físicas da madeira 2 Produtos engenheirados 3 Ações e segurança nas estruturas 3 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DA MADEIRA Retração e Inchamento Devemos levar em consideração que a madeira é um material anisotrópico ou seja ela responde de maneira diferente ao mesmo tipo de solicitação dependendo do sentido dessa solicitação Isso se deve ao fato de que o seu crescimento é diferenciado em relação a três eixos perpendiculares entre si axial radial e tangencial As diferenças das propriedades nas direções radial e tangencial são relativamente menores quando comparadas com a direção axial 4 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DA MADEIRA Figura 1 Eixos principais da madeira em relação à direção das fibras Fonte Calil Junior 2000 apud Hortegal 5 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DA MADEIRA A diminuição da quantidade de água de impregnação aproximam as cadeias de celulose gerando a retração O aumento da quantidade dessa água afastam as cadeias de celulose que geram dessa maneira o inchamento O comportamento anisotrópico da madeira também pode ser observado em relação à retração que ocorre em porcentagens diferentes nas direções tangencial radial e axial Isso explica a maior parte dos defeitos que ocorrem com a secagem da madeira tais como as rachaduras e empenamentos que surgem a partir das diferenças de tensões oriundas da retração nos sentidos analisados 6 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DA MADEIRA A retração tangencial apresenta valor de até 10 de variação dimensional podendo gerar problemas de torção nas peças de madeira Já a retração radial com 6 de variação dimensional pode apresentar problemas de rachaduras enquanto que a retração axial apresenta valor de 05 de variação dimensional Para o cálculo das porcentagens de retração as dimensões iniciais se referem à amostra com umidade igual ou superior ao PS No caso do inchamento as porcentagens são calculadas com base nas dimensões das amostras secas 7 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DA MADEIRA Podemos observar na figura 2 que variações de umidade acima do ponto de saturação 33 não acarretam retrações nas peças Fato este também observado em relação ao fenômeno do inchamento Figura 2 Retração da madeira Fonte Calil Junior 2000 apud Hortegal 8 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DA MADEIRA A NBR 71901997 indica a fórmula abaixo para a determinação da porcentagem de retração total ou deformações específicas de retração Sendo Rn Porcentagem de retração na direção considerada Dn Dimensão na direção considerada da madeira com U de teor de umidade Do Dimensão na direção considerada da madeira seca em estufa 9 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DA MADEIRA A NBR 71901997 indica a fórmula abaixo para a determinação da porcentagem de inchamento total ou deformações específicas de inchamento I Sendo Rn Porcentagem de inchamento na direção considerada Dn Dimensão na direção considerada da madeira com U de teor de umidade Do Dimensão na direção considerada da madeira seca em estufa 10 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DA MADEIRA As peculiaridades anatômicas da madeira que levam em consideração as três direções principais requerem que a condução do processo de saída da água isto é que o processo de secagem seja cuidadosamente conduzido O mesmo pode ser dito a respeito do armazenamento do material já processado Deficiências na condução da secagem ou cuidados insuficientes no armazenamento das peças serradas provocam uma série de defeitos que restringem ou até mesmo inviabilizam o aproveitamento estrutural de tais peças 11 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DA MADEIRA Figura 3 Encanoamento Fonte Calil Junior 2000 apud Hortegal Figura 4 Encurvamento Fonte Calil Junior 2000 apud Hortegal Figura 6 Arqueamento Fonte Calil Junior 2000 apud Hortegal Figura 5 Torcimento Fonte Calil Junior 2000 apud Hortegal 12 PRODUTOS ENGENHEIRADOS O que é uma madeira engenheirada A madeira engenheirada é aquela que é processada industrialmente para otimizar o seu desempenho para uso na Construção Civil Ou seja a madeira é engenheirada passa por engenharia e processos sendo transformada de matériaprima com imperfeições naturais para um material fabricado de excelente propriedade construtiva Atualmente o mundo da construção civil e da arquitetura tem falado bastante sobre essa tecnologia construtiva que é inovadora préfabricada e sustentável E onde ela surgiu 13 PRODUTOS ENGENHEIRADOS Essa nova tecnologia surgiu na Europa aproximadamente há 33 anos e só foi conhecida mundialmente nos últimos anos Recentemente os Estados Unidos e Canadá passaram a utilizála em construções surpreendentes mas no Brasil o termo é ainda pouco conhecido Essa madeira pode passar por uma variedade de processos industriais resultando em diferentes tipos de madeira engenheirada Os mais conhecidos para a Construção Civil é a CLT sigla para madeira laminada cruzada Cross Laminated Timber em inglês e a MLC sigla para madeira lamelada colada Glue Laminated Timber ou Glulam em inglês 14 PRODUTOS ENGENHEIRADOS Figura 7 Madeira engenheirada Fonte httpsctecombrbloginovacaotecnologiamadeira engenheiradavoceconheceessanovatecnologia construtiva 15 PRODUTOS ENGENHEIRADOS O CLT é um painel estrutural composto de no mínimo três camadas de tábuas de madeira empilhadas de forma perpendicular à camada imediatamente inferior e coladas normalmente nas faces largas É empregado na fabricação de painéis de grandes dimensões para a utilização em paredes e lajes Já o MLC é constituída por lâminas de madeira coladas umas às outras e dispostas com as fibras paralelas ao eixo longitudinal dessa peça sendo utilizado principalmente em vigas e colunas A diferença entre as duas é que na CLT as fibras da madeira ficam perpendiculares umas às outras enquanto na MLC ficam em paralelo 16 PRODUTOS ENGENHEIRADOS Vantagens Versatilidade uma característica que chama atenção dos arquitetos em relação à madeira é a versatilidade quando comparada com o aço e o concreto Por apresentar propriedades que permitem a fácil manipulação do material alcançase mais liberdade criativa em desenhos e formas para os projetos de arquitetura Construtibilidade outro fato importante a se considerar é que a construção em madeira é seca e possui 15 do peso do concreto Isso facilita no içamento de peças e torna a construção muito mais ágil e limpa 17 PRODUTOS ENGENHEIRADOS Sustentabilidade o aspecto no entanto que distingue a madeira dos demais materiais é o fato de ela ser uma matériaprima renovável e de produção sustentada nas florestas brasileiras nativas ou plantadas Além disso a madeira captura gás carbônico ao invés de emitilo como os outros materiais É imprescindível que toda extração seja legal certificada e respeite o ecossistema local somente dessa forma podemos dizer que a produção de madeira é sustentável E uma das primeiras obras comerciais utilizando a madeira engenheirada no Brasil foi na cidade de São Paulo que utilizou madeira colada engenheirada em sua estrutura 18 PRODUTOS ENGENHEIRADOS Figura 8 Prédio comercial com madeira engenheirada Fonte httpscelerececombrtendenciasmadeiraengenheirada 19 PRODUTOS ENGENHEIRADOS Figura 9 Prédio comercial com madeira engenheirada Fonte httpscelerececombrtendenciasmadeiraengenheirada 20 PRODUTOS ENGENHEIRADOS Figura 10 Casa residencial com madeira engenheirada Fonte httpscelerececombrtendenciasmadeiraengenheirada 21 PRODUTOS ENGENHEIRADOS Figura 11 SRBank na Noruega Fonte httpscasaabrilcombrarquiteturae construcaovantagensdamadeira engenheirada Fonte httpscasaabrilcombrarquiteturae construcaovantagensdamadeira engenheirada Figura 12 Casa LG ThinQ 22 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Quais são os objetivos de um projeto estrutural Garantir a segurança da estrutura evitandose o seu colapso Garantir o bom desempenho da estrutura evitando por exemplo a ocorrência de grandes deslocamentos vibrações e danos localizados à estrutura e seus acessórios Historicamente as normas para o projeto de estruturas de madeira utilizavam para garantia de segurança critérios baseados no método das tensões admissíveis passando gradativamente a adotar critérios baseados no método dos estados limites No Brasil este avanço se deu com a publicação da NBR 719097 que substituiu a NBR 719082 A nova norma foi calibrada de maneira que conduzia de início aos mesmos resultados que a versão anterior 23 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Método das tensões admissíveis O dimensionamento utilizando tensões admissíveis se originou no desenvolvimento da resistência dos materiais em regime elástico Neste método o dimensionamento é considerado satisfatório quando a máxima tensão solicitante σmáx em cada seção é inferior a uma tensão resistente característica frk reduzida por um coeficiente de segurança y Onde σ é a tensão admissível Os esforços solicitantes momento fletor esforço normal e etc a partir dos quais se calcula a tensão são obtidos através da análise em regime elástico da estrutura para as cargas em serviço 24 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS O coeficiente de segurança traduz o conhecimento de que existem diversas fontes de incertezas tais como característica mecânica dos materiais imperfeições na execução e etc Além das verificações de resistência são também necessárias verificações quanto à possibilidade de excessivas deformações sob cargas em serviço Esse método possui uma limitação importante tal como utilizase de um único coeficiente de segurança para expressar todas as incertezas Esta limitação fica superada quando se adota outro método de cálculo no caso o método dos estados limites 25 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Método dos estados limites Toda estrutura deve ser projetada e construída de modo a satisfazer aos seguintes requisitos básicos de segurança Com probabilidade aceitável ela deve permanecer adequada ao uso previsto tendose em vista o custo de construção admitido e o prazo de referência da duração esperada Com apropriado grau de confiabilidade ela deve suportar todas as ações e outras influências que podem agir durante a construção e durante a sua utilização a um custo razoável de manutenção Para atender a estes requisitos básicos de segurança as estruturas de madeira são projetadas atendendo a exigência de trabalharem aquém de seus estados limites Entendendose por estados limites as situações às quais a estrutura apresenta desempenhos inadequados às finalidades da construção 26 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Os estados limites podem ser ÚLTIMOS e de UTILIZAÇÃO Estados limites últimos a garantia de segurança no método dos estados limites é traduzida pela equação de conformidade para cada seção da estrutura Onde a solicitação de projeto Sd o índice d provém da palavra inglesa design é menor que a resistência de projeto Rd A solicitação de projeto Sd ou solicitação de cálculo é obtida a partir de uma combinação de cargas Fi cada uma majorada pelo coeficiente yfi A resistência última Ru é minorada pelo coeficiente para compor a resistência de projeto 27 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Os coeficientes yfi de majoração das cargas ou ações e Ø de redução da resistência interna refletem as variabilidades dos valores característicos dos diversos carregamentos e das características mecânicas do material Tratase de um método que considera as incertezas de forma mais racional do que o método das tensões admissíveis Na formulação deste método semiprobabilístico a solicitação S e a resistência R são tomadas como variáveis aleatórias com distribuições normais de probabilidades As ações cargas e deformações impostas a uma estrutura são classificadas de acordo com a taxa de variação de seus valores ao longo do tempo 28 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Ações permanentes são oriundas do peso próprio dos elementos da estrutura e dos equipamentos fixos vinculados à estrutura possui pequena variação Ações variáveis são as cargas acidentais da construção elas incluem efeitos do vento variações de temperatura pressões hidrostáticas e hidrodinâmicas dentre outras Elas podem ser normais com grande probabilidade de ocorrência e devendo ser obrigatoriamente consideradas no projeto e especiais que devem ser definidas para situações específicas possui grande variação Ações excepcionais são as decorrentes de causas tais como explosões choques de veículos incêndios enchentes ou sismos 29 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS As cargas a serem utilizados no cálculo das estruturas podem ser obtidos por dois processos Critério estatístico adotandose valores característicos Fk isto é valores de ações que correspondam a uma certa probabilidade de serem excedidos no decorrer da vida útil da estrutura Critério determinístico ou fixação arbitrária dos valores de cálculo Em geral escolhemse valores cujas solicitações representam as solicitações produzidas pelas cargas atuantes Em face das dificuldades em se aplicar um tratamento estatístico para as cargas as normas muitas vezes fixam arbitrariamente os valores a adotar no projeto das estruturas 30 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS As normas brasileiras que se ocupam das cargas sobre as estruturas são NBR 6120 Cargas para o cálculo de estruturas de edificações NBR 6123 Forças devidas ao vento em edificações NBR 7189 Cargas móveis para projeto estrutural de obras ferroviárias NBR 7188 Carga móvel em ponte rodoviária e passarela de pedestres Os esforços solicitantes esforço normal momento fletor e outros oriundos de ações estáticas ou quaseestáticas e que atuam nas diversas seções de uma estrutura podem ser calculados por dois processos Análise estática linear na qual se admite a presença de pequenas deformações e deslocamentos e o comportamento linear elástico do material lei de hooke 31 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Análise estática nãolinear na qual o equilíbrio é considerado nas configurações deformadas da estrutura A nãolinearidade geométrica é causada por grandes deslocamentos e a física ocorre quando o material possui um diagrama tensãodeformação nãolinear O cálculo das solicitações pela análise nãolinear apresenta melhor coerência com o dimensionamento das seções no estado limite último Na prática profissional entretanto o cálculo elástico linear dos esforços solicitantes é o mais utilizado tendo em vista sua maior simplicidade A Norma Brasileira NBR 8681 da ABNT Ações e Segurança nas Estruturas fixa os critérios de segurança no contexto do método dos estados limites a serem adotados nos projetos de estruturas constituídas de quaisquer dos materiais usuais na construção civil 32 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS As solicitações de projeto Sd podem ser representadas como combinações de solicitações S devidas às ações Fik pela expressão coeficiente ligado à dispersão das ações transforma os valores característicos das ações Fk correspondentes à probabilidade de 5 de ultrapassagem em valores extremos de menor probabilidade de ocorrência tem um valor da ordem de 115 para cargas permanentes e 130 para cargas variáveis coeficiente de combinação de ações coeficiente relacionado com tolerância de execução aproximações de projeto diferenças entre esquemas de cálculo e o sistema real e etc e corresponde a 115 33 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS A fórmula anterior pode ser simplificada fazendo yf1 x yf3 yf e afetando cada solicitação de um fator de combinação Ψ0 equivalente ao coeficiente yf2 Com isso se obtém para combinações normais e aquelas referentes a situações provisórias de construção G carga permanente Q1 ação variável de base para a combinação estudada ação variável usada em combinação com a ação de base coeficiente de majoração da carga permanente 34 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS coeficiente de majoração de carga variável é o fator de combinação que reduz as ações variáveis para considerar a baixa probabilidade de ocorrência simultânea de ações de distintas naturezas com seus valores característicos fator de combinação de ações no estado limite de projeto As solicitações de projeto Sd podem ser representadas como combinações de solicitações S devidas às ações Fik pela expressão 35 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS coeficiente ligado à dispersão das ações transforma os valores característicos das ações Fk correspondentes à probabilidade de 5 de ultrapassagem em valores extremos de menor probabilidade de ocorrência tem um valor da ordem de 115 para cargas permanentes e 130 para cargas variáveis coeficiente de combinação de ações coeficiente relacionado com tolerância de execução aproximações de projeto diferenças entre esquemas de cálculo e o sistema real e etc e corresponde a 115 36 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS A fórmula anterior pode ser simplificada fazendo yf1 x yf3 yf e afetando cada solicitação de um fator de combinação Ψ0 equivalente ao coeficiente yf2 Com isso se obtém para combinações normais e aquelas referentes a situações provisórias de construção G carga permanente Q1 ação variável de base para a combinação estudada ação variável usada em combinação com a ação de base coeficiente de majoração da carga permanente 37 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS coeficiente de majoração de carga variável fator de combinação de ações no estado limite de projeto Em cada combinação de ações admitese uma ação variável Q1 como sendo dominante e atuando com seu valor característico em algum instante da vida útil da estrutura As outras ações variáveis Qi que podem ocorrer simultaneamente a Q1 são consideradas com valores inferiores a seus correspondentes valores característicos através da multiplicação pelo fator As ações excepcionais E tais como explosões choques de veículos efeitos sísmicos e etc são combinadas com outras ações de acordo com a equação 38 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Denominamse esforços resistentes em uma dada seção de estrutura as resultantes das tensões internas no estado limite último na seção considerada A resistência da peça ao colapso denominase resistência última Ru sendo dada por valores característicos isto é valores mínimos estatísticos definidos por uma probabilidade prefixada 5 de um valor experimental ficar abaixo do valor adotado no projeto A resistência de cálculo ou de projeto Rd é calculada a partir da resistência última dividida pelo coeficiente ym 39 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS A resistência de cálculo ou de projeto Rd é calculada a partir da resistência última dividida pelo coeficiente ym O coeficiente ym reflete o fato de que a resistência da peça pode ser inferior ao valor adotado em análise Os valores numéricos de ym dependem do tipo de solicitação considerada Nos projetos em geral usase em vez da resistência última Ru a resistência nominal característica Rk baseada nos parâmetros de resistência especificados para os materiais 40 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Kmod é o coeficiente de modificação que leva em conta fatores não previstos por γw tais como classe de carregamento classe da madeira classe de umidade etc Valor obtido a partir das Tabelas 1 2 e 3 Rk é a resistência característica do ensaio E pode ser obtida pelas seguintes equações ou Rm é a resistência média da população ensaiada em laboratórios idôneos δ é o coeficiente de variação das resistências adotado usualmente em 018 podendo adquirir valor de 015 caso os ensaios sejam mais qualificados proporcionando neste caso uma exigência maior do material 41 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Ym é coeficiente de minoração das resistências do material constituído pelo produto de três outros coeficientes parciais tal que onde γm1 leva em conta a verdadeira variabilidade da resistência dentro de lotes homogêneos γm2 leva em conta as diferenças entre o material da estrutura e o material do corpodeprova de controle γm3 leva em conta outras causas de diminuição da resistência tais como os defeitos localizados e imprecisões das hipóteses de cálculo dos métodos de avaliação da resistência das peças estruturais Os valores de γm já são tabelados de acordo com o estado limite considerado e a solicitação sofrida pela peça 42 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS O kmod é constituído pelo produto de três outros coeficientes parciais tal que Tabela 1 Valores de Kmod1 Fonte NBR 7190 1998 apud Hortegal 43 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Tabela 2 Valores de Kmod2 Fonte NBR 7190 1998 apud Hortegal Tabela 3 Valores de Kmod3 Fonte NBR 7190 1998 apud Hortegal 44 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Tabela 4 Valores yw ou ym Fonte NBR 7190 1998 apud Hortegal Fonte NBR 7190 1998 apud Hortegal Tabela 5 Classes de umidade 45 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Exemplo 1 Determinar os valores de cálculo para a resistência à compressão paralela às fibras fc0d e ao cisalhamento fv0d para a espécie Eucalipto Citriodora com base nos resultados fornecidos na Tabela 1 do anexo E da NBR 719098 Considerar madeira serrada de segunda categoria classe de umidade 2 e carregamento de longa duração Exemplo 2 Determinar os valores de cálculo para a resistência à compressão paralela às fibras fcod e ao cisalhamento fvod para a espécie Eucaliptus maidene Considerar madeira serrada de segunda categoria umidade ambiente em 65 e carregamento permanente
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1 AÇAILÂNDIA MA 2023 ESTRUTURAS DE MADEIRA I Prof Deckson Lacerda 2 SUMÁRIO 1 Características físicas da madeira 2 Produtos engenheirados 3 Ações e segurança nas estruturas 3 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DA MADEIRA Retração e Inchamento Devemos levar em consideração que a madeira é um material anisotrópico ou seja ela responde de maneira diferente ao mesmo tipo de solicitação dependendo do sentido dessa solicitação Isso se deve ao fato de que o seu crescimento é diferenciado em relação a três eixos perpendiculares entre si axial radial e tangencial As diferenças das propriedades nas direções radial e tangencial são relativamente menores quando comparadas com a direção axial 4 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DA MADEIRA Figura 1 Eixos principais da madeira em relação à direção das fibras Fonte Calil Junior 2000 apud Hortegal 5 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DA MADEIRA A diminuição da quantidade de água de impregnação aproximam as cadeias de celulose gerando a retração O aumento da quantidade dessa água afastam as cadeias de celulose que geram dessa maneira o inchamento O comportamento anisotrópico da madeira também pode ser observado em relação à retração que ocorre em porcentagens diferentes nas direções tangencial radial e axial Isso explica a maior parte dos defeitos que ocorrem com a secagem da madeira tais como as rachaduras e empenamentos que surgem a partir das diferenças de tensões oriundas da retração nos sentidos analisados 6 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DA MADEIRA A retração tangencial apresenta valor de até 10 de variação dimensional podendo gerar problemas de torção nas peças de madeira Já a retração radial com 6 de variação dimensional pode apresentar problemas de rachaduras enquanto que a retração axial apresenta valor de 05 de variação dimensional Para o cálculo das porcentagens de retração as dimensões iniciais se referem à amostra com umidade igual ou superior ao PS No caso do inchamento as porcentagens são calculadas com base nas dimensões das amostras secas 7 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DA MADEIRA Podemos observar na figura 2 que variações de umidade acima do ponto de saturação 33 não acarretam retrações nas peças Fato este também observado em relação ao fenômeno do inchamento Figura 2 Retração da madeira Fonte Calil Junior 2000 apud Hortegal 8 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DA MADEIRA A NBR 71901997 indica a fórmula abaixo para a determinação da porcentagem de retração total ou deformações específicas de retração Sendo Rn Porcentagem de retração na direção considerada Dn Dimensão na direção considerada da madeira com U de teor de umidade Do Dimensão na direção considerada da madeira seca em estufa 9 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DA MADEIRA A NBR 71901997 indica a fórmula abaixo para a determinação da porcentagem de inchamento total ou deformações específicas de inchamento I Sendo Rn Porcentagem de inchamento na direção considerada Dn Dimensão na direção considerada da madeira com U de teor de umidade Do Dimensão na direção considerada da madeira seca em estufa 10 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DA MADEIRA As peculiaridades anatômicas da madeira que levam em consideração as três direções principais requerem que a condução do processo de saída da água isto é que o processo de secagem seja cuidadosamente conduzido O mesmo pode ser dito a respeito do armazenamento do material já processado Deficiências na condução da secagem ou cuidados insuficientes no armazenamento das peças serradas provocam uma série de defeitos que restringem ou até mesmo inviabilizam o aproveitamento estrutural de tais peças 11 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DA MADEIRA Figura 3 Encanoamento Fonte Calil Junior 2000 apud Hortegal Figura 4 Encurvamento Fonte Calil Junior 2000 apud Hortegal Figura 6 Arqueamento Fonte Calil Junior 2000 apud Hortegal Figura 5 Torcimento Fonte Calil Junior 2000 apud Hortegal 12 PRODUTOS ENGENHEIRADOS O que é uma madeira engenheirada A madeira engenheirada é aquela que é processada industrialmente para otimizar o seu desempenho para uso na Construção Civil Ou seja a madeira é engenheirada passa por engenharia e processos sendo transformada de matériaprima com imperfeições naturais para um material fabricado de excelente propriedade construtiva Atualmente o mundo da construção civil e da arquitetura tem falado bastante sobre essa tecnologia construtiva que é inovadora préfabricada e sustentável E onde ela surgiu 13 PRODUTOS ENGENHEIRADOS Essa nova tecnologia surgiu na Europa aproximadamente há 33 anos e só foi conhecida mundialmente nos últimos anos Recentemente os Estados Unidos e Canadá passaram a utilizála em construções surpreendentes mas no Brasil o termo é ainda pouco conhecido Essa madeira pode passar por uma variedade de processos industriais resultando em diferentes tipos de madeira engenheirada Os mais conhecidos para a Construção Civil é a CLT sigla para madeira laminada cruzada Cross Laminated Timber em inglês e a MLC sigla para madeira lamelada colada Glue Laminated Timber ou Glulam em inglês 14 PRODUTOS ENGENHEIRADOS Figura 7 Madeira engenheirada Fonte httpsctecombrbloginovacaotecnologiamadeira engenheiradavoceconheceessanovatecnologia construtiva 15 PRODUTOS ENGENHEIRADOS O CLT é um painel estrutural composto de no mínimo três camadas de tábuas de madeira empilhadas de forma perpendicular à camada imediatamente inferior e coladas normalmente nas faces largas É empregado na fabricação de painéis de grandes dimensões para a utilização em paredes e lajes Já o MLC é constituída por lâminas de madeira coladas umas às outras e dispostas com as fibras paralelas ao eixo longitudinal dessa peça sendo utilizado principalmente em vigas e colunas A diferença entre as duas é que na CLT as fibras da madeira ficam perpendiculares umas às outras enquanto na MLC ficam em paralelo 16 PRODUTOS ENGENHEIRADOS Vantagens Versatilidade uma característica que chama atenção dos arquitetos em relação à madeira é a versatilidade quando comparada com o aço e o concreto Por apresentar propriedades que permitem a fácil manipulação do material alcançase mais liberdade criativa em desenhos e formas para os projetos de arquitetura Construtibilidade outro fato importante a se considerar é que a construção em madeira é seca e possui 15 do peso do concreto Isso facilita no içamento de peças e torna a construção muito mais ágil e limpa 17 PRODUTOS ENGENHEIRADOS Sustentabilidade o aspecto no entanto que distingue a madeira dos demais materiais é o fato de ela ser uma matériaprima renovável e de produção sustentada nas florestas brasileiras nativas ou plantadas Além disso a madeira captura gás carbônico ao invés de emitilo como os outros materiais É imprescindível que toda extração seja legal certificada e respeite o ecossistema local somente dessa forma podemos dizer que a produção de madeira é sustentável E uma das primeiras obras comerciais utilizando a madeira engenheirada no Brasil foi na cidade de São Paulo que utilizou madeira colada engenheirada em sua estrutura 18 PRODUTOS ENGENHEIRADOS Figura 8 Prédio comercial com madeira engenheirada Fonte httpscelerececombrtendenciasmadeiraengenheirada 19 PRODUTOS ENGENHEIRADOS Figura 9 Prédio comercial com madeira engenheirada Fonte httpscelerececombrtendenciasmadeiraengenheirada 20 PRODUTOS ENGENHEIRADOS Figura 10 Casa residencial com madeira engenheirada Fonte httpscelerececombrtendenciasmadeiraengenheirada 21 PRODUTOS ENGENHEIRADOS Figura 11 SRBank na Noruega Fonte httpscasaabrilcombrarquiteturae construcaovantagensdamadeira engenheirada Fonte httpscasaabrilcombrarquiteturae construcaovantagensdamadeira engenheirada Figura 12 Casa LG ThinQ 22 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Quais são os objetivos de um projeto estrutural Garantir a segurança da estrutura evitandose o seu colapso Garantir o bom desempenho da estrutura evitando por exemplo a ocorrência de grandes deslocamentos vibrações e danos localizados à estrutura e seus acessórios Historicamente as normas para o projeto de estruturas de madeira utilizavam para garantia de segurança critérios baseados no método das tensões admissíveis passando gradativamente a adotar critérios baseados no método dos estados limites No Brasil este avanço se deu com a publicação da NBR 719097 que substituiu a NBR 719082 A nova norma foi calibrada de maneira que conduzia de início aos mesmos resultados que a versão anterior 23 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Método das tensões admissíveis O dimensionamento utilizando tensões admissíveis se originou no desenvolvimento da resistência dos materiais em regime elástico Neste método o dimensionamento é considerado satisfatório quando a máxima tensão solicitante σmáx em cada seção é inferior a uma tensão resistente característica frk reduzida por um coeficiente de segurança y Onde σ é a tensão admissível Os esforços solicitantes momento fletor esforço normal e etc a partir dos quais se calcula a tensão são obtidos através da análise em regime elástico da estrutura para as cargas em serviço 24 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS O coeficiente de segurança traduz o conhecimento de que existem diversas fontes de incertezas tais como característica mecânica dos materiais imperfeições na execução e etc Além das verificações de resistência são também necessárias verificações quanto à possibilidade de excessivas deformações sob cargas em serviço Esse método possui uma limitação importante tal como utilizase de um único coeficiente de segurança para expressar todas as incertezas Esta limitação fica superada quando se adota outro método de cálculo no caso o método dos estados limites 25 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Método dos estados limites Toda estrutura deve ser projetada e construída de modo a satisfazer aos seguintes requisitos básicos de segurança Com probabilidade aceitável ela deve permanecer adequada ao uso previsto tendose em vista o custo de construção admitido e o prazo de referência da duração esperada Com apropriado grau de confiabilidade ela deve suportar todas as ações e outras influências que podem agir durante a construção e durante a sua utilização a um custo razoável de manutenção Para atender a estes requisitos básicos de segurança as estruturas de madeira são projetadas atendendo a exigência de trabalharem aquém de seus estados limites Entendendose por estados limites as situações às quais a estrutura apresenta desempenhos inadequados às finalidades da construção 26 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Os estados limites podem ser ÚLTIMOS e de UTILIZAÇÃO Estados limites últimos a garantia de segurança no método dos estados limites é traduzida pela equação de conformidade para cada seção da estrutura Onde a solicitação de projeto Sd o índice d provém da palavra inglesa design é menor que a resistência de projeto Rd A solicitação de projeto Sd ou solicitação de cálculo é obtida a partir de uma combinação de cargas Fi cada uma majorada pelo coeficiente yfi A resistência última Ru é minorada pelo coeficiente para compor a resistência de projeto 27 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Os coeficientes yfi de majoração das cargas ou ações e Ø de redução da resistência interna refletem as variabilidades dos valores característicos dos diversos carregamentos e das características mecânicas do material Tratase de um método que considera as incertezas de forma mais racional do que o método das tensões admissíveis Na formulação deste método semiprobabilístico a solicitação S e a resistência R são tomadas como variáveis aleatórias com distribuições normais de probabilidades As ações cargas e deformações impostas a uma estrutura são classificadas de acordo com a taxa de variação de seus valores ao longo do tempo 28 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Ações permanentes são oriundas do peso próprio dos elementos da estrutura e dos equipamentos fixos vinculados à estrutura possui pequena variação Ações variáveis são as cargas acidentais da construção elas incluem efeitos do vento variações de temperatura pressões hidrostáticas e hidrodinâmicas dentre outras Elas podem ser normais com grande probabilidade de ocorrência e devendo ser obrigatoriamente consideradas no projeto e especiais que devem ser definidas para situações específicas possui grande variação Ações excepcionais são as decorrentes de causas tais como explosões choques de veículos incêndios enchentes ou sismos 29 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS As cargas a serem utilizados no cálculo das estruturas podem ser obtidos por dois processos Critério estatístico adotandose valores característicos Fk isto é valores de ações que correspondam a uma certa probabilidade de serem excedidos no decorrer da vida útil da estrutura Critério determinístico ou fixação arbitrária dos valores de cálculo Em geral escolhemse valores cujas solicitações representam as solicitações produzidas pelas cargas atuantes Em face das dificuldades em se aplicar um tratamento estatístico para as cargas as normas muitas vezes fixam arbitrariamente os valores a adotar no projeto das estruturas 30 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS As normas brasileiras que se ocupam das cargas sobre as estruturas são NBR 6120 Cargas para o cálculo de estruturas de edificações NBR 6123 Forças devidas ao vento em edificações NBR 7189 Cargas móveis para projeto estrutural de obras ferroviárias NBR 7188 Carga móvel em ponte rodoviária e passarela de pedestres Os esforços solicitantes esforço normal momento fletor e outros oriundos de ações estáticas ou quaseestáticas e que atuam nas diversas seções de uma estrutura podem ser calculados por dois processos Análise estática linear na qual se admite a presença de pequenas deformações e deslocamentos e o comportamento linear elástico do material lei de hooke 31 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Análise estática nãolinear na qual o equilíbrio é considerado nas configurações deformadas da estrutura A nãolinearidade geométrica é causada por grandes deslocamentos e a física ocorre quando o material possui um diagrama tensãodeformação nãolinear O cálculo das solicitações pela análise nãolinear apresenta melhor coerência com o dimensionamento das seções no estado limite último Na prática profissional entretanto o cálculo elástico linear dos esforços solicitantes é o mais utilizado tendo em vista sua maior simplicidade A Norma Brasileira NBR 8681 da ABNT Ações e Segurança nas Estruturas fixa os critérios de segurança no contexto do método dos estados limites a serem adotados nos projetos de estruturas constituídas de quaisquer dos materiais usuais na construção civil 32 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS As solicitações de projeto Sd podem ser representadas como combinações de solicitações S devidas às ações Fik pela expressão coeficiente ligado à dispersão das ações transforma os valores característicos das ações Fk correspondentes à probabilidade de 5 de ultrapassagem em valores extremos de menor probabilidade de ocorrência tem um valor da ordem de 115 para cargas permanentes e 130 para cargas variáveis coeficiente de combinação de ações coeficiente relacionado com tolerância de execução aproximações de projeto diferenças entre esquemas de cálculo e o sistema real e etc e corresponde a 115 33 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS A fórmula anterior pode ser simplificada fazendo yf1 x yf3 yf e afetando cada solicitação de um fator de combinação Ψ0 equivalente ao coeficiente yf2 Com isso se obtém para combinações normais e aquelas referentes a situações provisórias de construção G carga permanente Q1 ação variável de base para a combinação estudada ação variável usada em combinação com a ação de base coeficiente de majoração da carga permanente 34 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS coeficiente de majoração de carga variável é o fator de combinação que reduz as ações variáveis para considerar a baixa probabilidade de ocorrência simultânea de ações de distintas naturezas com seus valores característicos fator de combinação de ações no estado limite de projeto As solicitações de projeto Sd podem ser representadas como combinações de solicitações S devidas às ações Fik pela expressão 35 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS coeficiente ligado à dispersão das ações transforma os valores característicos das ações Fk correspondentes à probabilidade de 5 de ultrapassagem em valores extremos de menor probabilidade de ocorrência tem um valor da ordem de 115 para cargas permanentes e 130 para cargas variáveis coeficiente de combinação de ações coeficiente relacionado com tolerância de execução aproximações de projeto diferenças entre esquemas de cálculo e o sistema real e etc e corresponde a 115 36 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS A fórmula anterior pode ser simplificada fazendo yf1 x yf3 yf e afetando cada solicitação de um fator de combinação Ψ0 equivalente ao coeficiente yf2 Com isso se obtém para combinações normais e aquelas referentes a situações provisórias de construção G carga permanente Q1 ação variável de base para a combinação estudada ação variável usada em combinação com a ação de base coeficiente de majoração da carga permanente 37 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS coeficiente de majoração de carga variável fator de combinação de ações no estado limite de projeto Em cada combinação de ações admitese uma ação variável Q1 como sendo dominante e atuando com seu valor característico em algum instante da vida útil da estrutura As outras ações variáveis Qi que podem ocorrer simultaneamente a Q1 são consideradas com valores inferiores a seus correspondentes valores característicos através da multiplicação pelo fator As ações excepcionais E tais como explosões choques de veículos efeitos sísmicos e etc são combinadas com outras ações de acordo com a equação 38 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Denominamse esforços resistentes em uma dada seção de estrutura as resultantes das tensões internas no estado limite último na seção considerada A resistência da peça ao colapso denominase resistência última Ru sendo dada por valores característicos isto é valores mínimos estatísticos definidos por uma probabilidade prefixada 5 de um valor experimental ficar abaixo do valor adotado no projeto A resistência de cálculo ou de projeto Rd é calculada a partir da resistência última dividida pelo coeficiente ym 39 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS A resistência de cálculo ou de projeto Rd é calculada a partir da resistência última dividida pelo coeficiente ym O coeficiente ym reflete o fato de que a resistência da peça pode ser inferior ao valor adotado em análise Os valores numéricos de ym dependem do tipo de solicitação considerada Nos projetos em geral usase em vez da resistência última Ru a resistência nominal característica Rk baseada nos parâmetros de resistência especificados para os materiais 40 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Kmod é o coeficiente de modificação que leva em conta fatores não previstos por γw tais como classe de carregamento classe da madeira classe de umidade etc Valor obtido a partir das Tabelas 1 2 e 3 Rk é a resistência característica do ensaio E pode ser obtida pelas seguintes equações ou Rm é a resistência média da população ensaiada em laboratórios idôneos δ é o coeficiente de variação das resistências adotado usualmente em 018 podendo adquirir valor de 015 caso os ensaios sejam mais qualificados proporcionando neste caso uma exigência maior do material 41 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Ym é coeficiente de minoração das resistências do material constituído pelo produto de três outros coeficientes parciais tal que onde γm1 leva em conta a verdadeira variabilidade da resistência dentro de lotes homogêneos γm2 leva em conta as diferenças entre o material da estrutura e o material do corpodeprova de controle γm3 leva em conta outras causas de diminuição da resistência tais como os defeitos localizados e imprecisões das hipóteses de cálculo dos métodos de avaliação da resistência das peças estruturais Os valores de γm já são tabelados de acordo com o estado limite considerado e a solicitação sofrida pela peça 42 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS O kmod é constituído pelo produto de três outros coeficientes parciais tal que Tabela 1 Valores de Kmod1 Fonte NBR 7190 1998 apud Hortegal 43 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Tabela 2 Valores de Kmod2 Fonte NBR 7190 1998 apud Hortegal Tabela 3 Valores de Kmod3 Fonte NBR 7190 1998 apud Hortegal 44 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Tabela 4 Valores yw ou ym Fonte NBR 7190 1998 apud Hortegal Fonte NBR 7190 1998 apud Hortegal Tabela 5 Classes de umidade 45 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Exemplo 1 Determinar os valores de cálculo para a resistência à compressão paralela às fibras fc0d e ao cisalhamento fv0d para a espécie Eucalipto Citriodora com base nos resultados fornecidos na Tabela 1 do anexo E da NBR 719098 Considerar madeira serrada de segunda categoria classe de umidade 2 e carregamento de longa duração Exemplo 2 Determinar os valores de cálculo para a resistência à compressão paralela às fibras fcod e ao cisalhamento fvod para a espécie Eucaliptus maidene Considerar madeira serrada de segunda categoria umidade ambiente em 65 e carregamento permanente