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AULA 3

CURSO TÉCNICO DE EDIFICAÇÕES

Disciplina: Projeto de Estruturas

Aula 3

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ESTRUTURAS DE MADEIRAS

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Atualmente novas técnicas de utilização da madeira vêm sobrepujando os alarmismos em relação ao seu esgotamento,

pois se desenvolveram também os manejos sustentáveis de algumas espécies, possibilitando a não exploração das

espécies mais suscetíveis à extinção.

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O estudo de estruturas de madeira é bem complexo, mas de

uma maneira geral, deve-se conhecer:

• Classificação das árvores

• Fisiologia da árvore

• Anatomia do tecido lenhoso

• Alguns tipos de defeitos da madeira

• Comportamento da madeira às solicitações e intempéries




Vantagens e desvantagens

Boa resistência: a madeira é um material com boa resistência a tração, a

compressão e a flexão e é, portanto pode ser usada em todos os tipos de elementos

estruturais. Entretanto, ela tem resistência inferior ao aço e ao concreto armado, e

isto reduz os vãos que as estruturas de madeira podem ser construídas;

Baixo peso: a madeira é um material de baixo peso com uma alta relação

resistência/peso. Portanto, produzindo estruturas de baixo peso com elementos que

podem ser facilmente transportados e movimentados para o canteiro de obras;

Maleabilidade: a madeira pode ser facilmente cortada e moldada utilizando

ferramentas simples. E também outros elementos podem ser ligados a ela utilizando

conectores simples, tais como: pregos e parafusos, fazendo assim com que os

detalhes nas estruturas de madeira sejam muito simples;

Desempenho ao fogo: a madeira é um material combustível, entretanto ela tem uma

taxa de consumo muito baixa e também ela não perde suas propriedades estruturais

quando exposta a altas temperaturas. Portanto, ela continua a funcionar até sua

seção transversal ser reduzida e uma alta tensão ocorrer;



Vantagens e desvantagens

Durabilidade: os constituintes da madeira são relativamente estáveis quimicamente e

o material não sofre degradações químicas em certos ambientes, tais como: alta

umidade. Entretanto, ela é suscetível as infestações de insetos xilófagos, que

perfuram a madeira em busca de alimento e abrigo, ataques de fungos

apodrecedores, que causam o apodrecimento da madeira e dos furadores marinhos,

que perfuram a madeira em contato com a água do mar;

Aparência: a madeira é um material que tem uma aparência agradável a qual

normalmente não deteriora com o passar do tempo. Ela então pode ser usada na

combinação de material estrutural e de acabamento;

Variabilidade: a madeira exibe uma variação considerável de propriedades devido a

sua condição de material natural.


Sobre as propriedades físicas da madeira:

• Densidade

• Resistência da madeira ao fogo

• Durabilidade natural

• Resistência química

• Umidade É dada pela quantidade de água infiltrada na madeira, e é medida através

da porcentagem de água infiltrada, em relação a sua massa quando seca.

• Massa Específica

• Retrabilidade

• Módulo de elasticidade

• Defeitos devido à secagem



No comparativo, resistência mecânica / densidade, a madeira leva uma grande vantagem sobre o aço, e o concreto armado.

Vamos tomar, como exemplo, uma viga de 3m de comprimento apoiada nas extremidades, e que deverá suportar uma carga de 20 toneladas:

• Viga em madeira (Pinho vermelho): pesará 60kg • Viga em aço laminado: pesará 80kg • Viga em concreto armado: pesará 300kg



As propriedades da madeira são condicionadas por sua

estrutura anatômica;

Anisotropia

Um material é anisotrópico quando as propriedades físicas ou

químicas não apresentam as mesmas características nas

diversas direções em que se pode analisar tal material.




Devido à constituição da árvore, as suas

propriedades físicas, mecânicas e tecnológicas

não são as mesmas nos três sentidos principais:

axial, radial e tangencial.

Portanto a madeira é um material anisotrópico.


A qualidade da madeira é influenciada pelos equipamentos. Se o maquinário da indústria for inadequado ou obsoleto, a eficiência de conversão das toras em madeira serrada será menor. Ou seja, a mesma árvore vai gerar menos madeira.




A obtenção da maior quantidade possível de tábuas, sarrafos e ripas de madeira só é possível com o estudo de cada tora retirada das florestas.

Mesmo realizando todos os estudos para o melhor aproveitamento de uma tora, peças de mesma dimensão terão comportamentos diferentes, devidas a posição das fibras em que foram retiradas.


Embora a madeira seja suscetível ao apodrecimento e ao ataque de insetos sob condições específicas, ela é um material muito durável quando utilizada com tecnologia, pois pode ser efetivamente protegida contra deterioração por período de 50 anos ou mais. Além disso, a madeira tratada com preservativos requer pouca manutenção e pinturas.



As madeiras usadas na construção podem passar por diferentes tipos de tratamento:

• Pré-tratamento: superficial, protege a madeira recém-serrada contra fungos e insetos xilófagos apenas durante a secagem. As pranchas são mergulhadas em tanque com fungicidas e inseticidas e não protege a madeira quando em uso.




• Tratamento preservativo: usa produtos que protegem contra organismos xilófagos, prolongando sua vida útil. É feito de acordo com as condições de exposição. Peças com finalidade estrutural podem passar por tratamento sob pressão, realizado em autoclaves, onde a madeira é impregnada com fungicidas e inseticidas. Após o tratamento, as peças passam por máquinas que eliminam deformações, dando o acabamento desejado. Ao chegar à obra, a madeira é entregue sem proteção superficial e a pintura ou envernizamento definitivo é feito depois da instalação.


NBR 7190:1997 - Projeto de Estrutura de Madeiras

• Além da escolha da espécie de madeira, com verificação do teor de umidade compatível com o local, é preciso controlar defeitos como rachaduras, nós, furos, apodrecimento, desalinhamentos, esmoados e fissuras de compressão.

• A precisão nos furos na disposição dos conectores contribui para melhorar a resistência e a durabilidade.



• As classes de umidade têm por finalidade ajustar as propriedades de resistência e de rigidez da madeira em função das condições ambientais onde permanecerão as estruturas.

• Estas classes também podem ser utilizadas para a escolha da classes de tratamento preservativos a ser utilizado na madeira.





Essa norma, estabelece também os parâmetros a serem atendidos em projeto, no seu item 5.5 Ações nas estruturas de madeira: No projeto das estruturas correntes de madeira devem ser consideradas as ações seguintes, além de outras que possam agir em casos especiais:

a) carga permanente; b) cargas acidentais verticais; c) impacto vertical; d) impacto lateral e) forças longitudinais; f) força centrífuga; g) vento.



Entretanto, para os fins das atividades exercidas por um

técnico de edificações, serão apresentadas a seguir alguns

conceitos para:

• a correta representação e

• leitura de um projeto,

• bem como alguns sistemas construtivos de maneira sucinta.




Representação de um projeto de estruturas

de madeira

Fonte: NBR 7190:1997



Os elementos estruturais executados em madeira costumam ter a mesma nomenclatura das peças de concreto ou aço, como vigas, pilares, estacas, etc. Entretanto as estruturas de cobertura recebem, além dos elementos tradicionais, algumas características próprias, como as exemplificadas a seguir:

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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.

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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:

Classes de

carregamento

Ação variável principal da combinação

Duração acumulada Ordem 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

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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.

Classes de carregamento

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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.

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Telhados

O telhado tem a função básica de cobrir e proteger uma residência ou

um edifício das intempéries da natureza. Esta parte da edificação

compõe-se de duas partes principais, a cobertura e a armação.

A primeira normalmente utiliza telhas feitas de cerâmica ou de concreto.

Ou telhas feitas de chapas de cimento-amianto, aço zincado, alumínio,

PVC ou “fiber-glass”.

Já a armação corresponde ao conjunto de elementos estruturais que

sustenta a cobertura, tais como: ripas, caibros, terças, tesouras ou

pontaletes e contraventamentos.

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Madeiramento do telhado

O quadriculado formado por terças, caibros e ripas é chamado de TRAMA como mostra a

figura abaixo. O apoio da trama é conseguido através das tesouras ou dos pontaletes.

É importante entender que a trama pode ser composta somente de terças quando a

cobertura do telhado utiliza telhas do tipo cimento-amianto por exemplo.

Ripas

As ripas constituem a última parte da trama e são dispostas perpendicularmente aos caibros.

Elas são encontradas em seções de 1,2 x 5,0 cm ou 1,5 x 5,0 cm, com comprimentos que

variam de 0,5 m em 0,5 m de 2,5 m a 5,0 m.

O espaçamento entre duas ripas consecutivas vai ser determinado pela telha utilizada.

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Caibros

Os caibros apoiam-se nas terças e servem de apoio às ripas.

Sua disposição é perpendicular ás terças e á cumeeira.

Normalmente eles são encontrados com seções transversais de 5 x 6 cm e 6 x 6 cm,

com comprimentos com variação de 0,5 m de 2,5 m a 5,0 m.

Terças

Normalmente as terças são os elementos mais longos da trama e apoiam-se nas

tesouras ou nos pontaletes.

Sua disposição no telhado é paralela à cumeeira e perpendicular ao banzo superior da

tesoura.

Elas são disponibilizadas comercialmente nas bitolas de 6 x 12 cm e 6 x 16 cm, com

comprimentos variando também de 0,5 m, de 2,5 m a 5,0 m.

Quando o tipo a telha for cerâmica, e o vão entre tesouras ou entre pontaletes não

exceder 2,5 m, utiliza-se terças de 6 x 12 cm, mas quando o vão está entre 2,5 m e 3,5

m, terças de 6 x 16 são mais adequadas.

Mas no caso de telhas do tipo fibrocimento ou metálica o espaçamento entre tesouras

ou pontaletes vai variar de 3 a 5 ou 3 a 6 metros respectivamente.

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Apoio da Trama

Convencionalmente tem-se utilizado a tesoura para o apoio da trama, quando se deseja

vencer um vão sem apoios intermediários. Entretanto, para telhados residenciais com

laje de forro, as tesouras nem sempre são as estruturas mais eficientes, sendo assim,

os pontaletes é uma alternativa de apoio da trama.

As tesouras são estruturas planas verticais, projetadas para receber cargas que atuam

paralelamente ao seu plano e transmitindo-as aos seus apoios.

Na figura abaixo, uma tesoura HOWE é mostrada identificando os seus elementos.

Essa tesoura é a mais empregada no Brasil para estruturas de madeira de telhado

residenciais.

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Embora esse tipo de tesoura não seja o mais econômico, pois os montantes que podem

ser ligadas por parafusos, pinos circulares de madeira ou mesmo pregos, são mais curtos

e sofrem esforços de tração. Já as diagonais, que normalmente são entalhadas, sofrem

esforços de compressão.

O pontalete é uma peça vertical que trabalha à compressão, e não é fixado na laje e sim

num berço de madeira que é simplesmente apoiado na laje de forro.

Sua estabilidade é adquirida pelo peso próprio do telhado.

E a distribuição da carga do telhado será concentrada sobre a laje, sendo necessário o

posicionamento dos pontaletes na direção das paredes no caso do uso de laje pré-

moldadas. E no caso de laje maciça o pontalete poderá ser apoiado em qualquer ponto da

mesma.

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Detalhes Construtivos para tesouras de cobertura em madeira







As ligações entre peças se constituem o principal elemento que garante que peças independentes se transformem numa estrutura rígida, resistente e condizente com o uso que terá. Há estudos minuciosos para determinar o desempenho dessas ligações, a partir dos esforços a que estarão submetidas, pois frequentemente, a madeira responde de maneira única se comparado a qualquer outro material.


Encaixes diretos em peças de madeira roliça



Ligações com barras rosqueadas, arruelas e porcas


O uso de peças metálicas para a ligação das peças, confere um

avanço na utilização e tamanho das peças e vãos das edificações.


Principais tipos de ligações com consoles metálicos perfurados e parafusados:





Quanto a madeira serrada, abaixo encontram-se alguns detalhes

construtivos mais usados no projeto de estruturas de madeira.

Perceba que as ligações entre peças utilizam ou parafusos ou peças especiais de aço:


Encaixe e ligações entre vigas/pilares:







Tesouras



Pilares





Ligações entre vigas

Fonte: carpinteria.com.br



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ESTRUTURAS DE MADEIRAS Edifício Comercial Tamedia

Localização: Zurique, Suíça

Arquiteto Responsável: Shigeru Ban

Área: 10.120 m²

Ano do Projeto: 2013

Vencedor do Prêmio Pritzker 2014

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Profª Engª Civil Alexandra Müller Barbosa

Dúvidas:

[email protected]

Para baixar os arquivos:

www.amb-engenharia.blogspot.com

As imagens deste trabalho foram todas baixadas da internet ou digitalizadas dos livros de referência, não há nenhuma pretensão em reivindicar sua autoria.

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