ESTRUTURAS DE MADEIRA

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ESTRUTURAS DE MADEIRA

Prof. MSc. Letícia Reis Batista Rosas [email protected]

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO FACET - ENGENHARIA CIVIL

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Ações variáveis

• As ações variáveis de uso e ocupação (cargas acidentais) atuantes em elementos estruturais de coberturas e de edifícios de concreto armado são obtidas de

acordo com a Tabela 2 da NBR 6120:1980 - Cargas para o cálculo de estruturas de edificações:

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Ações variáveis

• Ações variáveis verticais - recomendações da NBR 6120 e NBR 7190:

• Considerando todos os elementos de madeira isolados, destinados às

coberturas (ripas, caibros e terças), deve-se considerar uma força de 1,0 kN na posição mais desfavorável do elemento estrutural, além da carga permanente • Em estruturas de madeira para coberturas comuns, deve-se prever uma

sobrecarga mínima de 0,25 kN/m² (projeção horizontal), para considerar possíveis instalações (elétrica, hidráulica, etc)

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Efeito do vento sobre estruturas de madeira

• NBR 6123:1988 – Forças devidas ao vento em edificações

• Pode-se considerar o vento como sendo a movimentação das massas de ar em razão das diferenças de pressão e de temperatura na atmosfera.

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Tipos de vento

• Vento à barlavento: é o vento "clássico" e sua ação se resume em tentar derrubar a parede. Não conseguindo derrubar a parede, ele desvia e sobe, destruindo o que ele encontrar pelo caminho.

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Tipos de vento

• Vento paralelo: produz um esforço de sucção vertical sobre o componente, puxando-o na direção perpendicular ao do vento.

• Muitos pensam que o vento "empurra o telhado para baixo" mas o vento paralelo "puxa o telhado para cima" e, se o telhado não estiver bem amarrado nas paredes e pilares, sai voando

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Tipos de vento

• Vento à sota-vento: produz um esforço de sucção sobre o componente, puxando-o na direção e sentido do vento.

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Tipos de vento

• Vento com pressão interna: no caso de um galpão cuja porta foi esquecida aberta, o vento que penetra para dentro do galpão irá exercer uma pressão de dentro para fora, arrancando as telhas.

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Tipos de vento

• A ação do vento pode ser potencializada quando combina com a ação do vento paralelo. Um empurra as telhas de baixo para cima, com,

por exemplo 15 kgf/m2 e o outro puxa por fora com, por exemplo, 27 kgf/m2 _{resultando numa força de 15 + 27 = 42 kgf/m}2 _{modo que}

mesmo telhas pesadas como as de barro podem ser arrancadas pela força combinada.

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Tipos de vento

• Vento com sucção interna: o vento que já passou pelo galpão, é

succionado pela ação a sota-vento que puxa o ar de dentro do galpão e cria uma pressão negativa no interior do galpão. O telhado puxado para baixo e as paredes são puxadas na direção do vento. Os vidros das janelas podem quebrar.

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Tipos de vento

• Ação combinada do vento a barlavento com o vento a sota-vento: produz um esforço de pressão sobre o componente à barlavento, empurrando-o na direção e sentido do vento, e também produz um esforço de sucção sobre o componente à sota-vento, puxando-o na direção e sentido do vento

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Tipos de vento

• O projetista da estrutura deve analisar todas as combinações

possíveis, externas e internas, de ação do vento e estudar também os condicionantes da região como: a topografia do terreno, a existência de obstáculos e prédios que possam aumentar a força dos ventos, e levar em consideração que portas e janelas podem se romper sob a ação do vento e criar ventos internos.

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Tipos de vento

• Uma simples depressão no terreno poderá ocasionar uma

concentração do fluxo do vento, aumentando a carga de vento que atua sobre uma parede

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Tipos de vento

• O que costuma influenciar e, com valores significativos, é a construção de um novo prédio na vizinhança.

• O novo prédio poderá "canalisar" o fluxo do vento aumentando a velocidade do vento e concentrando a ação diretamente numa das paredes do nosso prédio.

• Deste modo, prédios que já existiam há muitos anos e que nunca foram solicitados a valores significativos de vento, passam a receber rajadas de vento nunca antes sentida.

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Tipos de vento

• Para tentar entender como é isso, imaginem que foi construido um prédio numa praia isolada onde não há nenhum outro prédio.

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Tipos de vento

• Agora, imaginem esta praia alguns anos depois quando resolverem construir outros prédios:

• O prédio ficará cercado por outros prédios que irão canalizar, desviar, conduzir o vento criando zonas de maior pressão e também zonas de menor pressão.

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Tipos de vento

• São estas situações, mais complexas, que um túnel de vento poderá

analisar

• Montado sobre uma plataforma

giratória, o túnel de vento permite a análise sob todos ângulos de

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Efeito do vento sobre estruturas de madeira

• NBR 6123:1988 – Forças devidas ao vento em edificações • Ação de curta duração

• Nas combinações de longa duração no ELU, quando o vento é

considerado como a ação variável principal, multiplica-se pelo fator 0,75.

• Consideram-se as ações acidentais verticais e a ação do vento como ações variáveis de naturezas diferentes, com baixa probabilidade de ocorrência simultânea.

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Efeito do vento sobre estruturas de madeira

• Parâmetro importante: velocidade média do vento • Variáveis que influenciam:

• Posição geográfica • Altura da edificação

• Aspectos topográficos (local plano, montanhoso, etc)

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Efeito do vento sobre estruturas de madeira

• Rajadas: efeitos localizados e de curta duração, por isso atingem

valores mais altos que a velocidade média. São avaliados através de ações estáticas equivalentes.

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Velocidade básica do vento

• Equipamentos que medem a velocidade: anemômetros ou anemógrafos

• Condições básicas :

• Localizados em terrenos planos • Posicionados a 10 m de altura

• Sem obstruções que venham a interferir na velocidade do vento • Leitura da velocidade média do vento sobre 3 segundos

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Gráfico de isopletas

• NBR 6123

• Velocidade básica do vento • Rajadas de 3 segundos

• Período de retorno da rajada crítica de 50 anos

• Velocidades determinadas a partir do tratamento estatístico aplicado aos dados obtidos de 49 estações meteorológicas espalhadas no país

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Velocidade característica do vento

• A velocidade característica do vento, dada em m/s, é: 𝑉_𝑘 = 𝑉₀. 𝑆₁ . 𝑆₂ . 𝑆₃

• V₀ para a região de Sinop: 30m/s • S₁considera a topografia

• S₂considera a rugosidade do terreno e as dimensões da edificação • S₃é baseado em conceitos estatísticos

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Fator S

₁

• Leva em consideração as variações do relevo do terreno, que conduzem ao aumento ou à diminuição da velocidade básica do vento

• A NBR 6123 considera três situações: terreno plano ou pouco ondulado, vales profundos protegidos do vento, e taludes e morros.

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Fator S

₁

• Terreno plano ou fracamente acidentado: S₁=1,0

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Fator S

₁

• Terreno plano ou fracamente acidentado: S₁=1,0

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Fator S

₁

• Vales protegidos do vento: S₁=0,9

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Fator S

₁

• Taludes e morros

S₁ é determinado a partir do ângulo () de inclinação do talude ou morro, da altura (z) medida a partir da superfície do terreno no local da construção, e da diferença de nível (d) entre a base e o topo do talude ou morro.

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Fator S

₁

• Taludes e morros

S₁ é determinado a partir do ângulo () de inclinação do talude ou morro, da altura (z) medida a partir da superfície do terreno no local da construção, e da diferença de nível (d) entre a base e o topo do talude ou morro.

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Fator S

₁

• Situação 1: para 𝜃 ≤ 3° S₁= 1,0

• Situação 2: para 6° ≤ 𝜃 ≤ 17°

• Situação 3: para 𝜃 ≥ 45°

* Para valores entre 3° e 6° e entre 17° e 45°, fazer interpolação linear

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Fator S

₂

• O fator S₂ considera os aspectos particulares de uma determinada

edificação, quanto às dimensões da edificação e à rugosidade do terreno onde será construída.

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Fator S

₂

• Categoria I - São as superfícies lisas de grandes dimensões, com mais de cinco quilômetros de extensão, medidos na direção e no sentido do

vento incidente.

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Fator S

₂

• Categoria II - São os terrenos abertos em nível ou aproximadamente em nível, com poucos obstáculos isolados, como árvores e edificações

baixas.

Exemplos: zonas costeiras planas; pântanos com vegetação rala; campos de aviação; pradarias; fazendas sem muros.

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Fator S

₂

• Categoria III - São os terrenos planos ou ondulados com obstáculos, como muros, poucos quebra-ventos de árvores, edificações baixas e esparsas.

• Exemplos: granjas e casas de campo; fazendas com muros; subúrbios distantes do centro das cidades, com casas baixas e esparsas. A cota média do topo dos obstáculos é considerada igual a 3 metros.

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Fator S

₂

• Categoria IV - São os terrenos cobertos por obstáculos numerosos e pouco espaçados em zona florestal, industrial ou urbanizados.

Exemplos: parques e bosques com muitas árvores; cidades pequenas e arredores; subúrbios densamente construídos de grandes cidades; áreas industriais plena ou parcialmente desenvolvidas. A cota média do topo dos obstáculos é igual a 10 metros.

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Fator S

₂

• Categoria V - São os terrenos cobertos por obstáculos numerosos, de grande altura e pouco espaçados.

Exemplos: florestas com árvores altas de copas isoladas; centros das grandes cidades; complexos industriais bem desenvolvidos. Nesta

categoria, a cota média do topo dos obstáculos é considerada igual a 25 metros.

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Fator S

₂

• A NBR 6123 também define três classes para as edificações e seus elementos.

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Fator S

₂

• Classe A - Pertencem a esta classe todas as unidades de vedação, seus elementos de fixação e as peças individuais de estruturas sem vedação; todas as edificações ou suas partes nas quais a maior dimensão

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Fator S

₂

• Classe B - Pertencem a esta classe todas as edificações ou suas partes nas quais a maior dimensão horizontal (planta) ou vertical (superfície frontal) esteja compreendida no intervalo entre 20 e 50 metros.

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Fator S

₂

• Classe C - Pertencem a esta classe todas as edificações ou suas partes nas quais a maior dimensão horizontal ou vertical (superfície frontal) exceda 50 metros.

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Fator S

₂

• Nesta tabela, “z”

representa a altura, em metros, medida a partir da superfície do

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Fator S

₃

• O fator S₃ é baseado em conceitos estatísticos, levando em

consideração a vida útil esperada para a edificação e o grau de segurança requerido.

• A norma divide em cinco grupos:

• Grupo 1: São as edificações cuja ruína total ou parcial pode afetar a segurança ou a possibilidade de socorro a pessoas após tempestades destrutivas, como é o caso de hospitais, quartéis de bombeiros e de forças de segurança, centrais de comunicação. Nesta condições,

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Fator S

₃

• O fator S₃ é baseado em conceitos estatísticos, levando em

consideração a vida útil esperada para a edificação e o grau de segurança requerido.

• A norma divide em cinco grupos:

• Grupo 1: são as edificações cuja ruína total ou parcial pode afetar a segurança ou a possibilidade de socorro a pessoas após tempestades destrutivas, como é o caso de hospitais, quartéis de bombeiros e de forças de segurança, centrais de comunicação. Nesta condições,

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Fator S

₃

• Grupo 2: são as edificações para hotéis, residências; edificações para comércio e indústria com alto fator de ocupação. Nestas condições, 𝑆₃ = 1,00

• Grupo 3: são as edificações e instalações industriais com baixo fator de ocupação. Ex: depósitos, silos, construções rurais. Nestas

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Fator S

₃

• Grupo 4: são as vedações (telhas, vidros, painéis). Assim, 𝑆₃ = 0,88 • Grupo 5: edificações temporárias; edificações dos grupos 1 a 3

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Pressão dinâmica do vento (q)

• É a pressão exercida pela velocidade característica do vento, nas condições normais de temperatura e pressão.

• A pressão dinâmica é considerada sempre perpendicular à superfície da estrutura.

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Coeficientes de pressão e de forma

• O efeito do vento é sempre considerado como ação dinâmica, pois a velocidade do mesmo varia, temporalmente, de intensidade.

• Para a maioria das situações, o efeito do vento pode ser analisado estaticamente, a partir dos coeficientes de pressão (externo e

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Coeficientes de pressão e de forma

• Valores positivos dos coeficientes de pressão externa ou interna

correspondem a sobrepressões, e valores negativos correspondem a sucções

• O coeficiente de pressão efetiva atuando sobre uma superfície é a diferença entre os coeficientes de pressão externa e interna

• Um valor positivo para o coeficiente de pressão efetiva total indica uma pressão efetiva com o sentido de uma sobrepressão externa. Um valor

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Coeficiente de pressão interna

• Na condição ideal onde uma edificação fosse totalmente impermeável ao ar, a pressão no interior da mesma seria invariável no tempo, qualquer que fosse a velocidade da corrente de ar na parte externa.

• Entretanto, as paredes ou a cobertura das edificações, mesmo consideradas fechadas, permitem a passagem do ar, evidenciando que as situações idealizadas não se repetem usualmente na prática.

• O coeficiente de pressão interna está diretamente relacionado com as possíveis aberturas onde vento possa entrar.

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Coeficiente de pressão interna

• A NBR 6123 admite que são impermeáveis os seguintes elementos construtivos e vedações:

• lajes e cortinas de concreto armado ou protendido;

• paredes de alvenaria, de pedra, de tijolos, de blocos de concreto e similares, sem portas, janelas ou quaisquer outros aberturas.

• Os demais elementos construtivos e vedações são considerados permeáveis, devido à presença de aberturas tais como:

• juntas entre painéis de vedação e entre telhas; • frestas em portas e janelas;

• aparatos para permitir a ventilação em telhas e panos de telhados; • vãos abertos de portas e janelas;

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Coeficiente de pressão interna

1) Para edificações com paredes internas permeáveis, a pressão interna é considerada uniforme, adotando-se os valores dados a seguir:

a)Edificações com duas faces opostas igualmente permeáveis, as outras faces impermeáveis:

*Vento perpendicular a uma face permeável: *Vento perpendicular a uma face impermeável:

b)Edificações com quatro faces igualmente permeáveis *Considerar o mais nocivo entre os valores:

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Coeficiente de pressão interna

c)Edificações com abertura dominante em uma face, as outras com igual permeabilidade:

c.1)Abertura dominante na face de barlavento

*Parâmetro “k1” indica a proporção entre a área das aberturas na face de barlavento e a área total das aberturas em todas as faces submetidas a sucções externas

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Coeficiente de pressão interna

c.2)Abertura dominante na face de sotavento *Adotar C_i = C_e, correspondente à referida face

c.3)Abertura dominante em face paralela ao vento, fora das regiões com alta sucção externa

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Coeficiente de pressão interna

c.4)Abertura dominante em face paralela ao vento, em região com alta sucção externa

*Parâmetro “k2” indica a proporção entre a área da abertura dominante e a área total das outras aberturas situadas em todas as faces submetidas a sucções externas

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Coeficiente de pressão interna

2) Para edificações efetivamente estanques e com janelas fixas, com probabilidade desprezível de serem rompidas por acidente, adotar para o coeficiente de pressão interna “Cpi” o mais nocivo entre os valores:

• Em resumo, o coeficiente de pressão interna é positivo quando ocorre sobrepressão interna e negativo quando ocorre sucção interna.

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Coeficientes de pressão e forma externos

• Serão abordados a partir de agora os coeficientes externos, com aplicação em edifícios de planta retangular e telhado de duas águas.

• A NBR 6123 considera o vento a 0° atuando paralelamente à maior dimensão em planta, enquanto o vento a 90° atua perpendicular à maior dimensão em planta. • Para o dimensionamento (telhas, caixilhos, elementos estruturais, etc), a NBR

6123 define o “Cpe” (coeficiente de pressão) para as regiões de elevados valores

de pressão (zona de sucção) e o coeficiente de forma “Ce” para as demais regiões

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• A força do vento sobre um elemento plano de edificação de área A atua em direção perpendicular a ele, sendo dada por:

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• Um valor positivo para F indica que esta força atua para o interior (sobrepressão), e um valor negativo indica que esta força atua para o exterior (sucção) da

edificação.

• A pressão interna é considerada uniformemente distribuída no interior da edificação. Consequentemente, em superfícies internas planas, Cpi = Ci.

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