DANIELLE FÁTIMA PALUDO
ESTUDO DA VIABILIDADE TÉCNICA PARA O EMPREGO DE
MADEIRAS NÃO CONVENCIONAIS EM ESTRUTURA TRELIÇADA
TIPO “HOWE” PARA COBERTURAS (VÃOS ENTRE 8 A 18 METROS)
Sinop
2015/2
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO – UNEMAT
DANIELLE FÁTIMA PALUDO
ESTUDO DA VIABILIDADE TÉCNICA PARA O EMPREGO DE
MADEIRAS NÃO CONVENCIONAIS EM ESTRUTURA TRELIÇADA
TIPO “HOWE” PARA COBERTURAS (VÃOS ENTRE 8 A 18 METROS)
Projeto de Pesquisa apresentado à Banca Examinadora do Curso de Engenharia Civil – UNEMAT, Campus Universitário de Sinop-MT, como pré-requisito para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.
Prof. Orientador: Dr. Roberto Vasconcelos Pinheiro.
Sinop
2015/2
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Banzo inferior – Barracão do parque Florestal de Sinop – MT. ... 17
Figura 2 – Resistência ao fogo. ... 18
Figura 3 – Defeitos provenientes das condições de secagem. ... 19
Figura 4 – Nomenclatura dos elementos das treliças. ... 21
Figura 5 – Sistemas de contraventamentos da estrutura. ... 23
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Classes de resistência das dicotiledôneas. ... 16 Tabela 2 - Propriedade das espécies Cajueiro e Amescla. ... 16
LISTA DE ABREVIATURAS
% – PorcentagemABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas MT – Mato Grosso
NBR – Norma Brasileira Registrada
m³/m² – Relação metro cúbico por metro quadrado referente a madeira em área construída
DADOS DE IDENTIFICAÇÃO
1. Título: Estudo da viabilidade técnica para o emprego de madeiras não convencionais em estrutura treliçada tipo “Howe” para coberturas (vãos entre 8 a 18 metros).
2. Tema: Engenharia Civil (30100003)
3. Delimitação do Tema: Construção Civil (30101000) 4. Proponente(s): Danielle Fátima Paludo
5. Orientador(a): Prof. Dr. Roberto Vasconcelos Pinheiro
6. Estabelecimento de Ensino: Universidade Estadual do Estado de Mato Grosso (UNEMAT).
7. Público Alvo: População em geral, Poderes Públicos, Profissionais e Acadêmicos de Engenharia Civil e Arquitetura.
8. Localização: Avenida dos Ingás, n° 3001, Jardim Imperial – Sinop/MT, CEP 78550-000.
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS ... I LISTA DE TABELAS ... II LISTA DE ABREVIATURAS ... III DADOS DE IDENTIFICAÇÃO ... IV 1 INTRODUÇÃO ... 7 2 PROBLEMATIZAÇÃO ... 9 3 JUSTIFICATIVA... 10 4 HIPÓTESE ... 11 5 OBJETIVOS ... 12 5.1 OBJETIVO GERAL ... 12 5.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 12 6 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... 13
6.1 A MADEIRA NA CONSTRUÇÃO CIVIL ... 13
6.2 NORMATIZAÇÃO ... 14 6.3 PROPRIEDADES DA MADEIRA ... 14 6.3.1 Propriedades Físicas ... 14 6.3.2 Propriedades Mecânicas ... 14 6.3.2.1 Elasticidade ... 15 6.3.2.2 Resistência ... 15 6.3.3 Classes de Resistência ... 15 6.3.4 Propriedades Naturais ... 17 6.3.4.1 Propriedades Organolépticas ... 17 6.3.4.2 Resistência Natural ... 17 6.3.4.3 Resistência ao Fogo ... 18
6.3.5 Fatores que influenciam nas propriedades da madeira ... 18
6.3.5.1 Fatores Anatômicos ... 18
6.3.5.2 Fatores Ambientais e de Utilização ... 19
6.4 ESTRUTURAS DE MADEIRA ... 20 6.4.1 Concepção Estrutural ... 20 6.4.1.1 Treliça Plana ... 20 6.4.1.2 Componentes da Cobertura ... 21 6.4.1.3 Ligações ... 21 6.4.1.4 Telhas de Fibra ... 22 6.4.2 Ações e Carregamento ... 22 6.4.2.1 Ações ... 22
6.4.2.2 Carregamento ... 23
6.4.3 Dimensionamento... 24
6.4.3.1 Estados Limites Últimos – Estrutura ... 24
6.4.3.2 Estados Limites Últimos – Ligações ... 25
6.4.3.3 Verificações dos Estados Limites de Serviço (Utilização) ... 25
6.5 ESTADO DA ARTE ... 25
7 METODOLOGIA ... 27
7.1 MATERIAIS ... 27
7.2 MÉTODOS ... 27
7.2.1 Pesquisa de mercado ... 27
7.2.2 Delimitar os parâmetros de projetos ... 27
7.2.3 Elaboração do projeto estrutural ... 29
7.2.4 Parâmetros técnicos ... 30
8 CRONOGRAMA ... 31
1 INTRODUÇÃO
A madeira sempre esteve presente no dia-a-dia do ser humano, desde os primórdios da humanidade até nos dias atuais. Como material, apresenta uma enorme variedade em suas características e, quanto à sua aplicação em estruturas, pode ser considerada pioneira, observando-se para as mais diversas finalidades, tais como, coberturas (residencial, comercial, industrial), obras de arte (pontes, passarelas para pedestres), armazenamento (silos), decoração, entre outros.
Sabe-se que, historicamente, ainda que com os avanços tecnológicos e a chegada de novos materiais, tais como, concreto, a alvenaria estrutural, o aço, dentre outros, a madeira continua sendo amplamente aplicada na construção civil mundial e nacional (CALIL JUNIOR; DIAS, 1997).
Este produto, por ser de origem vegetal, em circunstâncias específicas pode estar susceptível à demanda biológica, através de ataques de organismos xilófagos (CALIL JUNIOR; DIAS; LAHR, 2014). Porém, existem tratamentos preservativos que devem ser adotados para que a madeira tenha sua durabilidade prolongada.
O Brasil detêm em seu território cerca de 19% da flora mundial, sendo conhecido internacionalmente como o país da megadiversidade (GIULIETTI et
al.,2005). No entanto, é de conhecimento de todos que este material muito versátil e
abundante na natureza quando utilizado de forma descontrolada pode vir a causar sua escassez. Atualmente, é evidente a redução de algumas espécies de madeira comercial e, mesmo assim, poucas ações são realizadas para combater tal situação, bem como para incentivar o estudo de caracterização de novas espécies. Tal fato, também é de responsabilidade das instituições de ensino superior, no que diz respeito à disseminação do tema. Consequentemente, a área da estrutura de madeira fica carente de profissionais com formação suficiente para disseminar a aplicação de maneira sustentável.
As regiões Norte e Oeste do Estado de Mato Grosso, onde localiza-se o município de Sinop/MT, é uma fonte natural deste recurso o que a torna fortemente competitiva comercialmente, implicando o uso da madeira na construção civil em geral, principalmente em painéis, fôrmas e escoramentos de estruturas de concreto armado e em estruturas treliçadas.
A falta de domínio dos conhecimentos relativos ao comportamento da madeira sob diferentes condições, bem como a elaboração de projetos
adequadamente fundamentados em conceitos atualizados, provocam utilização da madeira de forma errônea, comprometendo a segurança da estrutura.
Portanto, este projeto visa mostrar a possível aplicabilidade, em estruturas treliçadas para cobertura, de espécies de madeira pouco comercializadas e, com isso, poderá diminuir a pressão sobre as espécies tradicionais, bem como disseminar o aprendizado na elaboração de projetos estruturais.
2 PROBLEMATIZAÇÃO
Serão tratados nesse projeto de pesquisa os seguintes questionamentos: Composições de madeira de espécies não convencionais (classe de
resistência C-20 e C-30) podem ser utilizadas em coberturas de estruturas treliçadas tipo “Howe” e telhado de fibrocimento?
É possível restringir o consumo de madeira em estruturas de cobertura, utilizando as espécies alternativas em detrimento às espécies usualmente comercializadas?
Existe um limite técnico-econômico para o emprego de madeira de espécies não convencionais em estruturas treliçadas para coberturas, considerando os parâmetros de projeto aqui mencionados?
3 JUSTIFICATIVA
O conhecimento restrito sobre as características das mais diversas espécies de madeira disponíveis no mercado é um fator que leva os profissionais responsáveis pelas atividades na construção civil a aplicar espécies pertencentes a apenas um determinado grupo. Isso gera impacto sobre tais espécies, como elevado custo do produto e também a redução das florestas nativas.
A madeira é um produto renovável, ecológico, durável quando bem utilizado e, ainda apresenta baixo consumo energético em sua produção além de retirar dióxido de Carbono ( ) da atmosfera. Por conseguinte, é inegável a importância do desenvolvimento de tecnologias para o uso racional da madeira, seja em estruturas de coberturas ou como solução de problemas de transportes em nossas cidades, principalmente por causa do processo crescente de urbanização do mundo (PLETZ; LAHR, 2007).
Logo, este projeto de pesquisa visa o estudo de um sistema estrutural treliçado para cobertura com o intuito de mostrar a possibilidade de emprego de espécies de madeira que normalmente não são utilizadas para fins estruturais, com o intuito de diminuir a pressão sobre as espécies tradicionais, bem como disseminar o aprendizado na elaboração de projetos estruturais.
4 HIPÓTESE
O estudo do possível emprego de espécies não convencionais, entre as classes de resistência C-20 e C-30, aplicadas para treliças e terças respectivamente, em estruturas treliçadas para cobertura com vãos (entre apoios) de oito a 18 metros, fundamentados em cálculos normativos, reduzirá a pressão em espécies de madeira fortemente comercializadas no estado do Mato Grosso, influenciará no custo e no consumo de madeiras em estruturas.
5 OBJETIVOS
5.1 OBJETIVO GERAL
Estudar a viabilidade técnica do emprego de espécies, ditas “não convencionais” encontradas nas regiões Norte e Oeste do Estado do MT, em estrutura treliçada tipo “Howe”, com vão de oito a 18 metros.
5.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Para atingir o objetivo acima descrito, relacionam-se os seguintes objetivos específicos:
Analisar e disseminar o potencial de espécies de madeira pouco convencionais aplicada em estruturas treliçada tipo “Howe”, com vãos (entre apoios) de oito a 18 metros, a partir da elaboração de projetos estruturais; Determinar o consumo de madeira em relação à área construída (“m³/m²”) e
relacionar com o vão estrutural (entre apoios);
Verificar a viabilidade do emprego de espécies alternativas (classe de resistência C-20 e C-30) em estruturas treliçadas destinadas às coberturas; Gerar subsídio para a elaboração de orçamentação.
6 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
6.1 A MADEIRA NA CONSTRUÇÃO CIVIL
Historicamente a madeira é um dos primeiros materiais utilizados na construção de moradias, especialmente ao se tratar de estruturas de cobertura. Neste contexto necessitou a ampliação dos conhecimentos sobre as propriedades da madeira de modo a facilitar o seu uso como elemento estrutural através de novas técnicas de aplicações (BOLANDIM; MATTHIESEN, 2008).
As particularidades da madeira de beleza, charme, conforto térmico e acústico, leveza, fonte renovável, boa resistência mecânica, estabilidade e durabilidade, fazem deste recurso uma opção indispensável em qualquer projeto.
No Brasil, existem grandes deficiências em alguns campos ligados ao emprego da madeira na construção civil, principalmente, no que se refere a sua aplicabilidade estrutural. Tal fato está ligado ao uso tradicionalista da madeira nas estruturas de cobertura, comprovado pelas formas geométricas envolvidas até as técnicas construtivas utilizadas usualmente pelos carpinteiros. No entanto, todo o potencial da madeira, seu comportamento e as características intrínsecas, ainda não foram totalmente explorados, fato que não pode ser ignorado.
Um fator que tem desestimulado o emprego da madeira é o pré-conceito existente na sociedade de que a madeira é um material de construção de vida útil curta. Contudo, utilizando o tratamento preservativo apropriado e realizando as manutenções previstas sua vida útil pode se estender por mais 50 anos. Em vias econômicas, os custos iniciais da madeira são competitivos com outros materiais e a longo prazo seu uso se torna vantajoso (CALIL NETO, 2014).
A grande diversidade da flora brasileira é inquestionável, porém são limitadas as de valor comercial, na região norte do estado de Mato Grosso, há algumas espécies que se destacam comercialmente mais que outras, sendo elas denominadas tradicionais, como por exemplo: itaúba (Mezilaurus itauba), angelim (Dinizia excelsa), entre outras. Já as que não possuem a mesma visibilidade comercial são denominadas alternativas, como por exemplo: amescla (Trattinickia
6.2 NORMATIZAÇÃO
Para o dimensionamento de treliças, é imprescindível a consulta dos seguintes documentos normativos:
ABNT NBR 7190:1997 – Projeto de estruturas de madeira;
ABNT NBR 6120:1980 – Cargas para o cálculo de estruturas de edificações; ABNT NBR 6123:1988 – Forças devidas ao vento em edificações;
ABNT NBR 8681:2003 – Ações e segurança nas estruturas – Procedimento.
6.3 PROPRIEDADES DA MADEIRA
Segundo Gesualdo (2003), o conhecimento e o entendimento das propriedades físicas e mecânicas da madeira são indispensáveis para um melhor dimensionamento e, consequente aproveitamento do material. Tais propriedades são influenciadas por vários fatores, tais como, as diferentes condições de temperatura, composição e umidade do solo no local de crescimento da árvore, densidade do povoamento e tipo de manejo empregado, assim como a posição da árvore no talhão e incidência de chuvas, (GOÉS, 2006).
Das citadas propriedades, a densidade, a resistência, a rigidez ou módulo de elasticidade e a umidade, são as mais relevantes para o dimensionamento de elementos estruturais de madeira (CALIL JUNIOR et al., 1998).
6.3.1 Propriedades Físicas
O conhecimento das principais propriedades físicas é essencial, pois podem influenciar expressivamente no desempenho e resistência da madeira empregada em estruturas. Segundo ABNT NBR 7190:1997, têm-se: teor de umidade; densidade e variação dimensional (retratibilidade e inchamento).
Outro fator a ser ponderado na madeira aplicada na construção civil, é o fato da madeira ser um material anisotrópico, ou seja, apresenta diferentes comportamentos em relação à orientação das fibras e à direção do esforço atuante (CALIL JUNIOR et al., 1998).
6.3.2 Propriedades Mecânicas
As propriedades mecânicas da madeira são as responsáveis pela resposta da madeira quando solicitada por forças externas, são divididas em propriedades de resistência e de elasticidade. Os arranjos e as composições (cadeias de celulose)
dos elementos anatômicos da madeira provocam influencia direta na resistência mecânica, (CALIL JUNIOR; LAHR; DIAS, 2003).
6.3.2.1 Elasticidade
A elasticidade nada mais é do que a capacidade do material assumir a sua forma inicial, após sofrer alívio de tensões, sem apresentar deformação residual.
Segundo Gesualdo (2003), os valores dos módulos de elasticidade são definidos em função do tipo e da orientação da solicitação em relação às fibras, tais como: longitudinal (compressão e tração paralela às fibras; flexão; compressão normal às fibras) e transversal.
6.3.2.2 Resistência
A ABNT NBR 7190:1997, estabelece que resistência é a capacidade do material suportar tensões. A resistência da madeira é dada por meio dos seguintes efeitos: compressão, tração, cisalhamento, flexão simples, fendilhamento e dureza.
Quando o material se encontra em estado de compressão, pode ocorrer em três direções: compressão paralela, compressão normal e compressão inclinada em relação às fibras. No estado de tração, têm-se tração normal e paralela às fibras. Outra propriedade considerável nas estruturas de madeira é o cisalhamento paralelo (longitudinal) às fibras (CALIL JUNIOR et al., 1998).
A propriedade mecânica de resistência à flexão é definida como sendo a capacidade do material absorver rapidamente energia pela deformação (SZÜCS et
al., 2008). Outras propriedades mecânicas também são obtidas, tais como dureza e
fendilhamento, entretanto são empregadas apenas como parâmetro de qualidade (PFEIL, 2003).
6.3.3 Classes de Resistência
A madeira como material estrutural normalmente é considerada em quatro tipos: madeira serrada, madeira laminada colada, madeira compensada e madeira recomposta. Segundo ABNT NBR 7190:1997 para projeto de estruturas de madeira as propriedades estruturais da madeira serrada são estabelecidas em três classes de resistência para coníferas: C 20, C 25 e C 30. Já para madeiras dicotiledôneas (folhosas) são quatro classes: C 20, C 30, C 40 e C 60 estas podem ser aferidas na Tabela 1.
Tabela 1 - Classes de resistência das dicotiledôneas. Classes fc0k MPa fvk MPa Ec0,m MPa ρbas,m kg/m³ ρaparente,m kg/m³ C 20 20 4 9 500 500 650 C 30 30 5 14 500 650 800 C 40 40 6 19 500 750 950 C 60 60 8 24 500 800 1 000 Fonte: (ABNT NBR 7190:1997).
Desse modo são consideradas, nas classes de resistência da madeira, propriedades físicas e mecânicas: a resistência à compressão paralela às fibras, a resistência ao cisalhamento paralelo às fibras, o módulo de elasticidade na compressão paralela às fibras, a densidade básica e aparente.
As espécies de madeira, Cajueiro (Anacardium sp.) e Amescla (Trattinickia
sp.), pouco comercializadas para fins estruturais, nativas da região norte do estado
de Mato Grosso, foram estudadas pelo Laboratório de Madeiras e Estruturas de Madeiras LAMEM, no intuito de caracterizar e disseminar o potencial delas. Tais resultados são representados pela Tabela 2.
Tabela 2 - Propriedade das espécies Cajueiro e Amescla.
Resultados das propriedades de Cajueiro e Amescla Umidade 12% Média de 12 resultados por propriedade
Espécie Cajueiro Amescla
Densidade 0,55 g/cm³ 0,55g/cm³ Retração axial total 0,32% 0,54% Retração radial total 4,39% 5,75% Retração tangencial total 6,39% 7,01% Retração volumétrica total 10,79% 12,82% Resistência à compressão paralela às fibras 39,7MPa 34,1MPa Módulo de elasticidade compressão paralela às fibras 11528MPa 9617MPa Resistência à tração paralela às fibras 83,8MPa 62,0MPa Módulo elasticidade na tração paralela às fibras 12156MPa 10826MPa Resistência convencional na flexão estática 72,3MPa 58,1MPa Módulo de elasticidade na flexão estática 11741MPa 8830MPa Módulo resistência na compressão normal às fibras 4,5MPa 5,7MPa Módulo elasticidade na compressão normal às fibras 786MPa 710MPa Resistência à tração normal (perpendicular) às fibras 2MPa 2MPa Resistência ao cisalhamento paralelo às fibras 9MPa 9MPa Resistência ao fendilhamento 0,5MPa 0,4MPa Dureza paralela às fibras 50MPa 36MPa Dureza perpendicular às fibras 28MPa 22MPa
6.3.4 Propriedades Naturais
As propriedades naturais da madeira podem ser subdivididas em três classes: propriedades organolépticas, resistência natural e resistência ao fogo.
6.3.4.1 Propriedades Organolépticas
As propriedades organolépticas estão diretamente ligadas ao valor decorativo e ornamental da obra. Estas propriedades são: coloração, cheiro, textura.
6.3.4.2 Resistência Natural
A durabilidade da madeira com relação a ataques biológicos (biodeterioração) depende da espécie e de suas características naturais, determinadas espécies apresentam elevada resistência natural ao ataque enquanto outras menos. No entanto, a baixa resistência natural encontrada em algumas espécies de madeira pode ser compensada por tratamentos preservativos (industriais e caseiros) apropriados, (SZÜCS et al., 2015). A Figura 1 apresenta um exemplo de patologia causada por ataque de organismos xilófagos, comprometendo a integridade da peça.
Figura 1 – Banzo inferior – Barracão do parque Florestal de Sinop – MT. Fonte: (RIBEIRO, 2014).
6.3.4.3 Resistência ao Fogo
Segundo Szücs et al. (2008) em um incêndio de início, a peça de madeira exposta ao fogo se comporta como combustível para a propagação das chamas, mas, após alguns minutos, a camada exposta às chamas, se carboniza, resultando assim em um isolante térmico para o restante da peça. Tal situação é comprovada na Figura 2, na qual observa-se a estrutura em aço completamente deformada, enquanto que a viga de madeira ainda sustenta sua carga mesmo após o contato com o fogo em elevadas temperaturas.
Figura 2 – Resistência ao fogo. Fonte: (RITTER, 1990).
6.3.5 Fatores que influenciam nas propriedades da madeira
A madeira possui muitas qualidades que a difere dos demais materiais, como a sustentabilidade e trabalhabilidade construtiva. Porém, por se tratar de um material de origem biológica, está sujeita a variações na sua composição que podem acarretar mudanças nas suas propriedades. Estas alterações são resultantes de três fatores principais: anatômicos, ambientais e de utilização (CALIL JUNIOR et al., 2014).
6.3.5.1 Fatores Anatômicos
a) Densidade: quanto maior a densidade, maior será a resistência. A presença de nós, resinas e extratos podem aumentar a densidade sem afetar significativamente a resistência;
b) Nós: reduzem a resistência da madeira, pois quebram a continuidade e sentido das fibras. Apresenta maior influência na tração do que na compressão, a intensidade da influência pode variar segundo a localização, forma, firmeza, entre outros;
c) Falhas naturais da madeira: durante a fase de crescimento da árvore, pode ocorrer o encurvamento do tronco e dos galhos, alterando o alinhamento das fibras. Outro fator é a presença de alburno que conferem menores valores de resistência à peça;
d) Faixas de parênquima: tem baixa densidade, logo, pouca resistência mecânica, e quando sujeita a esforço de compressão pode entrar em ruína.
6.3.5.2 Fatores Ambientais e de Utilização
a) Umidade: o teor de umidade vai influir diretamente nas propriedades de resistência e elasticidade da madeira, considera-se um valor de 12% estabelecido pela ABNT NBR 7190:1997;
b) Defeitos por ataques biológicos: decorrentes de ataques de fungos que causam a podridão e de insetos que causam perfurações no material;
c) Defeitos de secagem: deficiências nas condições da secagem ou cuidados insuficientes no armazenamento das peças serradas acabam por inviabilizar o aproveitamento estrutural. Na Figura 3, podem ser observadas algumas dessas irregularidades provocadas pela secagem;
Figura 3 – Defeitos provenientes das condições de secagem. Fonte: (CALIL et al., 2014)
d) Defeitos de processamento: são falhas provenientes da manipulação, transporte, armazenamento e desdobro da madeira. Os defeitos principais são as arestas lascadas e a variação da seção transversal da peça.
6.4 ESTRUTURAS DE MADEIRA
Como já visto anteriormente a madeira pode ser aplicada na engenharia de estrutura com várias finalidades. O telhado destina-se a proteger o ambiente contra a ação das intempéries (águas da chuva, vento, neve) e também impedir a penetração de poeiras e ruídos no seu interior. Para o desenvolvimento do projeto, primeiramente define-se o sistema estrutural mais adequado, bem como a espécie mais apropriada.
6.4.1 Concepção Estrutural 6.4.1.1 Treliça Plana
De acordo com Pfeil (2003), em estruturas de cobertura geralmente são empregadas as treliças tipo “Howe”, ”Pratt” e “Fink (“W”). No entanto, tradicionalmente no Brasil, emprega-se estruturas treliçadas em madeira tipo Howe. Este tipo de estruturas treliçadas, também chamadas por tesouras, possuem a função de sustentar o telhamento e seu vigamento de apoio. Os principais elementos componentes de uma treliça tipo “Howe” são:
I. Banzo superior: contorno superior da estrutura e serve de apoio às terças e, geralmente, suas barras estão submetidas aos esforços normais de compressão (ações permanentes e variáveis – vento de sobrepressão e sobrecarga) e de tração (ações variáveis – vento de sucção);
II. Banzo inferior: contorno inferior da estrutura e está submetido aos esforços normais de tração (ações permanentes e variáveis – vento de sobrepressão e sobrecarga) e de compressão (ações variáveis – vento de sucção);
III. Montante: peças que ligam as barras do banzo superior ao inferior, sempre posicionadas na vertical e submetidas a esforços normais de tração (ações permanentes e variáveis –
vento de sobrepressão e sobrecarga) e de compressão (ações variáveis – vento de sucção);
IV. Diagonal: peças inclinadas que ligam as barras do banzo superior e inferior, encontrando-se usualmente em posições oblíquas. Tais barras trabalham sobre esforços normais de compressão (ações permanentes e variáveis – vento de sobrepressão e sobrecarga) e de tração (ações variáveis – vento de sucção).
Figura 4 – Nomenclatura dos elementos das treliças. Fonte: (GESUALDO, 2003)
6.4.1.2 Componentes da Cobertura
Os elementos que compõem o madeiramento de uma estrutura de cobertura são designados, terças, estes são apoiados sobre duas tesouras sucessivas ou pontaletes e recebem cargas diretamente das telhas (telhado de aço, de fibrocimento, etc). O vão livre (distância entre as tesouras) depende das dimensões da seção transversal, do esquema estático, do tipo de madeira e da telha empregada.
6.4.1.3 Ligações
As ligações devem ser analisadas como pontos imprescindíveis na segurança de estruturas de madeira. Em alguns casos, a falha de uma conexão poderá ser responsável pela ruína da estrutura.
A ABNT NBR 7190:1997 prevê que podem ser utilizados três tipos de ligações para peças estruturais de madeiras, sendo elas: pinos metálicos (pregos ou parafusos), cavilhas (pinos de madeira torneados) e conectores metálicos (chapas com dentes estampados e anéis metálicos).
6.4.1.4 Telhas de Fibra
As características técnicas destas telhas de fibrocimento, tais como especificações, recobrimento (longitudinal e lateral), peso próprio, entre outras, encontram-se em catálogos dos fabricantes.
6.4.2 Ações e Carregamento
Para efetuar o dimensionamento de projetos de estrutura para telhado, é preciso realizar um mapeamento de todas as ações atuantes na estrutura. Para tanto, deve-se considerar a situação mais crítica em que a estrutura estará submetida, logo, as ações deverão ser combinadas, adotando a possibilidade de incidência simultânea (ABNT NBR 7190:1997).
Segundo Moliterno (2009), considera-se para os princípios da estatística as influencias das cargas permanentes, ações do vento, além das cargas acidentais verticais.
6.4.2.1 Ações
Os documentos normativos ABNT NBR 8681:2003 – “Ações e segurança nas estruturas - Procedimento”, ABNT NBR 6120:1980 – “Cargas para o cálculo de estruturas de edificações” e ABNT NBR 6123:1988 – “Forças devidas ao vento em edificações”, definem e discriminam os tipos de ações atuantes em edificações.
Para maior compreensão, as ações referentes ao vento, ao peso próprio (estrutural e não-estrutural) e ao contraventamento, serão apresentados separadamente.
I. Vento
A ABNT NBR 6123:1988, assegura que as forças sobre uma estrutura, oriundas dos efeitos da ação estática e dinâmica do vento, devem ser calculadas separadamente para:
Elementos de vedação e suas fixações (telhas, vidros, esquadrias, painéis de vedação, etc.);
Partes da estrutura (telhados, paredes, etc); A estrutura como um todo.
II. Peso Próprio (estrutural e não-estrutural)
Segundo a ABNT NBR 7190:1997, a carga permanente refere-se ao peso próprio do madeiramento e pelo peso das partes fixas não estruturais. Ao peso
próprio da estrutura de madeira deve-se estimar um acréscimo de 3%, para considerar o efeito dos elementos e dispositivos das ligações (pregos, parafusos, chapas, chapuzes, etc). Quanto à telha (ação permanente não-estrutural), obtém-se a partir das informações do fabricante.
III. Contraventamento
O sistema de contraventamento aplicado às vigas concede uma melhor distribuição de carga entre as mesmas, reduzindo possíveis problemas de vibrações na estrutura. Por outro lado, o seu uso em conjunto com as treliças, desenvolvem um sistema estrutural tridimensional, sendo capaz de resistir às ações do vento e, evitar e perda de estabilidade local e global, diminuindo os comprimentos de flambagem fora dos planos verticais das treliças. (PFEIL, 2003). A Figura 5 demonstra os sistemas de contraventamentos.
Figura 5 – Sistemas de contraventamentos da estrutura. Fonte: (PFEIL, 2003)
6.4.2.2 Carregamento
Conforme Goés (2006), o termo carregamento é definindo como o conjunto de ações com probabilidade não desprezíveis de ocorrência simultânea.
Durante o período de vida útil da construção podem ocorrer quatro tipos de carregamentos diferentes, que variam conforme o tempo de duração, sendo eles: normal, especial, excepcional e de construção (ABNT NBR 8681:2003).
6.4.3 Dimensionamento
Calil e Molina (2010) descrevem que para o dimensionamento de uma treliça de madeira a princípio deve-se determinar a sua geometria para então determinar a distância "entre treliças", na direção do comprimento da edificação, que pode ser feita através do dimensionamento da terça à flexão oblíqua, ou, ainda, pode ser pré-estabelecida, com isso, devem ser analisados os estados limites últimos e de utilização da terça. Em seguida, a treliça deve ser carregada com as ações variáveis e permanentes, e os esforços dos elementos estruturais (banzos, diagonais e montantes), mais o sistema de contraventamento. Feito isso, é possível quantificar o número de parafusos e o peso final da estrutura, e uma lista de material é gerada.
O dimensionamento dos elementos estruturais de madeira e das ligações é dado a partir dos Estados Limites Último, enquanto que a verificação dos deslocamentos excessivos é dada a partir dos Estados Limites de Serviço (Utilização).
Vale ressaltar que além da consideração dos Estados Limites últimos e de Serviço, deve-se considerar a classificação das peças de madeira (ABNT NBR 7190:1997 – item 10.6), bem como proceder aos tratamentos preventivos (ABNT NBR 7190:1997 – item 10.7), para evitar a deterioração da peça, assim como garantir a facilidade de escoamento das águas e arejamento da estrutura.
6.4.3.1 Estados Limites Últimos – Estrutura
A ocorrência desses estados, relacionada ao colapso da estrutura, determina a paralisação, no todo ou em parte, do uso da estrutura. Para verificação da segurança da estrutura de madeira, conforme disposto na ABNT NBR 7190:1997 - item 7, necessita-se ponderar os seguintes estados limites últimos:
I. Resistência: compressão paralela às fibras (peças curtas); compressão inclinada às fibras; compressão normal às fibras; tração paralela ás fibras; flexão (simples e oblíqua); flexo-compressão; flexo-tração; cisalhamento paralelo às fibras;
II. Estabilidade local: compressão paralela às fibras (peças medianamente esbelta e esbelta); flexão;
6.4.3.2 Estados Limites Últimos – Ligações
A ABNT NBR 7190:1997, afirma que o dimensionamento das ligações entre peças de madeira não se deve levar em consideração o atrito entre as superfícies de contato e nem de esforços transformados por estribos, respeitando o espaçamento determinado para que possa evitar o fendilhamento da madeira. Para o método de dimensionamento, emprega-se o seguinte Estado Limite Último:
I. Resistência: embutimento paralelo e normal às fibras (madeira); escoamento (pinos metálicos).
6.4.3.3 Verificações dos Estados Limites de Serviço (Utilização)
Corresponde aos estados que envolvem a durabilidade, a aparência e o conforto da estrutura. Para a verificação da segurança da estrutura de madeira, conforme disposto no item 9.1.1 e 9.1.2 da NBR 7190:1997, necessita-se considerar os seguintes estados limites de utilização:
I. Deformações excessivas que afetam a utilização ou a estética da estrutura;
II. Danos em materiais não estruturais da construção decorrentes de deformações da mesma;
III. Excesso de vibrações.
6.5 ESTADO DA ARTE
No artigo desenvolvido por Lahr, et al. (2013), foram verificados alguns infortúnios na estrutura de cobertura em madeira de um galpão de estoque de produtos químicos. Em investigação, os autores identificaram os seguintes problemas: umidade devido a telhas quebradas, deterioração superficial da madeira em função de reação química entre os produtos armazenados e a estrutura, no entanto, verificou-se que isso não foi significativo nas propriedades física e mecânicas investigadas e que a situação crítica encontrada na estrutura se refere a flambagem de treliças por deficiência no travamento.
Segundo Chahud et. al. (2007), o correto detalhamento das sambladuras (recortes ou entalhes) em treliças de madeira tipo Howe, cobertas por telhas cerâmicas, são fundamentais para a durabilidade das mesmas. Este tipo de ligação é a mais utilizada no país, tanto pela simplicidade construtiva, quanto, pelo baixo custo, mas, a maioria não obedece às prescrições normativas, independentemente
da data de construção das edificações. Pinheiro e Ribeiro (2014) acrescentam que, equivocadamente, este tipo de ligação também é empregado em telhado de fibrocimento. Vale ressaltar que, as ligações para telhados de aço e fibrocimento, em geral, podem ser executadas com pinos metálicos na ligação direta entre peças de madeira, bem como com a utilização de chapa de Gusset (madeira ou aço).
Em Seror (2013) é discutido as tipologias de pontes de madeira comumente utilizadas nas estradas vicinais do Estado de Mato Grosso e do município de Cuiabá. Também comenta, especificamente, sobre pontes de madeira em viga treliçada tipo Pratt, aplicando madeira serrada tropical, incentivando o uso e neutralizando o preconceito quanto ao emprego da madeira em pontes.
O desempenho ao longo da vida útil da estrutura de madeira é uma das grandes preocupações do projetista, bem como atender as aspirações do consumidor, verificando a viabilidade dos materiais existentes no município, é um dos aspectos importantes da pesquisa desenvolvida nesse projeto.
Deste modo, conclui-se que tais informações validam o estudo proposto, principalmente no que diz respeito a verificação da aplicabilidade rentável em estruturas de cobertura treliçada, a partir de espécies de madeiras alternativas (dicotiledôneas) encontradas na região do Município de Sinop/MT.
7 METODOLOGIA
Para melhor detalhamento do Projeto de Pesquisa esse tópico será subdividido em duas etapas. Na primeira, serão apresentados os Materiais necessários para desenvolvimento da pesquisa, já na segunda etapa, denominada Métodos, serão abordados os procedimentos técnicos empregados para a execução da pesquisa.
7.1 MATERIAIS
Os materiais utilizados para desdobramento da pesquisa são: a) Material instrutivo, como apoio teórico;
b) Softwares para suporte na elaboração de planilhas e gráficos;
c) Softwares destinados aos cálculos, desenhos necessários e comportamento estrutural, como por exemplo, Ftool e AutoCAD 2013.
7.2 MÉTODOS
Para o desenvolvimento dos métodos da pesquisa, este item será dividido em etapas de projeto:
7.2.1 Pesquisa de mercado
Será realizada uma pesquisa de mercado no município de Sinop/MT, de modo a mapear as espécies de madeiras tradicionais mais empregadas na construção de estruturas de cobertura de duas águas, bem como as espécies não convencionais disponíveis, porém não empregadas em estruturas de cobertura.
7.2.2 Delimitar os parâmetros de projetos Para a construção do projeto, têm-se: a) Velocidade característica do vento:
De acordo com a ABNT NBR 6123:1988, para o projeto em questão, a velocidade do vento será de 30m/s, conforme a Figura 6 no qual a região de estudo, município de Sinop/MT, está situado ao norte do estado de Mato Grosso.
Tal parâmetro refere-se a máxima velocidade média medida sobre 3 s, que pode ser excedida em média uma vez em 50 anos, a 10 m sobre o nível do terreno em lugar aberto e plano.
Figura 6 – Isopletas da velocidade básica Vo (m/s). Fonte: (ABNT NBR 6123:1988).
b) Vão entre os eixos dos apoios da estrutura treliçada:
Este estudo fará parte de um projeto de pesquisa mais abrangente, dessa forma, para o caso em questão será analisado uma estrutura com vão entre apoios variando de oito a 18 metros.
c) Esquema estrutural:
O esquema estrutural definido para a realização do projeto será de viga treliçada triangular tipo Howe, (isostática).
Com base nas características estudadas das espécies de madeiras Amescla e Cajueiro, segundo o item 6.3.3, serão empregados à estrutura a C-20 para compor as treliças e a classe de resistência C 30 será considerado para todos os vãos.
e) Tipos de dispositivos de ligação:
Das ligações utilizadas para aplicação em estruturas de cobertura disponíveis no mercado, optou-se pelo mais usual no município, logo, os pinos metálicos (parafusos) são os que serão empregados para compor a estrutura.
f) Espaçamentos entre as estruturas treliçadas: variando de quatro a oito metros;
g) Pé-direito da estrutura treliçada: será de cinco metros; h) Tipo da edificação, em planta: retangular (barracão); i) Tipos de telhado (duas águas simétricos):
Visando o uso constante do mercado se tratando de telhado de duas águas, além de otimizar o uso de material frágil à estrutura de cobertura, será utilizado para o projeto a telha de fibro-cimento, por ser um material comercial da região, afim de, diminuir a carga sobre a estrutura de madeira.
j) Inclinação do telhado:
Analisando a ABNT NBR 6123:1988, Forças de vido ao vento em edificações, observou-se que as ações de sobre-pressão e sucção começam a variar a partir da inclinação a 10º, sendo essa aplicada para o desenvolvimento dos cálculos.
k) Condições de aberturas laterais da edificação:
i) Relação entre aberturas dominantes: 1; 2; 6 ou mais; ii) Sem vedação lateral.
7.2.3 Elaboração do projeto estrutural
Para a elaboração de projetos estruturais, faz-se o seguinte procedimento: 1) Definir as ações permanentes (estruturais e não estruturais) e variáveis
(sobrecarga e vento), a partir dos seguintes documentos normativos: i) ABNT NBR 7190:1997 – “Projeto de estruturas de madeira”;
ii) ABNT NBR 6120:1980 – “Cargas para o cálculo de estruturas de edificações”;
iii) ABNT NBR 6123:1988 – “Forças devidas ao vento em edificações”. 2) Determinar os esforços internos característicos;
3) Calcular os esforços internos de projeto, a partir da combinação de ações, conforme ABNT NBR 8681:2003 – “Ações e segurança nas estruturas – Procedimento”;
4) Estado Limite Último - Dimensionar os elementos estruturais e as ligações, a partir das prescrições contidas na ABNT NBR 7190:1997 – “Projeto de estruturas de madeira”;
5) Estado Limite de Serviço – verificar os estados limites de deformações e vibrações, a partir das prescrições contidas na ABNT NBR 7190:1997 – “Projeto de estruturas de madeira”.
7.2.4 Parâmetros técnicos
Obter a relação “m³,madeira/m²,área coberta” e “n,parafusos/m²,área coberta ,com base nos
resultados dos projetos e a partir de estudo de caso (estrutura já executada e/ou resultados dos projetos estruturais e dados fornecidos pelos profissionais da área, para o município de Sinop/MT, e apresentá-los na forma tabelas e de gráficos.
8 CRONOGRAMA
ATIVIDADES
2016
JAN FEV MAR ABR MAI JUN
Encontros com o orientador Pesquisa e escolha do tipo de madeira Revisão bibliográfica complementar
Coleta dos dados complementares Definição das ações permanentes e variáveis Determinação dos esforços internos de projeto Verificação do Estado Limite Últimos dos elementos estruturais Verificação do Estado Limite de Serviço dos elemento estruturais Redação do artigo científico Apresentação do trabalho em banca Revisão e entrega oficial do artigo científico
9 REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8681. Ações e segurança nas estruturas – Procedimento, Rio de Janeiro, 2003. 15p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6120. Cargas para cálculo de estruturas de edificações, Rio de Janeiro, 1980. 6p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6123. Forças devidas ao vento em edificações, Rio de Janeiro, 1988.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7190. Projeto de estruturas de madeira, Rio de Janeiro, 1997. 107p.
BOLANDIM, E. A.; MATTHIESEN, J. A.; Estudo da influencia da umidade na resistência e na rigidez das ligações em peças de madeira por conectores de chapa com dentes estampados. Revista Madeira Arquitetura & Engenharia, n.22, 2008. Disponível em: < http://madeira.set.eesc.usp.br/article/view/176>. Acesso em: 5 outubro 2015.
CALIL JUNIOR, C. et al.; SET 406 – Estruturas de Madeira: Notas de Aula. Apostila para a disciplina de Estruturas de Madeira 1998. 107p. Universidade de São Paulo, escola de Engenharia de São Carlos/USP.
CALIL JUNIOR, C.; LAHR, F. A. R.; DIAS, A. A. Dimensionamento de Elementos Estruturais de Madeira. Barueri, SP: Manole, 2003. 149p.
CALIL JUNIOR, C.; LAHR, F. A. R.; DIAS, A. A. Estruturas de Madeira: Arquitetura e Urbanismo. Apostila para a disciplina de Estruturas de Madeira. 2014. 57p. Universidade de São Paulo, escola de Engenharia de São Carlos/USP.
CALIL JUNIOR, C.; MOLINA, J. C.; Coberturas em estruturas de madeira: exemplos de cálculo. 1 ª ed. São Paulo: Pini, 2010. 214p.
CALIL JUNIOR, C.; DIAS, A. A. Utilização da madeira em construções rurais. R. Bras. Eng. Agric. Ambiental. Campina Grande, v. I, p.71-78, 1997. Disponivel em:< http://agriambi.com.br/revista/v1n1/071.pdf>. Acesso em: 12 outubro 2015.
CALIL NETO, C.; Ligações com parafusos auto-atarraxantes sem pré-furação para uso em estruturas de madeira. Tese (Doutorado). São Carlos: Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, 2014.
CHAHUD, E.; et. al.; Sambladuras em telhados com estrutura de madeira tipo Howe em Belo Horizonte. Revista Madeira Arquitetura e Engenharia, n.21, ano 8, Julho-Dezembro, 2007.
GESUALDO, F. A. R.; Estruturas de Madeira (Notas de Aula). Apostila para a faculdade de Engenharia Civil. 2003. 92p. Universidade Federal de Uberlândia.
GIULIETTI, A. M. et al.; Biodiversidade e conservação das plantas no Brasil. Megadiversidade. Universidade Estadual de Feira de Santana. Bahia. V. I. p. 52-61,
2005. Disponível em:< http://www.agencia.cnptia.embrapa.br/recursos/BIOD_Conse rvacaoID- eWNPNpKEJw.pdf> Acesso em: 14 setembro 2015.
GOÉS, J. L. N. de.; Estruturas de Madeira (Dimensionamento). Apostila para o curso de Engenharia Civil. Centro Universitário UNILINS. Lins, SP. 2006. 91p.
LAHR, F. A. R.; Avaliação das estruturas de cobertura em madeira de um galpão de estoque de produtos químicos. São Paulo, 2013.
MOLITERNO, A. Caderno de projetos de telhados em estruturas de madeira. Revisão de Reyolando M. L. R. da Fonseca Brasil. 3 ed. São Paulo: Edgard Blucher, 2009. 268p.
PLETZ , E.; LAHR, F. A. R.; Passarela estaiada com tabuleiro de madeira laminada protendida em módulos curvos. São Carlos: Cadernos de Engenharia de Estruturas, 2007.
PFEIL, W.; PFEIL, M.; Estruturas de Madeira. 6 ª. Ed. Rio de Janeiro: LTC, 2003. 224p.
RIBEIRO, A. C. S.; Estudo comparativo do consumo de madeira em estrutura com telhado de concreto, entre a tecnologia corrente e a preconizada pela NBR 7190:1997. Projeto de pesquisa. Universidade do Estado de Mato Grosso, Sinop, 2014.
RITTER, M. A.; Timber Bridges. Forest Products Laboratory. Forest Service. Madisson, 1990.
SEROR, B. C. T.; JESUS, J. M. H. de.; LOGSDON, N. B.; Pontes de madeira em Mato Grosso: alternativas às tipologias usuais. Universidade Federal de Mato Grosso, Cuiabá, 2013.
SZÜCS, C. A. et al.; Estruturas de Madeira. Departamento de Engenharia Civil. Universidade Federal de Santa Catarina. Florianópolis, 2008. 199p.
SZÜCS, C. A. et al.; Estruturas de Madeira. Departamento de Engenharia Civil. Universidade Federal de Santa Catarina. Florianópolis, 2015. 219p.
