Prévia do material em texto
19/05/2022 2 ES TR U TU RA D E AÇ O E M AD EI RA Prof. Nilton Batista AULA 13 ENGENHARIA CIVIL Ligações • São todos os dispositivos que permitem assegurar a união e a transmissão de esforços entre os elementos de uma estrutura. • A limitação do comprimento das peças de madeira e as caraterísticas de peças estruturais do tipo barra, são consequência da extração de troncos de árvores; eis a razão pela qual são exigidas ligações e emenda das peças estruturais. Assim também ocorre na união das barras componentes de estruturas reticuladas. 2ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA 19/05/2022 Ligações •As ligações são os pontos que exigem maior atenção no projeto de estruturas de madeira. Deve-se ter o máximo de cuidado tanto no cálculo quanto na execução destas uniões. Os principais tipos de ligações comumente utilizados são: 1.Cola 2. Prego 3. Parafuso 4.Entalhe 5.Conector F 3ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA Ligações •Os entalhes e encaixes são ligações em que a madeira trabalha à compressão, às vezes associada ao esforço de corte. Nessas ligações, a madeira realiza o principal trabalho de transmissão dos esforços. Os encaixes são mantidos no lugar com cavilhas, pregos, parafusos ou grampos que não são levados em conta no cálculo destas ligações. 4 Fonte: http://www.hobbithouseinc.com/personal/ woodpics/_g_M.htm ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA 19/05/2022 Ligações 5 •A colagem é utilizada em grande escala, nas fábricas de peças de madeira laminada e madeira reconstituída. As emendas realizadas na obra não são coladas, pois a colagem deve ser feita sob controle rigoroso da cola, da umidade da madeira, da pressão e da temperatura. •Os pregos são peças metálicas cravadas na madeira com impacto. Eles são utilizados em ligações de montagem e ligações definitivas. •Os parafusos utilizados nas ligações estruturais são cilíndricos e lisos, tendo numa extremidade uma cabeça e na outra uma rosca e porca, com apoio de arruelas. Fonte: http://www.hobbithouseinc.com/personal/woodpics/_g_B.htm ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA Ligações •Os parafusos auto-atarraxante possuem rosca em um corpo cônico, possuem ponta e são de aço temperado. Esse tipo de parafuso elimina a necessidade de preparar um furo roscado ou de usar porca como elemento final de fixação. •A NBR7190:1997 não apresenta critério de projeto para este tipo de parafuso. 6 Fonte: http://www.guiadomarceneiro.com/forum/auto-brocante-vs-auto-atarraxante-t13038.html ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA 19/05/2022 Ligações •As cavilhas são pinos de madeira torneados feitos com madeira dura e são introduzidas por cravação com pré- furação sem folga nas peças de madeira. A NBR7190 exige que as cavilhas deverão ser de madeiras classe C60. Para estruturas são consideradas apenas cavilhas com 16mm (5/8”), 18mm (3/4”) e 20mm (1”) e os furos devem ser exatos. A cavilha deve estar perfeitamente seca, caso contrário há retração após sua colocação, o que provoca folgas. 7 Fonte: http://estruturasdemadeira.blogspot.com.br/2013/02/ligacoes-em-estruturas-de-madeira.html ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA Ligações •Os conectores são anéis ou chapas metálicas especiais. Os anéis são encaixados em ranhuras feitas na superfície da madeira. Para cada anel, coloca-se um parafuso para impedir a separação das peças ligadas. Fonte: http://www.bpcfixings.com/index.php?route=product/category&p ath=18_61 Fonte:http://clevelandsteel.thomasnet.com/viewitems/s hear-plates-split-rings-spike-grids/teco-split-rings- timber-rings-? 8 Fonte: http://tukangarsitek.blogspot.com/2010/12/stru ctural-materials-timber.html ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA 19/05/2022 Ligações •As chapas metálicas são usadas como peças de transição para transmissão das forças nas ligações. Fonte: www.gangnail.com.br Fonte: http://www.revistatechne.com.br/en genharia-civil/138/artigo102211-1.asp 9 Fonte: http://structure.kes.ne.jp/KesTechnicalArchi tecture/architecture/index.html Fonte: http://en.wikipedia.org/wiki/Woodworking_joints • As chapas dentadas com dentes estampados sãoou que resistem à tração, flexão ecobrejuntas metálicas, cisalhamento. ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA Fonte: (LE GOVIC, 1995) Exemplos de ligações entre vigas e pilares classificadas segundo o tipo de transmissão de esforços • Considerando a forma pela qual os esforços são transmitidos nas ligações, estas são classificadas em três grupos (LE GOVIC, 1995) 🞄Transmissão direta ou por contato direto, esforços N ou V; - entalhes ou sambladuras; 🞄Transmissão por justaposição, esforços N, V ou M; - com superfície de transpasse; 🞄Transmissão indireta, esforços N, V ou M. - com elementos intermediários tipo pinos ou chapas. 10ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA 19/05/2022 • Para o cálculo das ligações, segundo a NBR7190:1997, não é permitido considerar o atrito das superfícies de contato nem de esforços transmitidos por estribos, braçadeiras ou grampos. • A ligação colada possui comportamento mais rígido, com menores deformações, quando comparada às ligações parafusadas. Ligações Fonte: NETO, Miguel (2007) 11ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA Ligações • As ligações pregadas possuem rigidez variável em função da concentração de pregos e do número de ciclos de carga na ligação. • As ligações com 3 ou menos parafusos são consideradas deformáveis, as com 4 ou mais pinos são consideradas rígidas desde que obedeçam os limites de pré-furação estabelecidos pela norma. 12ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA 19/05/2022 Ligações As ligações mecânicas das peças de madeira podem ser feitas por meio dos seguintes elementos: •Encaixes; •Pinos metálicos (pregos e parafusos); •Cavilhas (pinos de madeira torneada); •Conectores ( anéis ou chapas metálicas). Obs: de acordo com a NBR7190:1997, ligações por cola somente podem ser usadas em juntas longitudinais de madeira laminada colada. 13ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA • As ligações por encaixes são praticadas até hoje em estruturas simples, para peças sujeitas à compressão. Para peças tracionadas, são antieconômicas e são pouco usadas. Fonte: adaptado de NETO, Miguel (2007) 14ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA 19/05/2022 Ligações por encaixes:alguns exemplos Fonte figuras 1,2,3 e 4 - (NOLL, T. 2003) Fig 1 Fig 2 Fig 4 15 Encaixes japoneses Fonte:http://estruturasdemadeira.blog spot.com Fig 3 ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA Ligações por encaixes:alguns exemplos Fonte: NUMAZAWA,Camila- dissertação de mestrado PósArq UFSC (2009) Exemplos de encaixes japoneses utilizados no Pará 16ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA 19/05/2022 • As ligações com pinos metálicos são as mais conhecidas e praticadas no Brasil. • As ligações com anéis são mais comuns em países europeus e norte americanos. No Brasil, as chapas dentadas começaram a ser utilizadas, nos últimos anos, devido à sua grande praticidade. • As ligações com cola, que não caracterizam união de barras em nós estruturais, começam também no Brasil a ganhar maior utilização, com o uso crescente de peças industrializadas, produzidas a partir de lâminas coladas entre si. Fonte: NETO, Miguel (2007) Fonte: PFEIL, Walter(2003) Fonte: (LE GOVIC, 1995) 17ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA Ligações:alguns exemplos Fonte figuras 1,2 e 3 (LE GOVIC, 1995) Fig 1 Fig 3Fig 2 18 Fonte figura 4,5 e 6 Escritório Peter Hulbert Arquitectos Fig 4 Fig 6Fig 5 ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA 19/05/2022 Ligações:alguns exemplos Fontes: http://dc416.4shared.com/doc/Z3e_IwwE/preview.html 19 http://www.timberframedesign.net/joinery.html http://www.barntoolbox.com/post-and-beam-barns.htm http://www.crtc.ie/glulam.htmlhttp://www.finehomebuilding.com/how-to/articles/raising-timber-frame.aspx ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA LIGAÇÃO RÍGIDA LIGAÇÃO SEMIRÍGIDA LIGAÇÃO ARTICULADA Ligações:Rigidez xdeformação 20ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA 19/05/2022 Critériodedimensionamento das Ligações • Deve obedecer à condição de segurança ao estado limite último: • Os valores das resistências de cálculo devem ser verificados nos possíveis modos de ruptura da ligação: a)a resistênciada madeira ao esmagamento e ao cisalhamento pelos contatos, b)a resistência do próprio elemento de ligação (pino, chapa etc.). Sd ≤ Rd Solicitação de cálculo Resistência de cálculo 21ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA Critériodedimensionamento das Ligações Modos de ruptura das ligações com pinos: (a) plastificação do pino, (b) embutimento na madeira, (c) cisalhamento da madeira, (d) fendilhamento (ALMEIDA, 1995) 22ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA 19/05/2022 • São as ligações com a utilização de parafusos ou pregos. • As ligações com 2 ou 3 pinos são consideradas deformáveis, sendo permitidas exclusivamente quando a estrutura é isostática. • Nunca serão utilizadas ligações com um único pino. • As ligações com 4 ou mais pinos podem ser consideradas rígidas quando respeitados (tanto para prego ou parafuso) os diâmetros de pré-furação especificados na NBR7190:1997. Ligaçõescom pinos metálicos 23ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA Ligaçõescom pinos metálicos 24 • A resistência ao embutimento da madeira (fe,m), que é o esmagamento na área de contato entre o pino e as peças de madeira, pode ser determinada experimentalmente pelas expressões (NBR7190:1997): feo,m = Feo/td (embutimento paralelo às fibras) fe90,m = Fe90/td (embutimento normal às fibras) ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA 19/05/2022 • Na falta de valor experimental, fe,d pode ser estimada pelas expressões (NBR7190:1997): Sendo que αe está relacionado ao diâmetro do pino e é expresso pela tabela 20 (apostila). Ligaçõescom pinos metálicos 25ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA • Quando nas ligações houver esforço inclinado em relação às fibras de um ângulo α, usa-se a expressão de Hankinson para estimar a resistência equivalente : Ligaçõescom pinos metálicos 26 feαd ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA 19/05/2022 Exemplo: fc0d=50MPa; diâmetro do pino = 12.5 mm • Se embutimento perpendicular às fibras: : fe90d=0,25.fc0d.αe fe90d=0,25.50.1,68 (tab.20) fe90d=21MPa • Se embutimento paralelo às fibras fe0d=fc0d fe0d=50 MPa • Se embutimento inclinado às fibras, ângulo de 25º fe25d= fe0d. fe90d fe0d.sen²25˚ +fe90d.cos²25˚ fe25d= 50 x 21 _ = 40,19 MPa 50x0,178 + 21x0,82 Ligaçõescom pinos metálicos Assim, quanto mais próximo de perpendicular às fibras for o esforço transmitido pelos pinos (parafusos/pregos) menor será a resistência ao embutimento da madeira . 27ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA Ligaçõespregadas:pré-furação • Pregos: obrigatória a pré-furação com diâmetro d0 não maior que o diâmetro def do prego, com os seguintes valores. • def é o diâmetro efetivo ou nominal medido nos pregos a serem utilizados. • Em estruturas provisórias, admite-se o uso de ligações pregadas sem pré-furação, desde sejam usadas madeiras macias de densidade baixa ap ≤600 kg/m³, sendo que o diâmetro d não seja maior que 1/6 da menor espessura e com espaçamento entre pregos mínimo de 10 d. Coníferas d0= 0,85 def Folhosas d0= 0,98 def 28ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA 19/05/2022 Ligaçõesparafusadas:pré-furação • Parafusos: obrigatória a pré-furação e, para que seja considerada uma ligação rígida, o diâmetro da pré- furação não deve ultrapassar o limite. 29 http://www.trabalhosemmadeira.com/dica-da-semana-mesa-para-furadeira-de-bancada/ ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA • Nas ligações com até 8 pinos dispostos em linha, paralelamente ao esforço a ser transmitido, a resistência total é dada pela soma das resistências de cada pino. Nas ligações com mais de 8 pinos alinhados, os pinos suplementares devem ser considerados com apenas 2/3 de sua resistência individual. Resistência dos pinos Fonte: NETO, Miguel (2007) Exemplo: 10 pinos alinhados n0= 8 + 2/3 (n-8) n0= 8+ 2/3( 2) n0= 9,33 pinos efetivos 30ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA 19/05/2022 Resistência dos pinos Fonte:NBR7190:1997 adaptada por GESUALDO,F.(2003) 31ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA • Quanto à ruptura destas ligações, devem ser consideradas as seguintes possibilidades : • Ruptura da madeira Esmagamento na área de contato madeira e pino; Cisalhamento da madeira. • Ruptura do pino metálico Flexão Resistência dos pinos Fonte: NETO, Miguel (2007) 32ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA 19/05/2022 A resistência de cálculo de um pino metálico, correspondente a uma seção de corte, é determinada em função das seguintes características: a)resistência ao embutimento da madeira das duas madeiras interligadas : fed b) resistência de escoamento dos pinos : fyd c) diâmetro do pino metálico : d d)espessura convencional: t (relativa à seção de corte correspondente) •Ligações parafusadas: t≥2d •Ligações pregadas: t≥5d Resistência dos pinos t1 t3 t2 33ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA Resistência dos pinos: espessura t Pinos em corte simples (NBR 7190:1997) • No caso de duas peças de madeira, correspondente a corte simples, t será a menor das espessuras t1 e t2 das peças a serem unidas. Dados: Ligação com parafuso t1= 3cm t2= 2cm d= 10mm Menor valor entre t1 e t2=t=t2=2cm Verificando: t≥2d = t≥2.1cm=2cm 2cm≥2cm ok! Dados: Ligação com prego t1= 2cm t2= 4cm t4= 3cm d= 3mm Menor valor entre t1 e t2= t=t1=2cm Verificando: t4≥12d = t4≥12.0,3cm=3,6cm t4<t2 3,6cm≥4cm ok! Verificando: t≥5d = 2 cm≥5.0,3cm 2cm≥1,5cm ok! 34ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA 19/05/2022 Resistência dos pinos: espessura t Pinos em corte duplo (NBR 7190:1997) •No caso de três peças, correspondente a corte duplo, será adotado o menor dos valores entre t1 , t2 /2 e t3. Dados: Ligação com parafuso d= 10mm t1= 2cm t2= 4cm t3= 3cm Menor valor = t=t2/2 ou t1=2cm Verificando: t≥2d = t≥2.1cm=2cm 2cm≥2cm ok! Dados: Ligação com prego d=3mm t1= 2cm t2= 4cm t3= 2cm t4= 1,8cm Se ligação com parafuso d= 16mm t1= 2cm t2= 4cm t3= 3cm Menor valor = t=t2/2 ou t1=2cm Verificando: t≥2d = t≥2.1,6cm 2cm≥3,2cm não ok -> assim, diminuir o diâmetro do parafuso, por exemplo. Menor valor entre t1 e t2/2 e t3= t=2cm Verificando: t4≥12d = t4≥12.0,3cm 1,8cm≥3,6cm Não está ok!, no caso se usa então t4=t3= 2cm Verificando: t≥5d = 2 cm≥5.0,3cm 2cm≥1,5cm ok! 35ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA Resistência dos pinos • A resistência total de um pino é dada pela soma das resistências correspondentes a cada uma das seções de corte, para cada elemento de ligação. RVd1 é a resistência do pino correspondente a uma seção de corte. Fonte: NETO, Miguel (2007) 36ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA 19/05/2022 Resistência dos pinos: R vd1 para uma seçãocorte ->resistênc nvencional da madeira pino resistência de cálculo do aço ao escoamento resistência de cálculo da madeira ao embutimento ia característica do aço ao escoamento e de minoração do aço do pino 37 •O valor de cálculo da resistência para uma única seção de corte, de um pino metálico, será fornecido de acordo com o parâmetro β e βlim a seguir. ->Espessura co Exemplo: Com t= 2cm, e parafusos de 10mm de diâmetro ->Diâmetro do Madeira: Aroeira com fc0k=82,4MPa a 12%umidade -> Kmod= 0,56 fyk= 240MPa -> β= t/d β=2cm/1cm = 2 fyd(parafuso)= 240MPa/ 1,10= 218,18MPa feod= fcod fcod= 0,56 x 82,4/1,4-> embutimento fcod= 32,96MPa = feod ->coeficient βlim=1,25√218,18/32,96= βlim= 3,22 ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA Resistência dos pinos •Estabelecidos os valores de β e βlim , determina-se o tipo de ruptura que define os valores de RVd1 : a) embutimento da madeira, se β ≤ βlim : b) flexão do pino, se β > βlim : RVd1->resistência de cálculo de um pino correspondente a uma seção de corte fyd->resistência de cálculo ao escoamento fed->resistência de cálculo ao embutimento Exemplo: Com t= 2cm, em parafusos de 10mm de diâmetro β=2 βlim= 3,22 βlim≥β -> Então-> embutimento da madeira fcod= 32,96MPa = feod Rvd1= 0,40.t²/β. feod Rvd1= 0,40.400mm2/2. 32,96MPa = 2.636,8 N Força resistente de cálculo correspondente a uma seção de corte do pino Fonte: PFEIL, Walter(2003) 38ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA 19/05/2022 Espaçamentos mínimos recomendados entre elementos deligação • Força nos pinos paralela à direção longitundinal • Força nos pinos perpendicular à direção longitundinal 39ESTRUTURA DE AÇOE MADEIRA Padrão depregos disponíveis no mercado Especificação de pregos usada no Brasil (NBR 6627:1981 Pregos comuns e arestas de aço para madeiras) Padrão da NBR 6227:1981 Exemplo: prego comum de cabeça cônica, polido, com diâmetro 3,5 mm e 63 mm de comprimento – prego comum de cabeça cônica, polido - 35 x 63. https://mrtreco.wordpress.com/tag/ferramentas/ Observação: utilizar pregos galvanizados ou, em ambientes agressivos, aço inoxidável. 40ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA 19/05/2022 Padrão depregos disponíveis no mercado Especificação de pregos usada no Brasil (NBR 6627:1981 Pregos comuns e arestas de aço para madeiras) Padrão da NBR 6227:1981 Exemplo: prego comum de cabeça cônica, polido, com diâmetro 3,5 mm e 63 mm de comprimento – prego comum de cabeça cônica, polido - 35 x 63. No Brasil, é comum a especificação de pregos para construção em escalas não muito amigáveis. Na prática são comuns os critérios: JP x LPP: JP é o diâmetro em JDP (Jauge de Paris). LPP é o comprimento e significa Linha de Polegada Portuguesa, equivalente a 2,30 mm. Poleg x BWG: Poleg é o comprimento em polegadas e BWG é o diâmetro. A tabela a seguir apresenta a equivalência entre padrão NBR6627 e dois usuais do mercado. 41ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA Padrão depregos disponíveis no mercado Equivalência de pregos (NBR 7190:1981, Anexo, Tabela 4 ) 42 Designações NBR 6627:1981 JP x LPP Poleg x BWG 11 x 14 4 x6 ½ x 19 6 x7 11 x 18 7 x 8 5/8 x 18 7 x 9 8 x 8 12 x 20 8 x 10 ¾ x 17 9 x 9 14 x 25 9 x 12 10 x 10 10 x 11 1 x 17 16 x 25 10 x 12 11 x 11 1 x 16 11 x 12 16 x 32 10 x 15 18 x 32 12 x 12 12 x 15 1 ¼ x 15 13 x 15 20 x 35 14 x 15 1 ¼ x 14 15 x 15 1 ¼ x 13 20 x 40 13 x 18 1 ½ x 15 14 x 18 1 ½ x 14 22 x 45 14 x 21 2 x 14 15 x 18 1 ½ x 13 25 x 50 14 x 21 2 x 13 15 x 21 25 x 56 15 x 24 2 ½ x 13 16 x 21 2 x 12 28 x 56 16 x 24 17 x 21 2 x 11 Designações NBR 6627:1981 JP x LPP Poleg x BWG 28 x 63 16 x 27 2 ½ x 12 32 x 63 17 x 24 17 x 27 2 ½ x 11 32 x 71 17 x 30 18 x 24 35 x 63 18 x 27 2 ½ x 10 19 x 27 2 ½ x 9 2 ½ x 8 18 x 30 35 x 71 19x 30 20 x 30 18 x 24 2 x 10 35 x 80 18 x 33 3 x 10 18 x 36 19 x 33 3 x 9 19 x 36 3 x 7 3 x 8 40 x 90 19 x 39 3 ½ x 9 20 x 36 3 ½ x 8 20 x 39 20 x 42 45 x 100 20 x 45 21 x 42 3 ½ x 7 21 x 45 4 x 6 20 x 48 4 x 6 21 x 48 22 x 42 22 x 45 22 x 48 4 x 4 Designações NBR 6627:1981 JP x LPP Poleg x BWG 50 x 120 5 x 6 50 x 130 22 x 54 5 x 5 23 x 54 6 x 4 23 x 60 63 x 150 24 x 60 24 x 66 71 x 165 24 x 72 25 x 72 80 x 190 26 x 78 7 x 1 26 x 84 7 ½ x 1 ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA 19/05/2022 Padrão depregos disponíveis no mercado 43 Fonte:/www.comercialgerdau.com.br/produtos/downloa d/8_Pregos.pdf ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA Conversão debitolas depregos 44 Fonte:/www.belgobekaert.com.br/Produtos/Documents/Folder- Pregos-Belgo-Bekaert-Arames.pdf Prego 21/2” x 10 (Polegada x BWG) 21/2” (h) = 2,5 x 25,4 mm = 63,5 mm 10 BWG = 3,40 mm ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA 19/05/2022 Padrão deparafusos disponíveis no mercado •Aço ASTM A 307 Grau A ou B: Limite de resistência 413,68 MPa (60 ksi) fyk pode ser estimado em 310 MPa (45 ksi) ou • Aço ASTM A 325 tipo 1: Limite de resistência 723,94 MPa (105 ksi) fyk pode ser estimado em 550 MPa (80 psi) 45 Fonte: http://www.metalurgicavera.com. br/fichas/ficha23.htm Fonte: http://estruturasdemadeira.blogspot.com.br/201 3_02_01_archive.html PFEIL, Walter; PFEIL, Michele. Estruturas de madeira. 6. ed. Rio de Janeiro: Ltc, 2003. ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA Barras roscadas para comprimentos maiores • barras costumam ser comercializadas com L= 100 cm 46 Bitolas Polegada (mm) 3/8 9,5 ½ 12,7 5/8 16 ¾ 19 7/8 22,2 Fonte: http://www.idealferros.com.br/2011/06/barra- rosqueada-polida-e-zincada.html ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA