ESTRUTURAS DE MADEIRA - Campus universitário de...

ESTRUTURAS DE MADEIRA

Prof. MSc. Letícia Reis Batista Rosas

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UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO

FACET - ENGENHARIA CIVIL

SINOP

Método dos Estados Limites

• O objetivo principal desse método é disciplinar as especificações das ações e promover a análise da segurança, atendendo aos critérios de ruína e às condições de utilização

• Os estados limites de uma estrutura são estados ou circunstâncias a partir dos quais a estrutura passa a apresentar desempenho incompatível com as finalidades de projeto e construção

• Estados limites últimos e estados limites de utilização

Estados limites últimos

• Estados que, quando ocorrem, determinam a paralização, total ou em partes, do uso da edificação. Caracterizados por:

• Perda do equilíbrio, global ou parcial, admitida a estrutura como corpo rígido

• Ruptura ou deformação plástica excessiva dos materiais

• Transformação da estrutura, no todo ou em parte, em sistema hipostático

• Instabilidade por deformação

• Instabilidade dinâmica.

Estados limites de utilização (serviço)

• Estados que, por sua ocorrência, repetição ou duração, causam efeitos estruturais que não respeitam as condições especificadas para uso normal da construção, ou que indicam o comprometimento da durabilidade da edificação. Caracterizados por:

• Deformações excessivas que afetam a utilização, a estética, prejudicam o funcionamento de equipamentos ou instalações, ou causam danos materiais de acabamento ou às partes não estruturais da construção.

• Vibrações excessivas que causam desconforto aos usuários.

Verificações de projeto

• Solicitações (Sd) – método dos estados limites

• Resistências (Rd)

• O intuito principal é verificar se as solicitações não ultrapassam as resistências

𝑆𝑑 ≤ 𝑅𝑑

Ações

• A “NBR 8681 – Ações e segurança nas estruturas” define ações como as causas que provocam esforços ou deformações nas estruturas.

• Diretas: forças

• Indiretas: deformações

Classificação das ações

Ações permanentes

Ocorrem com magnitude constante ou com pequena variação durante praticamente toda a vida útil da construção.

• Permanentes diretas: peso próprio dos elementos da estrutura e de todos os elementos construtivos permanentes, equipamentos fixos, empuxo de terras não removíveis, entre outros

• Permanentes indiretas: protensão, recalques de apoios, retração/expansão dos materiais


Ações variáveis

Ocorrem com magnitude significativamente variável ao redor da média durante a vida útil da construção

São consideradas ações variáveis as cargas acidentais, ex: sobrecarga de utilização, frenagem/aceleração, variação de temperatura, vento

• Variáveis normais: apresentam grande probabilidade de ocorrência, tornando obrigatória sua consideração no projeto

• Variáveis especiais: sismos ou cargas de natureza


Ações excepcionais

Têm baixa probabilidade de ocorrência e curta duração. Ex:

• Explosões

• Choques de veículos ou embarcações

• Enchentes

• Incêndios


Nas estruturas convencionais de madeira, deve-se obrigatoriamente considerar as ações:

• Carga permanente

• Cargas acidentais verticais

• Vento

Cargas permanentes

• Peso próprio das estruturas e das partes fixas não estruturais

• O peso próprio avaliado depois do dimensionamento definitivo não deve diferir de mais de 10% do peso próprio inicialmente admitido.

• Na avaliação do PP, os elementos de madeira devem ser considerados com um teor de umidade de 12%.

• Adota-se o valor da densidade aparente estipulado para a classe de resistência a que pertence a madeira utilizada.

Cargas permanentes

Cargas permanentes

• Quanto maior a inclinação do telhado, mais material é utilizado, então maior será o peso próprio

• Para considerar a carga permanente atuando em projeção horizontal, divide-se a carga pelo cosseno do ângulo de inclinação

Cargas permanentes

Peso próprio

Determinado por:• Experiência profissional

• Comparação com projetos executados e apropriados

• Fórmulas empíricas

Cargas permanentes

Peso próprio - coberturas

Comparação com projetos executados e apropriados

Cargas permanentes


Fórmulas empíricas

1) Peso próprio da tesoura e contraventamento:

Fórmula de Howe:

Cargas permanentes



2) Peso próprio das terças:• Para coberturas com telhas tipo marselha ou francesa:

Vão máximo = 3 m e g0 = 60 N/m²

• Para coberturas com telhas tipo colonial:

Vão máximo = 2,5 m e g0 = 80 N/m²

• Para coberturas com telhas de cimento-amianto:

Vão máximo = 4 m e g0 = 45 N/m²

Cargas permanentes



3) Peso próprio da cobertura:• Para coberturas com telhas cerâmicas, incluímos os caibros e ripas no peso:

gi = Telhas + ripas + caibros + absorção de água

gc = em projeção horizontal

Telhas e absorção de água: conforme tabela

Ripas: 20 N/m² (3 ripas por m)

Caibros: 50 N/m² (2 caibros por m)

Cargas permanentes



4) Carga permanente total:

g = gC + g0 + gT

Cargas acidentais

Normas que especificam cargas acidentais verticais:

• NBR 6120/1980 – Cargas para o cálculo de estrutura de edificações

• NBR 7188/1982 e NBR 7189/1983 – Cargas móveis

As cargas acidentais verticais devem ser dispostas nas posições mais desfavoráveis para a estrutura.

Devem ser consideradas de longa duração.

Vento

• A ação do vento deve ser determinada de acordo com a norma NBR 6123/1998 – Forças devidas ao vento e edificações.

• Para se levar em conta a maior resistência da madeira sob ação de cargas de curta duração, na verificação do ELU, na combinação de ações de longa duração em que o vento representa a ação variável principal, as solicitações devidas ao vento são multiplicadas por 0,75 nas peças de madeira. Nas peças metálicas de ligação não multiplica.

Carregamentos

• Um carregamento é especificado pelo conjunto das ações que têm probabilidade não desprezível de atuação simultânea.

• Em cada tipo de carregamento as ações devem ser combinadas de diferentes maneiras, a fim de se determinar os efeitos mais desfavoráveis para a estrutura.

Classes de carregamento

• A classe de carregamento de qualquer combinação de ações é definida pela duração prevista para a ação variável tomada como principal na combinação.

Carregamentos

Carregamento normal

• Inclui apenas as ações decorrentes do uso previsto para a construção

• Classe de longa duração

• Deve-se verificar os estados limites últimos e de utilização

Ex:

- Ação permanente + vento em telhados

- Ação permanente + carga móvel em pontes

Carregamentos

Carregamento especial

• Inclui as ações variáveis da natureza ou ações com intensidades especiais, superando os efeitos considerados para um carregamento normal

• A classe de carregamento é definida pela duração prevista para a ação variável especial

Ex:

- Transporte de um equipamento especial sobre uma ponte, que supere o carregamento do trem-tipo considerado.

Carregamentos

Carregamento excepcional

• Considerado na existência de ações com efeitos catastróficos

• Classe de carregamento de duração instantânea

Ex:

- Terremoto

Carregamentos

Carregamento de construção

• Considerado quando os procedimentos de construção podem levar aos estados limites últimos

• Classe de carregamento determinada pela duração da situação de risco

Ex:

- Ao içar uma treliça ou elemento pesado sobre a estrutura.

Situações de projeto a serem consideradas

• Situações duradouras: devem ser consideradas em todos os projetos• ELU: consideram-se as combinações normais de carregamento

• ELS: verificar as combinações de longa duração (combinação quase permanente) ou de média duração (combinação frequente)

• Situações transitórias: quando a duração for muito menor que o período de vida da construção• Na maioria dos casos, verifica-se apenas o ELU

• Se for necessário verificar o ELS, usar combinações de média ou curta duração

• Situações excepcionais: situações com duração extremamente curta• Verifica-se apenas o ELU

Combinações de ações- ELU

Combinações para os estados limites últimos

• Combinações últimas normais

onde FGi,k representa o valor característico das ações permanentes, FQ1,k o valor característico da ação variável considerada como ação principal para a combinação considerada e ψ0j FQj,k os valores reduzidos de combinação das demais ações variáveis



• Combinações últimas especiais ou de construção

onde FGi,k representa o valor característico das ações permanentes, FQ1,k o valor característico da ação variável considerada como ação principal para a situação transitória; ψ0j,ef é igual ao fator ψ0j adotado nas combinações normais, salvo quando a ação principal FQ1 tiver um tempo de atuação muito pequeno, caso em que ψ0j,ef pode ser tomado com o correspondente ψ2j dado na Tabela 2 da norma.



• Combinações últimas excepcionais

onde FQ,exc é o valor da ação transitória excepcional e os demais termos representam valores já definidos

Combinações de ações- ELS

Combinações para os estados limites de utilização (serviço)

• Combinações de longa duração

Essa combinação é utilizada no controle usual de deformações das estruturas.

As ações variáveis atuam com seus valores correspondentes à classe de longa duração.



• Combinações de média duração

Essa combinação é utilizada quando precisa-se maior controle das deformações, por exemplo, se existirem materiais frágeis não estruturais ligados à estrutura.

A ação variável principal atua com valores de média duração, e as demais com valores de longa duração.



• Combinações de curta duração (raras)

Essa combinação é utilizada quando for importante impedir os efeitos decorrentes das deformações da estrutura.

A ação variável principal atua com valores de média duração, e as demais com valores de longa duração.



• Combinações de duração instantânea

A ação variável principal atua com valores de duração instantânea, e as demais com valores de longa duração.

Coeficientes para combinações no ELU

• G = coeficiente para ações permanentes

• Q = coeficiente para majoração das ações variáveis

• 0 = coeficiente de minoração para as ações variáveis secundárias

• 0,ef = coeficiente de minoração para as ações variáveis secundárias de longa duração


Ações permanentes (G)

• Ações de pequena variabilidade: quando o peso próprio da estrutura supera 75% da totalidade dos pesos permanentes.



• Ações de grande variabilidade: quando o peso próprio da estrutura não supera 75% da totalidade dos pesos permanentes.



• Ações permanentes indiretas: recalques de apoio e retração dos materiais


Ações variáveis (Q)

Ações variáveis favoráveis não devem ser incluídas nas combinações.


Ações variáveis secundárias (0)

As ações variáveis secundárias são utilizadas com seu valor reduzido de combinação.

• Os valores 0Fk levam em conta que é muito baixa a probabilidade de ocorrência simultânea de duas ações características de naturezas diferentes, ambas com seus valores característicos.

• Por isto, em cada combinação de ações, uma ação característica variável é considerada como a principal, entrando com seu valor característico Fk, e as demais ações variáveis de naturezas diferentes entram com seus valores reduzidos de combinação 0Fk

• Tabela 2 da NBR 7190


Ações variáveis secundárias de longa duração (0,ef)

0,ef é igual ao fator 0 adotado nas combinações normais, salvo quando a ação principal FQ1 tiver um tempo de atuação muito pequeno, caso em que 0,ef pode ser tomado com o correspondente 2 utilizado nas combinações de estados limites de utilização, da Tabela 2 da norma.

Coeficientes para combinações no ELS

Para as ações nos estados limites de utilização, as ações variáveis são utilizadas com valores correspondentes às condições de serviço, empregando-se os valores:

• 1Fk = valor frequente (média duração)

• 2Fk = valor quase permanente (longa duração)

• Os valores de 1 e 2 estão na Tabela 2 da norma.

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