CAPÍTULO 02: Ações em Estruturas de Madeira 2.1 Introdução Neste capítulo serão abordadas as principais ações atuantes em estruturas de madeira para coberturas. 2.2 Aspectos gerais das ações em estruturas de madeira De acordo com o documento normativo ANBT NBR 6120:1980, apresenta-se os valores das ações permanentes e variáveis (uso e ocupação) atuantes em estruturas de edificações. Os esforços causados pela ação variável, oriunda dos efeitos do vento, são determinados pela ABNT NBR 6123:1988. Da NBR 8681:2003, tem-se que, as ações são definidas como sendo as causas que provocam esforços e deformações nas estruturas. Segundo os documentos normativos mencionados, as ações são classificadas, segundo sua variabilidade no tempo, em três categorias: permanentes, variáveis e excepcionais. A seguir, apresentam-se tais ações: a) Ações permanentes - são aquelas com valores constantes ou de pequena variação em torno da média, ao longo de toda a vida da construção. São divididas em: *Diretas: peso próprio dos elementos estruturais e dos elementos construtivos não estruturais; *Indiretas: forças de protensão; recalques de apoio e retração/expansão de material. b) Ações variáveis são aquelas com valores que apresentam variações significativas em torno da média, durante a vida da construção. São divididas em:
*Normais: cargas acidentais verticais (atuam nas construções em função da utilização pessoas, mobiliário, veículo, etc); cargas de impacto vertical e lateral; forças de frenação/aceleração; força centrífuga; variação de temperatura; atrito devido aos aparelhos de apoio; efeito do vento. *Especiais: cargas sísmicas. c) Ações excepcionais são aquelas com duração extremamente curta e baixa probabilidade de ocorrência durante a vida de construção. Neste caso, consideram-se aquelas oriundas das seguintes causas: explosões; choque de veículos; incêndios e enchentes. Particularmente, para a elaboração de projeto de estruturas usuais de madeira, devem ser consideradas as seguintes ações: 2.2.1 Ações permanentes É constituída pelo peso próprio do conjunto estrutural, das partes fixas não estruturais e de equipamentos fixos permanentes. Nas estruturas de madeira destinadas às coberturas, a avaliação dos valores característicos do peso próprio dos elementos estruturais e nãoestruturais se dá com o emprego das dimensões nominais e do peso específico dos mesmos. Particularmente, em relação às estruturas de madeira, a definição do peso próprio (estrutural e não-estrutural) é obtida a partir do peso específico, considerando umidade de referência igual a 12%. Em relação ao peso próprio dos equipamentos fixos (permanentes), em geral, são obtidos a partir de informações fornecidas pelo fabricante. Vale registrar que, o peso específico dos referidos materiais são obtidos a partir da ABNT NBR 6120:1980, conforme apresentado na Tabela 1.1.
TABELA 2.1 Peso específico dos materiais de construção Fonte: ABNT NBR 6120:1980
2.2.2 Ações acidentais verticais São consideradas como ações de longa duração e fixadas pelas normas brasileiras NBR 6120:1980 - Cargas para o cálculo de estruturas de edificações - Procedimento. Veja a tabela abaixo: TABELA 2.2 Valores mínimos das cargas verticais
Fonte: ABNT NBR 6120:1980 As ações variáveis de uso e ocupação atuantes em elementos estruturais de coberturas e de edifícios de concreto armado são obtidas de acordo com a tabela acima. 2.2.3 Impacto vertical Considerando o acréscimo de solicitações decorrente do impacto vertical nas pontes, oriundo do trem-tipo, os valores característicos das cargas móveis verticais devem ser multiplicados pelo coeficiente de impacto, dado por: 1 40 L...(2.1) Onde, *L: é o vão teórico do tramo da ponte, no caso de vigas ou o menor de seus vãos teóricos, no caso de placas, em metros; * =50, no caso de pontes ferroviárias; * =20, pontes rodoviárias com soalho de madeira; * =12, pontes rodoviárias com soalho revestido de concreto ou asfalto.
Não se considera o impacto vertical nos encontros, nos pilares maciços, nas fundações e nos passeios das pontes, como, detalhadamente, exposto na ABNT NBR 7187:1986 - Projeto e execução de pontes de concreto armado e protendido - Procedimento. Outros documentos normativos relevantes: NBR 7188:1984 - Carga móvel em ponte rodoviária e passarela de pedestres - Procedimento, e NBR 7189/1985 - Cargas móveis para projeto estrutural de obras ferroviárias - Procedimento. 2.2.4 Impacto lateral Somente será considerado nas pontes ferroviárias. É equiparado a uma força horizontal perpendicular ao eixo da linha e atuando no topo do trilho como carga móvel concentrada. 2.2.5 Força longitudinal Será considerada na projeto de pontes rodoviárias e de pontes ferroviárias. Nas pontes rodoviárias, a força longitudinal terá o valor característico convencional equivalente ao maior dos seguintes valores: 5% do carregamento total do tabuleiro com carga móvel uniformemente distribuída, ou, para cada via de tráfego, 30% do peso do caminhão-tipo. Esta força será aplicada, sem impacto, a 2 metros acima da superfície de rolamento. Nas pontes ferroviárias, a força longitudinal terá o valor característico convencional equivalente ao maior dos seguintes valores: 15% da carga móvel (para frenação) ou 25% do peso total sobre os eixos motores (para aceleração). Esta força será aplicada, sem impacto, no centro de gravidade do trem, suposto localizado a 2,4 metros acima do topo dos trilhos. 2.2.6 Força centrífuga Trata-se de uma ação de curta duração a ser considerada nos casos de pontes rodoviárias e ferroviárias em curva. Dada a remota possibilidade de ocorrência deste tipo de estrutura em madeira, não serão feitos comentários sobre o assunto. Mais detalhes, encontram-se na NBR 7190:1997, item 5.5.7.
2.2.7 Carga em guarda-corpo É considerada ação de curta duração em pontes, admitindo-se que possa atuar como uma força horizontal uniformemente distribuída, com valor característico nominal de 1kN/m. 2.2.8 Carga em guarda-roda É considerada ação de curta duração em pontes rodoviárias, e seus valores são estabelecidos pelas normas brasileiras correspondentes. 2.2.9 Vento A ação do vento sobre as estruturas será considerada de acordo com a NBR 6123:1987 - Forças devidas ao vento em edificações. Por hipótese, agirá com seu valor característico e, em princípio, trata-se de uma ação de curta duração. As ações acidentais verticais e seus efeitos dinâmicos, como o impacto vertical, o impacto lateral, as forças longitudinais e a força centrífuga, são admitidas componentes de uma mesma ação variável. Para considerar a boa resposta da madeira para ações de curta duração, a solicitação nas peças estruturais decorrentes aos efeitos do vento (somente na combinação de ações de longa duração, quando assume o valor da ação variável principal), do impacto vertical, do impacto lateral, das forças longitudinais e da força centrífuga, poderão ser multiplicadas pelo fator 0,75, quando da verificação da segurança em relação a estados limites últimos. Nas peças metálicas não será considerada tal redução. As ações acidentais verticais e a ação do vento devem ser consideradas ações variáveis de naturezas diferentes, sendo muito baixa a probabilidade de ocorrência simultânea de ambas e, são adotados com seus respectivos valores característicos.
2.3 Ações em estruturas de madeira para cobertura Nas edificações correntes (ginásios, barracões comerciais e industriais, edifícios, entre outras), bem como em seus elementos estruturais (vigas, pilares, elementos estruturais de cobertura, etc), destacam-se a incidência das seguintes ações: permanentes estruturais e não estruturais, acidentais verticais e vento. Tais ações serão apresentadas a seguir com maiores detalhes. 2.3.1 Ação permanente estrutural O termo estrutural tem como objetivo principal explicitar a ação permanente oriunda do peso próprio de cada elemento, cuja função principal é resistir às solicitações. Em particular, nas estruturas treliçadas de cobertura, além do peso próprio, atuam-se as seguintes cargas permanentes: *Telhado cerâmico e de concreto - considerar as ripas, caibros e terças; *Telhado de fibro-cimento, de aço e de alumínio - considerar as terças. *Estrutura de contraventamento - adotar de 5 a 10%; *Dispositivos de ligação (pregos, parafusos, chapas de ligação, etc) - considerar 3 a 5% do peso próprio inicial da treliça; Dentre as dimensões (em centímetros) de peças de madeira utilizadas estruturalmente, algumas são apresentadas a seguir: *Ripas: (1,5 a 2,5x5,0); *Caibros: (5,0x5,0) e (5,0x7,0); *Vigotas: (5,0x11,0) e (5,0x15,0); *Pranchas: (4,0x20,0) e (4,0x25); *Tábuas: (2,0 a 3,0x11,0); (2,0 a 3,0x15); (2,0 a 3,0x20,0) 2.3.2 Ação permanente não-estrutural O termo não-estrutural tem como objetivo principal explicitar a ação permanente oriunda do peso próprio dos elementos cuja função principal não é de resistir às solicitações, mas sim, contribuir com a composição da estrutura.
Nas estruturas de cobertura, o telhado (cerâmico, fibro-cimento, aço, alumínio, etc) é a principal ação não-estrutural. Alguns tipos de telhas são mostrados a seguir. a)telha cerâmica Dentre as telhas cerâmicas, com maior ou menor utilização, destacam-se as telhas de encaixe e capa-canal. Veja a figura 2.1. FIGURA 2.1 - Telhas cerâmicas A seguir, são apresentadas algumas características relevantes ao cálculo estrutural, referentes às telhas citadas anteriormente. TABELA 2.3 - Características das telhas cerâmicas Telhas de encaixe Telhas capa/canal Características Francesa Romana Duplana Colonial Paulista Plan Inclinação (graus) Declividade (%) N o de telhas (por m 2 ) Peso próprio (kn/m 2 ) b)telha de concreto 18 a 22 17 a 25 17 a 25 11 a 14 11 a 14 11 a 17 32 a 40 32 a 47 32 a 47 20 a 25 20 a 25 20 a 30 15 16 15 23 26 26 0,45 a 0,54 0,48 a 0,58 0,54 a 0,65 0,65 a 0,78 0,69 a 0,83 0,72 a 0,86 As telhas de concreto devem ser assentadas com uma inclinação mínima de 30%, mas em geral, são empregados valores entre 35 a 40%, correspondendo aproximadamente de 20 a 22º, respectivamente. São adotadas de 10 a 11 telhas/m², com uma massa em torno de 46 kg (telha seca) a 50 kg (saturada), considerando uma absorção máxima de 10%.
FIGURA 2.2 - Telhas de concreto c)telha de fibro-cimento Para telhados de fibro-cimento de uma ou duas águas, as chapas onduladas são as mais utilizadas. Para garantir a estanqueidade e evitar a percolação de água entre as telhas, devem-se realizar recobrimentos longitudinal e transversal/lateral (remonte das chapas no sentido da sua largura). Outras informações são encontradas nos catálogos dos fabricantes. FIGURA 2.3 - Telha de fibro-cimento d)telha de aço e de alumínio As principais características destas telhas, tais como especificações, recobrimentos (longitudinal e lateral), peso próprio, entre outras, encontram-se nos catálogos dos fabricantes.
2.3.3 Ações variáveis - Acidental vertical De forma geral, segundo a ABNT NBR 6120:1980 E ABNT NBR 7190:1997 e, além disso, considerando o processo construtivo para todos os elementos de madeira, isolados, destinados às coberturas (ripas, caibros, terças), deve-se considerar uma força de 1,0 kn na posição mais desfavorável do elemento estrutural, considerando vãos que exceda 70 centímetros. Ainda, para as estruturas de madeira destinadas às coberturas comuns, não submetidas a carregamentos atípicos e sem especificação em contrário, devese prever uma sobrecarga de valor característico mínimo, igual a 0,25 kn/m² (projeção horizontal), para considerar possíveis instalações (elétrica; hidráulica; isolamento térmico e acústico; pequenos equipamentos adicionais; entre outros).