Projeto em estruturas de madeira

PROJETO EM ESTRUTURAS DE MADEIRA VÍTOR HUGO MARTINS PINHEIRO Dissertação submetida para satisfação parcial dos requisitos do grau de MESTRE EM ENGENHARIA CIVIL — ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS Orientador: Professor Doutor João Paulo Miranda Guedes Coorientador: Professor Doutor Jersy Jasienko SETEMBRO 2012 Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ ii Versão para discussão MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL 2011/2012 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL Tel. +351-22-508 1901 Fax +351-22-508 1446  [email protected] Editado por FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO Rua Dr. Roberto Frias 4200-465 PORTO Portugal Tel. +351-22-508 1400 Fax +351-22-508 1440  [email protected]  http://www.fe.up.pt Reproduções parciais deste documento serão autorizadas na condição que seja mencionado o Autor e feita referência a Mestrado Integrado em Engenharia Civil - 2011/2012 - Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal, 2012. As opiniões e informações incluídas neste documento representam unicamente o ponto de vista do respectivo Autor, não podendo o Editor aceitar qualquer responsabilidade legal ou outra em relação a erros ou omissões que possam existir. Este documento foi produzido a partir de versão electrónica fornecida pelo respectivo Autor. Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão iii Aos meus pais “O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário” Albert Einstein Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ iv Versão para discussão Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão v AGRADECIMENTOS Ao meu coorientador Jerzy Jasienko, na faculdade da Polónia, Politechnika Wroclawska, pela ajuda prestada na componente técnica, e ao meu orientador na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Prof. Miranda Guedes, pela amabilidade e pela disponibilidade que demonstrou para tudo durante o semestre. Aos meus pais, e toda a minha família, que sem eles, não poderia estar agora a redigir estas palavras de agradecimento. A minha namorada Cláudia, pela infinita paciência que teve para comigo nos últimos dois anos do meu percurso académico. Aos meus amigos e companheiro de estudo, pelas tardes e noites passadas, rodeados de folhas e sebentas. Aos melhores amigos que uma pessoa pode ter, os meus amigos de Monção, que tiveram sempre para tudo, dias bons, dias maus, dias de alegria e de tristeza, este trabalho também e vosso, Pedro, Stivan, Diogo, Tome, Boga, Rui, Duque, Fábio, David, Zé e muitos mais… E por fim, aos meus amigos, que conheci na Polónia, durante o Programa Erasmus, pelos quatro meses de convívio em que criamos forte laços de amizade, Mochilas, Chéu, Granja, Alberto, David, Delgado e Enrique. A todos eles…e aqueles que o seu nome não esta aqui Obrigado por tudo. Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ vi Versão para discussão Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão vii RESUMO O tema desenvolvido e abordado durante esta dissertação do ramo de estruturas, mestrado integrado em Engenharia civil, focou-se na análise e dimensionamento estrutural de uma cobertura de um court de ténis, com as medidas regulamentares, apropriadas à prática de ténis indoor. O projeto foi concebido para que possa ser implementado no norte da Europa, mais precisamente na cidade de Wroclaw, Polónia, pois muitos fatores que foram assumidos para concretizar o dimensionamento, apoiaram-se no que os regulamentos obrigam para essa mesma cidade. No que se refere a cargas ou ações a que a cobertura estará sujeita, teve que se ter em conta certas características locais como: altitude, atividade sísmica e temperaturas médias.Estas características ajudaram a adotar os valores corretos para definição das cargas da neve e do vento. No sul da Europa e na Europa central o aço e betão são os materiais mais comuns na conceção de estruturas, tanto de pequeno, médio ou grande porte, sendo estes usados numa elevada percentagem de construções. O mesmo já não acontece quando nos deslocamos mais para o norte ou para o leste, onde aí, a madeira é usada em grande escala, mais para habitações familiares ou em estruturas de cobertura de polidesportivos, piscinas. Este foi um fator importante para a escolha do material usado, a madeira lamelada colada. PALAVRAS-CHAVE: Madeira lamelada colada; Arcos; Ligações; Eurocódigo 5; Custos Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão ix ABSTRACT The theme developed and discussed in this dissertation in the structures area, Master in Civil Engineering, has focused on structural analysis and design of a cover of a tennis court with the regulamentary measures, to the practice of indoor tennis. The project was designed so it can be implemented in Northern Europe, more precisely in the city of Wroclaw, Poland, because many factors taken into account to achieve the design, relied on what the regulamentary requires for that city. Regarding the loads or actions that would affect the cover, it was necessary take into account certain local factor, such as: the altitude, the seismic activity and the average temperatures. These factors helped in the achievement of the precise values to the definition of the snow and wind loads. In the Southern Europe and Central Europe the steel and the concrete are the most common materials in the design of structures, both small, medium or large, and are used in a high percentage of constructions; which doesn't happen when we move further north or east, where the wood is used in a large scale, most to family dwellings or in the cover structures of multisports stadiums, pools. This was an important factor to choose the material used in this project, the glued laminated timber. KEYWORDS: Glued laminated timber; Arc; Connections; Eurocode 5; Costs Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ xvi Versão para discussão Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão xvii ÍNDICE DE FIGURAS Fig. 1 – Constituição de um tronco ............................................................................................................... 4 Fig. 2 - Estrutura molecular da celulose ........................................................................................................ 5 Fig. 3 – Estrutura molecular da Hemicelulose .............................................................................................. 5 Fig. 4 – Estrutura molecular da lenhina ........................................................................................................ 5 Fig. 5 – Medição da humidade da madeira ................................................................................................... 5 Fig. 6 – Tronco sujeito a ataque de fungos ................................................................................................... 6 Fig. 7 – Tronco sujeito a ataque de insetos .................................................................................................. 6 Fig. 8 – Nós da madeira ................................................................................................................................ 7 Fig. 9 – Má formação do tronco .................................................................................................................... 7 Fig. 10 – Camada carbonizada após incêndio .............................................................................................. 8 Fig. 11 – Viga de madeira após incêndio ...................................................................................................... 8 Fig. 12 – Evolução da deformação por fluência ............................................................................................ 9 Fig. 13 – Viga de madeira fletida ................................................................................................................ 10 Fig. 14 – Deformação excessiva de viga de madeira ................................................................................. 14 Fig. 15 – Elemento em MLC ....................................................................................................................... 15 Fig. 16 – Estrutura em MLC ........................................................................................................................ 16 Fig. 17 – Tábuas de LVL ............................................................................................................................. 17 Fig. 18 – Estrutura em LVL ......................................................................................................................... 17 Fig. 19 – Dimensões relevantes para a definição do arco .......................................................................... 20 Fig. 20 – Dimensões regulamentares da bancada ...................................................................................... 20 Fig. 21 – Disposição das saídas de emergência......................................................................................... 20 Fig. 22 – Vista de frente do arco ................................................................................................................. 22 Fig. 23 – Estrutura modelada em ROBOT .................................................................................................. 22 Fig. 24 – Orientação das vigas em AUTOCAD ........................................................................................... 23 Fig. 25 – Apoios modelados em ROBOT .................................................................................................... 25 Fig. 26 – Exemplo de apoio de arco ........................................................................................................... 25 Fig. 27 – Cachorro SIMPSON ..................................................................................................................... 25 Fig. 28 – Lã de vidro ................................................................................................................................... 29 Fig. 29 – Folha trapezoidal ROOFMETA .................................................................................................... 29 Fig. 30 – Distribuição da ação externa do vento ......................................................................................... 35 Fig. 31 – Distribuição da ação interna do vento 1 ....................................................................................... 36 Fig. 32 – Distribuição da ação interna do vento 2 ....................................................................................... 36 Fig. 33 – Combinação da ação interna com ação externa 1 ....................................................................... 37 Fig. 34 – Combinação da ação interna com ação externa 2 ....................................................................... 37 Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ xviii Versão para discussão Fig. 35 – Distribuição das cargas da neve 1 ............................................................................................... 40 Fig. 36 – Distribuição das cargas da neve 2 ............................................................................................... 40 Fig. 37 – Distribuição das cargas da neve 3 ............................................................................................... 41 Fig. 38 – Numeração das vigas .................................................................................................................. 43 Fig. 39 – Diagrama de momentos (viga encastrada) .................................................................................. 44 Fig. 40 – Diagrama de momentos (viga simplesmente apoiada) ................................................................ 44 Fig. 41 – Apoio com molas ......................................................................................................................... 44 Fig. 42 – Secção transversal da viga .......................................................................................................... 48 Fig. 43 Larguras de influência das vigas ..................................................................................................... 50 Fig. 44 – Rotação da secção da viga .......................................................................................................... 58 Fig. 45 – Fenomeno de instabilidade torsional ........................................................................................... 58 Fig. 46 – Direção do deslocamento ............................................................................................................ 62 Fig. 47 – Secção transversal do arco .......................................................................................................... 64 Fig. 48 – Arco modelado em ROBOT ......................................................................................................... 65 Fig. 49 – Ação da carga permanente .......................................................................................................... 66 Fig. 50 – Ação da sobrecarga pontual ........................................................................................................ 66 Fig. 51 – Ação da sobrecarga distribuída ................................................................................................... 67 Fig. 52 – Ação da neve (1) .......................................................................................................................... 67 Fig. 53 – Ação da neve (2) .......................................................................................................................... 68 Fig. 54 – Ação da neve (3) .......................................................................................................................... 68 Fig. 55 – Ação do vento (1) ......................................................................................................................... 69 Fig. 56 – Ação do vento (2) ......................................................................................................................... 69 Fig. 57 – Ação do vento (3) ......................................................................................................................... 70 Fig. 58 – Diagrama de esforço axial para combinação 29 .......................................................................... 72 Fig. 59 – Diagrama de esforço transverso para combinação 29 ................................................................. 73 Fig. 60 – Diagrama de momentos fletores para combinação 29 ................................................................. 73 Fig. 61 – Reações de apoio para combinação 29 ....................................................................................... 74 Fig. 62 – Comprimento de encurvadura do arco ......................................................................................... 78 Fig. 63 – União viga-pilar ............................................................................................................................ 81 Fig. 64 – Fenómeno de bambeamento no arco .......................................................................................... 83 Fig. 65 – Configuração do diagrama de momentos .................................................................................... 83 Fig. 66 – Configuração da deformada ......................................................................................................... 88 Fig. 67 – Disposição dos cabos de contraventamento ................................................................................ 89 Fig. 68 – Aplicação da ação do vento ao arco ............................................................................................ 91 Fig. 69 – Esticadores de cabos e dispositivos de amarração ..................................................................... 92 Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão xix Fig. 70 – Representação do tirante ............................................................................................................. 93 Fig. 71 – Vistas da sapata .......................................................................................................................... 93 Fig. 72 – Modelo de escoras e tirantes ....................................................................................................... 96 Fig. 73 – Diagramas de esforço axial .......................................................................................................... 96 Fig. 74 – Nó 1 ............................................................................................................................................. 99 Fig. 75 – Nó 2 ........................................................................................................................................... 100 Fig. 76 – Nó 3 ........................................................................................................................................... 101 Fig. 77 – Disposição das armaduras da sapata ........................................................................................ 102 Fig. 78 – Situação 1 .................................................................................................................................. 104 Fig. 79 – Situação 2 .................................................................................................................................. 104 Fig. 80 – Diferentes casos de ligações ..................................................................................................... 108 Fig. 81 – Ligação parafuso-chapa interior ................................................................................................. 109 Fig. 82 – Aspeto exterior da ligação .......................................................................................................... 109 Fig. 83 – conetor WS-T ............................................................................................................................. 110 Fig. 84 – Modo de rutura 3 ........................................................................................................................ 110 Fig. 85 – Modo de rutura 1 ........................................................................................................................ 110 Fig. 86 – Modo de rutura 2 ........................................................................................................................ 110 Fig. 87 – Configuração da ligação do caso (1) ......................................................................................... 112 Fig. 88 – Parafuso tipo M .......................................................................................................................... 113 Fig. 89 – Chapa exterior ........................................................................................................................... 114 Fig. 90 – Distâncias regulamentares do parafuso ao bordo ...................................................................... 115 Fig. 91 – Área de chapa sujeita à tensão máxima .................................................................................... 116 Fig. 92 – Tipologia da ligação caso (2) ..................................................................................................... 117 Fig. 93 – Junção arco-viga ........................................................................................................................ 121 Fig. 94 – Aplicação de cachorros SIMPSON ............................................................................................ 121 Fig. 95 – Tratamento prévio de elemento de madeira .............................................................................. 122 Fig. 96– Numeração das chapas de ligação (caso 1) ………………………………………………………...126 Fig.97– Numeração das chapas de ligação (caso 2) ………………………………………………………….126 Fig. 98– Vista frontal de cachorro SIMPSON…………………………………………………………………...127 Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ xx Versão para discussão Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão xxi Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ xxii Versão para discussão Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão xxiii ÍNDICE DE TABELAS Tabela. 1 – Resistências da madeira resinosa ........................................................................................... 11 Tabela. 2 – Resistências da madeira folhosa ............................................................................................. 11 Tabela. 3 – Valores de Kdef ....................................................................................................................... 13 Tabela. 4 – Orientação das vigas ............................................................................................................... 24 Tabela. 5 – Categorias de uso .................................................................................................................... 27 Tabela. 6 – Categorias da MLC .................................................................................................................. 28 Tabela. 7 – Tipos de painel ......................................................................................................................... 30 Tabela. 8 – Carga permanente da cobertura .............................................................................................. 30 Tabela. 9 – Fatores de exposição ............................................................................................................... 39 Tabela. 10 – Valor das cargas .................................................................................................................... 50 Tabela. 11 – Largura de influência das vigas ............................................................................................. 50 Tabela. 12 – Valor da carga linear .............................................................................................................. 51 Tabela. 13 – Valor do momento fletor provocado pelas cargas .................................................................. 53 Tabela. 14 – Valores de interação .............................................................................................................. 53 Tabela. 15 . Valor das cargas ..................................................................................................................... 54 Tabela 16 – Larguras de influência ............................................................................................................. 54 Tabela. 17 - Valor da carga linear ............................................................................................................... 55 Tabela. 18 – Valor do momento fletor provocado pelas cargas .................................................................. 55 Tabela. 19 – Valores de interação .............................................................................................................. 56 Tabela. 20 – Valores de deslocamento ....................................................................................................... 62 Tabela. 21 – Valores das cargas a aplicar no arco ..................................................................................... 65 Tabela. 22 - Combinações .......................................................................................................................... 70 Tabela. 23 – Valores máximos de esforços para a combinação 29 ............................................................ 74 Tabela 24 – Valores de interação ............................................................................................................... 76 Tabela. 25 – Valores de interação para encurvadura ................................................................................. 79 Tabela. 26 – Valor dos deslocamentos ....................................................................................................... 86 Tabela 27 – Fatores de pressão externa .................................................................................................... 90 Tabela. 28 – Valores de b, T1 e T2 para conetores WS-T ........................................................................ 109 Tabela. 29 – Valores de .................................................................................................................. 113 Tabela. 30 – Valores de ................................................................................................................... 118 Tabela. 31 – Quantidades de MLC ........................................................................................................... 127 Tabela. 32 – Quantidades de aço na ligação a emio vão ......................................................................... 128 Tabela. 33 – Quantidades de aço na ligação de apoio ............................................................................. 128 Tabela. 34 – Quantidades totais de aço ................................................................................................... 129 Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ xxiv Versão para discussão Tabela. 35 – Custos Finais ....................................................................................................................... 130 Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão xxv ÍNDICE DE GRÁFICOS Grafico. 1 – Evolução da massa volúmica da madeira lamelada colada.................................... 28 Grafico. 2 – Valores para o coeficiente de exposição ................................................................. 33 Grafico. 3 – Valores do coeficiente de pressão externa ............................................................. 34 Grafico. 4 – Evolução das interações ......................................................................................... 45 Grafico. 5 – Evolução da largura de influência ........................................................................... 45 Grafico. 6 – Evolução da carga permanente ............................................................................... 46 Grafico. 7 – Evolução da carga do vento .................................................................................... 46 Grafico. 8 – Evolução da sobrecarga 2 ....................................................................................... 47 Grafico. 9 – Evolução da carga da neve ..................................................................................... 47 Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ 4 Versão para discussão Fig. 1 – Constituição de um tronco De salientar ainda que, apenas o borne e o cerne são usados como material estrutural, pois são os únicos que reúnem as características para tal, sendo que, destas duas é o cerne que apresenta melhor qualidade, pois já não apresenta atividade fisiológica; tem geralmente uma tonalidade mais escura e é, fundamentalmente, a camada responsável pelo suporte da árvore. O Borne tem como função o transporte da seiva bruta sendo assim constituído por células vivas, possui ainda baixa resistência ao ataque de insetos e fungos, apresentando uma tonalidade mais clara que o cerne. Existe também uma certa homogeneidade quando se fala da anatomia do caule das árvores sendo que, poderemos encontrar enormes semelhanças na constituição do caule de árvores da mesma espécie, de espécies vizinhas ou que pertençam ao mesmo grupo ou família [1]. 2.1.2. COMPOSIÇÃO QUÍMICA Como composição química elementar, não existem grandes diferenças de madeira para madeira, apresentando todas, uma proporção na composição bastante semelhante, sendo os principais elementos:  Carbono (C);  Oxigénio (O);  Hidrogénio (H);  Nitrogénio (N), este em pequenas quantidades. Estando a falar de percentagens de cerca de 50% para o Carbono, sendo o mais abundante, cerca de 44%-45% para o Oxigénio, 6% para o Hidrogénio, e por fim de 0.1% a 1% de Nitrogénio [2]. No que diz respeito às componentes macro moleculares, poderemos identificar 4 famílias importantes:  Celulose, pela sua resistência mecânica, sobretudo de tração (Fig. 2);  Hemicelulose, pela coesão que transfere as fibras (Fig. 3);  Lenhina, pela coesão e resistência que confere ao elemento (Fig. 4);  Outros, (ex. Resinas…). Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 5 Fig. 2 - Estrutura molecular da celulose Fig. 3 – Estrutura molecular da Hemicelulose Fig. 4 – Estrutura molecular da lenhina 2.1.2. CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Para o cálculo de estruturas de madeira as características físicas mais importantes passam pela resistência ao fogo e pela resistência mecânica. Contudo, estes dois pontos serão abordados posteriormente. Será feita apenas uma breve e pequena introdução a algumas propriedades física da madeira bem como:  Massa volúmica. A massa volúmica representa a relação entre o peso e o volume de um material, sólido ou líquido. Na madeira é bastante variável de espécie para espécie, isto é, o mesmo volume de duas madeiras de diferentes espécies poderão ter pesos bastante distintos, podendo oscilar entre os 100 e 1500 kg por [3];  Humidade. Está relacionada com o teor de água existente na madeira e é máxima após o corte. O controlo da humidade é muito importante pois vai influenciar diretamente a resistência mecânica da madeira (Fig. 5) [3];  Condutividade térmica. A madeira é um excelente isolante térmico, daí ser tão usada nos países mais frios. Este fator deve-se à forma como os tecidos estão organizados permitindo a existência de ar no seu interior, sendo este um ótimo isolante [3];  Condutividade sonora. A madeira absorve muito bem as ondas sonoras evitando a reverberação e distribuindo melhor as ondas pelo ambiente [3];  Retratibilidade. Este fenómeno está associado à variação de volume dos elementos de madeira com o aumento ou diminuição da humidade, podendo ser dividida em três tipos: tangencial, radial ou volumétrica, consoante a direção em que se dá a contração ou a dilatação [3]. Fig. 5 – Medição da humidade da madeira Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ 6 Versão para discussão 2.2. DOENÇAS E IMPERFEIÇÕES 2.2.1. DOENÇAS Por ser proveniente de um ser vivo a madeira é vulnerável ao aparecimento de doenças que a tornam mais fraca e que alteram as suas propriedades. Nem sempre o tratamento desta é fácil, por isso será melhor ‘’prevenir em vez de remediar’’. As doenças mais comuns da madeira são:  Apodrecimento; fenómeno responsável pela desintegração de certos elementos químicos da seiva, por ação de alguns fungos. Esta pode ser classificada em podridão azul ou branca;  Insetos e parasitas; esta é outra das doenças ou pragas da madeira. Os insetos perfuram fazendo galerias intermináveis no seu interior (Fig. 6). Isto pode ser colmatado usando ácidos que inundam essas galerias e exterminam os insetos ou larvas. Como prevenção pode ser aplicado verniz, creando uma espécie de capa impermeável;  Fungos, estes expandem-se de forma muito rápida e superficial, levando ao aparecimento de pequenas bolhas brancas, uma espécie de “pus”, sendo mais comum em lugares muito húmidos (Fig. 7). Esta doença é facilmente detetável dando pancadas na madeira e observando se o som reproduzido é abafado [4]. Fig. 6 – Tronco sujeito a ataque de fungos Fig. 7 – Tronco sujeito a ataque de insetos 2.2.2 IMPERFEIÇÕES Sendo este um material biológico, é comum e normal a existência de certos defeitos ou imperfeições. São pequenas zonas defeituosas, muitas vezes identificadas à vista desarmada, em coisas mais elementares que uma viga ou um pilar, móveis de casa ou algo ainda mais simples. É então muito comum lidar com defeitos da madeira tais como:  Nós. São muito comuns e facilmente identificáveis, como mostra a figura 8, sendo estes um aglomerado de diferentes tecidos criando nesse ponto uma mistura de texturas. A sua existência para além de dificultar inúmeros processos de tratamento da madeira, como a serração e a colagem, entre outros, deverá ser tido em conta quando estamos a falar de madeira para uso estrutural, pois diminuem a resistência do elemento e poderão, até ficar secos desprendendo-se do elemento. Para evitar isto, é imprescindível fazer o Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 7 corte de ramos de tempo a tempo, também sendo conhecida esta prática com o nome mais popular de “podar” [4];  Aberturas ou fendas, resultantes de um processo de secagem rápido, estas poderão ser interiores ou exteriores [4];  Desvio do fio. É o aparecimento de fibras que se desenvolvem numa direção diferente das outras. Estas são muito problemáticas sendo preferível descartar o uso de elementos que contenham este tipo de anomalias [4];  Fibras corroídas. São fibras que estão a ser atacadas por fungos. Identificam-se facilmente pois surgem riscos brancos na madeira [4].;  Outro defeito bastante comum prende-se com a forma como a árvore se desenvolve em altura, muitas vezes de forma menos vertical, pois esta tenta sempre procurar as melhores condições que proporcionem o seu desenvolvimento, levando a que o tronco deixe de trabalhar apenas à compressão e passe a trabalhar em flexão composta (Fig. 9) [4];  Um outro defeito ou problema é o uso de madeira dos extremos do tronco, zona onde se está a formar madeira mais recente. O uso desta madeira reduz consideravelmente a qualidade do material [4]. Fig. 8 – Nós da madeira Fig. 9 – Má formação do tronco 2.2.2. RESISTÊNCIA DA MADEIRA AO FOGO Na abordagem a este ponto é fundamental reter e ter bem presente um fator: a madeira é um mau condutor térmico, ao contrário de elementos estruturais como o aço. Posto isto, e contrariamente ao que é a opinião comum, a madeira tem ótima capacidade resistência ao fogo pois, após começar a arder cria a sua volta uma camada carbonizada isolante que torna muito difícil que as temperaturas se elevem de forma excessiva na parte mais central do elemento. Assim sendo, o elemento sofre uma redução de secção, mas pode não entrar em rotura (Fig. 10) [4]. Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ 8 Versão para discussão Fig. 10 – Camada carbonizada após incêndio O que é feito na maior parte das vezes no cálculo de estruturas de madeira é, quando conhecidas e estudadas as características de comportamento ao fogo do elemento e também a zona de risco na qual se vai inserir o edifício ou a estrutura projetada, poder-se-á adotar uma secção maior. O uso de mais 2 ou 3 cm para que, em caso de incêndio essa margem excedente se transforme na camada carbonizada fazendo com que a parte interior do elemento mantenha a secção desejada pelo projetista para fazer face as cargas existentes (Fig. 11) [3]. Fig. 11 – Viga de madeira após incêndio Apesar do aço não ser um material inflamável como a madeira, é capaz de apresentar drásticas quedas na sua resistência mecânica após alguns minutos de incêndio, pois as suas propriedades químicas são fortemente alteradas. O mesmo já não acontece com a madeira pois apesar de ser um material inflamável, e de combustão muito lenta (estudos apontam para uma média de 0.7 mm/min). No entanto, a evolução desta nem sempre é proporcional. É o caso de algumas coníferas que podem ver a sua secção afetada 2cm em 30 minutos mas, ao fim de 1 hora apenas reduziram 3.5mm e não 4mm [5]. Não só elementos portantes como vigas e pilares apresentam boa resistência, as paredes em madeira também são excelentes “trava-fogos”. 2.3. FENÓMENOS EXPERIMENTADOS PELA MADEIRA Tal como todos os outros materiais estruturais a madeira não é imune a certos fenómenos causados, fundamentalmente, pela persistência e duração do carregamento a que estão sujeitas. Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 9 É então que surgem nomes já familiares e comuns como: fluência e relaxação. No ponto seguinte será apenas abordado o tema da fluência. 2.3.1. FLUÊNCIA De forma muito simples e resumida, a fluência é um fenómeno que se verifica nos materiais e que se traduz num aumento da deformação para um carregamento constante. É comum nos carregamentos de longa duração, mesmo que a tensão experimentada pelo material não seja muito elevada, podendo o material até entrar em rutura antes de atingir os valores de tensão admissíveis obtidos em ensaios de curta duração. Este fenómeno está diretamente ligado com as características da madeira, tais como: humidade relativa do ar e temperatura ambiente, tal como acontece com o betão. De seguida, apresenta-se um gráfico representativo de como este fenómeno evolui com o tempo (Fig. 12). Fig. 12 – Evolução da deformação por fluência Pode ser observado que para um mesmo carregamento dá-se primeiramente uma deformação elástica. Seguidamente, a deformação continua a crescer por efeitos de fluência e, ao findar do carregamento persiste uma deformação resídual que nunca mais é recuperada. Durante este processo podemos fazer distinção entre três tipos de fluência:  Fluência primária;  Fluência secundária;  Fluência terciária. Representando a primária e a terciária uma subida mais abrupta da deformação comparativamente à secundária. Tal como já foi referido anteriormente, inúmeros aspetos podem influenciar a fluência na madeira, são eles:  A origem do material;  A posição em que se encontra (paralela, perpendicular ou normal às fibras);  Tipo de material (madeira maciça ou compostos de madeira). Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ 10 Versão para discussão De forma a acautelar este fenómeno nas estruturas de madeira deverão ser tomadas algumas medidas:  Garantir que o elemento não sofrerá grandes variações térmicas e higrotérmicas;  O uso na montagem da estrutura de elementos com os teores de água estabilizados;  O uso de contraflechas para fazer face às possíveis flechas que poderão surgir. [6] 2.4. RESISTÊNCIA MECÂNICA DA MADEIRA 2.4.1. TRAÇÃO E COMPRESSÃO A madeira é um material com uma elevada resistência mecânica. Sendo um material altamente heterogéneo e constituído pela sobreposição de camadas ou fibras, os valores das tensões que esta admite são muito variáveis, consoante a orientação da solicitação e também a natureza do esforço solicitado, caso seja de tração ou compressão [4]. Será mais fácil usar um exemplo para que se compreenda melhor este fenómeno. Nos elementos de madeira, para esforços de tração observa-se que o elemento tem menor resistência quando a solicitação é perpendicular às fibras do que quando é paralela, pois a tração no sentido perpendicular a estas tende a provocar a separação das fibras afetando a coesão do elemento [3]. No que diz respeito à resistência à compressão, um elemento solicitado paralelamente às fibras, apresenta maior resistência quando este mesmo elemento é solicitado perpendicularmente, pois o crescimento natural das àrvores exige que estas desenvolvam uma maior resistência no sentido paralelo isto porque o esforço axial recebido pelo tronco é paralelo às fibras. A resistência à compressão na direção perpendicular às fibras é muito semelhante à resistência ao esmagamento da madeira [3]. 2.4.2. FLEXÃO Sendo que uma boa parte da madeira é para usar como vigas, torna-se fundamental um estudo cuidadoso da sua resistência à flexão (Fig. 13). A madeira não consegue atingir os valores do aço a trabalhar em flexão, mas comporta-se de forma muito razoável, e tem ainda um ponto muito benéfico a seu favor, que é a sua ótima relação peso-resistência. De salientar ainda que, os valores característicos da resistência da madeira à flexão aproximam-se bastante dos valores de tração axial. Fig. 13 – Viga de madeira fletida Tal como os outros materiais, betão e aço, a madeira apresenta uma distribuição linear de tensões em regime elástico [4]. Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 11 2.4.3. CORTE OU ESCORREGAMENTO O corte ou escorregamento pode dar-se em duas direções, no plano longitudinal ou no transversal, sendo o mais desfavorável o corte axial (plano longitudinal). Se pensarmos na estrutura anatómica da madeira, facilmente se entende o porque do risco de deslizamento de uma camada ou fibra sobre a outra, quando solicitadas [4]. 2.4.4. VALORES MÉDIOS DE RESISTÊNCIAS Encontram-se na tabela 1 e 2 valores médios de resistência de elementos de madeira para 4 diferentes tipos de solicitação: Tabela. 1 – Resistências da madeira resinosa Tabela. 2 – Resistências da madeira folhosa Entende-se por madeira resinosa (árvores de folha persistente) aquela cuja árvore tem folha permanente, e por madeira folhosa (árvores de folha caduca) aquela cuja árvore perde a folha periodicamente [7] . Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 13 3 3. BASES DE CÁLCULO 3.1. ESTADO LIMITE ÚLTIMO A verificação a Estado limite último visa garantir que a estrutura ou os elementos desta não entram em rutura. Sempre que são efetuados cálculos para verificação de ELU deverão ser ajustados valores característicos de propriedades da madeira. Estes valores são modificados para ter em conta a duração das ações e o teor em água [3]. As propriedades que deverão ser corrigidas são: módulo de elasticidade e módulo de distorção. A forma de calcular os módulos de elasticidade e distorção com a devida correção, é pelas fórmulas 3.1 e 3.2. Emean e Gmean são os valores médios do módulo de elasticidade e distorção respetivamente,Ψ2 é o valor para o coeficiente quase permanente da ação e é o fator para avaliação da deformação por fluência que tem em conta a classe de serviço [8]. Encontram-se na tabela 3 valores de para classes de serviço 1, 2 e 3 e para alguns dos materiais mais utilizados em construções de estruturas de madeira [3]. Tabela. 3 – Valores de Kdef Madeira Classe de serviço 1 2 3 Maciça 0,6 0,8 2 LVL 0,6 0,8 2 Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ 20 Versão para discussão Fig. 19 – Dimensões relevantes para a definição do arco Assim sendo, e mais uma vez após a consulta do livro “A Arte de Projetar em Arquitetura”, chegou-se às dimensões exatas e necessárias tanto para o campo, como para o espaço adjacente ao campo e bancadas. O court terá uma dimensão total de (36,5m x 18,5m), perfazendo uma área de 675 metros quadrados. As bancadas terão uma altura que ronda os cinco metros de alto sendo constituídas por 12 patamares, contando com um declive de 26,5 graus (Fig. 20) [12]. Fig. 20 – Dimensões regulamentares da bancada Haverá duas saídas de emergência em cada uma das bancadas maiores e uma em cada uma das pequenas, sendo que o pavilhão terá capacidade para receber cerca de duas mil e quinhentas pessoas (Fig. 21). O número de saídas do pavilhão foi definido de acordo com o regulamento RT-SCIE artigo 54º (espaços cobertos) que obriga à existência de uma saída de emergência por cada quinhentas pessoas ou fração, o que perfazia um total de cinco portas, sendo que ficaria com uma distribuição assimétrica. Daí ter-se optado por seis portas distribuídas simetricamente. No que se refere à largura das mesmas (unidades de passagem), estará de acordo com o mesmo regulamento mas no artigo 56º. Este obriga à existência de uma UP (60 cm) por cada 100 pessoas, o que totaliza 25 UP’s, que distribuídas por seis portas resultará em três UP’s para cada uma delas, cerca de 1,80 metros. Todas as saídas deverão também contar com uma altura de cerca de 2,20 metros [13]. Fig. 21 – Disposição das saídas de emergência Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 21 De referir ainda que, serão deixados cerca de dois metros por trás das bancadas “topo” e sete metros e meio por trás das centrais, para que o arco tenha espaço para completar a razão de ¼. Só após todas estas condicionantes arquitetónicas, mais precisamente a dimensão do vão e a altura do arco, é que será possível para o projetista definir as características da estrutura. A execução da estrutura em arcos transmite ao público e aos desportistas um sentido de grandiosidade e conforto. 4.2. DEFINIÇÃO DO ESQUELETO DA ESTRUTURA O ponto de partida de qualquer projeto, seja ele para concretizar em betão, metal ou madeira, deverá ser a definição do esqueleto da estrutura. Para fazer face às cargas atuantes, o projetista deverá analisar qual a tipologia estrutural que melhor se adapta, tendo sempre presentes conceitos como: economia, qualidade e rapidez de execução. O projeto abordado nesta dissertação não constitui uma exceção, e das duas alternativas mais populares em estruturas de madeira: treliça ou arco, optou-se pelo segundo, não só pelo aspeto de leveza, mas principalmente pela necessidade de vencer um vão de 55m. Após definida a tipologia, e tendo-se já uma ideia dos vãos, o projetista poderá passar à segunda fase do seu trabalho, e iniciar o pré dimensionamento dos seus elementos O pré-dimensionamento poderá ser feito tendo como base diferentes modos: executando primeiramente cálculos muito superficiais e expeditos “ à mão”; poderá ter por base certas razões que estabelecem relações entre vãos e secções ou então vãos máximos; ou o projetista poderá usar a sua experiência para lançar os primeiros valores para a dimensão das secções, podendo após isto fazer o cálculo, obter os esforços, dimensionar, e analisar se a secção dada inicialmente é demasiada, não é a suficiente, ou se é a correta. Por vezes, chegando ao fim do processo de dimensionamento e analisando as secções dadas inicialmente, e mesmo que se observe que poderão estar um pouco sobredimensionadas, pode não compensar voltar atrás e fazer tudo de novo para se poupar um pouco de material, pois o tempo de projetista é pago, e as horas que este terá que despender para “afinar” o dimensionamento, poderá sair mais caro do que tirar uns centímetros as secções. O projeto que será realizado no decorrer desta dissertação não é exceção à regra, como já foi referido no ponto anterior, a adoção da estrutura em arco prende-se com motivos arquitetónicos. Posto isto, foi necessário partir para o pré-dimensionamento, tanto da secção que constitui os arcos como das vigas perpendiculares ao desenvolvimento destes. Treze arcos foi a solução adotada para cobrir uma distância de 60 metros, sendo que, quando se fala de estruturas de madeira, e neste caso particular em arcos, o espaçamento máximo entre estes deverá estar compreendido entre um mínimo de 4 metros e um máximo de 10. Posto isto, optou-se por uma solução com espaçamento entre arcos de 5 metros, perfazendo um total de 13 arcos, sendo que, com um número ímpar de arcos é possível usar um arco perfeitamente centrado. Sendo todos idênticos, os arcos terão uma base de 54,5 metros e alcançarão uma altura de 15 metros (Fig 22). Para assumir este formato e estas dimensões, cada arco terá de se desenvolver num comprimento total de cerca de 65 metros. A secção transversal de um arco tipo deverá ter uma altura a rondar a razão L/50, obtendo-se assim um valor aproximado de 1,50 metros, com uma largura de 0,20 metros [14]. Existe ainda a particularidade de cada arco conter uma rótula a meio vão, tornando-se assim num “arco de três rótulas” anulando o único grau de hiperestaticidade que o arco duplamente Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ 22 Versão para discussão apoiado teria, comportando-se assim cada arco como uma estrutura isostática, com quatro ligações ao exterior mas com um ponto de esforço conhecido (a rótula com momento nulo). Fig. 22 – Vista de frente do arco As restantes vigas longitudinais que serão as primeiras a receber as cargas para posteriormente transmitir ao arco, estarão dispostas ao longo deste a uma distância de três metros e seis centímetros entre elas, fazendo com que seja necessário 20 vigas para percorrer o arco de um apoio ao outro, tendo a totalidade da estrutura 240 vigas desta natureza (Fig. 23). Cada uma destas vigas comporta-se como viga simplesmente apoiada, transmitindo assim metade da carga recebida para cada um dos arcos adjacentes. Assim, tomou-se como secção transversal para estas vigas uma altura de 30 centímetros por uma largura de 20 centímetros, tendo uma largura de influência de cerca de 3 metros e um desenvolvimento de 4.8 metros [15]. Fig. 23 – Estrutura modelada em ROBOT Estas vigas têm uma orientação que vai variando ao longo do arco, começando por estarem rodadas de 47º graus com a horizontal junto ao apoio, e 0º graus com a horizontal no ponto alto do arco, para que, a face superior da viga esteja sempre com a mesma inclinação da face superior do arco, no ponto em que se encontram. Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 23 Esta mudança de orientação é de grande importância para que se possa fazer uma correta colocação e afixação dos elementos de cobertura, como folhas de alumínio e isolantes, que estarão em contacto direto com as vigas. Para se obter a inclinação precisa de todas as vigas, a melhor ferramenta é o programa de desenho AUTOCAD, sendo que a primeira coisa que deverá ser feita é desenhar o arco juntamente com as vigas e procurar a tangente ao arco em cada um desses pontos, tendo já assim, e após a medição do ângulo de cada uma dessas tangentes, a inclinação que as vigas vão assumir (Fig 24). Fig. 24 – Orientação das vigas em AUTOCAD Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ 24 Versão para discussão Este trabalho foi feito para todas as vigas e os resultados obtidos apresentam-se na tabela 4: Tabela. 4 – Orientação das vigas Número do elemento Orientação 1 47º 2 42º 3 37º 4 32º 5 27º 6 21º 7 16º 8 11º 9 6º 10 0º 11 0º 12 -6º 13 -11º 14 -16º 15 -21º 16 -27º 17 -32º 18 -37º 19 -42º 20 -47º 4.3. DEFINIÇÃO DAS CONDIÇÕES DE APOIO O apoio dos arcos será materializado através de apoios duplos colocados ao nível do solo. Serão usados dois por arco o que perfaz um total de vinte e seis apoios. Estes apenas permitem a rotação numa direção, segundo o eixo xx, sendo que era o pretendido (Fig 25 e Fig 26). Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 25 Fig. 25 – Apoios modelados em ROBOT Fig. 26 – Exemplo de apoio de arco As forças horizontais no apoio do arco, originadas pela decomposição do esforço axial, são muitas vezes elevadas, originando sérios problemas para a fundação. Neste caso, e não havendo conhecimento das características do solo serão arbitrados alguns valores para que se possa dimensionar a sapata, assumindo fundações materializada por blocos de betão. No caso de estruturas em arco que transmitem, como já foi dito, elevadas forças horizontais para a fundação e consequentemente para o solo, é necessário fazer uma análise muito cuidada das resistências do solo e da mobilização do impulso passivo do solo. Para contornar este problema geotécnico, será adotada uma solução mais interessante do ponto de vista estrutural. Irá ser colocado um tirante de apoio a apoio. A função deste elemento é receber as cargas horizontais trazidas pelo arco impedindo que estas sejam transmitidas ao solo. O funcionamento e dimensionamento deste tirante será melhor explicado no seguimento deste projeto. Tal como anteriormente referido, as vigas longitudinais apoiar-se-ão no arco, através de um dispositivo usualmente utilizado nestes casos. Trata-se de um conector de aço S235 que será ‘’pregado’’ simultaneamente ao arco e à viga. A figura seguinte ilustra esse mesmo dispositivo, modelo GSE da marca SIMPSON (Fig 27). Fig. 27 – Cachorro SIMPSON Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ 26 Versão para discussão Estes conetores, apesar de eficazes, têm uma aplicação lenta pois cada um necessita de 64 parafusos [16]. Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 27 5 5. DEFINIÇÃO DAS CARGAS As cargas, aspeto primordial em qualquer projeto, serão analisadas em 4 pontos. O primeiro foca as sobrecargas regulamentares que se encontram devidamente especificadas nos regulamentos, e que variam mediante o tipo de estrutura e o tipo de utilização. O segundo ponto abordará tudo o que se refere ao peso próprio da estrutura, usando de forma coerente os valores de massa específica referente à categoria de resistência utilizada, bem como o peso dos materiais usados na cobertura. Por fim, analisam-se as forças originadas pelo vento e também, tratando-se de um país de temperaturas muito baixas, a carga referente à neve. As forças sísmicas não serão introduzidas no cálculo, pois o pavilhão situa-se numa zona sem historial sísmico. 5.1. SOBRECARGA A definição das sobrecargas que a estrutura virá a receber, neste caso a cobertura, será definida pelo Eurocódigo 1, sendo que a categoria deste tipo de estrutura encontra-se definido na tabela 6.9 do mesmo regulamento (Tabela 5). Tabela. 5 – Categorias de uso Categoria Uso específico H Cobertura não acessível exceto para manutenção e reparação I Cobertura acessível mas com uma ocupação estabelecida noutro ponto do regulamento K Cobertura acessível para serviços especiais como helicópteros Assim sendo, e para a categoria H, o Eurocódigo obriga-nos a escolher entre os valores disponíveis na tabela 6.10 do mesmo regulamento. A carga concentrada deverá assumir um valor entre 0,9kN e 1,5kN enquanto que a carga distribuída entre 0,0 kN/ e 1,0 kN/ [17]. Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ 28 Versão para discussão As cargas usadas serão: 5.2. PESO PRÓPRIO Dado todo o projeto ser realizado em madeira lamelada colada será necessário ter em conta que, mediante a resistência dos elementos, estes podem assumir diferentes massas volúmicas. Os valores destas, oscilam entre os 380 (Kg/ ) e os 450 (kg/ ), valores consideravelmente mais baixos que os do aço ou do betão. Tabela. 6 – Categorias da MLC Categoria madeira lamelada colada GL 24h GL 28h GL 32h GL 36h GL24c GL 28c GL 32c GL 36c (MPa) 24 28 32 36 24 28 32 36 (Kg/ ) 380 410 430 450 350 380 410 430 Apresenta-se seguidamente, e em forma de gráfico, a variação do peso próprio da madeira, em Kg/ , com a resistência da mesma para os diferentes tipos de madeira lamelada colada GL-h e GL-c e de resistência (24, 28, 32, 26) MPa [18]. A madeira usada, tanto para execução do arco como para execução das vigas longitudinais, será do tipo GL 28 h (madeira lamelada colada) apresentando, como indica na tabela 6 e no gráfico 1, uma massa volúmica de 410 Kg/ [18]. Gráfico. 1 – Evolução da massa volúmica da madeira lamelada colada 0 100 200 300 400 500 24 28 32 36 Massa Volúmica Kg/m3 Classe de MLC GLH GL - C Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 29 5.2.1. PESO DA COBERTURA Para além do peso próprio dos elementos principais, ter-se-á ainda de contabilizar para a obtenção de esforços, o peso próprio de uma série de elementos que fazem parte da estrutura e que são indispensáveis ao bom funcionamento: revestimentos de telhado, lã de vidro, folhas de alumínio etc...(Fig 28 e Fig 29) Fig. 28 – Folha trapezoidal ROOFMATE Fig. 29 – corte transversal da cobertura A figura 29 ilustra provavelmente o elemento mais importante da cobertura, pois é este o primeiro elemento a suportar a carga. Para tal, serão usadas folhas de alumínio da marca PERTIFEC, sendo que esta marca apresenta a tabela 7 para ajudar a escolha do produto que satisfaça as necessidades do projetista. Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ 36 Versão para discussão 1) Fig. 31 – Distribuição da ação interna do vento 1 2) Fig. 32 – Distribuição da ação interna do vento 2 Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 37 Combinando a pressão interna com a pressão externa resulta: Resultado 1: Fig. 33 – Combinação da ação interna com ação externa 1 Resultado 2: Fig. 34 – Combinação da ação interna com ação externa 2 Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ 38 Versão para discussão 5.4. AÇÃO DA NEVE Esta é a quarta e última ação a considerar no presente projeto. Após análise do peso próprio, sobrecarga e vento, a neve é uma das mais importantes ações em qualquer projeto, principalmente na Polónia, pois esta ocorre muito frequentemente e em grande quantidade. A ação da neve tem a particularidade de ter que ser considerada com duas disposições diferentes, a primeira é a neve sem sofrer deslocação e a segunda a neve deslocada. Procedimento de cálculo [17]: Carga da neve: Onde: Coeficiente de forma para carga da neve Coeficiente de exposição Coeficiente térmico Valor característico da carga da neve ao nível do solo Coeficiente de forma da carga da neve h= 15 metros (altura do arco) b = 54.5 metros (base do arco) β <60º , o valor assumido será 15 metros Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 39 ( ) µ1 = 0.8 µ3= ( )= =2.86 Como µ3 2 o valor assumido será 2 0.5 * µ3=1.0 Fator de exposição Valores do coeficiente de exposição (tabela 9) Tabela. 9 – Fatores de exposição Dado a estrutura se encontrar numa zona não protegida, ou seja sem edifícios por perto, devera ser adotado o valor de = 0.8 Coeficiente térmico EC1 parte 3 - 5.2 (8) Deverá ser adotado o valor de = 1.0 Ação da neve ao nível do solo Sk Wroclaw – zona de neve na Polónia 120 (altitude) AAltura acima do mar (altitude) = 0.007 * A – 1.4; ≥ 0.7 (5.10) = 0.007 * 120 – 1.4 = -0.56 < 0.7 → = 0.70 kN/m2 Valor final da carga da neve na cobertura Topografia Ce Exposta 0.8 Normal 1.0 Abrigada 1.2 Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ 40 Versão para discussão = 0.8 * 0.8 * 1.0 * 0.70 kPa = 0.448 kPa = 0.5 * 2 * 1.0 * 0.8 * 1.0 * 0.70 kPa = 0.56 kPa S = = 2.0 * 0.8 * 1.0 * 0.70 kPa = 1.12 kPa 1) Fig. 35 – Distribuição das cargas da neve 1 2) Fig. 36 – Distribuição das cargas da neve 2 Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 41 3) Fig. 37 – Distribuição das cargas da neve 3 Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 43 6 6. DIMENSIONAMENTO DOS ELEMENTOS Este processo de cálculo, dimensionamento/verificação, deverá ser iniciado pelo cálculo e pela aplicação das cargas nas vigas longitudinais, sendo estas calculadas como vigas simplesmente apoiadas. Após o cálculo das vigas, será usado o programa ROBOT 2012 para obtenção de esforços do arco. 6.1. CÁLCULO DAS VIGAS. Como já foi referido no capítulo 4, a estrutura é constituída por 240 vigas. Sabendo que a estrutura apresenta uma dupla simetria, as vigas compreendidas em cada dois arcos apresentarão os mesmos esforços. Sendo que o arco é também simétrico, ficamos assim restringidos a um grupo de 10 vigas para analisar (Fig 38). Fig. 38 – Numeração das vigas Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ 44 Versão para discussão Sendo a resistência da madeira idêntica para momentos negativos e positivos ( , o cálculo das vigas será feito para a condição de simplesmente apoiadas (Fig 40). Esta situação corresponde ao caso mais grave, pois os esforços máximos obtidos são maiores. A situação de encastramento também poderia ser assumida (Fig.39). Se bem que as ligações usadas não materializam um encastramento perfeito, pois existem sempre folgas que permitem pequenas rotações. A situação mais realista passaria por um ponto intermédio entre o apoio simples e o encastramento, apoio simples com molas, impedindo parcialmente a rotação da viga (Fig 41). Fig. 41 – Apoio com molas Pelo facto de a rigidez (K) da mola ser difícil de obter, e para efetuarmos o dimensionamento do lado da segurança, o cálculo das vigas para a situação de simplesmente apoiada será a opção tomada. O dimensionamento destas vigas, e apesar de serem bastantes simples de calcular os esforços, torna-se bastante complicado ou mesmo impossível, identificar a “olho nu’’ qual a viga mais desfavorável. A variação da orientação das vigas, a mudança da sua largura de influência e a mudança das cargas ao longo do arco, fazem com que sejam muitas as variáveis para a obtenção dos seus esforços. Nos gráficos seguintes vão ser apresentadas todas as variantes que influem neste cálculo. Evolução da interação de esforços ( e ) com a variação da orientação das vigas (Gráfico 4). Fig. 40 – Diagrama de momentos (viga simplesmente apoiada) Fig. 39 – Diagrama de momentos (viga encastrada) Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 45 Gráfico. 4 – Evolução das interações No gráfico 5 regista-se a variação da largura de influência projetada para cada uma das 10 vigas a analisar. A variação desta largura implica a alteração da carga linear resultante da ação da neve e da sobrecarga . A largura de influência não projetada é sempre a mesma para todas as vigas, 3,06 metros, excetuando na primeira e na última onde é metade. No gráfico 6 está representada a evolução da carga permanente a aplicar nas vigas. Aqui é de salientar que em todas é idêntica, excetuando a primeira e a última, pelo motivo que já foi referido atrás. 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 12345678910 largura de influencia em metros Viga Gráfico. 5 – Evolução da largura de influência Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ 52 Versão para discussão Terá de ser tido em conta também, que apesar da carga do vento ser mais elevada quando comparada com Q1, esta tem um elevado, o que nos obriga a alternar a carga Q1 e o vento como sobrecarga de base. Viga 1 a 4 Cargas:  Peso próprio;  Sobrecarga de base vento;  Sobrecarga de base Q1. C1 = { } C2 = { } Após a viga 4 o vento atua como sucção, aliviando assim a viga. Já que estamos à procura do momento máximo positivo, esta ação deverá ser descartada tomando o seu lugar a sobrecarga Q1. Viga 5 a 7 Cargas:  Peso próprio;  Sobrecarga de base Q1. C1 = { } Após a viga 7, e com a diminuição da inclinação do arco, a ação da neve assume valores, o que nos obriga a alterar de novo as combinações de ações. À semelhança do que foi feito nas 4 primeiras vigas, será usado o peso próprio, enquanto a neve e a carga Q1 serão alternadas na posição de sobrecarga de base. Viga 8 a 10 Cargas:  Peso próprio;  Sobrecarga de base Neve;  Sobrecarga de base Q1. C1 = { } C2 = { } Na tabela 13 apresenta-se o resultando final dos momentos fletores para todas as combinações, vigas, e para as diferentes ações. Os momentos foram todos obtidos para a situação de viga simplesmente apoiada. Para as vigas inclinadas, foi feita a decomposição de forças segundo xx e yy, excetuando a ação do vento, que é coincidente com um dos eixos. Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 53 Tabela. 13 – Valor do momento fletor provocado pelas cargas Carga permanente Vento Q1 Q1 Neve Neve Total Viga 1 C1 3,21 3,45 2,84 - - - - 6,05 3,45 C2 3,21 3,44 1,70 1,224 1,314 - - 6,14 4,75 Viga 2 C1 6,28 5,60 5,68 - - - - 11,96 5,60 C2 6,28 5,60 3,41 1,332 1,188 - - 11,02 6,79 Viga 3 C1 6,71 5,09 5,68 - - - - 12,39 5,09 C2 6,70 5,09 3,41 1,422 1,08 - - 11,53 6,17 Viga 4 C1 7,13 4,41 5,68 - - - - 12,81 4,41 C2 7,12 4,41 3,41 1,512 0,936 - - 12,04 5,35 Viga 5 C1 7,55 3,82 - 1,602 0,81 - - 9,16 4,63 Viga 6 C1 8,77 2,97 - 1,674 0,63 - - 10,44 3,60 Viga 7 C1 8,15 2,29 - 1,728 0,486 - - 9,88 2,78 Viga8 C1 8,32 1,61 - - - 5,67 1,10 13,99 2,71 C2 8,32 1,61 - 1,764 0,342 2,84 0,55 12,92 2,50 Viga9 C1 8,40 0,85 - - - 14,51 1,47 22,92 2,31 C2 8,40 0,85 - 1,782 0,18 7,26 0,73 17,44 1,76 Viga 10 C1 4,72 0,00 - - - 2,94 0 7,66 0,00 C2 4,72 0,00 - 1,8 0 1,47 0 7,99 0,00 Depois de obtidos os momentos fletores correspondentes às situações mais gravosas, segundo os dois eixos, podemos passar para a verificação das interações. Tabela. 14 – Valores de interação Combinações Interação 1 Interação 2 Verificação viga 1 C1 2017,68 1725,00 0,18 0,18 OK C2 2046,00 2377,00 0,21 0,21 OK Viga 2 C1 3988,32 2800,85 0,31 0,33 OK C2 3674,18 3394,00 0,33 0,34 OK Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ 54 Versão para discussão Viga 3 C1 4129,77 2546,23 0,30 0,33 OK C2 3844,18 3085,00 0,32 0,34 OK Viga 4 C1 4271,23 2206,73 0,29 0,32 OK C2 4014,18 2673,00 0,31 0,33 OK Viga 5 C1 3051,94 2314,67 0,25 0,26 OK Viga 6 C1 3481,45 1800,30 0,24 0,26 OK Viga 7 C1 3291,98 1388,80 0,21 0,24 OK Viga8 C1 4662,89 1356,04 0,26 0,31 OK C2 4306,50 1250,87 0,24 0,29 OK Viga9 C1 7638,77 1157,39 0,36 0,47 OK C2 5812,96 881,51 0,28 0,36 OK Viga 10 C1 2554,56 0,00 0,10 0,14 OK C2 2663,62 0,00 0,10 0,15 OK Consultando os resultados observa-se que em nenhum dos casos é excedido o limite de 1. Momento Negativo O aparecimento de momentos negativos pode ocorrer em qualquer uma das 10 vigas, já que existe sempre a possibilidade de sucção. Para testar a ocorrência disso, será usado o peso próprio real, ou seja, , e como sobrecarga só serão aplicadas as referentes ao vento com . Tabela. 15 . Valor das cargas Carga kN/ Viga 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Carga permanente 0.633 0.633 0.633 0.633 0.633 0.633 0.633 0.633 0.633 0.633 Vento -0.37 -0.37 -0.37 -0.37 -0,72 -0,72 -0,72 -0,72 -0,72 -0,72 Tabela 16 – Larguras de influência Largura influência Viga 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Carga Permanente 1,53 3,06 3,06 3,06 3,06 3,06 3,06 3,06 3,06 1,53 Vento 1,53 3,06 3,06 3,06 3,06 3,06 3,06 3,06 3,06 1,53 Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 55 Tabela. 17 - Valor da carga linear Carga a aplicar a viga kN/m Viga 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Carga Permanente 1.21 2.19 2.19 2.19 2.19 2.19 2.19 2.19 2.19 1.21 Vento -0,57 -1,13 -1,13 -1,13 -2.2 -2.2 -2.2 -2.2 -2.2 -1.1 Viga 1 a 10 Cargas:  Peso próprio;  Sobrecarga de base vento. C1 = { } Resultados: Tabela. 18 – Valor do momento fletor provocado pelas cargas Carga permanente Vento Total Viga 1 C1 2,38 2,55 -2,46 -0,08 2,55 Viga 2 C1 4,65 4,15 -4,88 -0,23 4,15 Viga 3 C1 4,97 3,77 -4,88 0,09 3,77 Viga 4 C1 5,28 3,27 -4,88 0,40 3,27 Viga 5 C1 5,60 2,83 -5,18 0,41 2,83 Viga 6 C1 5,85 2,20 -9,50 -3,66 2,20 Viga 7 C1 6,04 6,04 -9,50 -3,47 6,04 Viga 8 C1 6,16 1,19 -9,50 -3,34 1,19 Viga 9 C1 6,22 0,63 -9,50 -3,28 0,63 Viga 10 C1 3,50 0,00 -4,75 -1,25 0,00 Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ 56 Versão para discussão Tabela. 19 – Valores de interação Combinações σm,x kPa σm,y kPa Interação 1 Interação 2 Verificação Viga 1 C1 27,98 1276,67 0,07 0,05 OK Viga 2 C1 76,41 2074,70 0,12 0,09 OK Viga 3 C1 28,37 1886,09 0,11 0,08 OK Viga 4 C1 133,16 1634,62 0,10 0,07 OK Viga 5 C1 137,14 1414,57 0,08 0,06 OK Viga 6 C1 1219,04 1100,22 0,11 0,11 OK Viga 7 C1 1156,17 3017,75 0,21 0,18 OK Viga 8 C1 1112,92 597,26 0,08 0,09 OK Viga 9 C1 1091,96 314,35 0,06 0,07 OK Viga 10 C1 418,09 0,00 0,02 0,02 OK A situação de sucção provocada pelo vento, não é condicionante no dimensionamento das vigas, mas haverá que ter um especial cuidado com a colocação das chapas de cobertura para que não haja o levantamento destas. 6.1.1.2. Verificação ao corte Procedimento de cálculo [8]: Onde: - Esforço de corte - Resistência de cálculo ao corte Onde: - Valor de esforço transverso atuante Base efetiva b – Base da secção h – Altura da secção - 0.67 para madeira lamelada colada Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 57 Analisando as variáveis do esforço de corte, constata-se que este depende do esforço transverso e da área da secção. Isto leva a que seja máximo quando o transverso é máximo, já que a razão será sempre constante. Isto leva-nos a procurar uma viga em que não seja necessário efetuar a decomposição de forças ou então, uma viga em que esta decomposição não tenha grande relevância, para com isto obter o maior transverso possível. A viga 10 tem apenas metade da largura de influência, podendo já assim ser descartada, enquanto que a viga 9 tem uma orientação de 2º com a horizontal, o que não é relevante, e é também carregada pelo pico da ação da neve, o que não deixa dúvidas que será esta a viga mais solicitada em termos de esforço transverso. As cargas atuantes na viga 9 são a neve, a sobrecarga Q2 , a sobrecarga Q1, o peso próprio e a ação do vento que neste caso não é relevante pois tem efeito de sucção. Sendo a carga Q2 de 0,30 kN/m e a carga Q1, pontual de valor igual a 1 kN, facilmente se descarta em termos de esforço transverso a carga Q1 face à Q2.. Posto isto basta analisar duas combinações de esforços contemplando uma primeira usando a neve como sobrecarga de base, e uma segunda com a carga Q2. como sobrecarga de base. Combinação fundamental: C1 = { } C2 = { } Valores de e retirados da tabela C1=8,028 kN/m C2=5.93 kN/m Esforço de corte Onde : - Valor característico de resistência ao esforço transverso e - já definidos no ponto anterior Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ 58 Versão para discussão Verificação: 6.1.1.3. Bambeamento ou instabilidade lateral-torsional Este é um fenómeno que ocorre, ou que poderá ocorrer em vigas sujeitas à flexão, sendo elas simplesmente apoiada encastradas ou em consola. Estamos perante um caso de instabilidade lateral torsional sempre que uma viga é carregada no seu plano de maior inércia ocorrendo deslocamentos no plano perpendicular ao do carregamento (o de menor inércia). Não só ocorrem deslocamentos, mas também uma ligeira rotação da secção (torção). As imagens 44 e 45, conseguem ilustrar melhor o fenómeno descrito. Cálculo de instabilidade torsional [8]: Esbelteza relativa da peça: √ De forma conservadora, e para secções normais de madeira, pode ser usada a seguinte fórmula no cálculo do momento crítico Fig. 45 – Fenomeno de instabilidade torsional Fig. 44 – Rotação da secção da viga Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 59 Comprimento efetivo de bambeamento: Para uma carga aplicada na face superior: Momento crítico: √ √ { Sendo um coeficiente que pretende limitar a resistência do elemento à flexão por este poder estar instável, com não existe qualquer risco de instabilidade, portanto, a verificação de segurança àflexão é suficiente para garantir também segurança a este fenómeno. Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ 60 Versão para discussão 6.1.2. ESTADO LIMITE DE UTILIZAÇÃO Procedimento de cálculo [8]: Combinação quase permanente [23]: { ∑ } Para este tipo de cobertura, o assume dois valores diferentes para as sobrecargas. Valores de { Sendo que a neve é a única sobrecarga onde toma valor, deverá verificar-se a deformação para a viga 9, pois é esta a mais solicitada pela neve. Assim sendo, só serão usados os valores referentes ao peso próprio (elementos de cobertura mais peso da viga) e à neve. Valores de e retirados da tabela: Deslocamentos provocados pela neve em (Y) = 0.000405 = 12.6 GPa l = 4.8 m p = 0.678 kN/m Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 61 = 0.8 Deslocamentos provocados pela carga permanente (Y) = 0.000405 = 12.6 GPa l = 4.8 m p= 2.436 kN/m = 0.8 Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ 68 Versão para discussão S2 Fig. 53 – Ação da neve (2) S3 Fig. 54 – Ação da neve (3) Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 69 W1 Fig. 55 – Ação do vento (1) W2 Fig. 56 – Ação do vento (2) Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ 70 Versão para discussão W3 Fig. 57 – Ação do vento (3) Estando definidas todas as cargas que serão aplicadas ao arco, bem como os coeficientes que serão utilizados na combinação fundamental, segue-se a próxima etapa: a definição de todas as combinações, conjugando as cargas para procurar os valores máximos de esforços, bem como a envolvente dos diagramas de esforços (Tabela 22). Combinações: Tabela. 22 - Combinações Número de Combinação Combinação 1 Ed = 1.35 * 2 Ed = 1.35 * + 1.5 * 3 Ed = 1.35 * + 1.5 * 4 Ed = 1.35 * + 1.5 * + 1.5 * * 0.5 + 1.5 * * 0.6 5 Ed = 1.35 * + 1.5 * + 1.5 * * 0.5 + 1.5 * * 0.6 6 Ed = 1.35 * + 1.5 * + 1.5 * * 0.5 + 1.5 * * 0.6 7 Ed = 1.35 * + 1.5 * + 1.5 * * 0.5 + 1.5 * * 0.6 8 Ed = 1.35 * + 1.5 * + 1.5 * * 0.5 + 1.5 * * 0.6 9 Ed = 1.35 * + 1.5 * + 1.5 * * 0.5 + 1.5 * * 0.6 10 Ed = 1.35 * + 1.5 * + 1.5 * * 0.5 + 1.5 * * 0.6 11 Ed = 1.35 * + 1.5 * + 1.5 * * 0.5 + 1.5 * * 0.6 Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 71 12 Ed = 1.35 * + 1.5 * * 0.5 + 1.5 * * 0.6 13 Ed = 1.35 * + 1.5 * + 1.5 * * 0.5 + 1.5 * * 0.6 14 Ed = 1.35 * + 1.5 * + 1.5 * * 0.5 + 1.5 * * 0.6 15 Ed = 1.35 * + 1.5 * + 1.5 * * 0.5 + 1.5 * * 0.6 16 Ed = 1.35 * + 1.5 * + 1.5 * * 0.5 + 1.5 * * 0.6 17 Ed = 1.35 * + 1.5 * + 1.5 * * 0.5 + 1.5 * * 0.6 18 Ed = 1.35 * + 1.5 * + 1.5 * * 0.5 + 1.5 * * 0.6 19 Ed = 1.35 * + 1.5 * + 1.5 * * 0.5 + 1.5 * * 0.6 20 Ed = 1.35 * + 1.5 * + 1.5 * * 0.5 + 1.5 * * 0.6 21 Ed = 1.35 * + 1.5 * + 1.5 * * 0.5 + 1.5 * * 0.6 22 Ed = 1.35 * + 1.5 * + 1.5 * * 0.6 23 Ed = 1.35 * + 1.5 * + 1.5 * * 0.6 24 Ed = 1.35 * + 1.5 * + 1.5 * * 0.6 25 Ed = 1.35 * + 1.5 * + 1.5 * * 0.6 26 Ed = 1.35 * + 1.5 * + 1.5 * * 0.6 27 Ed = 1.35 * + 1.5 * + 1.5 * * 0.6 28 Ed = 1.35 * + 1.5 * + 1.5 * * 0.6 29 Ed = 1.35 * + 1.5 * + 1.5 * * 0.6 30 Ed = 1.35 * + 1.5 * + 1.5 * * 0.6 31 Ed = 1.35 * + 1.5 * + 1.5 * * 0.5 32 Ed = 1.35 * + 1.5 * + 1.5 * * 0.5 33 Ed = 1.35 * + 1.5 * + 1.5 * * 0.5 34 Ed = 1.35 * + 1.5 * + 1.5 * * 0.5 35 Ed = 1.35 * + 1.5 * + 1.5 * * 0.5 36 Ed = 1.35 * + 1.5 * + 1.5 * * 0.5 37 Ed = 1.35 * + 1.5 * + 1.5 * * 0.5 38 Ed = 1.35 * + 1.5 * + 1.5 * * 0.5 39 Ed = 1.35 * + 1.5 * + 1.5 * * 0.5 40 Ed = 1.0 * + 1.5 * 41 Ed = 1.0 * + 1.5 * 42 Ed = 1.0 * + 1.5 * Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ 72 Versão para discussão As combinações 40) 41) e 42) foram usadas para procurar a ocorrência de trações no arco, pelo facto do vento provocar sucção. Portanto, foi usado para que a carga permanente contrarie o menos possível os efeitos da sucção. Após a análise dos esforços, constata-se que é da combinação 23) e 29) que resultam os maiores esforços, tanto para momento fletor, transverso e axial (Fig. 58;Fig 59;Fig 60). Será interessante observar a configuração dos diagramas de esforços bem como as reações para a combinação 29 (Fig 61). 29) Ed = 1.35 * + 1.5 * + 1.5 * * 0.6 Diagramas de Esforço Axial Fig. 58 – Diagrama de esforço axial para combinação 29 Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 73 Diagramas de Esforço Transverso; Fig. 59 – Diagrama de esforço transverso para combinação 29 Diagramas de Momento fletor; Fig. 60 – Diagrama de momentos fletores para combinação 29 Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ 74 Versão para discussão Reações de apoio Fig. 61 – Reações de apoio para combinação 29 Valores máximos de esforços encontrados para a combinação 29) ; Tabela. 23 – Valores máximos de esforços para a combinação 29 Esforço Valor máximo Axial 256.42 kN (comp.) Transverso 47.64 kN Momento fletor 289.02 kN.m (negativo) Apesar de ser nesta combinação que ocorrem os esforços mais elevados para o arco, não implica que sejam estes os esforços usados no dimensionamento. O elemento em estudo está sujeito a flexão composta, esforço axial conjugado com momento fletor, que deverão ser avaliados em conjunto através de uma fórmula de interação entre estes, proposta pelo Eurocódigo 5, Um erro que não deverá ser cometido no dimensionamento é a conjugação de esforços máximos, mas de diferentes combinações, para um mesmo ponto do arco, pois esses esforços nunca ocorrerão em simultâneo. Fig. 6.24 – Reações de apoio para combinação 29) Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 75 6.2.2. DIMENSIONAMENTO 6.2.2.1. Verificação à flexão composta Interação de esforços [8]: ( ) Onde: Onde: N – Esforço axial na secção (kN) A – Área da secção ( ) – Tensão normal na secção provocada pelo esforço axial (kPa) - Tensão normal na secçao provocada pelo momento fletor (kPa) – Valor de cálculo Resistência à compressão nas direção paralela às fibras segundo o eixo y (MPa) – Valor de cálculo da resistência à flexão segundo o eixo y (MPa) – Valor característico da resistência à flexão (MPa) 0.8 = 1.25 Daqui resulta: Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ 76 Versão para discussão Dada a facilidade que hoje em dia as folhas de cálculo proporcionam para trabalhar com um elevado número de valores, torna-se relativamente simples calcular o resultado da interação de esforços, para todos os pontos do arco, bem como, para todas as combinações, esperando assim que nunca ultrapasse a unidade, pois não estaria assim, a verificar a segurança. Assim sendo, e utilizando as folhas de cálculo do programa Excel, foram procurados os valores de interação mais elevados de cada uma das combinações (Tabela 24). Tabela 24 – Valores de interação Combinação Interação Verificação 1 0,1367 OK 2 0,1405 OK 3 0,152 OK 4 0,1676 OK 5 0,1684 OK 6 0,1668 OK 7 0,1608 OK 8 0,1616 OK 9 0,16 OK 10 0,1679 OK 11 0,1686 OK 12 0,167 OK 13 0,178 OK 14 0,1788 OK 15 0,1771 OK 16 0,1712 OK 17 0,172 OK 18 0,1704 OK 19 0,1783 OK 20 0,1791 OK 21 0,1774 OK Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 77 22 0,2157 OK 23 0,2165 OK 24 0,2148 OK 25 0,2021 OK 26 0,2029 OK 27 0,2012 OK 28 0,2162 OK 29 0,217 OK 30 0,2153 OK 31 0,1633 OK 32 0,1565 OK 33 0,1635 OK 34 0,164 OK 35 0,1572 OK 36 0,1642 OK 37 0,1624 OK 38 0,1556 OK 39 0,1627 OK 40 0,0671 OK 41 0,0681 OK 42 0,0661 OK Analisando a tabela, constata-se que foi na combinação 29), aquela onde se obtiveram os maiores valores para os esforços, que o fator de interação foi mais elevado, 0.217, estando mesmo assim bastante longe do limite admissível. Dadas as dimensões e a envergadura da estrutura, e mesmo por motivos estéticos, a altura secção do arco não será alterada. Caso houvesse interesse em reduzir por exemplo 20cm à altura da secção, não haveria problema, pois para a combinação 29), já com o novo peso próprio do arco, o fator de interação seria igual a 0.24. 6.2.2.2. Encurvadura A verificação a este fenómeno é necessária para qualquer elemento que esteja submetido a esforços de compressão. O cálculo é em tudo semelhante aos pilares, excetuando no modo de determinação do comprimento de encurvadura do arco, e no esforço axial que deverá ser assumido. Com auxílio da seguinte figura 62, será mais claro perceber o comprimento de encurvadura a adotar para o arco. Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ 84 Versão para discussão De salientar ainda que, ao contrário do que se passou na verificação à encurvadura lateral das vigas longitudinais, onde foi acrescentado o valor igual a 2 vezes a altura da viga para obtenção do , agora isso não acontece, pois essa correção deverá ser feita sempre que a carga é aplicada na face superior do elemento. Essa situação não se verifica agora já que a carga que o arco recebe e transmitida pelas vigas que se apoiam na sua face lateral, e não na face superior. Posto isto, o estudo o estudo ao fenómeno de bambeamento num arco torna-se já mais simples e mais similar ao das vigas isoladas. Assim, e para casos de flexão composta com compressão, são propostas as seguinte verificação para encurvadura lateral [8]. 1) Cálculo de Então: √ √ Daqui resulta: 2) Cálculo de √ √ Assim: Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 85 Daqui resulta: √ √ E ainda: ( ) Com (madeira lamelada colada) = 0.48 Finalmente: √ √ 3) Cálculo da interação ( ) Com: e Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ 86 Versão para discussão Então, ( ) O.K A segurança ao bambeamento fica assim garantida com um fator de 0.71. 6.2.3. ESTADO LIMITE DE DEFORMAÇÃO Combinação Quase permanente [23]: { } Para este tipo de cobertura, categoria H, Ψ2 assume dois valores diferentes para as sobrecargas. Valores de { Dados os valores que pode assumir, as combinações de ações pertinentes para obtenção do deslocamento máximo são: Através do programa ROBOT 2012 foram obtidos os deslocamentos nó a nó para a carga permanente e para as três configurações da ação da neve (Tabela 26). Tabela. 26 – Valor dos deslocamentos Nó Deslocamento em y em centímetros Deslocamento em x em centímetros Psd Psd 1 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0,2158 0,157 0,173 0,1213 -0,3152 -0,2152 -0,2364 -0,1671 Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 87 3 0,4001 0,3022 0,3369 0,2297 -0,5416 -0,3804 -0,4221 -0,2912 4 0,4967 0,4009 0,4572 0,2946 -0,6495 -0,475 -0,5363 -0,3543 5 0,4684 0,422 0,5021 0,2891 -0,6446 -0,4944 -0,5736 -0,3533 6 0,2999 0,342 0,4469 0,1944 -0,5542 -0,4474 -0,5419 -0,297 7 -0,0038 0,149 0,277 0,0024 -0,415 -0,3533 -0,4593 -0,2032 8 -0,4217 -0,155 -0,0091 -0,2816 -0,2641 -0,2373 -0,35 -0,0949 9 -0,9237 -0,5524 -0,3984 -0,6374 -0,1316 -0,1259 -0,2407 0,0047 10 -1,4773 -1,0108 -0,8638 -1,0314 -0,0381 -0,0419 -0,1553 0,0767 11 -2,055 -1,4959 -1,372 -1,4329 0,0052 0,0011 -0,11 0,1121 12 -2,055 -1,4959 -1,4329 -1,372 -0,0052 -0,0011 -0,1121 0,11 13 -1,4773 -1,0108 -1,0314 -0,8638 0,0381 0,0419 -0,0767 0,1553 14 -0,9237 -0,5524 -0,6374 -0,3984 0,1316 0,1259 -0,0047 0,2407 15 -0,4217 -0,155 -0,2816 -0,0091 0,2641 0,2373 0,0949 0,35 16 -0,0038 0,149 0,0024 0,277 0,415 0,3533 0,2032 0,4593 17 0,2999 0,342 0,1944 0,4469 0,5542 0,4474 0,297 0,5419 18 0,4684 0,422 0,2891 0,5021 0,6446 0,4944 0,3533 0,5736 19 0,4967 0,4009 0,2946 0,4572 0,6495 0,475 0,3543 0,5363 20 0,4001 0,3022 0,2297 0,3369 0,5416 0,3804 0,2912 0,4221 21 0,2158 0,157 0,1213 0,173 0,3152 0,2152 0,1671 0,2364 22 0 0 0 0 0 0 0 0 Analisando os deslocamentos da tabela, constata-se que é para meio vão, e com a carga referente a que se obtem os valores máximos de deslocamentos. ( ) Este valor de deformação deverá ser limitado a ⁄ ⁄ , onde L é o vão da estrutura [3]. Analisando o valor limite da deformação, conclui-se que não esse não é excedido. A configuração da deformada para a aplicação do peso próprio é a seguinte (Fig 66) Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ 88 Versão para discussão Fig. 66 – Configuração da deformada por aplicação do peso próprio da estrutura Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 89 6.3. CONTRAVENTAMENTOS Dada a altura dos arcos (15 metros) e apresentando estes uma baixa inércia segundo o eixo de yy, poderão apresentar grandes deslocamentos face a forças exercidas nas fachadas laterais (fachadas semicirculares). Para fazer face a estes deslocamentos, a forma mais simples e mais usada neste tipo de estruturas, é o contraventamento através de cabos de aço, armados em forma de cruz, para absorver as forças exteriores resultantes principalmente da ação do vento. Estes serão dispostos entre:  Os 2 primeiros e 2 últimos arcos;  Faixas de cabos centrais para as duas direções. A figura 67 mostra como serão dispostas todas as faixas de cabos. Fig. 67 – Disposição dos cabos de contraventamento A materialização destas bandas de contraventamento ao longo de pontos específicos da estrutura, dá a esta um acréscimo de rigidez, isto é, para uma mesma força, apresentará um deslocamento menor. Estas soluções de contraventamento em cruz têm a particularidade dos elementos trabalharem alternadamente à compressão e à tração, alternando entre eles a natureza do esforço. Mas como estámos a falar de cabos de aço ou barras com uma esbelteza elevada contabiliza-se apenas o elemento que está a trabalhar à tração. Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ 90 Versão para discussão 6.3.1. CÁLCULO DA AÇÃO DO VENTO Serão utilizados alguns dos valores já calculados em 5.3. Procedimento de cálculo [17]: Pressão exercida pelo vento: Onde: Para escolha dos fatores haverá que consultar o EC1 Parte (4) 7.2.2 para analisar quais as fachadas que se pretende estudar. Se fizermos corresponder as fachadas D e E ilustradas na figura anterior com as fachadas semicirculares da estrutura que está a ser estudada, retirámos do seguinte quadro de coeficientes de pressão externa, os valores de +1.0 e -0.3 ( ⁄ Fatores de pressão externa de acordo com o Eurocódigo 1 (Tabela 27): Tabela 27 – Fatores de pressão externa Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 91 Sendo que para a obtenção dos esforços nos cabos, só são relevantes os deslocamentos verticais máximos, pode-se fazer a diferença entre os valores da fachada D e E. Para o cálculo do contraventamento apensas é necessário estudar o vento com os fatores de pressão externa de uma das direções, sendo assim escolhidos do quadro apenas o valor para D e E, fazendo posteriormente a diferença. Como se trata de uma ação variável: Para aplicar a pressão do vento, basta multiplicar esta pela altura do arco (1,5 metros), pois a fachada não será rigidamente ligado ao arco, daí só fazer sentido aplicar a ação do vento no desenvolvimento do arco (Fig. 68). Definida a posição dos cabos de contraventamento, haverá que conhecer quais os que trabalham à tração, tarefa essa que é complicada. Para tal a maneira mais simples será definir todas as barras no programa, calcular, e consultar os resultados para ver quais as barras que estão à compressão. Seguidamente, essas serão retiradas e a estrutura calculada novamente, desta vez só com as barras que trabalham à tração. Fig. 68 – Aplicação da ação do vento ao arco Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ 92 Versão para discussão 6.3.2. DIMENSIONAMENTO DOS CABOS DE CONTRAVENTAMENTO Pelo programa ROBOT o esforço máximo obtido nos cabos foi 11.7 kN. Dado o esforço ser relativamente baixo para cabos de aço, estes serão materializados com aço S235, φ 10mm, cuja resistência à tração ronda os 16.5 kN, que é o suficiente. Para que estes fiquem perfeitamente esticados, pois se isso não acontecer não irão absorver o esforço para o qual foram dimensionados, serão usados esticadores e dispositivos de amarração, tal representa a figura 69. Fig. 69 – Esticadores de cabos e dispositivos de amarração 6.4. FUNDAÇÕES A principal função das fundações é a transmissão das cargas ao solo. Para que as forças sejam transmitidas ao solo com sucesso é necessário garantir que tanto o solo como a fundação resistem à solicitação. Como já foi referido no capítulo 4, as estruturas em arco transmitem à fundação um esforço axial com duas componentes; uma horizontal e uma vertical. Geralmente estas cargas horizontais são consideráveis, neste caso 193 kN na combinação 3, e por vezes são demasiado elevadas para o solo. A adoção de um tirante entre os dois apoios do arco elimina esta problemática absorvendo assim toda a componente horizontal, restando apenas a carga vertical para ser transmitida ao solo (Fig 70). A colocação de um tirante, poderá induzir pequenas alterações nos esforços do arco, já que os esforços foram obtidos para a condição de apoios duplos que impedem totalmente o deslocamento. O cabo usado, e mediante a sua área, irá permitir maiores ou menores deslocamentos na extremidade do arco. Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 93 Fig. 70 – Representação do tirante Por falta de conhecimento das características de resistência do solo na zona de implantação da obra, irá ser assumido que se trata de um solo arenoso, sendo adotados valores plausíveis para um solo dessas características. 6.4.1. VERIFICAÇÃO DA RESISTÊNCIA DO SOLO Primeiramente deverão ser adotadas as dimensões da sapata. Esta deverá ser suficiente para receber as dimensões das chapas de apoio. Solução de sapata adotada (Fig 71): Fig. 71 – Vistas da sapata Características da sapata: Área de implantação = 0.95 Betão C25/30 Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ 100 Versão para discussão Configuração do nó 2 (Fig. 75): Fig. 75 – Nó 2 O raciocínio para o nó 2 será idêntico ao nó 1. Da mesma forma, as áreas necessárias são: Pelo mesmo motivo apresentado para a escora do nó 1, a escora do nó 2 também não será condicionante. No que toca ao apoio, este necessita uma área mínima de 0.008 . Tendo já uma das dimensões com 16.9 cm apenas necessita de 4.7 cm para completar a área requerida. Conclui-se que o nó 2 também não apresenta perigo de rutura. Nó à compressão sem tirantes: O nó 3 é do tipo compressão sem tirantes, e exige um estudo mais cuidado pois terão de ser analisadas 4 possíveis faces de rutura. Estes nós admitem uma tensão máxima para o betão de valor superior ao caso anterior. Esta tensão deverá ser calculada por: Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 101 Para este tipo de nó, o valor recomendado para é 1.0. Configuração do nó 3 (Fig 6.39): Fig. 76 – Nó 3 As forças recebidas por cada uma das faces são: A escora 1 e 2, tendo como base os cálculos efetuados no ponto anterior, não ultrapassam a tensão máxima. A face lateral e a face superior do nó requerem áreas mínimas de: A face superior conta já com uma das dimensões de 17 cm, faltando assim uma largura de 8 cm para a segunda dimensão. A face lateral aparece como sendo a mais desfavorável, pois na construção do modelo uma das dimensões tem como valor máximo 8.8 cm necessitando assim de um desenvolvimento de 14 cm. Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ 102 Versão para discussão Para terminar o estudo dos nós, conclui-se que o bloco de betão tem dimensões suficientes para que as faces dos nós nunca ultrapassem a tensão limite do betão, nunca existindo portanto risco de esmagamento. Solução final de armaduras da sapata: A armadura final das sapatas será constituída por 6 ϕ8 espaçados de 8 cm. Será também adotado um recobrimento de 3 cm para cada um dos lados. Nas restantes faces da sapata será usada uma disposição de armaduras em cruz composta por ϕ 6 espaçados de 10 cm. Estas armaduras serão dispostas da seguinte forma (Fig. 77): Fig. 77 – Disposição das armaduras da sapata 6.4.3. DIMENSIONAMENTO DO TIRANTE O esforço axial máximo no tirante ocorre para a combinação de ações 3, registando-se um esforço de 193.9 kN. Sendo que o tirante vai ser materializado em aço S235, o esforço de cerca de 200 kN não é muito considerável. A área mínima exigida pelo tirante é de: Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 103 Em contrapartida, quanto menor área tiver o cabo, maior será a deformação deste e maior será o deslocamento dos apoios. Existem duas soluções para este problema: a primeira passa pela adoção de um cabo com grande área para que as deformações apresentadas por este nunca sejam muito relevantes. A segunda poderá sair mais económica, mas exige um maior cuidado aquando da aplicação, que é a adoção de um cabo mais curto sendo previamente esticado até atigir a deformação que permita a amarração nas sapatas. Isto significa que quando este for amarrado às sapatas e começar a receber as cargas provenientes do arco, não se irá deformar tanto como para o primeiro caso. Este ajustamento do comprimento do cabo não deverá ser realizado tendo como base a combinação fundamental mas sim para a combinação quase permanente, pois são as ações que atuam em grande período da vida da obra. Para a combinação quase permanente o esforço no tirante é de 134 kN. Se for adotado um cabo de diâmetro 4 cm a deformação que irá apresentar é de: Com, Então, Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ 104 Versão para discussão Situação 1 (Fig. 78): Fig. 78 – Situação 1 O cabo é amarrado às sapatas sem qualquer tensão (verde), e quando começa a receber as cargas da estrutura começa a deformar-se encontrando depois o equilíbrio (vermelho). Situação 2 (Fig 79): Fig. 79 – Situação 2 Aqui o cabo parte de uma situação inicial mais curta que os 54.5 m (verde) e é tencionado até adquirir mais 2.9 cm para que possa ser amarrado. No instante em que o cabo deixa de ser tencionado pelos macacos deverá começar a ser solicitado pela estrutura. Com a segunda solução a variação dos deslocamentos do apoio é muito menor. Para a situação 1 o apoio poderia deslocar-se até 2.1 cm (a metade de 4.2 cm que corresponde à deformação do cabo para a combinação fundamental nr. 3). Para a solução 2, o máximo deslocamento corresponderia também à combinação nr. 3 com a diferença que o cabo já se encontra a trabalhar com um esforço de 134 kN. Isto faria com que o cabo absorve-se só 59 kN para completar a diferença de 134 para 193. Desse acréscimo de força surge uma deformação de 1.2 cm (0.6 em cada um dos apoios). Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 105 A figura seguinte ilustra o modo e o ponto de amarração do tirante à sapata bem como as cotas relevantes ao processo de amarração. Fig.80 – Amarração do tirante na sapata Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 107 7 7. DIMENSIONAMENTO DAS LIGAÇÕES Após dimensionados os elementos verticais e horizontais da estrutura, haverá que materializar e dimensionar as ligações para as quais foram calculados os esforços, nomeadamente as ligações das vigas longitudinais ao arco e também das três ligações com que conta cada um dos arcos, duas de fundação (articuladas) que serão semelhantes, e a ligação a meio vão. Para as vigas a conexão não será complexa. Nestas serão usadas umas chapas que percorrerão as faces laterais bem como a face inferior, sendo aparafusadas em simultâneo ao arco e à própria viga. Para o caso dos arcos serão utilizados conectores relativamente recentes e muito usados atualmente na Europa, os SFS, bastante simples de aplicar e não muito difíceis de calcular. De forma muito resumida, as ligações são constituídos por chapas, normalmente duas ou três, que penetram na secção da viga e posteriormente são unidas à viga com parafusos que são introduzidos pela face lateral desta, atravessando assim as n chapas, e as n+1 camadas de madeira que intercalam as chapas. A etapa descrita atrás trata a união da madeira com as chapas, mas a conexão não é apenas isso. Haverá que unir as duas partes que se pretendem. Essa conexão é já mais comum pois trata-se de uma chapa que encaixa no meio de outras duas e é depois fixada através de um parafuso, tornando assim a ligação articulada. Neste tipo de ligação haverá que dimensionar ou verificar os seguintes pontos:  Ligação chapa-viga contemplando 3 possíveis modos de rutura;  Dimensionamento do diâmetro do parafuso (ao corte);  Verificação das chapas exteriores da viga ao esmagamento;  Verificação da capacidade resistente das chapas exteriores ao esforço que transmitem. Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ 108 Versão para discussão Fig. 80 – Diferentes casos de ligações Os pares de esforços usados para o dimensionamento das ligações são os mais gravosos registados para a combinação 23. Caso 1) Ligações de meio vão com esforços de compressão. Caso 2) Ligação do apoio com esforço de compressão O primeiro ponto a dimensionar na ligação é, como já foi dito, a ligação das chapas interiores (Fig 81 e 82). Para que isto seja feito com sucesso haverá que evitar o colapso dos parafusos, bem como o esmagamento da madeira. Antes de particularizar o cálculo para o caso1) e caso2) será demonstrado o procedimento de cálculo contemplando os possíveis modos de rutura neste tipo de ligação, bem como a resistência associada a cada um deles. Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 109 . Para madeira lamelada colada GL28h os catálogos obrigam, e mediante a base da viga, neste caso 200 mm, a usar os seguintes valores de bem como o L do parafuso [24]. Tabela. 28 – Valores de b, T1 e T2 para conetores WS-T WS-T (d*L) 7*113 7*133 7*153 7*173 7*193 7*213 7*233 120 140 160 180 200 220 240 - 40 40 55 65 65 75 - 48 68 58 58 78 78 Antes de passar ao cálculo dos ligadores propriamente ditos, é necessário conhecer o valor da resistência ao esmagamento da peça de madeira , bem como o momento de cedência do elemento de ligação, [3]. Onde corresponde ao diâmetro do parafuso e à massa volúmica. Fig. 81 – Ligação parafuso-chapa interior Fig. 82 – Aspeto exterior da ligação Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ 116 Versão para discussão Verificação de tensão na chapa [25] Esta verificação é feita para calcular qual a tensão máxima que ocorre na chapa para posteriormente compará-la com o seu valor limite. Dado que a força transmitida através da chapa é igual, o ponto de maior tensão será o que tenha menor área de aço (Fig 91). O ponto 6.2.4. do Eurocódigo 3 refere que, para esta verificação os furos das chapas não terão de ser considerados na contabilização da área, isto desde que estejam devidamente preenchidos pelos elementos de ligação. Fig. 91 – Área de chapa sujeita à tensão máxima Verificação: Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 117 7.2. CASO 2) (LIGAÇAO DE APOIO) Tipologia de ligação (Fig 7.13) Fig. 92 – Tipologia da ligação caso (2) Dimensionamento das chapas interiores à secção: Elementos de ligação: Chapa → 5mm + 1mm de folga = 6 mm Parafuso SFS → φ 7 mm Dados: Tendo isto, os valores de apresentam-se na tabela 30, bem como a solução final do número de parafusos e do número de fiadas. Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ 118 Versão para discussão Tabela. 30 – Valores de (kN) Nr. De planos de corte (kN) (kN) Nr. Parafusos por fiada Esforço atuante (kN) Nr. De fiadas Esforço resistente (kN) Modo de rutura 1 13.3 4 53.2 34.0 3 335 4 408.6 2 13.3 4 3 22.2 4 (NOTA: o esforço atuante é a resultante do esforço transverso e axial, √ ) Chega-se a uma solução final de 12 ligadores na ligação de apoio. Parafuso de apoio [25]: Dado que o esforço atuante é cerca de 50% mais elevado que no caso 1), o primeiro cálculo será executado com um parafuso de maior diâmetro. Parafuso M36 classe 5.6 Resistência do parafuso ao corte. Por se tratar de corte duplo, sendo que é uma chapa que será aparafusada no meio de outras duas: Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 119 Esforço atuante: Verificação: Verificação de esmagamento [25]: S355 - m Onde deverá ser adotado como o menor dos seguintes valores: [ ] [ ] Então: Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ 120 Versão para discussão Verificação: verificação de tensão na chapa [25]: A chapa será verificada da mesma forma que no caso 1). Verificação: 7.3. LIGAÇÕES VIGA-ARCO Esta ligação (Fig 93) é um pouco mais simples e menos complexa que as anteriores, pois não necessita de cálculos específicos, visto tratar-se de uma ligação considerada ‘’standard’’, sendo que mediante as dimensões da viga, e desde que estas tenham um comprimento dentro do comum, até 6 metros, o número de parafusos (64) garante por completo a segurança da mesma. Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 121 Fig. 93 – Junção arco-viga Dimensões da viga: 200mm * 300 mm Para estas dimensões o modelo usado será GSE 660/200/2.5 da marca SIMPSON [16]. Os parafusos usados para a conexão terão todos o mesmo diâmetro, φ5 mm. (Fig 94) Fig. 94 – Aplicação de cachorros SIMPSON Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 123 8 8. MANUTENÇÃO A manutenção de estruturas de madeira é uma etapa não menos importante do que as outras abordadas anteriormente. Esta visa garantir que a estrutura se encontra a funcionar, do modo previsto pelo projetista, não sendo suscetível de apresentar perigo para os utilizadores. Antes da elaboração do plano de monitorização de estruturas em madeira, deverá ser tido em conta aspetos que ajudem à planificação e à escolha da periodicidade das inspeções, para que não haja nem um excesso nem uma falta de controlo. Esses aspetos prendem-se principalmente com a localização da obra, para avaliar a exposição a que esta está sujeita, e também com o tipo de utilização predestinada à mesma [26]. É também indispensável para que as inspeções sejam feitas com sucesso, o total conhecimento das características da estrutura, tal como: espécie da madeira, tipo de colas usadas, classes de resistência, dimensões dos elementos, características dos ligadores e geometria das ligações [26]. 8.1. TRATAMENTO PREVENTIVO Em qualquer obra de engenharia “a prevenção é sempre melhor que qualquer remédio”, daí ser de extrema importância a aplicação de medidas preventivas para colmatar possíveis deficiências que poderão surgir nos anos de vida da estrutura. Neste campo, e por ser um material natural e orgânico, a madeira deverá ser devidamente cuidada para que se evite ataques de bactérias, fungos, etc… Tanto a manutenção como a prevenção destas estruturas dependem de inúmeras variáveis, mais ligadas às características do material, bem como ao ambiente a que esta se encontra exposta. Será aqui importante esclarecer algumas variáveis no tratamento de madeiras como é o caso de: classe de risco, nível de tratamento e método de tratamento. Classe de risco: ajuda a perceber e a caracterizar a probabilidade ou o risco a que uma obra está sujeita no que respeita aos ataques de agentes xilófagos, em função da localização da mesma. Para tal, a Norma Europeia 335.1 define como classe de risco 2 os elementos sob coberturas, protegidos da intempérie, na qual ocorrem ocasionalmente humidades superiores a 20 %, sendo que este é o caso da obra analisada [27]. Nível de tratamento: este prende-se com a intensidade de penetração dos produtos aplicados, podendo esta ser de nível I (superficial), nível II (média) ou nível III (profunda) [27]. Método de tratamento: neste campo existem dois fatores preponderantes são eles, as características do produto a aplicar (viscosidade, densidade, etc.), bem como a maior ou menor Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ 124 Versão para discussão facilidade de a madeira absorver essas substâncias. Estes dois fatores levam à escolha do modo de aplicação mediante o nível e as quantidades de produto que se pretende administrar (Fig 95) [27]. Fig. 95 – Tratamento prévio de elemento de madeira 8.2. INSPEÇÕES Como já foi referido, o objetivo da manutenção e, por conseguinte das inspeções, é basicamente detetar e corrigir atempadamente situações que possam comprometer a segurança da estrutura, utilização ou durabilidade desta, sendo que estas deverão ser realizadas de forma sistemática sendo desejável que a entidade responsável pela atividade esteja em contacto, e o mais próximo possível dos elementos a analisar. Para estruturas como a que foi abordada nesta dissertação deverá ser prestada especial atenção aos seguintes aspetos: Nos elementos de madeira: a) Deformação dos elementos resistentes b) Fratura da madeira provocada por esforços excessivos c) Fendas de secagem profundas da madeira d) Delaminação (abertura de juntas coladas), apenas no caso de madeira lamelada colada e) Ataque por fungos de podridão f) Infestação por insetos g) Deterioração de elementos sujeitos a abrasão No que respeita as ligações: a) Rutura ou escorregamento das ligações b) Aperto de parafusos e ajustamento de outros elementos da ligação c) Corrosão de ligadores d) Corrosão de elementos metálicos E ainda: a) Falha de pintura para proteção superficial Projeto em estruturas de madeira ____________________________________________________________________________ Versão para discussão 125 É aconselhável que estas inspeções sejam realizadas com uma periodicidade de uma vez por ano.