Sumrio1. INTRODUO32. LIGAES DE PEAS ESTRUTURAIS42.1 TIPO DE
LIGAES42.2 LIGAES AXIAIS POR CORTE COM PINOS METLICOS62.2.1
FUNCIONAMENTO DA LIGAO62.2.2 RESISTENCIA DA MADEIRA COMPRESSO
LOCALIZADA (EMBUTIMENTO)62.2.3 RESISTENCIA FLEXO DO PINO72.2.4
MECANISMOS DE PLASTIFICAO EM LIGAES COM PINOS EM CORTES SIMPLES E
DUPLO82.2.5 RESISTNCIA A CORTE DE LIGAES COM PINOS92.2.6 RESISTNCIA
DE ACORDO COM A NBR 7190132.3 PREGOS142.3.1 TIPOS E BITOLAS DE
PREGOS142.3.2 DISTORES CONSTRUTIVAS152.3.3 Resistncia ao Corte de
Pregos162.3.4 Resistncia ao arrancamento de pregos172.4 PARAFUSOS
AUTO-ATARRAXANTES (EUROCODE 5)172.5 PARAFUSOS DE PORCA E
ARRUELA182.5.1 Disposies construtivas182.5.2 RESISTNCIA DE LIGAES
COM PARAFUSO SUJEITO A CORTE192.6 Pinos Metlicos192.7
Cavilhas202.7.1 Resistncia de ligaes com cavilhas.202.8 Conectores
de Anel Metlicos202.8.1 Tipos de Conectores202.8.2 RESISTENCIA DE
LIGAES COM CONECTOR DE ANEL212.9 LIGAOES POR ENTALHES222.9.1 TIPOS
DE LIGAES POR ENTALHE222.10 LIGAES POR TARUGOS:222.11 LIGAES COM
CHAPAS PRENSADAS222.12 TRAO PERPENDICULAR S FIBRAS EM LIGAES222.13
DEFORMABILIDADE DAS LIGAES E ASSOCIAO DE CONECTORES233.
CONCLUSO244. REFERNCIAS BIBLIOGRAFICAS25
1. INTRODUOSo muito comuns imveis utilizando como parte da
estrutura matrias confeccionados com peas de madeira,
principalmente as tesouras, porm as dimenses comercias destas peas
nem sempre satisfazem a necessidade para determinados casos e mesmo
que sim haveria necessidade de unir duas ou mais peas. Ento se faz
necessrio das ligaes desses elementos estruturais, sendo chamados
de elementos de ligao, que o tema abordado neste trabalho, um
estudo sobre os tipos, funes e requisitos para esses elementos.
2. LIGAES DE PEAS ESTRUTURAIS
2.1 TIPO DE LIGAES Empecilhos como o meio de transporte e o
tamanho das rvores so um fator que limitam a dimenso de uma pea de
madeira bruta. Dimenso essa que ainda mais limitada quando a pea de
madeira deve ser serrada para a sua utilizao, chegando geralmente a
um tamanho mdio de 4 a 5m cada pea.No entanto na hora de se
confeccionar uma estrutura pode-se(geralmente sim) necessitar de
peas maiores. Ento a sada se utilizar de tcnicas para prolongar
estas peas. Faz-se ento a ligao de duas ou mais peas utilizando
dispositivos para unir-las entre si. Utilizando-se diversos
dispositivos de ligao como ilustrado na figura 4.1 e 4.2. Os tipos
de ligao mais utilizados so: Colagem; Pregos; Parafusos; Grampos;
Braadeira; Pinos; Conectores; Tarugos; Entalhes.
Em seguida se tem ilustrado na (figura 4.2), cada elemento de
ligao.
Tambm tem-se as anlises dos esforos que as ligaes esto sujeitas.
Um desses esforos o de corte ( esforo cisalhante nas ligaes), que
so aqueles em que a fora a ser transmitida de uma pea para a outra
perpendicular ao elemento de ligao, como em pregos, parafuso,
pinos. Podendo estes ainda estar sujeito a mais de uma seo de
corte. Deve-se verificar a resistncia do local de ligao pois pode
ocorrer fissuras por trao perpendicular as fibras em locais de
ligao axial, conforme ilustrado na figura 4.3.
Sendo a resistncia o principal requisito para um elemento de
ligao, ou seja, as ligaes devem ser capazes de transmitir foras de
uma pea de madeira a outra. 2.2 LIGAES AXIAIS POR CORTE COM PINOS
METLICOSAs ligaes mostradas anteriormente, executadas com pregos,
parafusos ou pinos metlicos comportam-se de maneira semelhante e
por isso esto englobadas na categoria de ligaes com pinos
metlicos.2.2.1 FUNCIONAMENTO DA LIGAOA figura 4.4 mostra uma ligao
em corte duplo tpica. A transmisso da fora F se d por apoio do pino
nas peas de madeira. O pino fica sujeito a uma carga distribuda
transversal ao seu eixo e, portanto, flexo simples. As peas de
madeira ficam submetidas compresso localizada e paralela s fibras.
A partir da figura, pode-se escrever a tenso nominal de compresso
localizada da pea central
Onde d odiametro do pino e a espessura da pea central.
2.2.2 RESISTENCIA DA MADEIRA COMPRESSO LOCALIZADA (EMBUTIMENTO)A
resistncia da madeira compresso localizada em ligaes com pinos
determinada, segundo a NBR 7190 (Anexo B), atravs de ensaio
padronizado.A resistncia ao embutimento, seja paralelo s fibras (
seja normal s fibras , definida como a tenso de compresso
localizada referida fora que causa deformao residual igual a 0,2%.
Trata-se, portanto, de uma condio de deformabilidade.De acordo com
a NBR 7190, na ausncia de determinao experimental especifica
permiti-se avaliar a resistncia ao embutimento com as seguintes
expresses:Paralela s fibrasNormal s fibrasOnde o coeficiente dado
na tabela 4.1.
2.2.3 RESISTENCIA FLEXO DO PINOO pino metlico ilustrado na
figura 4.4 uma pea de seco circular (dimetro d) sujeita a tenses
normais de flexo. A evoluo da distribuio destas tenses na seco de
maior momento fletor com o acrscimo do carregamento est mostrada na
figura 4.6. Em regime elstico, a distribuio de tenses linear e a
tenso mxima calculada com a clssica formula da Resistencia dos
Materiais
Onde W o mdulo elstico de resistncia flexo.
O inicio da plastificao da seco de momento mximo ocorre quando a
tenso mxima atinge a tenso de escoamento do ao. A partir dai, com o
acrscimo do carregamento, ocorre a plastificao progressiva da seco,
com as fibras mais internas atingindo tambm a tenso .O maior
momento que a seco pode suportar corresponde ao escoamento de toda
a seco:
Onde Z o modulo plstico da seco, sendo para seco circular de
dimetro d.O momento resistente de projeto do pino metlico calculado
com o fator de reduo de resistncia igual a 1,1:
2.2.4 MECANISMOS DE PLASTIFICAO EM LIGAES COM PINOS EM CORTES
SIMPLES E DUPLOOs modos de ruptura de ligaes com pinos envolvem o
esmagamento das peas de madeira em compresso localizada (quando
atingem a resistncia ao embutimento) e a plastificao de uma ou mais
sees do pino em flexo.Admitindo o caso de ligaes de peas de
diferentes espessuras, em corte simples ou duplo, a Fig. 4.7
apresenta os possveis mecanismos de plastificao em ligaes com pinos
(Johansen, 1949). A ocorrncia de um ou outro modo dependera da
geometria da ligao e das tenses resistentes da madeira e do ao do
pino.Os mecanismos I e II envolvem apenas esmagamento das peas de
madeira (ilustrado pelo pontilhado na Fig. 4.7) com ou sem rotao do
conector. J nos mecanismos III e IV so tambm formadas rtulas
plsticas no pino. O mecanismo II caracterizado pela rotao como
corpo rgido do conector e no se aplica ligao em corte duplo pela
sua simetria.Em corte simples, o mecanismo I-2 s poderia ocorrer em
ligaes com peas de diferentes espcies de madeira.
Fig. 4.7 Mecanismos de plastificao em ligaes com pinos2.2.5
RESISTNCIA A CORTE DE LIGAES COM PINOSUtiliza-se a uma abordagem
baseada na teoria limite desenvolvida por Johansen na dcada de 40 e
posteriormente confirmada por ensaios experimentais. Para o caso do
mecanismo II, por exemplo, em uma ligao com peas de madeira de
mesma espcie e mesma espessura, aps um movimento suficientemente
grande da ligao, resultam a distribuio de foras por unidade de
comprimento do pino e os diagramas de esforo cortante e momento
fletor ilustrados na Fig. 4.8.Na interface entre as peas de madeira
tem-seSendo 2a +b = t, chega-se resistncia da ligao (fora
transmitida entre as peas):
Fig. 4.8 Esforos no puno no mecanismo de plastificao II: (a)
ligao em corte simples; (b) foras por unidade de comprimento; (c)
diagrama de esforo cortante; (d) diagrama de momento fletor no
pino.Ligaes entre peas de madeiraAs normas americana NDS e europeia
EUROCODE 5 adotam expresses para resistncia desenvolvidas a partir
do trabalho de Johansen para ligaes entre peas de madeira com
diferentes tenses resistentes ao embutimento. As equaes seguintes
se referem resistncia de ligaes com 1 pino em corte simples e duplo
de peas de madeira da mesma espcie (mesma tenso resistente ao
embutimento):Corte simples:Mecanismo I
Mecanismo II
Onde Mecanismo III
Onde e Mpd = momento de plastificao total do pino (Eq.
(4.4))Mecanismo IV
Corte duplo Resistncia por plano de corte:Mecanismo I
Mecanismo III Eq. (4.8) com ti=t1Mecanismo IV Eq. (4.9)A
resistncia de uma determinada ligao o menor valor obtido para entre
os diferentes mecanismos. Pode-se utilizar os bacos de Mller
modificados (Step, 1996), como na figura a seguir.
Figura 1- bacos modificados de Mller para corte simples e corte
duplo Fonte: Estruturas de Madeira, Walter Pfeil, 2003
A resistncia dos mecanismos III e IV est majorada em 10% para
considerar a contribuio do esforo axial do pino. Os parmetros
adimensionais que definem o comportamento das ligaes no estado
limite ltimo so:onde .As resistncias da ligao por plano de corte de
1 pino para cada mecanismo so dadas pelas seguintes equaes, onde t
a espessura da pea de madeira.Corte Simples- Para chapas finas
()Mecanismo II
Mecanismo III
- Para chapas grossas ()Mecanismo III
Mecanismo IV
Para chapas intermedirias () faz-se uma interpolao entre os
valores de obtidos na equao para o mecanismo III, chapa finas e na
equao para o mecanismo IV, chapas grossas.
Corte Duplo- Em ligao com chapas de ao lateraisMecanismo I
Mecanismos III e IVou
2.2.6 RESISTNCIA DE ACORDO COM A NBR 7190
As expresses para a resistncia da ligao referente a uma seo de
corte indicadas pela NBR 7190 so as seguintes.Mecanismo II
esmagamento total da madeira para
Mecanismo IV flexo do pino para
No caso de pinos em corte duplo, somam-se as resistncias
referentes a cada uma das sees de corte, considerando t como o
menor valor entre a espessura da pea lateral e a metade da
espessura da pea central.Para uma ligao com at 8 pinos na direo da
fora, a resistncia da ligao a soma das resistncias de cada pino. Em
uma ligao com muitos pinos na direo da fora, ocorre que ela no
transmitida de maneira uniforme entre os pinos. A resistncia da
ligao com n pinos, sendo n maior que 8, calculada pela equao a
seguir.
2.3 PREGOS2.3.1 TIPOS E BITOLAS DE PREGOS
Os pregos so fabricados com arame de ao-doce, em grande
variedade de tamanhos. As bitolas comerciais antigas, ainda
utilizadas no Brasil, descrevem os pregos por dois nmeros: o 1
representa o dimetro em fieira (dimetro do arame que originou o
prego) francesa; o 2 mede o comprimento em linhas portuguesas.
Figura 2- Tabela de prego em bitolas comerciais -
Fonte:Estruturas de Madeira, Walter Pfeil, 2003
2.3.2 DISTORES CONSTRUTIVASAs fibras da madeira se afastam com a
penetrao do prego, podendo ocorrer o fendilhamento da madeira. Para
evitar o fendilhamento, as normas de projeto prescrevem regras
construtivas envolvendo dimenses e espaamentos entre pregos.Para
reduzir o fendilhamento dos pregos a NBR 7190 estabelece as
seguintes distncias mnimas:
J os espaamentos mnimos conforme a EUROCODE 5, conforme figura
abaixo:
Segundo a EUROCODE 5 pode haver trespasse se:
Para que o prego seja efetivo numa seo, necessria uma penetrao
mnima de ponta na madeira adjacente.
2.3.3 Resistncia ao Corte de PregosConforme NBR 7190 a
resistncia de um prego corresponde a uma seo de corte dada pelas
equaes abaixo:
Nestas equaes, aplicadas a ligaes pregadas, as espessuras t1 e
t2 so tomadas, respectivamente iguais aos comprimentos de penetrao
do prego em cada pea. A resistncia compresso localizada em ligaes
pregadas dada, conforme EUROCODE 5, por expresses que independem da
direo do esforo em relao s fibras:
Onde a massa especfica caractersticas a 12% de umidade.
2.3.4 Resistncia ao arrancamento de pregosOs pregos lisos
apresentam baixa resistncia quando solicitados axialmente(ver FIg.
4.17),de forma que a norma EUROCODE 5 recomenda que no sejam assim
utilizados para cargas de longa durao.O detalhe da Fig. 4.17b, com
o prego cravado na direo das fibras, tem resistncia desprezvel ao
arrancamento e no permitido em ligaes estruturais. Os pregos
cravados pelas faces laterais (FIg. 4.17c) apresentam a melhor
resistncia neste tipo de ligao.As normas americanas NDS e EUROCODE
5 apresentam critrios para determinao da resistncia ao arrancamento
e pregos solicitados axialmente.2.4 PARAFUSOS AUTO-ATARRAXANTES
(EUROCODE 5)Os parafusos auto-atarraxantes no so considerados pela
Norma Brasileira NBR 7190 como conectores de peas estruturais de
madeira. Por sua vez as normas europia, EUROCODE 5, e americana,
NDS, apresentam critrios para dimensionamento de ligaes com
parafusos auto-atarraxantes.Os parafusos auto-atarraxantes, em
geral, trabalham a corte simples, como se v na Fig.4.18. Eles so
instalados com furao prvia, e de acordo com o EUROCODE 5 a ponta
deve penetrar 4d para desenvolver a resistncia ao corte.
Esta capacidade resistente a corte calculada com as expresses
gerais para pinos metlicos (item 4.2.5), sendo as espessuras t1 e
t2 tomadas como os comprimentos de penetrao dos parafusos nas peas
de madeira, descontando-se 1,5d referente ponta do parafuso. O
momento plstico Mpd deve ser calculado com o dimetro efetivo igual
a 0,9d. O comprimento da parte lisa deve ser maior ou igual
espessura da pea sob a cabea do parafuso.Os parafusos aplicados na
direo das fibras podem ser consideradas na transmisso de esforos.
As ligaes com parafusos auto-atarraxantes s muito sensveis aos
efeitos da umidade sobre a madeira. Elas so empregadas em obras
secundrias ou provisrias (escoramentos).2.5 PARAFUSOS DE PORCA E
ARRUELA2.5.1 Disposies construtivas Os parafusos so colocados em
furos feitos com trado manual ou broca mecnica. O dimetro do furo
deve ser ajustado para parafuso, de modo que a folga seja menor
possvel. A norma EUROCODE 5 recomenda folga mxima de 1 mm. De
acordo com a NBR 7190, se o dimetro da pr-furao for menor ou igual
ao dimetro do parafuso mais 0,5 mm, a ligao pode ser considerada
rgida (desde que tenha quatro parafusos no mnimo). Para folgas
maiores, 1,0 ou 1,5 mm por exemplo, a ligao considerada flexvel.A
carga de trao admissvel no parafuso, referida anteriormente, igual
rea do ncleo da rosca An multiplicada pela tenso admissvel do ao do
parafuso.A Norma Brasileira NBR 7190 especifica as arruelas
pesadas, conforme a alnea (b), isto , a rea das arruelas deve
permitir a transferncia do esforo admissvel de trao do parafuso sem
exceder a resistncia compresso normal s fibras da madeira.Na Tabela
A.4.1 apresentam-se dados referentes a parafusos utilizados no
Brasil. As dimenses de arruelas so as do tipo pesado das
especificaes americanas.
2.5.2 RESISTNCIA DE LIGAES COM PARAFUSO SUJEITO A CORTE
As tabelas 4.2 a 4.6 fornecem o valor da resistncia em corte de
parafusos em madeiras com fcd variando entre 5 e 25Mpa.Em ligaes
entre madeira e chapas de ao a resistncia o menor valor entre as
resistncias calculadas para o parafuso em contato com a madeira e a
chapa.Para parafusos em corte duplo somam-se as resistncias
referentes a cada seo de corte.2.6 Pinos Metlicos Os pinos metlicos
so barras cilndricas de superfcie lisa instaladas entre peas de
madeira. O dimetro do furo deve ser menor ou igual ao dimetro do
pino .Em termos de capacidade resistente, parafusos e pinos de
mesmo dimetro apresentam a mesma resistncia. 2.7 Cavilhas As
cavilhas so pinos circulares confeccionadas em madeira dura
introduzidos por cravao em furos sem folga nas peas de madeira. As
cavilhas em corte simples podem ser utilizadas apenas em ligaes
secundrias. 2.7.1 Resistncia de ligaes com cavilhas. Os mecanismos
de plastificao de uma ligao com cavilhas envolvem o esmagamento
local da cavilha sob compresso normal s fibras e a flexo da
cavilha. A resistncia da ligao com cavilha em corte duplo a soma
das resistncias correspondente a cada seo de corte.
2.8 Conectores de Anel Metlicos2.8.1 Tipos de Conectores A
resistncia de ligaes com pinos metlicos limitada pela tenso de
apoio do pino da madeira pela sua flexo. Para evitar essas
limitaes, foram projetadas peas rgidas denominadas conectores de
anel que oferecem uma grande rea de apoio da madeira. Os conectores
de anel so peas metlicas colocadas em entalhes nas interfaces das
madeiras mantidas na posio por meio de parafusos. Os conectores de
anel partido so os mais utilizados na prtica. A parede do anel
recebe os esforos da madeira por apoio desta na superfcie do
entalhe. O anel trabalha, portanto, como um tarugo de forma
especial.2.8.2 RESISTENCIA DE LIGAES COM CONECTOR DE ANELA fig.
4.25a) apresenta os diagramas de corpo livre das peas de maneira e
do conector de anel em uma ligao a corte simples. Para a
transferncia do esforo axial o conector se apoia na madeira
entalhada. A madeira no interior de anel fica sujeita as tenses de
compresso e de cisalhamento.A resistncia do conector pode ento ser
determinada pelas resistncias, a compresso, ao cisalhamento da
madeira, pode ser definido por:
Onde D= dimetro interno do conectort = profundidade de penetrao
do anel na madeira. No caso de ligao de peas tracionadas em que a
resistncia a compresso da madeira suficientemente grande, a
resistncia ao cisalhamento da madeira no interior do anel atingida
antes do estado limite ultimo.
2.9 LIGAOES POR ENTALHES 2.9.1 TIPOS DE LIGAES POR ENTALHEOs
entalhes so ligaes em que a transmisso do esforo feita por apoio
nas interfaces. Os encaixes devem ser executados com grande
preciso, a fim de que as faces transmissoras de esforos fiquem em
contato antes do carregamento. Havendo folgas, a ligao de deformar
at que as faces se apiem efetivamente.2.10 LIGAES POR TARUGOS:
Tarugos so peas de madeira dura, ou metlicascolocadas dentro de
entalhes, com a finalidade de transmitir esforos. O equilbrio do
Tarugo feito com tenses verticais de apoio, cujas resultantes so
absorvidas pelos parafusos construtivos.2.11 LIGAES COM CHAPAS
PRENSADASNas estruturas de trelias pr-fabricadas so comumente
utilizadas chapas com dentes estampados ou providas de pregos,
sendo que estas so prensadas junto s peas de madeira, originando
uma ligao equivalente a talas de chapa metlica com mltiplos pregos.
O fabricante deve garantir os valores da resistncia de clculo
atribudos a estas chapas.A NBR 7190 apresenta os ensaios para estas
ligaes com o objetivo de medir sua resistncia.2.12 TRAO
PERPENDICULAR S FIBRAS EM LIGAESPara evitar a ruptura por trao
normal s fibras nas ligaes com pinos, a condio que deve ser
verificada :, com eA figura abaixo ilustra os parmetros desta
equao.
2.13 DEFORMABILIDADE DAS LIGAES E ASSOCIAO DE CONECTORESAs
ligaes com conectores metlicos (anel, pinos, parafuso, etc)
apresenta um comportamento contrrio ao da ligao colada (muito rgida
e flexvel). Um comparativo entre o conector de anel e o de parafuso
observa-se que: no primeiro a rigidez mais elevada; j no segundo, a
ligao apresenta uma deformao maior devido folga no furo.A NBR 7190
considera como rgidas as seguintes ligaes: com conector de anel;
pregada ou com cavilhas; com mais de 4 parafusos. Alm disso, a
norma no exige a verificao de deslocamentos em ligaes e limita
implicitamente os deslocamentos nas ligaes com pinos metlicos em
geral.
3. CONCLUSO Como j dito anteriormente execuo de grandes
estruturas de madeira requer peas macias com dimenses que
dificilmente so encontradas. Para viabilizao dessas estruturas,
necessrio efetuar unies compatveis com as solicitaes mecnicas,
oferecendo resistncia, durabilidade e segurana.Concluindo-se que h
diversos tipos de elementos de ligao sendo que cada um faz parte de
um ou mais tipos de ligao. Como cada elemento de ligao tem suas
particularidades e resistncias, deve-se se atentar analisar a ligao
de acordo com o elemento escolhido.
4. REFERNCIAS BIBLIOGRAFICAS
PFEIL, W. (2003). Estrutura de madeira. Livros Tcnicos e
Cientficos Editora S.A.Rio de Janeiro._______.NBR 7190: Projeto de
estruturas de madeira. Rio de Janeiro, 1997. 107 p.
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