Métodos Construtivos

Introdução

A madeira como material estrutural normalmente se encontra em diferentes formas
tais como: madeira em tora; madeira serrada; madeira laminada colada; madeira
compensada e madeiras reconstituídas. O comportamento estrutural desses diferentes
tipos de madeira está relacionado com o arranjo da estrutura interna, que dependendo da forma final do produto resulta em maior ou menor grau de anisotropia. Normalmente, as madeiras reconstituídas têm propriedades isotrópicas o que garante seu excelente desempenho estrutural, diversificando seu emprego nas construções. Portanto, sua aplicação como material estrutural exige um domínio do conhecimento da estrutura interna dos diferentes tipos de madeira para orientar as técnicas de detalhamento das ligações e de regiões especiais das estruturas, garantindo-se a segurança e durabilidade das construções de madeira.

Por conta dessas características instrinsecas da madeira, seu coeficiente de segurança foi por muito tempo exagerado é o que avalia o Engenheiro Pedro Afonso de Oliveira Almeida em Boletim Técnico da Poli USP de 1996 quando propõe a mudança da análise deste tipo de estrutura do método das tensões admissíveis para o dos estados limites:

“Este boletim técnico apresenta o corpo principal de um projeto de norma elaborado por um grupo de pesquisa formado por docentes da Escola Politécnica e da Escola de Engenharia de São Carlos, ambas da Universidade de São Paulo, ao abrigo de um Projeto Temático patrocinado pela FAPESP-Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo.
A transição da antiga versão da NBR 7190 para a que agora se apresenta traz profundas alterações nos conceitos relativos ao projeto de estruturas de madeira.
De uma norma determinista de tensões admissíveis passa-se a uma norma probabilista de estados limites. O projeto de estruturas de madeira passa a seguir os mesmos caminhos que os trilhados pelo projeto de estruturas de concreto e de aço.
As vantagens da nova formulação dos conceitos de segurança são inúmeros e inegáveis. O dimensionamento em regime de ruptura permite a racionalização da segurança das estruturas.”

Para melhor compreensão dos diferentes métodos construtivos utilizados atualmente para construção de estruturas de madeira, dividimos aqui esses métodos em 3 grandes grupos:

1 – Madeira maciça (serrada e seções circulares)
2 – Madeira Laminada Colada
3 – Sistemas de Painéis Estruturais

MADEIRA MACIÇA

O uso de madeira maciça no Brasil para fins estruturais divide-se em nativas e exóticas. A grosso modo, as espécie nativas são de maior densidade e, por consequência, menos vulneráveis a ataques de pragas e de maior resistência mecânica enquanto as exóticas mais usadas apresentam menor resistência mecânica e maior vulnerabilidade a pragas. Por conta destas características, que reduz sensivelmente seu valor de produção, as madeiras nativas são mais utilizadas para fins estruturais que as exóticas.
Normalmente, os vãos utilizados em peças maciças únicas (vigas e espigões) não ultrapassam vãos de 6m. Para vencer grandes vãos com madeira maciça, normalmente utiliza-se sistemas de muitas peças tais como treliças e tesouras.
Em seu dimensionamento, por conta de suas características naturais tais como nós, irregularidade das fibras e possíveis ocos, os coeficientes de segurança utilizados são muito altos.

“Todavia, a ação destes agentes sobre a madeira ainda representa uma perda considerável para o setor madeireiro, devido ao uso de produtos ineficazes e/ou pela falta de orientação técnica na escolha de um produto adequado para a finalidade desejada, bem como pela forma adotada para a sua aplicação.
Um dos problemas importante, existente na área de preservação de madeiras, é a corrida para o desenvolvimento de novos produtos.
Em conseqüência da limitação imposta para o uso e comercialização de vários princípios ativos para o tratamento da madeira, e pela dificuldade de importa-los, muitas vezes a melhor alternativa das indústrias é a de substituí-los. Contudo, um bom número dos ingredientes usados, em substituição aos anteriores, são mais tóxicos ao homem e menos eficazes. Como resultado, a necessidade de dar proteção à madeira exige o uso de maiores quantidades destes ingredientes, mesmo que os riscos à saúde humana e ao meio ambiente sejam mais elevados.” Prof. Dr. João Carlos Moreschi in Produtos Preservantes de Madeira UFPR / Departamento de Engenharia e Tecnologias Rurais
Por conta desses produtos tóxicos utilizados nos tratamentos da madeira de densidade mais baixa (exóticas) algumas fábricas brasileiras preferem fazer uso somente da madeira nativa.
Dentre as especies mais utilizadas de madeira nativa podemos citar:

MASSARANDUBA (Manilkara Elata)

CARACTERÍSTICAS: sem odor ou gosto característicos, cerne marrom-escuro, alburno marrom-amarelado claro, granulação lisa, brilho moderado, textura fina.
DENSIDADE: madeira altamente densa, com 13% de umidade tem 1.010 kg/m 3, verde tem 1.320 kg/m3 , seca rapidamente ao forno ou ao ar livre.

CUMARU (Dipteryx Odorata)

CARACTERÍSTICAS: sem odor ou gosto característicos, cerne marrom-amarelado, alburno marrom.
DENSIDADE: madeira densa, com 13% de umidade tem 1.070 kg/m 3, verde tem 1.300 kg/m 3 , seca muito devagar ao ar livre e um pouco mais ligeiro ao forno.

IPÊ (Tabebuia)

CARACTERÍSTICAS: sem odor ou gosto característicos, alburno amarelo, cerne verde-oliva escuro, às vezes marrom-escuro, granulação encadeada, textura média.
DENSIDADE: madeira altamente densa, com 13% de umidade tem 1.103 kg/m 3, verde tem 1.315 kg/m 3 , seca rapidamente ao forno ou ao ar livre.

JATOBÁ (Hymenaea Courbaril)

CARACTERÍSTICAS: sem odor ou gosto característicos, cerne marrom-escuro, alburno marrom-claro, granulação encadeada, textura média.
DENSIDADE: madeira altamente densa, com 13% de umidade tem 921 kg/m 3, verde tem 1.275 kg/m 3 , seca rapidamente ao forno ou ao ar livre.

SUCUPIRA (Bowdichia Nitida)

CARACTERÍSTICAS: sem odor ou gosto característicos, cerne marrom-escuro, alburno cinza-amarelado, granulação encadeada.
DENSIDADE: madeira altamente densa, com 13% de umidade tem 1.101 kg/m 3, verde tem 1.310 kg/m 3 , seca rapidamente ao forno, mas com muita dificuldade ao ar livre.

A técnica de construção utilizando-se a madeira maciça serve de base para a maior parte das construções em madeira estrutural no Brasil. Vigas e pilares são feitos a partir do corte de grandes árvores, aparelhadas para chegar às dimensões e geometrias desejadas. A partir de uma tora de madeira são extraídas várias peças com dimensões próximas às finais.

Bitolas Comerciais de Madeiras Serradas

Nome Bitola Bitola (cm)

Tábua 2,5×11,5
Tábua 2,5×15
Tábua 2,5×25
Tábua 2,5×30,5
Viga 5×15
Viga 5×20
Viga 7,5×11,5
Viga 7,5×15
Viga 15×15
Pranchão 7,5×23
Pranchão 10×20
Pranchão 15×23
Caibro 3,8×7,5
Sarrafo 7,5×7,5
Pilar 15×15

No entanto, estes são valores de referência encontrados comercialmente no mercado que normalmente não se aplicam em construções de madeira industrializadas. Cada indústria, de acordo com seu maquinário e com o tipo de madeira utilizada acaba adotando um padrão próprio para suas secções. Como exemplo, a ITA Construtora usa as seguinte secções:

Caibro 6×8 6×12 6×16 6×20 6×24
Viga 12×20 12×24 12×30 12×36
Pilar 12×12 17×17

Abaixo, segue uma série de tipos de encaixes metálicos que são os mais conhecidos para fazer ligações entre peças de madeira maciça e também entre peças de madeira laminada colada.

Exemplo

Casa Helio Olga Jr.
Arquiteto Marcos Acayaba
Ita Construtora

O programa foi organizado em duas partes, distintas construtivamente: um patamar de entrada com garagem e piscina, junto ao alinhamento, de concreto armado, apoiado diretamente no terreno; e uma torre de madeira, perpendicular às curvas de nível, apoiada em seis tubulões.
A área social e o serviço, que deveriam estar junto à rua, foram organizados num “L” voltado para a vista a nordeste, com a casa protegendo a piscina do vento sul.
A partir dos tubulões, 3 treliças principais (bi-articuladas) com módulos quadrados de 3,30 m desenvolvem-se simétricas através de balanços que se sucedem a cada andar.
O desenho da casa resultou do equacionamento conjunto de programa e estrutura: são, no perfil, 5 módulos superiores para sala e serviço, com 100 m2, 3 módulos abaixo para dormitórios, com 60 m2, e, finalmente, os módulos restantes com 20 m2 cada, para dormitório de hóspedes e sala das crianças, sempre incluindo a área da escada.
A estrutura é simétrica e equilibrada, sua geometria considera seu próprio sistema de montagem, sem escoramentos (ver desenho no Memorial de Estrutura).
O módulo estrutural, 3,30 x 3,30 m, permitiu que, com 2,50 m de pé-direito em toda a casa, sobrassem, para cada piso e na cobertura, 65 cm livres da estrutura para a passagem das instalações (visitáveis) e de ventilação cruzada. Daí, por convecção, o ar fresco pode ser encaminhado aos ambientes através de aberturas no piso, com a correspondente exaustão do ar quente pelo teto.

planta da sala / cozinha

planta dos dormitórios

planta do quarto de hóspedes e sala de brinquedos

corte longitudinal

esquema estrutural


MADEIRA LAMINADA COLADA

A madeira laminada colada é um material composto que permite a produção de elementos de grandes dimensões. Essa técnica consiste na união de tábuas de madeira por meio adesivo especial afim de formar um elemento estrutural da dimensão desejada. A madeira deve ter a umidade controlada para que o adesivo funcione corretamente, por isso deve ser seca em estufa e armazenada dentro de embalagens. Para as emendas longitudinais são utilizados os encaixes do tipo finger joint que garantem uma maior superfície de contato entre os topos das tábuas. Após colar as tábuas de topo com os encaixes finger joint no comprimento das peças essas tábuas são coladas lateralmente e prensadas para garantir a total solidarização formando uma peça maciça de maior dimensão. As espécies utilizadas no Brasil para produção de madeira laminada colada são o Pinus radiata e os Eucaliptus de baixa e média densidade, além de algumas madeiras nativas de média e baixa densidade como o Cedro, Angelim Pedra e Imbuia.

Atualmente existem poucas empresas especializadas nesse tipo de técnica. O adesivo estrutural utilizado para a união das peças é o principal entrave para a produção de madeira laminada colada. Existem adesivos a base de solventes que atendem as exigências de estabilidade, mas que são altamente nocivas para o meio ambiente e para a saúde dos operários que o manuseiam. Há também adesivos estruturais a base d’água, importados, que não apresentam os riscos dos adesivos a base de solventes, mas que, por serem importados, aumentam significativamente o custo do produto final. Como existem poucos produtores de madeira laminada colada não há demanda para que as indústrias químicas produzam o adesivo no Brasil e sem a produção no Brasil o material torna-se caro e pouco competitivo no mercado da construção civil.

Para produzir madeira laminada colada é indicado que se use madeiras de densidade média ou baixa por dois motivos, um econômico, uma vez que as madeiras menos densas tem o crescimento mais rápido, o outro, técnico pois o adesivo precisa penetrar na madeira para que haja a solidarização das tábuas. Depois de coladas e prensadas o resultado entre uma tábua e outra é madeira, madeira+cola, cola, madeira+cola e madeira. Nas madeiras de alta densidade o adesivo não penetra o suficiente para formar a camada madeira + cola, o que não garante a solidarização completa e, portanto, compromete a estabilidade. Nos ensaios feitos em laboratório para aferição do comportamento estrutural da madeira laminada colada as emendas devem sempre ser a parte mais “forte” da peça, ou seja, o rompimento deve se dar na madeira e nunca na cola.

A produção da madeira laminada requer maior especialização dos meios de produção do que a madeira maciça, para fazer as emendas fingerjoint e prensagem lateral. As emendas finger joint são feitas por uma máquina que corta e cola as tábuas no sentido da fibra da madeira (topo). A prensagem lateral pode ser feita em prensas pneumáticas ou hidráulicas ou ainda manualmente (com sargentos). Na prensagem manual não existe limite de comprimento como nas prensas hidráulicas e

finger joint

pneumáticas, mas o controle de qualidade das prensas é muito maior do que na prensagem manual. Geralmente as prensas tem o comprimento máximo de 12m pois é o maior comprimento do caminhão, para peças de maior dimensão o transporte tem que ser feito com caminhões especiais.

O manuseio da cola também requer cuidados especiais para não comprometer a saúde dos operários e garantir a solidarização das peças. Os adeisovs tem diferentes tempos de cura, de acordo com os fabricantes. A primeira etapa da cura deve ser feita ainda na prensa e depois de retirada deve-se esperar o tempo necessário para a cura total do adesivo para que então possa ser trabalhada como uma peça maciça. O uso de tratamento anti organismos xilófagos não é um consenso. Há quem faça uso desses pesticidas a fim de garantir a durabilidade das estruturas laminadas coladas e há também aqueles contrários a sua utilização por serem prejudiciais ao meio ambiente e a saúde, principalmente dos operários das fábricas de madeira laminada colada.

A madeira laminada colada pode ser empregada nos mesmos casos da madeira maciça e ainda em estruturas com geometrias complexas e curvas. O aproveitamento da madeira laminada colada é incrivelmente superior ao da madeira nativa porque as peças são feitas sob medida e as tábuas curtas podem ser emendadas, por meio de finger jonit, para produzir novas paças. Se comparada com o aço e o concreto é o melhor material a ser empregado em galpões de armazenamento de materiais corrosivos como adubos e sal. Para garantir a durabilidade e bom desempenho estrutural o processo produtivo deve ser rigorosamente controlado por meio de ensaios das peças em laboratório e boa qualidade dos matérias e técnicas empregados. O detalhamento das estruturas de madeira laminada colada seguem os mesmos princípios da madeira maciça devendo, sempre, ficar isolados da umidade do solo e chuva.

Exemplo
Haras Polana
Arquiteto Mauro Munhoz
Ita Construtora

Estrutura em pórtico em madeira laminada colada apoiada sobre fundação do tipo tubulão de concreto armado. Com dois balanços sendo o maior de 12 metros e o menor 7 metros, este projeto parte da premissa de se manter quase intacta a vista para o vale. Por conta disso, optou-se pelo pórtico que se comporta basicamente como uma viga com apoio central (seção T). Devido o baixo peso próprio da estrutura, seus pilares e fundações trabalham não somente a compressão mas também tração ( a estrutura tende, pelo baixo peso a decolar).
Esta viga que totaliza 19 metros foi dividida em 3 partes menores pois 12 metros é o maior tamanho que se consegue prensar na prensa pneumática e também porque seria muito custoso o transporte de peças de 19 metros.
O tamanho da prensa aliado a condições de transporte, neste caso, limitou a dimensão da peça a 12 metros mas seria possível prensar duas peças de 12m na prensa pneumática e prensá-la, posteriormente, de forma manual (com sargentos).

esquema estrutural

esquema explodido fundação, pilar e viga


Sistemas de Painéis Estruturais (wood frame)

O comportamento estrutural do wood frame assemelha-se ao da alvenaria estrutural. Cada elemento recebe esforços de diferentes naturezas, sempre conjugados com outros elementos. Além disso, as estruturas em wood frame apresentam redundância e hiperestaticidade. Essas propriedades permitem a ampliação da construção de maneira simples e não comprometedora da estrutura.
Apesar de ser largamente empregado em todo o mundo há muitas décadas, o comportamento estrutural do wood frame ainda é pouco utilizado nas estruturas de madeira no Brasil. Em decorrência disso, a atual Norma Brasileira 7190/1997 não apresenta critérios claros de dimensionamento dessas estruturas, permitindo somente verificações dos seus elementos estruturais independentes – ensaios de desempenho do sistema construtivo foram realizados pelo IPT (Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo), tais como desempenho estrutural, segurança ao fogo, estanqueidade à água, etc., e seus resultados podem ser obtidos diretamente com os autores desse artigo.
Na NBR 7190/1997 são especificadas dimensões mínimas para os elementos estruturais, que foram definidas considerando-se a segurança de estruturas isostáticas de treliças. Porém, essas são impraticáveis em estruturas de wood frame. Por existir repetição de elementos cumprindo a mesma função, existe a chamada redundância, ou seja, uma redistribuição de esforços caso um dos elementos venha a falhar, permitindo a utilização de seções menores e otimizando o consumo de madeira. Uma analogia grosseira desse comportamento é a armação de lajes de concreto. É fácil imaginar que, se uma única barra dessa armação falhar, haverá uma redistribuição dos esforços para as demais no seu entorno. As paredes do wood frame se comportam da mesma maneira.
Diante disso, o dimensionamento das estruturas em wood frame pode ser feito utilizando-se critérios de normas de outros países, dentre as quais o Eurocode 5 apresenta bases mais semelhantes à norma brasileira, o que permite utilizá-la complementarmente à nossa. De forma bastante resumida, o dimensionamento dessas estruturas considera que as paredes e pisos têm comportamento de placa e chapa, recebendo cargas tanto no seu plano quanto perpendicularmente a esse.
Os painéis de piso recebem as cargas de peso próprio e acidentais, perpendiculares ao seu plano, que são resistidas pelas chapas de OSB e vigas I por flexão simples. As vigas I são apoiadas nas paredes, que assim solicitam os montantes à compressão paralela às fibras. Esses, por sua vez, descarregam esses esforços no pavimento inferior ou nas fundações. Por estarem fixados às chapas de OSB, esses montantes não apresentam flambagem na menor inércia, sendo verificada a instabilidade na maior inércia.

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