Ligações em Estrutura de Madeira

1 INTRODUÇÃO

A madeira é um elemento muito utilizado na construção civil e de grande importância para a mesma. Nos anos mais recentes, estudos vêm sendo desenvolvidos a respeito de seu uso, porém, estruturas metálicas têm sido largamente utilizadas em aplicações onde tradicionalmente a madeira era usada, como tesouras de cobertura.

Mesmo assim, a madeira continua tendo grandes vantagens em relação a outros materiais de construção, como seu peso próprio reduzido e boa resistência mecânica, e ainda pode ser largamente utilizada tanto para fins estruturais, onde podem ser mais economicamente viáveis em determinadas aplicações, quanto para fins estéticos e arquitetônicos.

Dentre as diversas utilizações da madeira na construção civil, algumas requerem peças em dimensões não encontradas na natureza, o que faz necessário o uso de ligações que sejam compatíveis com as solicitações mecânicas atuantes naquela peça. Outras aplicações como treliças também requerem ligações entre seus elementos em madeira.

Portanto, o estudo das ligações nas peças de madeira é necessário, de forma a proporcionar resistência, durabilidade e segurança à estrutura, além da viabilidade construtiva da mesma.

Tais conexões podem ser pinos metálicos, cavilhas, conectores, encaixes e sambladuras, ou ligações coladas. As conexões por pinos metálicos são as ligações feitas com parafusos ou pregos, enquanto as ligações por conectores são as ligações feitas por chapas com dentes metálicos, ou anéis metálicos. Dentre estas, as mais comumente utilizadas no Brasil são as ligações por pinos metálicos, enquanto na Europa e na América do Norte as ligações coladas ou com conectores são as mais comuns. As ligações por cavilhas têm aplicação restrita a casos onde seriam utilizados pinos metálicos, mas o ambiente é agressivo, impedindo o uso de pinos metálicos.

As ligações são um ponto crítico das estruturas de madeira, por serem pontos de transferência de esforços entre peças maciças, onde podem existir reduções na seção maciça, exigindo, portanto, verificações de resistência aos esforços solicitados pela estrutura em estudo.

O presente trabalho tem como finalidade apresentar cada um dos tipos de ligações realizadas em estruturas de madeira, mostrando os casos de utilização de cada um deles, e a aplicação da NBR-7190 na verificação das mesmas.

2 GENERALIDADES

Elementos de ligação são todos os elementos utilizados nas estruturas de madeira que tem por fim assegurar a união das peças e a transmissão dos esforços entre os elementos. A necessidade de peças de ligação se dá por que as características de peças do tipo barra são consequência dos tamanhos naturais das árvores de onde foram extraídas, e muitas vezes estas peças em tamanho natural não são suficientes para atender ao tamanho do elemento estrutural. Outro caso em que se fazem necessárias as ligações é na transmissão dos esforços entre diferentes elementos de uma estrutura.

Os tipos de ligações especificadas pela NBR-7190:1997 são pinos metálicos, cavilhas, conectores e cola. Pinos metálicos são os pregos e parafusos, cavilhas são pinos de madeira torneados, e os conectores podem ser chapas metálicas dentadas ou anéis metálicos. A norma não permite considerar na verificação o atrito de superfícies em contato e nem esforços transmitidos por braçadeiras, grampos ou estribos.

As ligações são pontos críticos da estrutura, e exigem especial atenção no projeto e na execução de estruturas de madeira. As verificações especificadas pela norma são os espaçamentos entre conectores, pré-furação para evitar o fendilhamento da madeira, e verificação à ruptura por tração normal às fibras.

3 PINOS METÁLICOS

        As ligações por pinos podem ser divididas em duas gerações. A primeira é quando a função do pino é manter as peças de madeira em suas posições ou casos em que o pino é solicitado ao arrancamento e não ao corte, servindo para solidarizar as uniões obtidas por entalhe. A segunda geração tem por objetivo a transmissão dos esforços entre as peças de madeira.

        Nas ligações por pinos ocorrem o efeito de pino e o efeito do atrito entre as superfícies ligadas, causadas pelo tracionamento do pino. Porém, segundo estudos e ensaios realizados, deve-se desprezar a resistência de atrito, como previsto na NBR-7190:1997.

        Segundo a NBR 7190, o critério de dimensionamento baseia-se no conceito de que a resistência das ligações por pinos depende da resistência da madeira ao embutimento do parafuso e da resistência ao escoamento do aço do pino. Ou seja, a  relação entre o diâmetro do pino, a tensão de escoamento do pino metálico, a espessura da peça de madeira e a resistência ao embutimento são fatores determinantes no comportamento da ligação, que pode, por meio do embutimento na madeira ou pela flexão do pino, deformar-se.  

A resistência total de cada pino metálico em uma determinada ligação é dada pela soma das resistências correspondentes às diferentes seções de corte, em cada elemento de ligação. Para até 8 pinos alinhados na direção da carga solicitante na ligação, a resistência por pino é considerada integralmente.

Para mais do que 8 pinos alinhados na direção da carga, deve ser considerada uma redução de 2/3 na resistência individual, para os pinos que excederem o limite de 8. Isto é feito em função da distribuição desigual da carga aplicada entre os vários pinos alinhados.

Neste caso, o número de pinos necessários na ligação deve ser.

        Para ligações com pregos, deve se considerar uma resistência mínima característica de 600MPa, e diâmetro mínimo de 3mm. Para parafusos, a resistência mínima característica a ser considerada é de 240MPa, e o diâmetro mínimo é de 10mm.

        As ligações por pinos são consideradas deformáveis quando feitas com dois ou três pinos. O seu emprego deve ser feito apenas em estruturas isostáticas. Ligações com um único pino nunca serão permitidas. As ligações com quatro ou mais pinos são consideradas rígidas se respeitadas os diâmetros d0 de pré-furação da madeira, que são d0 = 0,85 def para coníferas e d0 = 0,98 def para dicotiledôneas, onde def é o diâmetro efetivo do pino.