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CENTRO UNIVERSITÁRIO E FACULDADES
BACHARELADO EM ENGENHARIA CIVIL
MATHEUS EZEQUIEL GIENDRUCZAK
ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO
EM MADEIRA COM AUXÍLIO DE
BUSCA DE UM CENÁRIO IDEALIZADO
CENTRO UNIVERSITÁRIO E FACULDADES
BACHARELADO EM ENGENHARIA CIVIL
MATHEUS EZEQUIEL GIENDRUCZAK
DIMENSIONAMENTO DE ESTRUTURA DE COBERTURA
COM AUXÍLIO DE PLANILHA ELETRÔNICA
BUSCA DE UM CENÁRIO IDEALIZADO
Porto Alegre 2019
CENTRO UNIVERSITÁRIO E FACULDADES
BACHARELADO EM ENGENHARIA CIVIL
DE ESTRUTURA DE COBERTURA
PLANILHA ELETRÔNICA NA
BUSCA DE UM CENÁRIO IDEALIZADO
Análise e Dimensionamento de Estrutura de Cobertura em Madeira com Auxílio de Planilha Eletrônica
MATHEUS EZEQUIEL GIENDRUCZAK
ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO DE ESTRUTURA DE COBERTURA
EM MADEIRA COM AUXÍLIO DE PLANILHA ELETRÔNICA NA
BUSCA DE UM CENÁRIO IDEALIZADO
Trabalho apresentado para o Curso de Bacharel em Engenharia Civil, do Centro Universitário Uniftec como parte dos requisitos para avaliação da unidade curricular de TCC. Orientador: M. Sc. DIEGO GUIMARÃES Porto Alegre 2019
Análise e Dimensionamento de Estrutura de Cobertura em Madeira com Auxílio de Planilha Eletrônica Dedico este trabalho ao amor da minha vida, minha filha, Fernanda Freures Giendruczak, que é a razão de tudo o que faço, e aos meus pais Darli Vicente Giendruczak e Daisy Fernanda de Oliveira Freitas pelo incentivo e qualquer tipo de apoio dado para a construção deste sonho. Além da minha mulher, meu amor, Yasmin Soriano Nascimento, que me ajudou muito na finalização deste trabalho.
Análise e Dimensionamento de Estrutura de Cobertura em Madeira com Auxílio de Planilha Eletrônica
AGRADECIMENTOS
O meu agradecimento é expresso tanto em palavras quanto em atitudes, ao Deus da criação, que me abençoou e fez com que as coisas conspirassem ao meu favor, ou não, possibilitando a oportunidade de aprendizado e consequentemente proporcionando uma vida melhor àqueles que tanto amo. Ao Prof. Diego Guimarães, pela orientação a este trabalho, pelo incentivo à área do conhecimento e pelas oportunidades de aprendizado ao longo deste tempo. Aos familiares que acreditaram e torceram para que isso fosse possível. Aos meus pais Darli Vicente Giendruczak e Daisy Fernanda de Oliveira Freitas, por tudo, seja a força, o carinho, o auxílio e inspiração. À minha amada filha, que foi o motivo do meu empenho. E, por fim, àquela que me apoiou e esteve ao meu lado me aturando e incentivando, além de me nortear, nos momentos de finalização, a minha mulher, amor da minha vida Yasmin Soriano Nascimento.
Análise e Dimensionamento de Estrutura de Cobertura em Madeira com Auxílio de Planilha Eletrônica
ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO DE ESTRUTURA DE COBERTURA
EM MADEIRA COM AUXÍLIO DE PLANILHA ELETRÔNICA NA
BUSCA DE UM CENÁRIO IDEALIZADO
MATHEUS EZEQUIEL GIENDRUCZAK
Autor (matheus1992_@hotmail.com) M. Sc. DIEGO GUIMARÃES Orientador Resumo: A matéria-prima madeira, além de possuir um aspecto natural quanto à sua beleza arquitetônica, e que gera um visual aconchegante e atraente, é empregada com diversos fins no Brasil, muitas vezes utilizada para a produção de coberturas nos empreendimentos. Geralmente as estruturas de cobertura são executadas com soluções empíricas no canteiro de obras por carpinteiros sem preparação para projetar tais estruturas, pois não conhecem o material de forma adequada a ponto de ter propriedade para distinguir se o mesmo suporta ou não as devidas solicitações e/ou tensões para segurança estrutural à cobertura. Consequentemente, as coberturas de madeira são vulneráveis a problemas multifatoriais, gerando uma mentalidade equivocada sobre esta matéria-prima. Tendo isto em vista, o presente estudo tem como base estudar as propriedades da madeira para que seja utilizada e aproveitada da maneira correta em cobertura, sob o enquadramento da norma NBR/1997, projetando-a de maneira correta com os cálculos de verificação para sua estabilidade, em prol do desenvolvimento de um software para auxiliar nesta verificação ou dimensionamento da estrutura de cobertura em madeira, e para facilitar no processo de produção de uma cobertura utilizando este tipo de material: madeira. Palavras chave: Propriedades da Madeira, Cobertura de Madeira, Verificação e Dimensionamento, Software para Cobertura.
Análise e Dimensionamento de Estrutura de Cobertura em Madeira com Auxílio de Planilha Eletrônica
ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO DE ESTRUTURA DE COBERTURA
EM MADEIRA COM AUXÍLIO DE PLANILHA ELETRÔNICA NA
BUSCA DE UM CENÁRIO IDEALIZADO
MATHEUS EZEQUIEL GIENDRUCZAK
Author (matheus1992_@hotmail.com) M. Sc. DIEGO GUIMARÃES Advisor Abstract: The wood raw material, besides having a natural aspect regarding its architectural beauty, and which generates a cozy and attractive look, the wood is used for various purposes in Brazil, often used for the production of roofing in the enterprises. Generally, roofing structures are made with empirical solutions on the jobsite by carpenters who are unprepared to design such structures because they do not know the material properly enough to distinguish whether or not it can withstand the proper demands and / or tensions for structural safety of the roof. Consequently, wood mulches are vulnerable to several problems, generating a misconception about the wood raw material. With this in mind, the present study is based on studying the properties of wood so that it can be used and used in the correct way under cover, under the framework of NBR / 1997, projecting it correctly with all verification calculations for its stability, as well as develop software to assist in this verification or sizing of the wood roof structure, and to facilitate in the process of producing a roof using this type of material: wood. Key words: Woods Properties, Timber Covering, Verification and Sizing, Roofing Software. .
Análise e Dimensionamento de Estrutura de Cobertura em Madeira com Auxílio de Planilha Eletrônica
Análise e Dimensionamento de Estrutura de Cobertura em Madeira com Auxílio de Planilha Eletrônica
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 - Uso da Madeira na Construção Civil 25 Quadro 2 - Classe de Carregamento 82 Quadro 3 - Combinações de Ações 83 Quadro 4 - Quadro de excentricidade 87 Quadro 5 - Esbeltes 87
Análise e Dimensionamento de Estrutura de Cobertura em Madeira com Auxílio de Planilha Eletrônica fyk – resistência característica de cisalhamento; Ranel,1 – resistência ao cisalhamento da madeira correspondente a um pino metálico; fcα,d – valor de cálculo da resistência à compressão inclinada de α; kmod – coeficiente de modificação; kmod1 – Classe de carregamento e tipo de material; kmod2 – Classe de umidade e tipo de material; kmod3 – Tipo de madeira; gt – Fórmula de Howe; gi – Peso das telhas + ripas + caibros + absorção d’água; gc – Projeção horizontal; gF – Peso do forro; α – Inclinação do telhado; λ – Esbelteza ; Vk – Velocidade característica ; V 0 – Velocidade inicialdo vento; S1, S2 e S 3 – Fator topográfico; q– Pressão dinâmica; α –Ângulo de inclinação; σ – Tensão; ; Ψ – Coeficiente de ponderação de cargas; t – Distância entre tesouras; Xd – Valores de Cálculo; ϒ – Coeficiente de resistência para estado limite último; W – Módulo de resistência; σmxd – Tensão máxima no eixo x; σmyd – Tensão máxima no eixo y; Km – Coeficiente de correção; I– Inércia; ea – Excentricidade mínima; ei – Excentricidade inicial; e 1 – Excentricidade de primeira ordem; ec – Excentricidade considerando a fluência da madeira; S – Beiral;
Análise e Dimensionamento de Estrutura de Cobertura em Madeira com Auxílio de Planilha Eletrônica Nmax – Força normal máxima; Nd – Força normal com fator de segunraça; M – Momento; Md – Momento com fator de segurança; τ – Tensão Cisalhante; f – Flecha; fadm – Flecha admissível;
- Figura 1 – Formação da madeira. LISTA DE FIGURAS
- Figura 2 - Anatomia do Tronco de Uma árvore.
- Figura 3 - Seção ampliada do tecido celular de árvore conífera e folhosa.
- Figura 4 - Anisotropia da madeira com direções longitudinal, radial e tangencial.
- Figura 5 - Tipos de água existente na madeira.
- Figura 6 - Evolução da perda de água da madeira mediante ao processo de secagem.
- regiões amorfas. Figura 7- Moléculas de água (em cor mais clara) entre as regiões cristalinas e dentro das
- Figura 8 - Diagrama de retração em função do teor de umidade.
- Figura 9 - Resistência de uma viga de madeira submetida ao fogo.
- Figura 10 - Nó provocando inclinação das Fibras.
- Figura 11 - Fendas no tronco.
- Figura 12 - Gretas ou Ventas da madeira.
- Figura 13 - Abaulamento na Madeira.
- Figura 14 - Madeira Arqueada..................................................................................................
- Figura 15 - Peça de Madeira com Fibra reversa.
- Figura 16 - Madeira Esmoada e Empenada.
- diâmetro d. Figura 17 - Seção retangular de menor perda de madeira inscrita na circunferência de
- Figura 18 - Seção retangular de maior módulo resistente.
- Figura 19 - Esquema de Corte de madeira.
- Figura 20 - Distorção por Retração.
- destacada................................................................................................................................... Figura 21 - Seção de uma peça de madeira Compensada com as camadas de madeira
- Figura 22 - Madeira Laminada e Colada.
- Figura 23 - Emendas de madeira Laminada e Colada.
- Figura 24 - Tesoura Howe.
- Figura 25 - Tesoura Pratt.
- Figura 26 - Tesoura Fink
- Figura 27 - Tesoura de Arco Invertido com elevação da Empena ou da Terça.
- Figura 28 - Arco Invertido com Elevada Altura.
- Figura 29 - Tesoura tipo Shed.
- Figura 30 - Viga Bowstring. Análise e Dimensionamento de Estrutura de Cobertura em Madeira com Auxílio de Planilha Eletrônica
- Figura 31 - Contraventamento vertical e horizontal em um telhado de duas águas.
- Figura 32 - Componentes de um telhado.
- Figura 33 - Componentes do telhado........................................................................................
- Figura 34 - Terminologia e Componentes de uma Estrutura de Cobertura.
- Figura 35 - Tipos de telhado.
- Figura 36 - Telha Paulista.........................................................................................................
- Figura 37 - Telha Colonial........................................................................................................
- Figura 38 - Telha Portuguesa.
- Figura 39 - Telha Plan.
- Figura 40 - Telha Romana.
- Figura 41 - Telha Francesa.
- Figura 42 - Telha de fibrocimento.
- Figura 43 - Telha metálica.
- Figura 44 - Carga permanente em projeção horizontal.
- Figura 45 - Isopletas de velocidade básica do vento.
- Figura 46 - Flexão Oblíqua em uma Terça.
- Figura 47 - Planta Baixa de estudo.
- Figura 48 - Vista Superior da cobertura de estudo.
- Figura 49 – Corte AA da Cobertura de estudo (Vista Lateral).
- Figura 50 - Fachada Frontal da cobertura de estudo.
- Figura 51 – Exemplo de Esquema de Cobertura
- Figura 52 - Carga em projeção horizontal.
- Figura 53 - Esquema de faces para cálculo de pressão do vento
- Figura 54 - Figura ilustrando as cargas do vento a 90° e 0°.
- Figura 55 - Coeficiente para vento de 90º.
- Figura 56 - Coeficiente para vento de 0º.
- Figura 57 - Pressão externa para condições mais desfavoráveis.
- Figura 58 - Coeficiente de pressão interna NBR 6123.
- Figura 59 - Carga P para obtenção da sobrepressão.
- Figura 60 - Carga acidental (sobrecarga em substituição ao efeito do vento).
- Figura 61 - Esquema de cargas e distâncias da cobertura.
- Figura 62 - Verificação da flecha (estado-limite de utilização).
- Figura 63 - Esquema de Caibro e componentes. Análise e Dimensionamento de Estrutura de Cobertura em Madeira com Auxílio de Planilha Eletrônica
- Figura 64 - Esquema com os componentes dos esforços solicitantes.
- Figura 65 - Gráfico de momento e cortante da terça.
- Figura 66 - Esquema de carga e sobrecarga na tesoura.
- Figura 67 - Tesoura com as cargas Permanentes....................................................................
- Figura 68 - Tesoura com Cargas Acidentais.
- Figura 69 - Tesoura com as Cargas finais (somatório)...........................................................
- Figura 70 - Forças nas barras..................................................................................................
- Figura 71 - Denominação dos nós.
- Figura 72 - Interface do Excel 2007.
- Figura 73 - Habilitando Suplementos.
- Figura 74 - Habilitando Guia Desenvolvedor.
- Figura 75 - Inserção de botões................................................................................................
- Figura 76 - Pintando Botões.
- Figura 77 - Pintando área de trabalho.
- Figura 78 - Nome nos Botões.
- Figura 79 - Caixa de grupo.
- Figura 80 - Inserindo Tabela de apoio.
- Figura 81 - Criando a função da Classe de Resistência.
- Figura 82 - Selecionando a coluna da listagem.
- Figura 83 - Resultado da listagem.
- Figura 84 - Criando função.....................................................................................................
- Figura 85 - Criando a função parte 2.
- Figura 86 - Colocando a Função na célula.
- Figura 87 - Resultado Classe de Resistência.
- Figura 88 - Resultado dos Dados de entrada.
- Figura 89 - Criando Abas.
- Figura 90 - Formatando Botões.
- Figura 91 - Elementos Geométricos.
- Figura 92 - Cargas Unitárias.
- Figura 93 - Carga acidental.
- Figura 94 - Hiperlink.
- Figura 95 - Planilha Verificação da Ripas.
- Figura 96 - Planilha de Verificação de Caibro. Análise e Dimensionamento de Estrutura de Cobertura em Madeira com Auxílio de Planilha Eletrônica
- Figura 97 - Verificação das Terças.
- Figura 98 - Cálculo da Tesoura.
- Figura 99 - Esquema da Tesoura.
- Figura 100 – Verificação do Banzo mais solicitado.
- Figura 101 - Verificação Componente da Tesoura.................................................................
- Figura 102 - Ocultando Colunas e Linhas Vazias.
- Figura 103 - Desbloqueando célula para edição.
- Figura 104 - Bloqueando as planilhas.
- Figura 105 - Layout VBA.......................................................................................................
- Figura 106 - Removendo a caixa de menu.
- Figura 107 - Código VBA Telamenu.
- Figura 108 - Código VBA para TELA normal.
- Figura 109 - Configurando Pasta de Trabalho........................................................................
- Tabela 1 - Estrutura molecular da madeira em % LISTA DE TABELAS
- umidade. Tabela 2- Exemplos de valores médios de massa específica da madeira climatizada a 0% de
- Tabela 3 - Propriedades Físicas de Madeiras
- Tabela 4 - Classe de Resistência das Coníferas
- Tabela 5 - Classe de Resistência das Dicotiledôneas
- Tabela 6 - Valores de Kmod,1
- Tabela 7 - Valores de Kmod,2
- Tabela 8 - Valores de Kmod,3
- Tabela 9 - Classe de Umidade
- Tabela 10 - Propriedades Mecânicas de madeiras
- Tabela 11 – Dimensões de peças de madeira serrada.
- Tabela 12 - Espessuras e áreas mínimas construtivas de seções retangulares (NBR 7190)
- Tabela 13 - Eficiência de juntas inclinadas
- Tabela 14 - especificações das telhas
- Tabela 15-Características e peso de telhas
- Tabela 16 - Peso de placas de forro
- Tabela 17 - Fator S 2 NBR
- Tabela 18 - Fator topográfico S
- Tabela 19 - Fatores de combinação
- Tabela 20 - Ações permanentes de grande variabilidade γg ou γG
- Tabela 21 - Ações permanentes indiretas γe
- Tabela 22 - Ações permanentes variáveis γq ou γQ
- Tabela 23-Solicitações nas barras
- 1.INTRODUÇÃO SUMÁRIO
- METODOLOGIA.......................................................................................................
- 2.1 JUSTIFICATIVA
- 2.2 OBJETIVO GERAL
- 2.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
- 2.4 DELIMITAÇÕES
- 2.5 LIMITAÇÕES
- 2.6 DELINEAMENTO DA PESQUISA
- REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
- 3.1 FISIOLOGIA DA ÁRVORE E FORMAÇÃO DA MADEIRA
- 3.2 ANATOMIA E MACROESTRUTURA DA MADEIRA
- 3.2.1 Micro Estrutura da madeira
- 3.2.2 Estrutura Molecular da Madeira
- 3.3 CLASSIFICAÇÃO DA MADEIRA
- 3.4 PROPRIEDADES FÍSICAS DA MADEIRA
- 3.4.1 Umidade
- 3.4.2 Retração da Madeira
- 3.4.3 Dilatação Linear
- 3.4.4 Massa específica
- 3.4.5 Deterioração da Madeira
- 3.4.6 Madeira submetida a ação do fogo
- 3.5 DEFEITOS DA MADEIRA
- 3.6 PROPRIEDADES MECÂNICA DA MADEIRA......................................................
- 3.6.1 Módulo de elasticidade (E)
- 3.6.2 Resistência a compressão e tração paralela às fibras (E 0 )
- 3.6.2.1 Classes de Resistência Análise e Dimensionamento de Estrutura de Cobertura em Madeira com Auxílio de Planilha Eletrônica
- 3.6.3 Valores de Cálculo (Xd)
- 3.6.3.1 Coeficientes de modificação (kmod).......................................................................
- 3.6.4 Classes de Umidade
- 3.6.5 Resistência Característica
- 3.6.5 Cisalhamento
- 3.7 TIPOS DE MADEIRA DE CONSTRUÇÃO.............................................................
- 3.7.1 Madeira Roliça
- 3.7.2 Madeira falquejada
- 3.7.3 Madeira Serrada.......................................................................................................
- 3.7.4 Madeira Compensada
- 3.7.5 Madeira Laminada e Colada
- 3.7.6 Madeira Microlaminada e Colada
- 3.7.7 Madeira Recomposta
- 3.8 COBERTURAS
- 3.8.1 Tipos de estruturas
- 3.8.2 Tesoura Howe e Pratt
- 3.8.3 Tesoura tipo Fink
- 3.8.4 Tesoura para estrutura em arco invertido
- 3.8.5 Tesoura tipo Shed
- 3.8.6 Tesoura tipo Bowstring ou com banzo curvo
- 3.8.7 Contraventamento de Tesoura
- 3.8.7.1 Espigão
- 3.9. TERMINOLOGIA PARA AS COBERTURAS
- 3.9.1 Tipos de Telhas
- 3.10 TIPOS DE LIGAÇÕES PARA PEÇAS ESTRUTURAIS
- 3.10.1 Pinos Metálicos
- 3.10.2 Pregos e Parafusos Análise e Dimensionamento de Estrutura de Cobertura em Madeira com Auxílio de Planilha Eletrônica
- 3.10.3 Cavilhas
- 3.10.4 Conectores
- 3.10.5 Colas
- CARGAS NAS ESTRUTURAS
- 4.1 CARGA DE PROJEÇÃO HORIZONTAL
- 4.2 EFEITO DO VENTO SOBRE A ESTRUTURA DE MADEIRA
- 4.3 VALORES DE CÁLCULO
- 4.3.1 Estado limite
- 4.3.1.1 Verificação da segurança
- 4.3.1.2 Valores limites de deformação - flechas...............................................................
- 4.3.2 Ações
- 4.3.3 Classes de Carregamento
- 4.3.4 Fatores de combinação e de utilização
- 4.3.5 Combinações de ações em estados limites últimos e de utilização
- 4.3.6 Flexão Simples oblíqua
- 4.3.7 Flexotração
- 4.3.8 Flexocompressão
- 4.3.9 Solicitação Cisalhante..............................................................................................
- 4.4 ESTABILIDADE
- 5 DIMENSIONANDO UMA ESTRUTURA................................................................
- 5.1 PROJETO DE ESTUDO
- 5.2 CALCULANDO A ESTRUTURA
- 5.2.1 Cálculos preliminares
- 5.2.2 Cálculos de carga unitária........................................................................................
- 5.2.3 Verificação das Ripas
- 5.2.4 Verificação dos Caibros.........................................................................................
