O documento discute projeto e métodos de cálculo de estruturas de madeira, incluindo normas, resistência de materiais, ações nas estruturas e combinações de cargas para estados limite último e de serviço.

1. Construções Especiais
Eng. Civil Esp. Antonio Batista
Sistemas estruturais em madeira

2. Projeto de estruturas de madeira e normas
O projeto estrutural tem como objetivo garantir a segurança
estrutural, impedindo o colapso da estrutura, e garantir um
adequado desempenho da estrutura durante o período de
utilização, evitando a ocorrência de grandes deslocamentos,
vibrações excessivas e danos localizados na estrutura e nos
seus componentes (alvenarias, esquadrias, etc.).
De acordo com a NBR 7190/1997 – Projeto de estruturas de
madeira, um projeto é composto por memorial justificado,
desenhos e plano de execução.

3. Métodos de cálculo de elementos estruturais de madeira
O dimensionamento dos elementos estruturais pode ser
realizado por meio de dois métodos de cálculo distintos:
No método das tensões admissíveis, o dimensionamento é
considerado satisfatório quando a máxima tensão solicitante,
em cada seção, é inferior à tensão resistente característica
reduzida por um coeficiente de segurança. Este método utiliza
um único coeficiente de segurança para expressar todas as
incertezas, independente da origem, o que leva a uma
limitação de cálculo.

4. Métodos de cálculo de elementos estruturais de madeira
No entanto, a NBR 7190 (ABNT, 1997) adota como
procedimento de cálculo o método dos estados limites, que
apresenta diferentes fatores de segurança aplicados às cargas
e resistências.

5. Métodos de cálculo de elementos estruturais de madeira
O estado limite último está associado ao colapso da estrutura
devido à ocorrência de ações excessivas que determinam a
paralisação parcial ou total da estrutura em função de, por
exemplo, perda de equilíbrio, global ou parcial, admitida a
estrutura como um corpo rígido, ruptura de uma ligação ou
de uma seção, instabilidade por deformação ou instabilidade
dinâmica (ressonância).

6. Métodos de cálculo de elementos estruturais de madeira
O estado limite de serviço está associado à ocorrência de
efeitos estruturais que comprometam a durabilidade ou
usabilidade da estrutura, como deformações excessivas que
afetam a utilização da construção, comprometem o aspecto
estético, prejudicam o funcionamento de equipamentos ou
instalações ou causam danos aos subsistemas da construção.

7. Métodos de cálculo de elementos estruturais de madeira
O estado limite de serviço está associado à ocorrência de
efeitos estruturais que comprometam a durabilidade ou
usabilidade da estrutura, como deformações excessivas que
afetam a utilização da construção, comprometem o aspecto
estético, prejudicam o funcionamento de equipamentos ou
instalações ou causam danos aos subsistemas da construção.

8. A garantia da segurança no método dos estados limites é
demonstrada pela equação: 𝑆𝑑 ≤ 𝑅𝑑, onde 𝑆𝑑 representa a
solicitação de projeto e 𝑅𝑑 é a resistência de projeto.

9. A resistência de projeto 𝑅𝑑 pode ser escrita em termos da
tensão resistente de projeto 𝑓𝑑, dada pela expressão:
𝑓𝑑 = 𝑘𝑚𝑜𝑑
𝑓𝑘
𝛾𝑤
onde:
𝑓𝑑 - Valor de cálculo da resistência;
𝑓𝑘 - Valor característico da resistência;
𝑘𝑚𝑜𝑑 - Coeficiente de modificação;
𝛾𝑤- Coeficiente de ponderação das resistências dos materiais.

10. 𝛾𝑚- Coeficiente de ponderação (6.4.5 e 6.4.6)
Tabela 1.0 Coeficiente de ponderação da resistência da
madeira para os estados limites últimos
Compressão paralela as fibras 𝛾𝑤𝑐 = 1,4
Tração paralela as fibras 𝛾𝑤𝑡 = 1,8
Cisalhamento paralelo as fibras 𝛾𝑤𝑣 = 1,8
Estados limites de utilização 𝛾𝑤 = 1,0

11. 𝑓𝑘- Valor característico da resistência (6.4.5 e 6.4.6)
A resistência característica 𝑓𝑘 é obtida por meio de ensaios
padronizados e pode ser estimada a partir dos valores médios
experimentais. A NBR 7190/1997 nas páginas 90-92
apresenta valores médios 𝑓𝑚 para diversas espécies de
madeira, sendo que 𝑓𝑘 será tomado igual a 0,70𝑓𝑚.
As Tabelas a seguir apresentam valores para algumas
madeiras, sendo que o fator 0 se refere à resistência na
direção das fibras e 90 à resistência perpendicular às fibras.

14. 𝑘𝑚𝑜𝑑- Coeficiente de modificação (6.4.4)
O coeficiente de modificação 𝑘𝑚𝑜𝑑 considera a influência de
diversos fatores na resistência da madeira, expresso pela
equação:
𝑘𝑚𝑜𝑑 = 𝑘𝑚𝑜𝑑,1 ∙ 𝑘𝑚𝑜𝑑,2 ∙ 𝑘𝑚𝑜𝑑,3
𝑘𝑚𝑜𝑑,1 refere-se ao tipo de material empregado e à classe de
carregamento;
𝑘𝑚𝑜𝑑,2 considera o efeito da umidade e o tipo de material
empregado;
𝑘𝑚𝑜𝑑,3 considera a classificação estrutural da madeira (1ª ou
2ª categoria).

15. Madeira de 1ª categoria aquela que passou por classificação
visual para garantir a isenção de defeitos e por classificação
mecânica para garantir a homogeneidade da rigidez.
Madeira de 2ª categoria é considerada para os demais casos.
Carregamento é um conjunto de ações que tenham a
probabilidade não desprezível de atuarem simultaneamente,
sendo a classe de carregamento das combinações
determinada com base na duração total prevista para a ação
variável, tomada como ação variável principal na combinação
analisada.

21. Exemplo:
Você necessita determinar a tensão resistente de cálculo à
tração paralela às fibras 𝑓𝑡0,𝑑, de uma peça de ipê, serrada, de
primeira categoria e classe de umidade 3, que será sujeita a
uma carga de longa duração.
Qual a tensão resistente de cálculo à tração paralela às fibras
𝑓𝑡0,𝑑?

22. Para resolução tomaremos:
𝑓𝑡0,𝑑 = 𝑘𝑚𝑜𝑑
𝑓𝑡0,𝑘
𝛾𝑤
Da tabela 1.1 temos:
Logo:
𝑓𝑡0,𝑘 = 0,7 ∙ 96,8 = 67,76 𝑀𝑃𝑎
𝑓𝑡0,𝑚 = 96,8 𝑀𝑃𝑎

23. Temos ainda que o coeficiente de ponderação da resistência,
𝛾𝑚 , que pode ser verificado na tabela 1.0 é:
𝛾𝑚 = 1,8

24. Quanto ao coeficiente de modificação 𝑘𝑚𝑜𝑑:
𝑘𝑚𝑜𝑑 = 𝑘𝑚𝑜𝑑,1 ∙ 𝑘𝑚𝑜𝑑,2 ∙ 𝑘𝑚𝑜𝑑,3
𝑘𝑚𝑜𝑑,1 = 0,70 (Tabela 1.5)
𝑘𝑚𝑜𝑑,2 = 0,80 (Tabela 1.6)
𝑘𝑚𝑜𝑑,3 = 1,00 (Tabela 1.7)
𝑘𝑚𝑜𝑑 = 0,70 ∙ 0,80 ∙ 1,00 = 0,56

25. Assim sendo:
𝑓𝑡0,𝑑 = 0,56 ∙
67,76
1,8
𝑓𝑡0,𝑑 = 21,08 𝑀𝑃𝑎

26. As Tabelas 1.8 e 1.9 indicam as classes de resistência
adotadas pela NBR 7190/1997 com o objetivo de simplificar a
especificação do material na fase de projeto, desta forma, o
projetista adota uma dentre as classes existentes que seja
adequada ao seu projeto.

29. Ações nas estruturas de madeira
As ações são classificadas de acordo com a sua permanência
ao longo do tempo de vida da construção, podendo ser:
Ações permanentes quando atuam durante praticamente
toda a vida útil da construção de forma constante ou
apresentando pequena variação de intensidade;
Ações variáveis quando ocorrem durante o uso da edificação,
apresentando variação significativa;
Ações excepcionais quando apresentam duração
extremamente curta, com baixa probabilidade de ocorrência
ao longo da vida útil da construção.

30. Ações nas estruturas de madeira
O carregamento utilizado no cálculo estrutural é definido pela
combinações das ações solicitantes, considerando-se a
probabilidade, não desprezível, de atuação simultânea das
cargas sobre a estrutura durante um período preestabelecido,
de forma que possam ser determinados os efeitos mais
desfavoráveis para a estrutura.
No estado limite último existem três possibilidades de
combinações, que são:

31. Combinações últimas normais
Decorrentes das ações do uso previsto da construção, dado
pela expressão:
𝐹𝑑 = ෍
𝑖=1
𝑚
𝛾𝐺𝑖𝐹𝐺𝑖,𝑘 + 𝛾𝑄 𝐹𝑄1,𝑘 + ෍
𝑗=2
𝑛
𝝍0𝑗𝐹𝑄𝑗,𝑘

32. Em que:
𝐹𝑑 carga solicitante de projeto;
𝐹𝐺𝑖,𝑘 valor característico das ações permanentes;
𝐹𝑄1,𝑘 valor característico da ação variável principal;
𝐹𝑄𝑗,𝑘 valores das demais ações variáveis;
𝝍0𝑗 coeficiente de redução das ações variáveis (Tabela 1.10);
𝛾𝐺𝑖 coeficiente de ponderação das cargas permanentes
(Tabela 1.11);
𝛾𝑄 coeficiente de ponderação das cargas variáveis (Tabela
1.12).

33. Combinações normais são consideradas pela NBR 7190/ 1997
como carregamentos de longa duração, e a ação decorrente
das combinações deve ser comparada à resistência de projeto
associada a uma carga de longa duração. Visando considerar a
maior resistência da madeira a ações de curta duração, como
o vento em edificações ou forças de frenagem e aceleração
em pontes, nas combinações normais em que estas ações
forem consideradas variáveis principais, os seus valores serão
reduzidos, multiplicando-os por 0,75.

34. Combinações últimas especiais ou de construção
Referentes a ações especiais ou de construção decorrentes de
uso não previsto da estrutura, dado pela expressão:
𝐹𝑑 = ෍
𝑖=1
𝑚
𝛾𝐺𝑖𝐹𝐺𝑖,𝑘 + 𝛾𝑄 𝐹𝑄1,𝑘 + ෍
𝑗=2
𝑛
𝝍0𝑗,𝑒𝑓𝐹𝑄𝑗,𝑘

35. Em que:
𝐹𝐺𝑖,𝑘; 𝐹𝑄1,𝑘; 𝐹𝑄𝑗,𝑘; 𝛾𝐺𝑖 e 𝛾𝑄 conforme definido anteriormente
e 𝝍0𝑗,𝑒𝑓 é o fator de redução das demais cargas variáveis,
sendo igual 𝝍0𝑗, exceto quando a ação variável principal 𝐹𝑄1,𝑘
tiver um tempo muito pequeno de atuação, caso em que
𝝍0𝑗,𝑒𝑓, pode ser tomado igual a 𝝍2𝑗, dado na Tabela 1.10.

36. Combinações últimas excepcionais
Decorrentes de ações excepcionais, dado pela expressão:
𝐹𝑑 = ෍
𝑖=1
𝑚
𝛾𝐺𝑖𝐹𝐺𝑖,𝑘 + 𝐹𝑄,𝑒𝑥𝑐 + 𝛾𝑄 ෍
𝑗=1
𝑛
𝝍0𝑗,𝑒𝑓𝐹𝑄𝑗,𝑘
com 𝐹𝑄,𝑒𝑥𝑐 representando o valor da ação transitória
excepcional.

37. Para o estado limite de serviço, teremos quatro tipos de
combinações possíveis, a saber:

38. Combinações de longa duração
São utilizadas no controle das deformações usuais das
estruturas. Considerando todas as ações variáveis com valores
de longa duração, sendo expressa por:
𝐹𝑑,𝑢𝑡𝑖 = ෍
𝑖=1
𝑚
𝐹𝐺𝑖,𝑘 + ෍
𝑗=1
𝑛
𝝍2𝑗𝐹𝑄𝑗,𝑘
com𝐹𝑑,𝑢𝑡𝑖representando a carga de projeto no estado limite
de serviço; demais parâmetros.

39. Combinações de média duração
São utilizadas no caso em que o controle das deformações é
particularmente relevante, considerando a ação variável
principal 𝐹𝑄1,𝑘, agindo com seu valor de média duração e as
demais ações variáveis com seus valores de longa duração,
sendo expressa por:
𝐹𝑑,𝑢𝑡𝑖 = ෍
𝑖=1
𝑚
𝐹𝐺𝑖,𝑘 + 𝝍1𝐹𝑄1,𝑘 + ෍
𝑗=2
𝑛
𝝍2𝑗𝐹𝑄𝑗,𝑘

40. Combinações de curta duração
São utilizadas quando for necessário impedir defeitos
resultantes das deformações da estrutura, com a ação
variável principal 𝐹𝑄1,𝑘 trabalhando com seu valor
característico e as demais ações variáveis, com seus valores
de média duração, sendo expressa por:
𝐹𝑑,𝑢𝑡𝑖 = ෍
𝑖=1
𝑚
𝐹𝐺𝑖,𝑘 + 𝐹𝑄1,𝑘 + ෍
𝑗=2
𝑛
𝝍1𝑗𝐹𝑄𝑗,𝑘

41. Combinações de duração instantânea
Levam em consideração a presença de uma ação variável
especial, 𝐹𝑄,𝑒𝑠𝑝, de duração imediata. Sendo as outras ações
variáveis analisadas com valores que efetivamente possam
existir simultaneamente com a carga especial, quando não
existir outros parâmetros a serem considerados, as demais
ações podem ser analisadas com seus valores de longa
duração, sendo expressas por:
𝐹𝑑,𝑢𝑡𝑖 = ෍
𝑖=1
𝑚
𝐹𝐺𝑖,𝑘 + 𝐹𝑄,𝑒𝑠𝑝 + ෍
𝑗=1
𝑛
𝝍2𝑗𝐹𝑄𝑗,𝑘

43. Valores para 𝛾𝐺

44. Valores para 𝛾𝑞

45. O professor Batista, solicitou que a turma de Construções
Especiais, dimensionasse um pergolado, que será construído
no campus da Uninassau – São Luís.
Um Pergolado é uma estrutura composta por pilares e vigas
de madeira, que ficará exposta às intempéries (sol, chuva,
etc.).
Como sua primeira tarefa, foi solicitado a determinação das
ações atuantes no pergolado e os carregamentos verticais e
horizontais característicos atuantes.
Para facilitar o entendimento do projeto, seu professor
disponibilizou o projeto arquitetônico em 3D, e a planta baixa.

46. Valores para 𝛾𝑞

47. Valores para 𝛾𝑞

48. Desejamos determinar as ações e os carregamentos verticais
e horizontais característicos atuantes no pergolado.
Seu professor solicitou que você considerasse combinação
última normal de carregamento, uma vez que esta
combinação é a utilizada para ações decorrentes do uso
previsto da construção, não sendo identificado nenhum fator
que demande a utilização de combinações especiais, de
construção ou excepcionais.

49. Logo, para a resolução dessa tarefa, será utilizada a
expressão:
𝐹𝑑 = ෍
𝑖=1
𝑚
𝛾𝐺𝑖𝐹𝐺𝑖,𝑘 + 𝛾𝑄 𝐹𝑄1,𝑘 + ෍
𝑗=2
𝑛
𝝍0𝑗𝐹𝑄𝑗,𝑘
Considere ainda :
Peso Próprio G = 0,90 kN/m
Carregamento acidental Q = 1,5 kN/m
Vento em sobrepessão 𝑉1= 2,8 kN/m
Vento em sucção 𝑉2= -0,6 kN/m
Vento a sotavento 𝑉
𝑠= 1,82 kN/m
Vento a barlavento 𝑉𝑏= 2,69 kN/m

50. 4m
𝐶𝑣
𝑉
𝑠
𝑉𝑏

51. Para as cargas atuantes na viga do pórtico 𝐶𝑣, temos:
O peso próprio, que é uma carga permanente de pequena
variabilidade, logo, seu coeficiente de ponderação 𝛾𝐺𝑖 é dado
conforme a Tabela 1.11, para combinações normais;

52. Para as cargas atuantes na viga do pórtico 𝐶𝑣, temos:
O carregamento acidental e as cargas de vento, são ações
variáveis cujo coeficiente de ponderação 𝛾𝑄é dado conforme
Tabelas 1.12.

53. Para as cargas atuantes na viga do pórtico 𝐶𝑣, temos:
Consideremos ainda os coeficiente de redução 𝝍0𝑗, conforme
Tabela 1.10.

54. Para as cargas atuantes na viga do pórtico 𝐶𝑣, temos:
Consideremos ainda os coeficiente de redução 𝝍0𝑗, conforme
Tabela 1.10.

55. Resumo das ações e coeficientes:

56. Barra superior
Como atuam três ações variáveis Q , 𝑉1 e 𝑉2, serão três
combinações normais de ações.
𝐹𝑑 = ෍
𝑖=1
𝑚
𝛾𝐺𝑖𝐹𝐺𝑖,𝑘 + 𝛾𝑄 𝐹𝑄1,𝑘 + ෍
𝑗=2
𝑛
𝝍0𝑗𝐹𝑄𝑗,𝑘

57. Combinação 1: (variável principal peso próprio)
𝑆𝑑 = 1,3𝐺 + 1,4𝑄 + 1,4 ∙ 0,5𝑉1
𝑆𝑑 = 1,3 ∙ 0,9 + 1,4 ∙ 1,5 + 1,4 ∙ 0,5 ∙ 2,8
𝑆𝑑 = 1,17 + 2,10 + 1,96
𝑆𝑑 = 5,23 𝑘𝑁/𝑚

58. Combinação 2: (Variável principal vento em sobrepessão)
Carga de vento em sobrepressão será considerada como
variável principal, é necessário utilizar o fator de redução
igual a 0,75 NBR 7190/1997
𝑆𝑑 = 1,3𝐺 + 0,75 ∙ 1,4𝑉1 + 1,4 ∙ 0,4𝑄
𝑆𝑑 = 1,3 ∙ 0,9 + 0,75 ∙ 1,4 ∙ 2,8 + 1,4 ∙ 0,4 ∙ 1,5
𝑆𝑑 = 1,17 + 2,94 + 0,84
𝑆𝑑 = 4,95 𝑘𝑁/𝑚

59. Combinação 3: (Variável principal vento em sucção)
Carga de vento em sucção será considerada como variável
principal, é necessário utilizar o fator de redução igual a 0,75
NBR 7190/1997, considerar fator favorável para carga
permanente.
𝑆𝑑 = 0,9𝐺 + 0,75 ∙ 1,4𝑉2
𝑆𝑑 = 0,9 ∙ 0,9 + 0,75 ∙ 1,4 ∙ −0,6
𝑆𝑑 = 0,81 − 0,63
𝑆𝑑 = 0,18 𝑘𝑁/𝑚

60. O elemento de madeira componente horizontal do pórtico
deverá ser dimensionado para o maior esforço decorrente das
combinações de ações, logo:
𝑆𝑑 = 5,23 𝑘𝑁/𝑚

61. Para os componentes verticais do pórtico teremos apenas a
carga atuante devido à ação do vento, logo, serão necessárias
apenas uma combinação para a determinação de 𝑉
𝑠:
𝑉𝑠,𝑠𝑑 = 0,75 ∙ 1,4 ∙ 1,82
𝑉𝑠,𝑠𝑑 = 1,91 𝑘𝑁/𝑚

62. Para os componentes verticais do pórtico teremos apenas a
carga atuante devido à ação do vento, logo, serão necessárias
apenas uma combinação para a determinação de 𝑉𝑏:
𝑉𝑏,𝑠𝑑 = 0,75 ∙ 1,4 ∙ 2,69
𝑉𝑠,𝑠𝑑 = 2,82 𝑘𝑁/𝑚

63. 4m
5,23 kN/m
2,82
kN/m
1,81
kN/m

64. BOA NOITE!