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Description

Caderno de Projetos de Telhados em Estruturas de Madeira

Caderno de Projetos de Telhados em Estruturas de Madeira

Caderno de Projetos de Telhados em Estruturas de Madeira

Esta obra tem o apoio cultural da Eurotop,

uma Empresa do Grupo Estrutural

Os editores

Caderno de Projetos de Telhados em Estruturas de Madeira

Antonio Moliterno

Caderno de Projetos de Telhados em Estruturas de Madeira 3

ª edição revista

Revisão:

Reyolando M

Brasil Livre-docente Departamento de Engenharia de Estruturas e Geotécnica Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Ex-professor Titular da Escola de Engenharia da Universidade Mackenzie

Caderno de Projetos de Telhados em Estruturas de Madeira

© 2009 Antonio Moliterno 3ª edição – 2009 É proibida a reprodução total ou parcial por quaisquer meios sem autorização escrita da editora EDITORA EDGARD BLUCHER LTDA

Rua Pedroso Alvarenga,

SP – Brasil Fax: (11) 3079-2707 Tel

: (11) 3078-5366 e-mail: [email protected] site: www

br ISBN 978-85-212-0470-1 Impresso no Brasil

Printed in Brazil

FICHA CATALOGRÁFICA Moliterno,

Antonio Caderno de projetos de telhados em estruturas de madeira/Antonio Moliterno

Bibliografia

ISBN 978-85-212-0470-1 1

Telhados – Projetos e construção I

Título

08-08017

CDD-690

Estruturas de madeira : Telhados : Telhados: Projetos: Engenharia 690

Projetos de telhados : Estruturas de madeira : Engenharia 690

Telhados : Estruturas de madeira : Projetos : Engenharia 690

Caderno de Projetos de Telhados em Estruturas de Madeira

Prefácio à 3

ª edição O meu querido Mestre Moliterno foi uma influência muito importante em minha vida

Com ele me iniciei,

na Escola de Engenharia da Universidade Mackenzie,

em várias das disciplinas da Engenharia de Estruturas,

Ainda por indicação dele,

entrei na carreira de docente universitário,

também nas disciplinas da Engenharia de Estruturas da Escola de Engenharia da Universidade Mackenzie,

Aos poucos fui progredindo nos meus estudos pós-graduados na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo,

passei a atuar com dedicação exclusiva como Professor e Pesquisador,

e fui perdendo o contato com meu Mestre

Quis o destino que por indicação do colega Eng

Dalamebrt,

viesse a ser encarregado pela Editora Blücher de revisar o excelente livro de Estruturas de Madeira para Coberturas do prematuramente falecido Prof

Antonio Moliterno

Era necessário manter a maravilhosa didática da obra original,

refazendo totalmente a filosofia de cálculo,

em virtude de a Norma Brasileira de Projeto de Estruturas de Madeira,

ter adotado o método dos estados limites no lugar do de tensões admissíveis da NB-11/1951 utilizada pelo Mestre

o Capítulo 4 teve que ser inteiramente reescrito do zero,

com repercussões muito trabalhosas no Capítulo 6

Também a atual Norma de Forças Devidas ao Vento em Edificações,

NBR 6123: 1988,

mudou um pouco em relação à antiga NB-599,

implicando em alterações em vários capítulos,

Da época em que o texto foi preparado pelo Mestre para agora,

os programas computacionais de cálculo estrutural vieram para ficar,

tornando obsoletos os engenhosos métodos gráficos que o Mestre tanto amava

Com uma certa dor

Caderno de Projetos de Telhados em Estruturas de Madeira

me permiti eliminá-los desta edição,

junto com coisas como tabelas de funções trigonométricas

E já que estava com a mão na massa,

achei importante mudar as unidades utilizadas para as do Sistema Internacional (SI) que são oficiais no Brasil

Agradeço colaboração na digitação da Profa

Juliana Freire e nos desenhos e layout da Arqta

Alessandra Pissardo

Este trabalho de amor é dedicado aos meus alunos e orientados passados,

entre os quais está meu filho mais velho e talvez venha a estar um de meus netos

São Paulo,

2008 Prof

Reyolando M

Caderno de Projetos de Telhados em Estruturas de Madeira

Prefácio à 2

ª edição Nesta segunda edição,

estamos apresentando em apêndice matéria ainda pouco divulgada no nosso meio técnico,

que é o caso de Vigas formadas por Lâminas de Madeira Coladas

Objetivamos com isto colaborar com os ecologistas,

atendendo aos justos reclamos na luta contra a ação predatória que vem sofrendo as nossa florestas naturais da Amazônia Legal,

devido à exploração gananciosa das últimas décadas

Estamos dando aos arquitetos uma opção desejada,

no sentido de tirarem melhor partido do emprego da madeira nos telhados,

substituído as rústicas treliças,

localizadas no desvão entre o forro e a cobertura,

por vigas retas aparelhadas e aparentes,

permitindo com facilidade pregar o forro paralelamente com a inclinação da cobertura

Queremos também colaborar pelo incentivo social no que tange ao desenvolvimento da nossa engenharia florestal,

através de programas mais amplos nos reflorestamentos da “Araucária Angustifolia”,

popularmente conhecida entre nós com pinho do Paraná e,

Deve ser esclarecido que o pinho do Paraná tem o privilégio de possuir todas as qualidades especificadas para a adequada fabricação de produtos tratados e colados em madeira (vigas laminadas e placas de compensados)

Antonio Moliterno

Caderno de Projetos de Telhados em Estruturas de Madeira

Caderno de Projetos de Telhados em Estruturas de Madeira

Prefácio à 1

ª edição As razões que me encorajaram em publicar este modesto trabalho,

Caderno de Projetos de Telhados em Estruturas de Madeira,

foi atender as dificuldades dos estudantes,

quando se deparam com a necessidade de projetar pequenas estruturas para telhados

Por essa razão,

procurei me limitar aos assuntos essenciais da prática profissional,

que envolvem o projeto e os detalhes construtivos,

sem perder de vista o que é muito importante ao engenheiro: a conceituação teórica fundamental

Quero registrar minhas homenagens póstumas a quatro mestres-engenheiro,

pelo legado técnico-científico que nos deixaram,

Antonio Luiz Ippolito,

meu mestre na EEUM – Escola de Engenharia da Universidade Mackenzie

Stephan Prokofievitch Timoshenko,

Antonio Alves Noronha,

Erwin Hauff,

exemplo de um grande engenheiro,

autor de projetos e obras em estruturas de madeira

Agradeço ao ilustre colega eng

Enio Perilo,

pelo incentivo e ajuda que sempre me proporcionou,

nos meus problemas com telhados

Antonio Moliterno

Caderno de Projetos de Telhados em Estruturas de Madeira

Caderno de Projetos de Telhados em Estruturas de Madeira

Conteúdo 1

Introdução

Notação e sistema de unidades

Terminologia

Terminologia dos construtores

Terminologia estrutural

Telhado de duas águas

Telhado de quatro águas

Telhado de várias águas

Madeiras empregadas

Madeira serrada

Madeira laminada e colada

Cargas nas estruturas

Carga permanente

Carga equivalente em projeção horizontal

Peso próprio das estruturas

Efeito do vento sobre estruturas de madeira

Cargas estáticas equivalentes da norma

Fatores que afetam a velocidade característica

Coeficientes de pressão,

Estática das estruturas planas

Treliças isostáticas

Estaticidade

Quadros rijos

Treliça hipostática

Resumo — treliças planas

Esquemas de treliças isostáticas

Cálculo dos esforços nas barras

Hipóteses fundamentais

Métodos de cálculo

Método das juntas ou nós

Método das seções (Ritter)

Programas de computador para cálculo automático

Treliças associadas e contraventamentos

Verificação de dimensionamento de estruturas de madeira

Ações e segurança nas estruturas de madeira

Definições

Estados limites de uma estrutura

Ações

Caderno de Projetos de Telhados em Estruturas de Madeira

Estados limites

Ações

Tipos de carregamento e critérios de combinação de ações

Condições específicas

Condições de segurança

Combinações das ações

Coeficientes de ponderação para combinações últimas

Resistências

Resistência dos materiais

Valores representativos

Valores de cálculo

Particularidades para estruturas de madeira

Verificação de resistência de peças de madeira

Solicitações normais

Solicitações tangenciais

Estabilidade

Estado limite de deformação excessiva

Ligações

Ligações com pinos metálicos (pregos e parafusos)

Ligações com cavilhas de madeira

Ligações com conectores

Espaçamento entre elementos de ligação

Ligações excêntricas por pinos

Estruturas de madeira para telhados

º Caso – Estruturas para coberturas residenciais

Tesoura Howe

Tesoura Fink

Vigas armadas de alma cheia

Estrutura pontaletada

Estrutura em arco invertido (telhado com quebra em rabo de pato)

º Caso – Estruturas para cobertura de galpões industriais,

Viga em treliça

Estrutura tipo Shed

Estruturas com balanço

Estrutura com banzo curvo – viga ou trave Bowstring

Considerações gerais do projeto e da execução

Contraventamento de tesouras

Espigão

Normas de segurança no transporte e içamento de treliças

Pórticos

Contraventamento de pórticos

º Caso – Coberturas especiais

Estabilidade lateral de treliças planas,

pórticos e arcos

Treliças

Pórticos e arcos

Flambagem longitudinal de arcos

Treliças pré-fabricadas

Projetos

Projeto da armação de um telhado para coberturas com telhas cerâmicas

Esquema estrutural e especificações

Projeto da armação

Cálculos preliminares

Conteúdo Caderno de Projetos de Telhados em Estruturas de Madeira

Cálculo das cargas unitárias

Verificação das ripas

Verificação dos caibros

Verificação das terças

Cálculo da tesoura

Cálculo dos detalhes

Projeto da armação de um telhado para coberturas com chapas onduladas de fribocimento

Especificações

Projeto da cobertura

Marcha das operações

Anteprojeto da tesoura

Projeto da tesoura

Cálculos preliminares

Cálculo das cargas unitárias

Projeto das terças

Cálculo das tesouras – forças concentradas nos nós

Cálculo das tesouras – esforços solicitantes nas barras

Cálculo das tesouras – verificação das barras

Cálculo das uniões (nós)

Projeto de um arco de alma cheia

Considerações preliminares

Cálculo estático dos arcos

Projeto de um arco biarticulado de alma cheia

Tesoura sobre três apoios

Projeto de uma cobertura para abrigo de automóvel

Verificação das vigas principais de cobertura (6 x 40 cm)

Verificação de tensão e estabilidade lateral

Verificação de flecha

Verificação dos pilares

Verificação dos parafusos

Forros (tarugamento)

Forros de madeira

Forro de placas pré-fabricadas

Apoio do tarugamento nas tesouras

Princípios e critérios do Conselho de Manejo Florestal (FSC)

Princípio 1: Obediência às leis e aos princípios do FSC

Princípio 2: Responsabilidade e direitos de posse e uso da terra

Princípio 3: Direitos dos povos indígenas

Princípio 4: Relações comunitárias e direitos dos trabalhadores

Princípio 5: Benefícios da floresta

Princípio 6: Impacto ambiental

Princípio 7: Plano de manejo

Princípio 8: Monitoramento e avaliação

Princípio 9: Manutenção de florestas de alto valor de conservação

Princípio 10: Plantações

Referências bibliográficas

Caderno de Projetos de Telhados em Estruturas de Madeira

Introdução

Introdução

O telhado destina-se a proteger o edifício contra a ação das intempéries,

neve e também impedir a penetração de poeiras e ruídos no seu interior

A origem do nome telhado provém do uso das telhas,

mas nem todo o sistema de proteção superior de um edifício,

constitui-se num telhado como,

O telhado compõe-se de duas partes principais: Cobertura — Podendo ser de materiais diversos,

às águas pluviais e resistentes à ação do vento e intempéries

A cobertura pode ser de telhas cerâmicas,

telhas de concreto (planas ou capa e canal) ou de chapas onduladas de fibrocimento,

aço galvanizado,

PVC e fiberglass

As telhas de ardósia e chapas de cobre foram praticamente banidas da nossa arquitetura

Armação — Corresponde ao conjunto de elementos estruturais para sustentação da cobertura,

As estruturas que compõem a armação dos telhados podem ser totalmente ou parcialmente executadas em madeira,

A armação dos telhados executados em madeira denomina-se também madeiramento

Caderno de Projetos de Telhados em Estruturas de Madeira

Algumas coberturas podem dispensar a armação,

quando empregamos perfis especiais auto-portantes em fibrocimento,

aço galvanizado,

concreto protendido ou fiberglass

A superfície do telhado pode ser formada por um ou mais planos (uma água,

quatro águas ou múltiplas águas) ou por uma ou mais superfície curvas (arco,

cúpula ou arcos múltiplos)

O escopo deste trabalho é apresentar as informações necessárias para a elaboração dos projetos das armações em madeira,

para telhados planos em duas águas e telhados em superfície curva cilíndrica,

com o sistema estrutural em arco,

mais usuais na maioria das edificações

Notação e sistema de unidades As notações utilizadas neste livro obedecem,

àquelas empregadas pela Norma Brasileira – NBR 7190: 1997,

definidas oportunamente durante a abordagem dos vários assuntos

Por força do Decreto n

foram legalizadas no Brasil as unidades e notações do Sistema Internacional de Unidades,

O “SI” parte da relação fundamental: Força = Massa 3 Aceleração

Nesse sistema,

emprega-se o quilograma apenas para exprimir a Massa,

e o Newton (N) é reservado à Força (1 kgf = 9,81 N)

Embora as grandezas mecânicas devam obedecer ao citado decreto-lei,

o meio técnico vem se mantendo relutante em aceitar o SI,

não só no Brasil,

como em muitos países estrangeiros,

em especial os de língua inglesa

Terminologia A terminologia das peças que compõem os elementos de um telhado é muito diversa nas várias regiões do Brasil,

isto provavelmente por herança dos primeiros carpinteiros oriundos de vários pontos de Portugal e outros países da Europa Central

Para não se fazer confusão de nomes,

achamos melhor dividir o assunto em dois itens: a) Terminologia dos construtores — serve para comunicação com o pessoal das obras,

b) Terminologia estrutural — para ser adotada na comunicação entre engenheiros

Terminologia dos construtores 1) Ripas — Peças de madeira de pequena esquadria pregadas sobre os caibros,

Introdução

apoiadas sobre as terças para sustentação das ripas

As coberturas executadas em chapas onduladas de fibrocimento,

alumínio ou PVC apresentam a vantagem econômica de dispensar o emprego de ripas e caibros,

pois se apóiam diretamente sobre as terças,

maior distanciamento entre as terças

é o conjunto formado pelas ripas,

que servem de lastro ao material da cobertura

6) Frechal

7) Chapuz,

geralmente de forma triangular,

destinado a suster ou apoiar a terça

Conjunto de peças 8 a 12 – Tesoura,

viga em treliça plana vertical,

formada de barras dispostas de maneira a compor uma rede de triângulos,

tornando o sistema estrutural indeslocável

8) Asna,

9) Linha,

11) Escora

Figura 1

Caderno de Projetos de Telhados em Estruturas de Madeira

para amarração e distribuição da carga concentrada da tesoura

Atualmente o contrafrechal de madeira foi substituído pelas cintas de amarração de concreto,

sendo utilizado apenas um bloco de madeira para o nivelamento e distribuição da carga da tesoura sobre pilares ou paredes

Isso tem criado o hábito costumeiro de chamar a terça de extremidade simplesmente de “frechal”

Também já se tornou hábito generalizar de “terças”,

sem fazer diferenciação às vigas da cumeeira e do contrafrechal,

isto na comunicação entre engenheiros estruturais

Contra tirante

Estribos R

Consolo

Tirante

Tarugo ou cavilha

Figura 1

Guarda-pó — Forro pregado sobre os caibros,

Platibanda — Prolongamento do alinhamento da parede externa,

A platibanda é sempre contornada por calha e rufo

Caibros Calha

Guarda-pó

Caibros

Forro fixado nos caibros

Platibanda Parede

Linha Empena Escora Pendural Forro pendurado na tesoura (teto)

Figura 1

Introdução

Lanternim — Empregado em edifícios industriais,

quando a iluminação e ventilação trazidas pelas janelas forem consideradas insuficientes

Podem estar munidos com caixilhos,

Veneziana

Passadiço

Caixilhos (vidros ou PVC) Rufo

Chapa de aço com parafusos

Cobertura

Figura 1

Beiral — Prolongamento da cobertura,

Tipos de beirais: a) Caibros aparentes (inconveniente por possibilitar levantamento das telhas pela ação do vento)

e) Beirais revestidos b) Revestimento fixado nos caibros

c) Revestimento fixado numa trama de caibros e sarrafos

d) Revestimento com elemento decorativo (cachorro)

e) Beiral em laje de concreto armado

Caderno de Projetos de Telhados em Estruturas de Madeira

Ripa dupla ou sarrafo

Calha de beiral

Testeira Forro Moldura,

Cachorro

b Estuque Laje Condutor Figura 1

Mansarda — tipo de tesoura que permite o aproveitamento do desvão do telhado,

constituindo um cômodo denominado sótão

O nome mansarda deve-se a Mansard,

Os telhados tipo Mansard eram geralmente cobertos com telhas de ardósia,

e dispunham de janelas denominadas trapeira,

ventilação e acesso ao telhado

Introdução

Esquema da trapeira ou água-furtada Trapeira Janela ou clarabóia Sótão

Figura 1

Ponto do telhado — é a relação entre sua altura e a largura ou vão

O ponto varia,

entre os limites de 1 : 2 a 1 : 8

Ponto h Inclinação α Declividade i% i = 100 x arctag α

Figura 1

Ponto h — L

Designação

Inclinação aº

Declividade i%

Ponto meio

Ponto terço

33º 40’

Ponto quarto

26º 50’

21º 50’

18º 30’

15º 50’

Caderno de Projetos de Telhados em Estruturas de Madeira

Terminologia estrutural 1

Telhado de duas águas (Figura 1

Considerando-se as telhas,

ripas e caibros como elementos componentes da cobertura,

visto que em algumas coberturas estes dois últimos elementos podem ser dispensados,

a sustentação da cobertura depende dos seguintes elementos estruturais: 1) Terças – Vigas apoiadas sobre as tesouras

As mãos francesas servem também como elemento de travejamento dos nós inferiores da tesoura

que serve para transferir o carregamento do telhado aos pilares ou paredes da edificação

Elementos que compõem uma tesoura,

segundo a terminologia de projeto estrutural: S – Banzo superior I – Banzo inferior V – Barras verticais ou simplesmente verticais D'– Barras diagonais ou simplesmente diagonais N – Nó ou junta – ponto de interseção de barras ρ – Painel – distância entre dois nós h – Altura da tesoura L'– Vão da tesoura – distância entre os apoios extremos α – Inclinação da tesoura 4) Contraventamento vertical – Estrutura plana vertical formada por barras cruzadas,

dispostas perpendicularmente ao plano das tesouras

Essas barras servem de sustentação para a ação das forças que atuam no seu plano,

de maneira a impedir sua rotação e deslocamento,

principalmente contra a ação do vento,

como também sendo elemento de vinculação do banzo inferior I contra a flambagem lateral

para amarração do conjunto formado pelas tesouras e terças

Essas barras servem para transferir a ação do vento,

atuando na direção esconsa ao edifício para as tesouras e ao contraventamento vertical

Oitões – Paredes extremas paralelas às tesouras,

que muitas vezes servem de apoio para as terças (pelo conceito antigo,

eram as paredes laterais da casa situadas na divisa do lote)

Introdução

Tesoura S

Contraventamento vertical

Travejamento do nó inferior da tesoura

Terças e mãos francesas

Caibros

Contraventamento horizontal 3

Figura 1

Caderno de Projetos de Telhados em Estruturas de Madeira

Espigão 12

– Meia tesoura e contraventamento vertical

4 3 6 2

L Água

L — 2

Espigão

Cumeeira c

8 L'— 2

Água Planta da cobertura

Figura 1

L Planta da armação

Introdução

Telhado de quatro águas (Figura 1

Telhado de várias águas (Figura 1

Espigão Cumeeira

Y — 2

Rincão – canal formado por duas convergentes X — 2

Z — 2 X Z

Figura 1

Madeiras empregadas 1

Madeira serrada No centro sul do País,

o madeiramento dos telhados tem sido executado com muita freqüência,

como também o pinho brasileiro,

principalmente nos Estados do Paraná e Santa Catarina,

possuidores que foram de extensas florestas nativas desta espécie de coníferas

O custo cada vez mais elevado dessas espécies botânicas tem propiciado o emprego dos produtos de reflorestamento,

com a opção pelo Eucalipto Citriodora em substituição à peroba

Entre as numerosas árvores nativas,

ainda existentes na nossa flora,

muitas delas são adequadas à carpintaria dos telhados,

cujos parâmetros de trabalho podem ser medidos pela sua dureza e peso específico (entre 0,5 e 1,2 g/cm3)

Caderno de Projetos de Telhados em Estruturas de Madeira

Viga-mestra 1 Terças

Calha 6 6 6 Veneziana Caixilho

Meias tesouras

Figura 1

Os inúmeros ensaios,

realizados com várias espécies botânicas pelos nossos institutos de pesquisas,

procuraram atender as recomendações do Anexo B da NBR 7190: 1997,

cujo escopo é a determinação das propriedades físicas e mecânicas da madeira para o projeto estrutural

O anexo E da mesma Norma fornece valores usuais de resistência e rigidez de algumas madeiras nativas e de reflorestamento,

que citaremos em local apropriado no Capítulo 4 deste livro

Dimensões mínimas das seções transversais

A área mínima das seções transversais das vigas ou barras longitudinais de treliças principais será de 50 cm2 e a espessura mínima de 5 cm

Nas peças secundárias os limites reduzem-se a,

podendo cair a 1,8 cm para peças secundárias múltiplas

Introdução

Bitolas comerciais usuais de madeira serrada Padrão métrico Tipo de madeira

Medida transversal (cm)

Comprimento (m)

1,5 3 5

básico: 4,40

Caibros

médio de 2,00 a 4,00

médio: 5,00

médio: 5,00

2,6 3 16

básico: 4,00

2,6 3 23

básico: 4,00

1,3 3 31

básico: 4,00

Tábuas

Padrão americano Bitola (pol)

Medida transversal (cm)

Comprimento básico

7,5 3 3,80

7,5 3 5,10

7,5 3 11,3

7,5 3 15,2

7,5 3 23,0

Madeira laminada e colada Peças laminadas em tábuas de 2 e 4 cm de espessura,

coladas de modo a formar perfis,

em que todas as fibras sejam paralelas,

sem dúvida representam a tendência futura das estruturas de madeira,

onde a matéria-prima proveniente das árvores nativas passará a ser substituída pelos produtos de reflorestamento

Temos com isso um produto industrializado,

com melhor controle de qualidade,

a exemplo de outros materiais fabricados em usinas,

Além da pré-fabricação de peças retas ou curvas,

poderemos contar com uma série de bitolas,

semelhantes às das peças serradas (Figura 1

Caderno de Projetos de Telhados em Estruturas de Madeira

No Brasil já contamos com esses produtos,

fabricados para vigas e arcos,

objetivando satisfazer projetos arquitetônicos especiais,

existe um amplo comércio de bitolas padronizadas de peças de seção retangular de madeira laminada e colada,

assim como entre nós os contraplacados para fôrmas de concreto,

em substituição às tradicionais tábuas de pinho

Disso conclui-se que o emprego das peças coladas nada mais representa senão a disponibilidade da matéria-prima e o seu custo no mercado de consumo

Figura 1