Ligações em Estruturas de Madeira

Desde quando se começou a usar a madeira como elemento estrutural, o grande problema enfrentado pelos construtores era o de como unir as peças de madeira de uma maneira eficaz. Cito abaixo alguns tipos de ligações em ordem cronológica que foram utilizadas:

1) Encaixes :

As ligações por encaixes constituem o meio mais tradicional e o meio que foi mais utilizado nas ligações de peças de madeira. São econômicos pois não necessitam de materiais adjacentes, porém necessitam de mão-de-obra cuidadosa e especializada. Com o surgimento de colas especiais e ferragens para ligações seu uso foi tornando-se escasso. Nestas ligações as peças devem ter as faces transmissoras dos esforços totalmente em contato antes dos carregamentos. Os encaixes são mantidos no lugar com cavilhas, pregos, colas ou parafusos que não são levados em conta no cálculo destas ligações. O Japão, em particular, é o país onde foram desenvolvidos os encaixes mais complexos em estruturas de madeira.

2) Cavilhas de Madeira :

As cavilhas são pinos cilíndricos confeccionadas com madeira dura e são introduzidas por cravação em furos sem folga nas peças de madeira. De acordo com a NBR7190 as cavilhas deverão ser de madeiras da classe C60 ou com madeiras macias impregnadas por resina para aumento de capacidade resistente. Para estruturas são consideradas apenas cavilhas com 16mm (5/8”), 18mm (3/4”) e 20mm (1”) e os furos devem ser exatos. A cavilha deve estar perfeitamente seca, caso contrário há retração após sua colocação provocando folgas. As ligações estruturais com cavilhas devem ser aplicadas somente quando submetidas à corte duplo. À corte simples apenas em ligações secundárias. Atualmente só é permitido o uso de cavilhas juntamente com colas.

3) Pregos :

Com o advento do aço, começou-se a utiliza-lo em forma de pregos nas estruturas de madeira. Os pregos são os elementos de ligação mais comuns de serem utilizados e provavelmente os mais tradicionais. São fabricados com arame de aço. O mais comum a se utilizar é o prego com cabeça de fuste cilíndrico circular, porém existem diversos tipos de pregos no mercado, cada qual com sua função específica.

Fatores de resistências de ligações pregadas :

a) Relativas aos pregos :

- Forma e dimensão
- Carga Admissível
- Deformação do prego por flexão

b) Relativos à madeira :

- Enfraquecimento da seção, provocada pelo furo
- Fendas ocasionadas pela penetração
- Esmagamento do prego contra a madeira nas paredes dos furos
- Disposição dos pregos
- Estado de umidade da madeira (retração provoca afrouxamento dos furos)

c) Relativos à mão de obra :

- Carpinteiros experientes que não “entortam” o prego ao martelar

As ligações rompem por arrancamento e não por cisalhamento. Existe um valor mínimo de penetração abaixo da qual não se consegue boa resistência. Acima da penetração mínima e pontas rebatidas não aumentam a resistência da ligação.

4) Cavilhas ou Pinos Metálicos :

Os pinos são eixos cilíndricos de aço e são colocados nos furos feitos à máquina nas ligações. Esses furos possuem diâmetro ligeiramente inferior aos dos pinos e assim são instalados sem folga, de modo a entrarem em carga sem haver deformação relativa das peças ligadas.

5) Parafusos :

Os parafusos são instalados ajustados nos furos de modo a não ultrapassar uma pequena folga (no máximo 1mm). Após a colocação dos parafusos, as porcas são apertadas comprimindo fortemente a madeira, com o esforço sendo transferido com o auxílio de arruelas.Este esforço favorece a ligação pois desenvolve forte atrito entre as ligações, porém devido à deformação lenta da madeira, deveremos dimensionar as ligações sem a consideração do atrito, considerando os parafusos trabalhando como pinos. As peças de madeiras devem sempre ser furadas em conjuntos, depois de superpostas numa prémontagem com pregos. A NBR7190 recomenda o diâmetro mínimo dos parafusos com Ø=10mm (3/8”) e resistência mínima de escoamento do aço (fyk) de pelo menos 240 MPa. As arruelas para pontes devem tem espessura mínima de 9mm (3/8”). Nas outras estruturas devem ter no mínimo 6mm (1/4”) de espessura e preferencialmente quadradas (para encaixe na madeira e evitar rotação). O diâmetro ou lado das arruelas não deve ser inferior a 3 vezes o diâmetro do parafuso, para que haja total transferência de esforços entre a área de pressão da arruela e a madeira. Para ser considerada rígida a ligação deverá ter no mínimo 4 parafusos. Nunca serão utilizadas ligações com 1 único parafuso. A pré-furação estabelecida pela NBR7190 é o diâmetro do parafuso acrescido de 0,5mm (parafusos ajustados nos furos). Caso esta pré-furação seja maior, a ligação é considerada deformável (parafusos não ajustados).

6) Barras Roscadas :

As barras roscadas são vergalhões fabricados com aço SAE 1020 com rosca infinita, comumente comprados por metro linear. A grande vantagem de sua utilização é o corte em obra do tamanho exato de barra que se necessita para efetuar as ligações, evitando a compra de parafusos de tamanhos específicos. Possui limite de escoamento de 210 MPa (inferior à recomendada pela norma de 240 MPa). Limite de resistência à tração de 380 MPa. Como possuem a rosca em toda sua extensão, o cálculo deve ser feito com o diâmetro líquido da barra, ou seja, descontando-se o fio da rosca.

7) Anéis Metálicos :

Como a resistência das ligações com pinos metálicos é limitada pela tensão de apoio do pino na madeira e pela sua flexão, foram criados peças rígidas para evitar estas limitações. Os conectores em forma de anel são peças metálicas, colocadas em entalhes nas interfaces das madeiras e mantidas em posição por meio de parafusos passantes colocados dentro do anel. Fura-se a face da madeira com uma serra-copo do diâmetro do conector, sem retirar o miolo da madeira. Apesar de existirem inúmeros tipos destes conectores a NBR7190 só admite o emprego de conectores metálicos estruturais em forma de anéis simples, com diâmetros internos de 64mm (2 1/2”) ou de 102mm (4”). Esses conectores devem ser acompanhados de parafusos de 12mm (1/2”) e 19mm (5/8”) respectivamente. A espessura das paredes dos conectores deve ser igual ou maior que 4mm para Ø=64mm e de 5mm para Ø=102mm.

8) Colas :

As colas constituem um dos processos mais modernos de ligação. A eficiência da ligação depende basicamente da qualidade da cola, porém a técnica de execução da colagem é um fator importante, pois até hoje não se pode efetuar boas ligações coladas a não ser com processos industrializados. A NBR7190 permite utilizar ligações coladas apenas em juntas longitudinais de madeira laminada e colada e madeira seca ao ar livre ou em estufa.

Existem diversos tipos de cola : colas de origem animal (de proteína, albumina ou caseína), colas de origem vegetal (de amido ou proteína de soja), colas sintéticas (de polivinil brancas e amarelas ou de formaldeídos como o resorcinal e a melamina) e as mais modernas, de Poliuretano, com colagem à prova d'água e instantânea.

9) Chapas de dentes estampados (Gang-Nail) :

Os esforços são absorvidos na chapa pelos dentes em um grupo de dentes e a chapa transfere os esforços para outro grupo de dentes. Utilizadas em treliças pré-fabricadas.

Texto : Eng. Alan Dias (alan@carpinteria.com.br)