Publicação: Efeitos produzidos por variações bruscas em seção transversal de
peças estruturais de madeira
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Resumo
Frequentemente, as vigas de madeira são entalhadas por motivos diversos: facilitar o apoio,
ficar em nível com outras vigas, acomodar tubulações, executar ligações entre peças
estruturais, dentre outros. Entretanto, os entalhes provocam redução significativa da
capacidade de carga das vigas, pois a mudança brusca de seção transversal gera, além de
redução da seção transversal, pontos de concentração de tensões na região do entalhe,
principalmente na quina. A intensidade destes efeitos adversos depende das dimensões,
geometria e posição dos entalhes na viga. A fim de se minimizar estes efeitos, existem
recomendações para projeto e execução dos mesmos nas normas vigentes para projeto de
estruturas de madeira de cada localidade. Neste trabalho, foram feitas simulações
numéricas de diversos casos de vigas entalhadas e, por meio da análise das tensões e
deslocamentos, avaliaram-se os efeitos produzidos pelos entalhes nas vigas, comparandose
estes valores com os valores obtidos pelas equações da teoria clássica da Resistência dos
Materiais. Isto permitiu propor fatores de correção para incluir o efeito dos entalhes. A
análise numérica foi feita por meio do método dos elementos finitos com o emprego do
programa computacional ANSYS®, utilizando-se o elemento SOLID45 para a viga
considerada tridimensionalmente. Tendo em vista a singularidade numérica nas quinas dos
entalhes, foi necessário o emprego da técnica de submodelamento associada à plasticidade
do material para se atingir a convergência dos resultados. Foi feita também uma
comparação entre os fatores de correção obtidos neste trabalho com os fatores propostos
pelas normas analisadas. Dentre elas, a norma brasileira ABNT NBR 7190:1997
apresentou-se com a maior escassez em especificações e justificativas, e seria interessante
que a mesma restringisse a realização de entalhes no terço médio do vão da viga, que
constitui-se numa situação crítica, e limitasse as dimensões de entalhe nos terços extremos
de forma semelhante às normas americana e chilena.
Abstract
Often, timber beams are notched by many reasons: facilitate support, bring the top surface
level with other beams, accommodate pipes, make connections between structural parts,
and others. However, notches can cause a significant reduction in the load-carrying
capacity of the beams, since the abrupt change in cross-section creates, besides the
reduction of the cross-section, stress concentrations around the notch, especially in the
corner. The intensity of these side effects depends on the size, geometry and position of
notches in the beam. In order to correct these effects, several wood design standards
provide special recommendations. The results of several numerical simulations of different
cases of notched beams were presented in this work focusing in the analysis of stresses and
displacements. It was also evaluated the effects produced by the notches in the beams, by
comparison with those obtained by the classical equations of Strength of Materials. This
allows proposing correction factors to adjust the notched effect. The numerical analysis
was based on the finite element method applied to a beam, in which they have been
considered in the three-dimensional shape by ANSYS® software, using the element
SOLID45. Considering the numerical singularity at the corners of the notches, the
submodeling technique associated with the plasticity of the material was used to achieve
results convergence. It was also made a comparison between the correction factors
obtained in this paper with those proposed by the analyzed standards for wooden
structures. Among the analyzed standards, the Brazilian ABNT NBR 7190:1997 was the
poorest in specifications and justifications, and it would be interesting that it restricts the
execution of notches in the middle third of the span of the beam, which is a critical
situation, and limit the dimensions of the notches in the outer thirds of the span similarly to
American and Chilean standards.
Palavras-chave
Entalhe, Mudança brusca de seção transversal, Métodos dos elementos
finitos, Vigas de madeira, Simulação numérica, Vigas entalhadas, Notch, Abrupt change in cross-section, Finite element method, Timber beams, Numerical simulation, Notched beams, Resistência de materiais, Vigas - Estruturas e armação, Engenharia das estruturas
Citação
VIEIRA, Mariana de Carvalho Silva. Effects produced by abrupt changes in crosssection
of structural timber. 2016. 116 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2016. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2016.64