Selecionar uma viga estrutural não envolve apenas escolher um tamanho que pareça forte. Cada viga residencial e comercial deve passar por quatro verificações de código separadas: tensão de flexão, tensão de cisalhamento, deflexão de carga móvel e deflexão de carga total. A falha em qualquer um deles significa que o feixe não é aceitável, independentemente de quão bem ele passe pelos outros. Compreender qual verificação rege suas condições de vão e carga ajuda você a selecionar a viga certa na primeira vez.
Como funcionam as quatro verificações
A NDS (Especificação Nacional de Projeto) para Construção em Madeira exige que as vigas estruturais satisfaçam quatro critérios independentes simultaneamente. A verificação da tensão de flexão confirma que a tensão de flexão calculada fb — momento máximo dividido pelo módulo de seção S — não excede a tensão de flexão admissível tabulada da espécie e classe Fb multiplicada pelos fatores de ajuste aplicáveis. A verificação da tensão de cisalhamento confirma que o pico da tensão de cisalhamento horizontal fv nas extremidades da viga não excede a tensão de cisalhamento admissível Fv para a espécie. A verificação da deflexão de carga móvel limita a deflexão da viga apenas sob carga dinâmica ao comprimento do vão dividido por 360 - para um vão de 12 pés, isto é uma deflexão máxima de 0,4 polegadas. A verificação de deflexão de carga total limita a deflexão sob a combinação de carga permanente mais carga móvel até o vão dividido por 240. Todas as quatro verificações devem ser atendidas simultaneamente; a calculadora percorre os tamanhos de feixe padrão e identifica a menor seção que passa por todos os quatro, e relata quais verificações governam para que você entenda por que aquele tamanho específico foi selecionado.
Por que a deflexão geralmente prevalece em vãos mais longos
Para vãos curtos abaixo de 8 a 10 pés, a tensão de flexão normalmente governa a seleção da viga – a viga precisa de módulo de seção suficiente para manter a tensão dentro dos limites permitidos, mas é rígida o suficiente para evitar deflexão excessiva. Para vãos mais longos, a verificação governante muda para a deflexão porque a deflexão aumenta com a quarta potência do comprimento do vão, enquanto o momento fletor só aumenta com o quadrado do vão. Isso significa que duplicar o vão quadruplica o momento fletor, mas multiplica a deflexão por dezesseis com a mesma carga - uma enorme diferença que direciona a seleção da viga para a rigidez em vez da resistência para vãos na faixa de 12 a 20 pés. Uma viga que passa confortavelmente na verificação de tensão de flexão em um vão de 14 pés ainda pode falhar no limite de deflexão L/360 porque o momento de inércia requerido I é simplesmente grande demais para uma seção prática de madeira serrada. Esta é a principal razão pela qual a madeira laminada colada e o LVL se tornam necessários para vãos além de 16 a 18 pés - não porque a madeira serrada não tenha resistência, mas porque nenhuma seção serrada disponível é profunda o suficiente para atender ao limite de deflexão sem uma profundidade de penetração no teto.
Espécies, Graus e Valores de Tensão Admissíveis
As espécies e a qualidade da madeira têm um efeito maior no tamanho da viga necessária do que a maioria dos construtores imagina. Douglas Fir-Larch #1 tem uma tensão de flexão tabulada Fb de 1.500 psi e módulo de elasticidade E de 1.700.000 psi. Douglas Fir-Larch #2 cai para Fb = 900 psi – uma redução de 40% – e E = 1.600.000 psi. Southern Pine #1 tem um dos valores tabulados mais altos em Fb = 1.500 psi para estruturas selecionadas e E = 1.800.000 psi. A espécie e o grau dimensionam diretamente a tensão admissível na verificação de flexão: uma viga nº 2 deve ser substancialmente maior que uma viga nº 1 para suportar a mesma carga no mesmo vão. Para vigas em vãos maiores que 12 pés ou com larguras tributárias acima de 8 pés, especificar o número 1 ou melhor é quase sempre econômico porque a redução no tamanho da madeira necessária mais do que compensa o pequeno prêmio de preço. Hem-Fir, Spruce-Pine-Fir e outras espécies de madeira comum têm valores de Fb mais baixos do que Douglas Fir ou Southern Pine e devem ser verificadas em relação às tabelas do Suplemento NDS antes de serem substituídas.
Vigas Construídas vs. Seções Sólidas Únicas
Muitos construtores residenciais preferem vigas construídas - vários membros 2× pregados juntos - em vez de madeira serrada sólida ou madeira serrada projetada. Dois 2×12 pregados juntos produzem um membro com b = 3,0 polegadas (duas peças de 1,5 polegadas) e d = 11,25 polegadas, dando um módulo de seção S = 63,3 pol³. Um sólido 4×12 tem b = 3,5 polegadas e S = 73,8 pol³, tornando-o um pouco mais rígido. Três 2×12s produzem b = 4,5 polegadas e S = 95 pol³, que excede o 4×12. A principal diferença é que os membros construídos devem ser pregados adequadamente com um padrão de prego específico (normalmente pregos 10d a 12 polegadas escalonados de cada lado) para agir de forma composta; sem pregagem adequada, cada camada atua de forma independente a 1/n³ da rigidez do compósito. Esta calculadora mostra tamanhos de feixe equivalentes sólidos; para vigas construídas, selecionar o número de lonas com largura total igual ou superior à largura nominal da viga maciça. As vigas construídas são geralmente mais fáceis de instalar na construção de estrutura de plataforma, onde peças individuais podem ser passadas através de baias de estrutura padrão.
Quando usar Glulam ou LVL
Madeira laminada colada (MLC) e madeira folheada laminada (LVL) resolvem as limitações da madeira serrada em vãos longos. Glulam é fabricado a partir de laminações de madeira secas e unidas por dedos, coladas sob pressão, resultando em tensões de flexão permitidas de 2.400–3.000 psi, dependendo do símbolo de combinação – em comparação com 900–1.500 psi para madeira serrada de largura comparável. Isso significa que uma viga de madeira lamelada pode ter aproximadamente metade da profundidade de uma viga serrada equivalente em um vão longo. O LVL, feito de finas folhas folheadas com grãos alinhados paralelamente e laminado com adesivo à prova d'água, oferece valores Fb de 2.600–3.100 psi com excelente consistência dimensional. Ambos os produtos lidam com o ciclo de umidade muito melhor do que a madeira serrada sólida, tornando-os adequados para aplicações parcialmente expostas, como vigas cobertas de varandas. Para vãos superiores a 16 pés, qualquer abertura em uma parede de suporte ou qualquer viga que suporte uma condição de estrutura nivelada onde a profundidade total é restrita, madeira lamelada ou LVL deve ser a primeira escolha, e não um substituto após a madeira serrada falhar no cálculo.