MATERIAIS TÉCNICAS E ESTRUTURASII MADEIRA CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES. Parte sólida dos troncos das árvores, que se encontra dentro da sua casca.

MADEIRA

CARACTERÍSTICAS E

PROPRIEDADES

MADEIRA

Parte sólida dos troncos das árvores, que se

encontra dentro da sua casca.

Material elástico, de pouco peso, isolante e

MADEIRA

Produto Natural;

Proveniente de vegetais completos (flores,

folhas, caule e raízes)

MADEIRA

De acordo com a germinação e crescimento:

ENDÓGENAS – desenvolvimento de dentro para fora – não servem para estruturas

Palmeiras;
Bambus...

EXÓGENAS – desenvolvimento de fora para dentro – servem para produção estrutural

Ipê;
Peroba;
Pinho do Pará...

MEDULA •Centro do tronco •Forma cilíndrica •Mais macia do que a madeira envolvente

Seção Transversal

Seção Transversal

Seção Transversal

LÍBER •Camada geradora da casca •Circula a seixa elaborada

Seção Transversal

Seção Transversal

Propriedades Físicas

Diz-se de um corpo fisicamente homogêneo, mas cujos valores de certas propriedades físicas e químicas variam com a direção: longitudinal, radial e transversal. l transversa . Dir radial . Dir al longitudin . Dir l transversa . Dir radial . Dir al longitudin . Dir

Umidade

é a parte integrante da matéria lenhosa ÁGUA DE IMPREGNAÇÃO OU ADESÃO

retida pelas membranas ou paredes de matéria lenhosa

ÁGUA LIVRE

Dureza

Depende de fatores como:

•Quanto mais velha – maior será a dureza;

•A madeira do cerne é mais dura do que a do

borne;

•A madeira de árvores de crescimento lento é

mais dura do que as de crescimento rápido

Dilatação Térmica

A dilatação térmica é minorada pela retração, que age no sentido contrário, devido a perda de umidade que acompanha o aumento de temperatura.

O coeficiente de dilatação na direção transversal é 8x maior do que na direção longitudinal.

É a propriedade de alterar suas dimensões e volume quando o teor de umidade varia até 30% de umidade.

Abaixo de 30% de umidade o inchamento e a retração são proporcionais ao teor de

umidade.

ANTÔNIO PRADO

ANTÔNIO PRADO

ANTÔNIO PRADO

CASA LUIZ SGARBI
Data da construção: em 1914
Escola Pública

CURITIBA

SÃO PAULO

Defeitos

•Se formam nos pontos

em que os ramos se unem ao tronco •Diminui o valor da madeira •Reduz a resistência •Dá origem a fendas

FIBRA TORCIDA OU REVIRADA

•As fibras não se desenvolvem

paralelamente ao eixo, mas sim em espiral.

•Devem ser utilizadas apenas como estacas,

postes , pilares sem função estrutural.

Defeitos

MADEIRA ENCURVADA

•Árvores cujos troncos não cresceram

retas.

•Se o comprimento for pouco extenso,

Defeitos

EXCENTRICIDADE DA MEDULA

•Devido ao vento e a proximidade de

rochas, aparece a medula descentrada.

•Se for pequena, não diminui as

qualidades da madeiras. Caso contrário, reduz elasticidade e resistência.

Defeitos

IRREGULARIDADES DOS ANÉIS DE CRESCIMENTO

•Causado por bruscas alterações no

desenvolvimento da árvore

•Tem menos valor comercial, por ser pouco

FENDAS

•Rachas no sentido

longitudinal, devido aos gelos e também à

insolação e dessecação da madeira

Defeitos

FENDAS ANELARES

•São rachas largas que

desintegram os raios medulares

•Inutilizam totalmente a

Defeitos

FENDAS ACEBOLADAS

•Separação circular dos

anéis decrescimento

•Originam-se do frio e do

vento intenso.

•A madeira desseca-se

Defeitos

FENDAS EM PATA-DE-GALINHA

•Chegam até o borne

e/ou até a superfície exterior

•Acontece devido ao

envelhecimento da medula

DUPLO BORNE

•Deve-se aos frios

intensos e prolongados que impedem a

transformação do câmbio vascular em borne e deste em cerne, ficando morta uma zona do borne.

Variação das Propriedades

•Posição de origem na árvore

•Maior resistência na base e nas camadas

inferiores do tronco

•Maior resistência no cerne do que no borne

•Influência de defeitos

•Classificam as madeiras estruturais em: •Primeira, segunda e terceira categoria

Variação das Propriedades

•Influência de umidade

•A resistência diminui até atingir o ponto de

saturação das fibras de 30%, após este nível permanece constante.

•Influência de temperatura

•A resistência sofre redução com o aumento da

temperatura e vice-versa.

•Fluência da madeira

•Deformação lenta sob a ação de cargas

demoradas.

Variação das Propriedades

•Relaxação

•Em deformação constante a tensão elástica sofre

relaxação.

•Ruptura retardada

•Submetida a cargas durante longo período, a

peça estrutural poderá romper-se após dias ou meses.

•Resistência a efeitos dinâmicos

•A resistência é maior para cargas de longa

duração.

•Resistência à fadiga

•A resistência à fadiga, em geral é maior à dos

metais.

Classificação das madeiras

de construção

•Maciças

•Madeira bruta – usada em forma de troncos

para postes, escoramentos, estacas, etc.

•Madeira falquejada – seção quadrada ou

retangular, utilizada em postes de madeira, cortinas cravadas, estacas.

•Madeira serrada – mais utilizada. Os troncos

são desdobrados nas serrarias em dimensões “padronizadas”.

•Industrializadas

•Madeira laminada e colada – usada

largamente na Europa. A madeira é cortada em lâminas e coladas sob pressão com adesivo à prova de água.

•Madeira compensada – as lâminas são

coladas com as fibras em sentido alternado.

Classificação das madeiras

de construção

•Industrializadas

•Madeira reconstituída – as fibras são unidas

por pressão com ou sem adição de ligante.

•Madeira aglomerada – formada por lâminas

impregnadas de material ligante. Sem fim estrutural.

Classificação das madeiras

de construção

•MDF – medium density fiberboard

•é uma chapa fabricada a partir da aglutinação

de fibras de madeira com resinas sintéticas e ação conjunta de temperatura e pressão. Para a obtenção das fibras, a madeira é cortada em pequenos cavacos que, em seguida, são triturados por equipamentos denominados desfibradores.

HDF

•HDF – high density fiberboard

•São chapas com resistências

físico-mecânicas melhoradas para aplicações que requeiram alta resistência à flexão, suportando pesos elevados ou repetidos impactos.

•Estas chapas obtêm-se aumentando a

quantidade de fibras, de resina aglutinante, e modificando o ciclo produtivo.

•Uso em: escadas, prateleiras industriais,

tampos de bancadas industriais, estruturas de mesas, componentes de cadeiras, assoalhos.

Classificação comercial da madeira

Quanto à resistência:

• Duras – Provenientes de árvores frondosas e de

crescimento lento (Dicotiledôneas, que possuem folhas achatadas e largas). Exemplo: Ipê, Aroeira e Carvalho •Macias – Provenientes em geral das coníferas. Tem folhas em forma de agulhas ou escamas e apresentam crescimento rápido. Exemplo: Pinho e eucalipto.

Classificação comercial da madeira

Quanto ao número de defeitos:

• Primeira – Isentas de defeitos pela inspeção do método visual normalizado e enquadradas nas tabelas 8 e 9 da NBR 7190 em relação a sua

resistência. Cada tipo de madeira deve no mínimo atingir determinada resistência.

NBR 7190/1997

Projeto de estruturas de madeira

• Medidas de propriedades físicas •Umidade

•Densidade •Dureza

Ensaios de Norma

NBR 7190/1997

Projeto de estruturas de madeira • Medidas de propriedades mecânicas

•Compressão paralela e normal às fibras •Tração paralela e normal às fibras •Flexão

•Cisalhamento paralelo às fibras, na lâmina de cola •Fendilhamento

Ensaios de Norma

NBR 7190/1997

Projeto de estruturas de madeira

• Medidas de resistência dinâmica

•Resistência aos impacto na flexão

Classe de Madeiras

Formas Comerciais

Caibro_________________ 7,5 x 5,0 cm Caibro_________________ 5,0 x 7,0 cm Caibro_________________ 5,0 x 6,0 cm Sarrafo_________________ 3,8 x 7,5 cm Sarrafo_________________ 2,2 x 7,5 cm Tábua_________________ 2,5 x 23,0 cm Tábua_________________ 2,5 x 15,0 cm Tábua_________________ 2,5 x 11,5 cm Ripa _________________ 1,2 x 5,0 cm

Corte

É o conjunto de operações de se efetuam para dividir longitudinalmente os troncos obtidos das árvores e limpos de ramos, fazendo deles peças menores apropriadas para a sua utilização.

Corte

Corte (falquejamento) com que se obtém uma peça inteiriça com arestas vivas e quatro costaneiras

Corte

Corte em quatro

Consiste em dar dois cortes perpendiculares pelo centro

Corte Radial

É feito seguindo a direção dos raios medulares.

Corte

Corte

Corte de Paris

Começa-se por obter uma grossa peça central e seguidamente outras nos lados, de menor tamanho.

Corte

Corte em Cruz

Consiste em tirar uma grossa peça central, dos dois lados obtém-se outras peças grossas e finalmente os quatro pedaços restantes dividem-se radialmente em forma de tábuas.

Corte Holandês

Começa-se por um corte em quatro pedaços. Depois faz-se em cada uma das partes uma série de cortes paralelos.

Corte

Corte por encontro de cortes

Separa-se primeiro uma prancha central. Dos dois lados vão-se tirando tábuas e pranchas por meio de encontro de cortes.

Causas da Deterioração

•APODRECIMENTO

Desenvolvimento de fungos e bactérias, devido a umidade da atmosfera e a temperatura do meio ambiente, quando a percentagem de umidade é superior a 30% e as temperaturas forem superiores a 25o_{C ou 30}o_C.

Causas da Deterioração

•AÇÃO DOS INSETOS – carunchos e cupins

•FOGO – as peças maiores tem mais resistência,

devido a uma camada de carvão mineral na superfície do tronco, que serve como isolante térmico.

•AÇÕES MECÂNICAS – extração de pedaços do

tronco

APODRECIMENTO

Desenvolvimento de fungos e bactérias, devido a umidade da atmosfera e a temperatura do meio ambiente, quando a percentagem de umidade é superior a 30% e as temperaturas forem superiores a 25o_{C ou 30}o_C.

Deterioração

Para proteger as madeiras contra estas deteriorações, elas são submetidas a diversos tratamentos.

Em qualquer caso, é importante um BOA SECAGEM – de maneira natural ou

Processos de preservação

•Superficiais

•Depois da secagem, é aplicada com

pincel ou imersão uma camada superficial de preservativo para inibir a passagem de insetos e fungos.

Processos de preservação

•De Impregnação sem pressão

•A madeira é colocada imersa numa

solução com preservativo a 100o_{C. A ação}

do preservativo é expelir o ar existente no interior da madeira, fazendo com que o produto seja absorvido pela pressão

•De Impregnação com pressão

•Em grande quantidade de madeira são os

mais eficientes.

•A madeira é colocada numa câmara onde

é feito o vácuo para remover o ar da

madeira. O preservativo é introduzido sob pressão.

Autoclave

MADEIRA AUTOCLAVADA

• significa madeira obtida de florestas

cultivadas e renováveis e impregnada em unidades industriais (autoclaves) com um agente preservante, apresentando alta durabilidade, economia, segurança,

Propriedades da madeira

estrutural

NBR 7190 de 1997

Resistência Da Madeira

Notações

• resistência à compressão paralela às fibras fc,0

• resistência à tração paralela às fibras ft,0

• resistência à compressão normal às fibras fc,90

• resistência à tração normal às fibras ft,90

• resistência ao cisalhamento paralelo às fibras fv,0

• resistência de embutimento paralelo às fibras fe,0

• ft0,k= 1,30 fc0,k • ftM,k= 1,00 fc0,k • f_c90,k= 0,25f_c0,k • f_e0,k= 1,00f_c0,k • f_e90,k= 0,25f_c0,k para coníferas: fv0,k = 0,15fc0,k para dicotiledôneas: fv0,k = 0,12fc0,k

Ensaios de caracterização

Ensaios de caracterização

Compressão paralela às fibras

Cisalhamento paralelo às

fibras

Notação

•Valor médio do módulo de elasticidade na compressão paralela às fibras

E_c0,m

•Valor médio do módulo de elasticidade na compressão normal às fibras

E_c90,m

Caracterização simplificada da rigidez

•Ec90= 1/20 Ec0 13304 7,7 2,8 82,8 44,4 645 Pinus taeda L. Pinus taeda 10904 8,0 2,5 60,9 43,6 538

Pinus oocarpa shiede

Pinus oocarpa 11889 7,4 2,5 66,0 40,4 560

Pinus elliottii v. elliottii

Pinus elliottii 9868 7,8 2,6 50,3 42,3 535 P.caribea v.hondurensis Pinus hondurensis 7110 6,8 2,4 52,7 32,6 537 P.carib.var.bahamensis Pinus bahamensis 8431 7,8 3,2 64,8 35,4 579 P.caribea var.caribea Pinus caribea 15225 8,8 1,6 93,1 40,9 580 Auracaria angustifolia Pinho do Paraná Ec0 MPa fv MPa ft90 MPa ft0 MPa fc0 MPa ρρρρap(12%) kg/m3 Nome botânico Nome vulgar

VALORES MÉDIOS DE MADEIRAS CONÍFERAS NATIVAS E DE FLORESTAMENTO (U = 12%)

21724 11,8 3,4 123,4 95,2 1106 Diplotropis spp Sucupira 22733 14,9 5,4 138,5 82,9 1143 Manikara spp Maçaranduba 14185 9,0 3,3 111,9 56,5 684 Ocotea spp Louro preto 23607 15,7 3,2 157,5 93,3 1074 Hymenaea spp Jatobá 18011 13,1 3,1 96,8 76,0 1068 Tabebuia serratifolia Ipê 19881 12,4 4,7 147,4 72,7 1087 Eucalyptus paniculata Eucalipto paniculata 8058 5,6 3,0 71,4 31,5 600 Cedrella spp Cedro doce 14613 11,1 6,2 84,9 52,0 871 Cassia ferruginea Canafístula 16694 11,3 4,8 104,9 76,7 1170 Dinizia excelsa Angelim p. verdadeiro 12912 8,8 3,5 75,5 59,8 694 Hymenolobium petraeum Angelim pedra 20827 11,8 3,7 117,8 79,5 1170 Hymenolobium spp Angelim ferro 12876 7,1 3,1 69,2 50,5 688 Votaireopsis araroba Angelim araroba E_c0 MPa f_v MPa f_t90 MPa f_t0 MPa f_c0 MPa ρρρρap(12%) kg/m3 Nome botânico Nome vulgar

VALORES MÉDIOS DE MADEIRAS DICOTILEDÔNEAS NATIVAS E DE FLORESTAMENTO (U = 12%)

Valores médios e característicos

simplesmente a média aritmética dos valores dos resultados obtidos por ensaio.

Valor característico de uma propriedade de madeira é aquele que tem probabilidade de 5% de ser

600 500 14.500 6 30 C30 550 450 8.500 5 25 C25 500 400 3.500 4 20 C20 ρρρρaparente kg/m3 ρρρρbas,m kg/m3 E_c0,m MPa f_V0,k MPa f_c0,k MPa Classes

Coníferas (padrão de referência 12%)

1.000 800 24.500 8 60 C60 950 750 19.500 6 40 C40 800 650 14.500 5 30 C30 650 500 9.500 4 20 C20 ρρρρaparente kg/m3 ρρρρbas,m kg/m3 Ec0,m MPa fV0,k MPa fc0,k MPa Classes

Dicotiledôneas (padrão de referência U=12%)

por classes de resistência

γwc= 1,4 resistência à compressão

γwt= 1,8 resistência à tração

γwv= 1,8 resistência ao cisalhamento

Resistência de cálculo da madeira

Coeficientes de ponderação de resistência

w k d X k X γ mod = ↑ Tensão σc0(MPa) 0 c f % 50 σ ↑ Tensão σt0(MPa) 0 t f % 50 σ

peças curvas

0,8 ou 1,0 peças retas

Madeira laminada colada

0,8 1ª e 2ª categorias

Madeira conífera serrada

0,8 2ª categoria

1,0 1ª categoria

Madeira dicotiledônea serrada

Valores de k_{mod 3} 2 000 . 2 1       − r t

“t” é a espessura das lâminas e “r” é o menor raio de curvatura das lâminas

Coeficientes de modificação

k

= k

⋅

k

⋅

k

0,9 0,8 ≥25% Uamb≥85% 4 0,9 0,8 18% 75% ≤U_amb≤85% 3 1,0 1,0 15% 65%≤U_amb≤75% 2 1,0 1,0 2% Uamb≤65% 1 Madeira recomposta Serrada, laminada colada

e compensada Tipos de madeira Umidade de equilíbrio Umidade relativa do ambiente Classes de umidade Valores de k_{mod 2}

kmod,2= 0,65 para madeira submersa

1,10 1,10 Muito curta Instantânea 0,90 0,90

Menos de uma semana Curta duração

0,65 0,80

Uma semana a seis messes Média duração

0,45 0,70

Mais de seis meses Longa duração

0,30 0,60

Vida útil da construção Permanente Madeira recomposta Serrada, laminada colada e cmpensada Tipos de madeira Duração acumulada da ação

variável principal da combinação Classes de

carregamento

Valores de k_{mod 1}

Barbada ?

Dimensionar uma viga de madeira laminada colada de 8,00m de vão teórico e seção retangular a ser construída com lâminas de madeira conífera Classe 30, medindo cada uma delas 12cm de largura por 2cm de espessura.

A viga terá por finalidade servir de apoio para as vigas secundárias de 10cm de largura indicadas no esquema abaixo. A ação de cada uma das vigas secundárias sobre a viga principal é decorrente da combinação de cargas permanentes

Gk = 2.5 kN e de cargas variáveis Qk = 5,0 kN. E' cerca de 80% a umidade relativa do ambiente. Não considerar o peso próprio da viga principal.

Os entalhes previstos nos extremos da viga principal deverão ter a altura máxima permitida pela norma.

B B C ↓ 10cm ↓ cm 10 m 00 , 2 2,00m 2,00m 2,00m

1. Resistências de cálculo das madeiras Coníferas Classe 30 Coeficiente de modificação

– carregamentos de longa duração:… k_mod1=0,70 – umidade ambiente U_amb=80%:…… k_mod2=0,80

- coníferas de 1ª ou 2ª categorias..:… k_mod3=0,80 ⇒ kmod=0,70×0,80×0,80=0,45

Resistências de cálculo

– Compressão paralela às fibras: MPa

f k f MPa f wc k c d c k c 9,6 4 , 1 0 , 30 45 , 0 0 , 30 _{0, mod} 0, , 0 = ⇒ = _γ = ⋅ = MPa f f_t0,d = _c0,d =9,6 MPa f k f MPa f wV k V d V k V 1,5 8 , 1 0 , 6 45 , 0 0 , 6 0, mod 0, , 0 = ⇒ = _γ = ⋅ =

– Tração paralela às fibras

- Cisalhamento paralelo às fibras