a.3) casas e edifícios em geral c) Como material auxiliar : formas para estruturas de concreto

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1 1 O MATERIIAL DE CONSTRUÇÃO MADEIIRA 1..1 Generalliidades A madeira é um material orgânico, vegetal, abundante e renovável na natureza. Pela facilidade de ser trabalhada, e grande quantidade disponível, sempre foi muito utilizada na construção civil. Em que pese o fato de que as chamadas aqui no Brasil Madeiras de Lei, denominação das espécies correspondentes às Dicotiledôneas, terem sido muito exploradas nas décadas passadas e hoje existirem apenas em regiões longínquas aos grandes centros consumidores, existe uma enorme quantidade de espécies reflorestadas, e que podem continuar a servir à Construção Civil. Provavelmente, a madeira é o mais antigo material de construção, tendo antecedido à própria pedra. É também, um material que oferece ao homem grande afinidade visual e tátil. Podemos avaliar o seu vasto emprego, pelas respectivas aplicações : a) Em obras definitivas : a.1) pontes a.2) estruturas de cobertura a.3) casas e edifícios em geral b) Em obras provisórias : b.1) escoramentos b.2) andaimes b.3) ensecadeiras c) Como material auxiliar : formas para estruturas de concreto d) Como material de acabamento : d.1) lambris d.2) forros d.3) vistas e rodapés [email protected] UFPR-2008 Estruturas de Madeira CAP.1 pg. 1/12

2 Do ponto de vista da aplicação estrutural, a madeira compete com o concreto e o aço, embora haja um preconceito quanto à sua durabilidade (especialmente) e resistência, por parte daqueles que não a conhecem bem. O que explica este preconceito é o fato de que as indústrias de cimento e de aço sempre foram desenvolvidas em unidades de grande porte e em pequeno número, acompanhando-se de pesquisa e ótimas Normas Técnicas, o que resultou na padronização daí decorrente. Já a madeira quase sempre foi um produto de serrarias de pequeno porte e disseminadas por todo o país, agindo desordenadamente e quase sem acompanhamento técnico, resultando em mau uso, que por sua vez criou uma má imagem. Para uma aplicação racional da madeira, devemos compor um painel comparativo das suas vantagens e desvantagens, e assim estabelecer um critério adequado da escolha do material a ser utilizado na solução da estrutura de uma certa obra. Vantagens : a) Elevada resistência mecânica : f cd,madeira,c30 = 1,20 2 kn X f cd,concreto,c20 ~ 1,21 2 cm kn cm b) Facilidade de ser trabalhada : Qualquer carpinteiro pode, com ferramentas simples, construir os detalhes necessários à execução da grande maioria das estruturas usuais de madeira. c) Ótimo isolamento térmico : A madeira cumpre muito bem a função térmica que as construções de modo geral requerem : uma ilustração disto é a apresentação dos valores do coeficiente de condutibilidade térmica de alguns materiais conhecidos : madeira de PINHO-PR : 0 o,093. kcal 2 (direção normal às fibras) m.hora. C 0 o,170. kcal 2 (direção paralela às fibras) m.hora. C material cerâmico : concreto : 0 o,700. kcal 2 m.hora. 1 o,200. kcal 2 m.hora. C C d) Obtenção do material em local próximo à obra : Este é um fator comprovado mesmo em regiões consideradas remotas. [email protected] UFPR-2008 Estruturas de Madeira CAP.1 pg. 2/12

3 Desvantagens : a) Falta de Homogeneidade : a.1) Anisotropia : É a variação das propriedades físicas e mecânicas, conforme a direção considerada da peça. L São elas : L = direção Longitudinal R = direção Radial T = direção Tangencial R T Figura 1 Direções características das fibras de uma peça de madeira Na prática, agrupam-se as direções Radial e Tangencial em uma única direção, dada a pequena variação das propriedades nestas duas direções. Esta direção única costuma receber a denominação de direção normal às fibras. A outra direção (Longitudinal) também tem uma denominação comum que é direção paralela às fibras. a.2) Variação das propriedades físicas e mecânicas dentro da própria espécie. a.3) Apresentação de defeitos. b) Higroscopia : É a variação dos volumes e das resistências mecânicas, conforme varia o teor de umidade da madeira. c) Durabilidade limitada quando desprotegida : Isto acontece por conta dos ataques de fungos e/ou insetos. No entanto, processos de secagem e tratamentos preservativos adequados, podem garantir durabilidade de até 50 anos, ou mais. d) Defeitos : A maior ou menor quantidade de ocorrências determina a qualidade das amostras (dos lotes que as amostras representam). [email protected] UFPR-2008 Estruturas de Madeira CAP.1 pg. 3/12

4 Pode-se classificar as árvores em dois grandes grupos distintos, sob o ponto de vista da utilização estrutural : a) MADEIRAS MOLES ou CONÍFERAS, ou SOFT WOODS. b) MADEIRAS DURAS ou DICOTILEDÔNEAS, ou HARD WOODS. No Brasil, as madeiras Dicotiledôneas de resistência superior, costumam ser denominadas também de Madeiras de Lei Propriiedades Fíísiicas da Madeiira 1.2.1) Umidade : m 1 m2 ω = x100 ; equação 1.1 m2 onde : w : umidade (%) ; m 1 : massa úmida da amostra ; m 2 : massa seca da amostra. A determinação da umidade de amostras de madeira deve ser feita obedecendo o que prescreve a NBR-7190, no seu ANEXO B. Na figura 2, mostra-se esquematicamente a composição global de uma amostra de madeira : MADEIRA SÓLIDA ÁGUA LIVRE ÁGUA IMPREGNADA Figura 2 Composição de uma amostra de madeira Madeira sólida : sem qualquer teor de umidade. Água livre : contida nas cavidades das células, e fácil de ser eliminada, por secagem. Água impregnada : contida nas paredes das células, e difícil de ser eliminada. Ponto de Saturação das Fibras : teor de umidade correspondente ao mínimo de água livre e máximo de água de impregnação : é um teor de aproximadamente 25% nas madeiras Brasileiras. Para fins de aplicação estrutural da madeira, a NBR-7190 especifica a umidade de 12% como Teor de Referência para Ensaios e Cálculos. [email protected] UFPR-2008 Estruturas de Madeira CAP.1 pg. 4/12

5 1.2.2) Densidade : massa sêca densidade básica = : equação 1.2 volume saturado é apontada como valor de referência, na literatura internacional. massa a 12% (padrão) densidade aparente = : equação 1.3 volume saturado é utilizada na classificação da madeira, e no cálculo estrutural ) Retratibilidade : É a redução das dimensões das peças de madeira, ocasionada pela saída da água de impregnação. Esta propriedade apresenta-se com valores diferentes de acordo com a direção considerada das fibras da madeira ) Resistência da madeira ao fogo : Ao contrário do que se pensa, a madeira não tem baixa resistência ao fogo. A peça exposta ao fogo torna-se combustível para a propagação das chamas, porém, após alguns minutos de queima, a camada externa carbonizada torna-se um isolante térmico, retardando o efeito do incêndio ) Durabilidade Natural : Varia de acordo com com as características de cada espécie. A baixa durabilidade natural pode ser compensada por tratamentos preservativos ) Resistência Química : A maior parte das espécies de madeira conhecidas têm boa resistência à ação química, fato pelo qual a solução é muito adotada em ambientes com agressividade química Propriiedades Mecâniicas da Madeiira 1.3.1) PROPRIEDADES ELÁSTICAS : ) Módulo de Elasticidade Longitudinal (E): De acordo com a NBR-7190 : E 0 = obtido do ensaio à compressão da madeira [email protected] UFPR-2008 Estruturas de Madeira CAP.1 pg. 5/12

6 E = equação E 0 90 E m = obtido do ensaio à flexão damadeira Para as CONÍFERAS : E m = 0,85 x E0 equação 1.5 Para as DICOTILEDÔNEAS : E m = 0,90 x E0 equação ) Módulo de Elasticidade Tranversal (G): Poderá ser estimado, de acordo com a NBR-7190 : ) Coeficiente de POISSON ( ν ): Não é referido pela NBR E = E = 90 equação G ) PROPRIEDADES DE RESISTÊNCIA : São diferentes segundo as três direções principais da madeira, mas muito parecidas para os eixos Tangencial e Radial. Por esta razão, como já foi salientado, na prática, são referidas apenas como as direções paralela às fibras e normal às fibras ) Resistência à compressão : a) compressão paralela (//) às fibras : f c0 b) compressão normal ( ) às fibras : f c90 c) compressão inclinada ( ) em relação às fibras : f cα Para sua determinação, utiliza-se a expressão de HANKINSON : fc,0.fc,90 f c, α = equação f.sen α + f.cos α c,0 c,90 α Figura 3 Direção a considerar para a determinação da resistência ) Resistência à tração : a) tração paralela (//) às fibras : f t0 : Elevada resistência mecânica e baixa deformabilidade. [email protected] UFPR-2008 Estruturas de Madeira CAP.1 pg. 6/12

7 b) tração normal ( ) às fibras : f t90 Baixa resistência mecânica e alta deformabilidade. Esta resistência da madeira é muito baixa e difícil de determinar, devendo-se evitar a sua consideração nos projetos ) Resistência ao cisalhamento : São três diferentes tipos de ocorrência na madeira : a) cisalhamento vertical : Não é crítico; muito antes da ruptura por cisalhamento, ocorre ruptura por compressão normal. V V Figura 4 Cisalhamento vertical b) cisalhamento horizontal : V V Figura 5 Cisalhamento horizontal c) cisalhamento perpendicular : V V Figura 6 Cisalhamento perpendicular ) Resistência à flexão simples : Na flexão simples, ocorrem quatro tipos diferentes de solicitações : c a d b Figura 7 Peça sujeita à flexão simples [email protected] UFPR-2008 Estruturas de Madeira CAP.1 pg. 7/12

8 a) Compressão paralela às fibras, no banzo superior, para momentos positivos. b) Tração paralela às fibras, no banzo inferior, para momentos positivos. c) Cisalhamento horizontal entre as fibras. d) Compressão normal às fibras, na região dos apoios ) Resistência à torção : É um fenômeno pouco conhecido e estudado na madeira. A NBR-7190 recomenda evitar a torção de equilíbrio nas estruturas ) Resistência ao choque : É a capacidade (acentuada na madeira) de absorver energia pelas deformações Tiipos de Peças de Madeiira 1.4.1) Maciças : ) Madeira roliça ou bruta : troncos, na sua forma natural, sem casca. Figura 8 Tronco de madeira bruta ) Madeira serrada : seções comercialmente disponíveis, de seção retangular. Figura 9 Peça maciça de madeira serrada 1.4.2) Industrializadas : ) Madeira compensada : chapas produzidas com lâminas de pequena espessura, sobrepostas, coladas entre si, com a orientação das fibras alternadamente dispostas. Figura 10 Chapa de madeira compensada [email protected] UFPR-2008 Estruturas de Madeira CAP.1 pg. 8/12

9 ) Madeira laminada colada : seções retangulares convencionais, de comprimentos variáveis, compostas por lâminas de espessura média (aproximadamente 2 a 3 cm), sobrepostas, coladas entre si, com a orientação das fibras paralelamente dispostas. Figura 11 Peça de madeira laminada e colada ) Madeira recomposta : chapas produzidas por fibras de madeira de comprimentos pequenos (~ até 10 cm), recompostas sem a necessidade de orientação das mesmas. São conhecidas como painéis OSB (Oriented Strand Board). Figura 12 Chapa de madeira recomposta 1..5 Diimensões Comerciiaiis das Peças de Madeiira Obedecem a critérios regionais. Em Curitiba, há um costume de se comercializar madeira serrada em dimensões proporcionais a 2,5 centímetros. Há também uma prática arraigada de se fazer a referência a estas dimensões, exprimindo os valores em polegadas. Exemplo disto é a tábua de 2,5 cm por 15 cm de seção transversal. Esta peça apresentase serrada em bruto (sem beneficiamento, ou plainagem) com as dimensões referidas, porém, principalmente entre comerciantes, compradores, carpinteiros e até mesmo engenheiros, com as dimensões de 1 X 6 (uma polegada por seis polegadas) de seção transversal. Sabe-se que a polegada é ligeiramente superior a 2,5 cm, mas a referência é generalizada. Não se deve esquecer que em estruturas de madeira aparentes, muito comuns, as dimensões da seção transversal das peças brutas, acabam perdendo em torno de 0,5 cm por superfície plainada. Sendo assim, a verificação das peças, assim como o projeto das ligações devem levar em conta esta perda. Não se devem transgredir as espessuras mínimas exigidas pela NBR-7190, após o trabalho de plainagem. Uma peça de 5 X 10 cm 2, após plainagem nas suas quatro faces, apresenta-se aproximadamente com uma seção de 4 X 9 cm 2. Outra característica importante a ser observada no projeto, e também na relação de material final, é o fato de que as peças de madeira são comercializadas em comprimentos correspondentes a múltiplos de 50 cm. [email protected] UFPR-2008 Estruturas de Madeira CAP.1 pg. 9/12

10 A tabela 1 dá uma noção da nomenclatura utilizada na Construção Civil em Curitiba, com as dimensões expressas em centímetros : Nome : Dimensões aproximadas : Nome : Dimensões aproximadas : ripas 1,25 X 5,0 vigotas, vigas 5,0 X 10,0 ; 7,5 X 15,0 ripões 2,5 X 5,0 tábuas 2,5 X 20,0 sarrafos 2,5 X 10,0 pranchas 3,75 X 20,0 caibros 5,0 X 5,0 pranchões 5,0 X 20,0 ; 7,5 X 30,0 caibrões 5,0 X 7,5 postes 15,0 X 15,0 ; φ =15, 0 pontaletes 7,5 X 7,5 ; 10,0 X 10,0 Tabela 1 Dimensões comerciais da madeira em Curitiba-PR 1..6 Tiipos de Esttrutturas de Madeiira 1.6.1) Treliças e Tesouras : TIPO HOWE ou INGLESAS TIPO PRATT ou AMERICANAS Figura 13 Treliças e tesouras tipo PRATT e HOWE A solução tipo PRATT quase não é usada em estruturas de madeira, apesar da geometria apresentar a conveniência de barras comprimidas mais curtas e barras tracionadas mais longas, do que na solução tipo HOWE. A razão é a grande dificuldade em dar solução às ligações das mesmas. TIPO BELGA TIPO BOWSTRING Figura 14 Tesouras tipo BELGA e BOWSTRING As tesouras tipo BELGA e BOWSTRING são variações que raramente são usadas, mas que podem ter aplicação justificada, para atender condições especiais. [email protected] UFPR-2008 Estruturas de Madeira CAP.1 pg. 10/12

11 1.6.2) Vigamentos : Bastante usado para a confecção de pisos, em que vigas são dispostas a distâncias pequenas entre si, dando apoio a peças transversais e tábuas, ou dando apoio diretamente às tábuas. Figura 15 Vigamento comum de madeira coladas ) Arcos : Podem ser treliçados ou de seções compostas por laminas de madeira laminadas e Figura 16 Arco de madeira 1.6.4) Pórticos : Figura 17 Pórtico de madeira 1.6.5) Pontes : Figura 18 Seção transversal de ponte de madeira [email protected] UFPR-2008 Estruturas de Madeira CAP.1 pg. 11/12

12 1.6.6) Escoramentos : Figura 19 Escoramento de estrutura de concreto 1.6.7) Formas para concreto : Figura 20 Forma para vigas e lajes de concreto 1.6.8) Edifícios em geral : Figura 21 Casa de madeira [email protected] UFPR-2008 Estruturas de Madeira CAP.1 pg. 12/12