UNEMAT Universidade do Estado de Mato Grosso ESTRUTURAS DE MADEIRA Professora: Engª Civil Silvia Romfim
AULA 02 1. Introdução: Madeira e suas características. 1.1 - Estrutura da madeira: a) Generalidades b) Classificação das árvores; c) Fisiologia e crescimento da árvore; d) Características químicas da madeira. 1.2 - Propriedades físicas da madeira: a. Teor de umidade; b. Densidade; c. Retratibilidade; d. Resistência ao fogo; e. Durabilidade natural; f. Resistência química.
GENERALIDADES A madeira é um material orgânico, de origem vegetal encontrada tanto em florestas naturais quanto em florestas artificiais resultantes de reflorestamentos industrializados. Sua fonte é abundante e renovável. Do ponto de vista da utilização estrutural, a madeira compete com o concreto e o aço, embora exista algum preconceito quanto à durabilidade e à resistência da madeira por parte daqueles que não conhecem profundamente esse material.
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GENERALIDADES Com relação à durabilidade da madeira, a execução de processos de secagem e preservação adequados, juntamente com modernas técnicas de utilização, pode garantir à madeira durabilidade de 50 anos ou mais. FOTO: Google Imagens
b) CLASSIFICAÇÃO DAS ÁRVORES CLASSIFICAÇÃO As árvores para aplicações estruturais são classificadas em dois tipos quanto à sua anatomia: coníferas e dicotiledôneas. Coníferas: As coníferas são chamadas de madeiras moles, pela sua menor resistência, menor densidade em comparação com as dicotiledôneas. Têm folhas perenes com formato de escamas ou agulhas; são típicas de regiões de clima frio. Os exemplos mais importantes desta categoria de madeira são: Pinho do Paraná Pinus. Araucária
CLASSIFICAÇÃO Dicotiledôneas: As dicotiledôneas são chamadas de madeiras duras pela sua maior resistência; têm maior densidade e aclimatam-se melhor em regiões de clima quente. Como exemplo temos praticamente todas as espécies de madeira da região amazônica. Podemos citar as seguintes espécies: Peroba Rosa Aroeira Eucaliptos (Citriodora, Tereticornis, Robusta, Saligna, Puntacta, etc.) Garapa Ipê Maçaranduba Mogno Pau Marfim Faveiro Angico Jatobá Maracatiara Angelim Vermelho, etc.
1.1- c) Fisiologia e crescimento da árvore; FISIOLOGIA O crescimento principal da árvore ocorre verticalmente.
FISIOLOGIA Na seção transversal de uma árvore, podemos distinguir as seguintes partes: casca, brancal, medula. A casca- camada protetora e de alimentação não usada na construção civil. Alburno ou branco- camada superficial do corte de coloração branca e muito pouco resistente (brancal). Uso limitado. Ex.: escoras, formas, etc. O durâmem, cerne ou medula- É a parte mais usada na construção civil.
FISIOLOGIA As madeiras destinadas à construção devem ser tiradas de preferência do cerne, pois são mais duráveis.
FISIOLOGIA Conífera Dicotiledônea
Características Químicas da Madeira CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS A madeira apresenta três componentes orgânicos principais, que são: Celulose, Hemicelulose Lignina. A participação de cada um desses elementos varia de acordo com a classificação botânica da árvore, como mostra o quadro a seguir:
CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS Composição orgânica das madeiras (Fonte: HELLMEISTER, 1983) Celulose A celulose é um polímero constituído por várias centenas de glucoses. As paredes das fibras, vasos e traqueídes são formadas por celulose. Lignina A lignina age na madeira como um cimento, ligando as cadeias de celulose dando rigidez e dureza ao material.
Propriedades Físicas Propriedades Fisícas da Madeira Conhecer as propriedades físicas da madeira é de grande importância porque estas propriedades podem influenciar significativamente no desempenho e resistência da madeira utilizada estruturalmente.
Propriedades Físicas Podem se destacar os seguintes fatores que influem nas características físicas da madeira: Classificação botânica. O solo e o clima da região de origem da árvore. Fisiologia da árvore. Anatomia do tecido lenhoso. Variação da composição química.
Propriedades Físicas Entre as características físicas da madeira cujo conhecimento é importante para sua utilização como material de construção, destacam-se: Umidade. Densidade. Retratibilidade. Resistência ao fogo. Durabilidade natural. Resistência química.
Propriedades Físicas Devido à orientação das fibras da madeira e à sua forma de crescimento, as propriedades variam de acordo com três eixos perpendiculares entre si: longitudinal, radial e tangencial, como pode ser visto na figura a seguir.
Propriedades Físicas Eixos principais da madeira em relação à direção das fibras (Fonte: Calil, 1998)
Umidade Propriedades Físicas A resistência da madeira varia com seu teor de umidade. Com o aumento do teor de umidade da madeira observa-se uma diminuição em sua resistência, esta diminuição de resistência é mais sensível para baixos teores de umidade, e é praticamente desprezível para elevados teores de umidade. Para comparar a resistência de duas espécies, ou peças, a uma determinada solicitação, é necessário estabelecer-se um teor de umidade de referência, pois uma espécie de menor resistência, com baixo teor de umidade, pode aparentar maior resistência que uma espécie sabidamente mais resistente, porém com elevado teor de umidade.
Umidade Propriedades Físicas A nova versão da norma brasileira, NBR 7190 - Projeto de Estruturas de Madeira, da ABNT (1997), baseada no método probabilista dos estados limites, a exemplo da maioria das normas internacionais, adota a umidade de referência de 12%. Uma espécie, ou peça, é considerada mais resistente que outra, a uma determinada solicitação, se sua resistência, ao teor de umidade de referência de 12%, for superior.
Umidade Propriedades Físicas É determinada pela expressão: w = m 1 m 2 m 2 x 100 m1 = massa úmida m2 = massa seca
Propriedades Físicas DENSIDADE REAL Trata-se da relação entre a massa da madeira contida na amostra considerada e o volume efetivamente ocupado por ela, descontados os vazios internos ocupados pela água e pelo ar. Somente o volume, Sem vazios internos!
Propriedades Físicas DENSIDADE BÁSICA Convencionalmente é definida pela razão entre a massa seca da amostra considerada e o respectivo volume nas condições de total saturação, ou seja, tendo todos os seus vazios internos preenchidos por água. ρ bas = m s V sat (g/cm³) m s = Massa seca V sat = Volume saturado
DENSIDADE APARENTE Propriedades Físicas Convencionalmente é definida pela razão entre a massa e o volume de dois corpos-deprova para um dado teor de umidade (U%). No caso da NBR 7190/1997, a densidade aparente se refere a amostras com umidade de 12%. ρ ap = m 12 V 12 (g/cm³)
Propriedades Físicas RETRATIBILIDADE Define-se retratibilidade como sendo a redução das dimensões em uma peça da madeira pela saída da água de impregnação. A madeira apresenta comportamentos diferentes de acordo com a direção em relação às fibras e aos anéis de crescimento.
Propriedades Físicas RETRATIBILIDADE Em ordem decrescente de valores, encontra-se a retração tangencial com valores de até 14% de variação dimensional, podendo causar também problemas de torção nas peças de madeira. Na seqüência, a retração radial com valores da ordem de 6% de variação dimensional, também pode causar problemas de rachaduras nas peças de madeira. Por último, encontra-se a retração longitudinal com valores de 0,4% de variação dimensional.
RETRATIBILIDADE
Propriedades Físicas Um processo inverso também pode ocorrer, o inchamento, que se dá quando a madeira fica exposta a condições de alta umidade onde ao invés de perder água ela absorve, provocando um aumento nas dimensões das peças.
Propriedades Físicas RESISTÊNCIA DA MADEIRA AO FOGO Erroneamente, a madeira é considerada um material de baixa resistência ao fogo. Uma peça de madeira exposta ao fogo torna-se um combustível para a propagação das chamas, porém, após alguns minutos, uma camada mais externa da madeira se carboniza tornando-se um isolante térmico, que retém o calor, auxiliando, assim, na contenção do incêndio, evitando que toda a peça seja destruída.
Propriedades Físicas RESISTÊNCIA DA MADEIRA AO FOGO A proporção de madeira carbonizada com o tempo varia de acordo com a espécie e as condições de exposição ao fogo. Entre a porção carbonizada e a madeira sã encontrase uma região intermediária afetada pelo fogo mas não carbonizada, porção esta que não deve ser levada em consideração na resistência.
Resistência ao fogo (Fonte: CALIL, 1998) Propriedades Físicas
Propriedades Físicas RESISTÊNCIA DA MADEIRA AO FOGO Outra característica importante da madeira com relação ao fogo é o fato de não apresentar distorção quando submetida a altas temperaturas, tal como ocorre com o aço, dificultando assim a ruína da estrutura.
Propriedades Físicas Viga de Madeira Carbonizada Perfil Metálico Retorcido Resistência ao fogo (Fonte: CALIL, 1998)
DURABILIDADE NATURAL Propriedades Físicas A durabilidade da madeira, com relação à bio-deterioração, depende da espécie e das características anatômicas. Certas espécies apresentam alta resistência natural ao ataque biológico enquanto outras são menos resistentes. A baixa durabilidade natural de algumas espécies pode ser compensada por um tratamento preservativo adequado às peças, alcançando-se assim melhores níveis de durabilidade, próximos dos apresentados pelas espécies naturalmente resistentes.
Propriedades Físicas RESISTÊNCIA QUÍMICA A madeira, em linhas resistência a ataques químicos. gerais, apresenta boa Em muitas indústrias é preferida em lugar de outros materiais que sofrem mais facilmente o ataque de agentes químicos. Em alguns casos a madeira pode sofrer danos devidos ao ataque de ácidos ou bases fortes. O ataque das bases provoca aparecimento de manchas esbranquiçadas decorrentes da ação sobre a lignina e a hemicelulose da madeira. Os ácidos também atacam a madeira causando uma redução no seu peso e na sua resistência.
Atividade 01 01) Para quais fins estruturais são utilizadas as peças de madeira? 02) Como a madeira pode ser classificada? E, qual o tipo de madeira que apresenta maior resistência? 03) Quais são as propriedades Físicas da Madeira? Descreva a importância de cada uma delas estruturalmente. 04) De que maneira o teor de Umidade influencia na resistência da madeira? 05) Defina: a) Densidade básica b) Densidade Aparente c) Densidade Real
BIBLIOGRAFIA ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6230 - ENSAIOS FÍSICOS E MECÂNICOS DE MADEIRAS. ABNT. Rio de Janeiro. 1980.. NBR 7190 - PROJETO DE ESTRUTURAS DE MADEIRAS. ABNT. Rio de Janeiro. 1997. CALIL, Carlito Junior. ESTRUTURAS DE MADEIRA USP São Paulo. 1998. CALIL Jr., C.; LAHR, F.A.R.; DIAS, A.A. - DIMENSIONAMENTO DE ELEMENTOS ESTRUTURAIS DE MADEIRA. Ed. Manole, Barueri, SP, 2003. MAINIERI, C.; CHIMELO, J.P. - FICHAS DE CARACTERÍSTICAS DAS MADEIRAS BRASILEIRAS. IPT Instituto de Pesquisas Tecnológicas, Divisão de Madeiras, São Paulo, 1989. MOLITERNO, A. - CADERNO DE PROJETO DE TELHADOS EM ESTRUTURAS DE MADEIRA. Ed. Edgard Blücher Ltda, São Paulo, 1981.