madeira para construção

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MADEIRA PARA CONSTRUÇÃO
PCC 3221
Materiais de Construção I
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Objetivos
•Permitir aos alunos:
•Compreender as propriedades relevantes da madeira 
para uso na construção e como a sua microestrutura 
influencia no seu comportamento.
• Entender suas aplicações, considerando os diferentes 
processos de produção, 
• Entender os impactos ambientais associados ao uso 
da madeira.
• Entender aspectos de durabilidade.
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Madeira: 
compósito 
polimérico 
natural
Material fibroso
(tubos longos e vazados)
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Fibras: constituição
• Composta por 
macromoléculas de 
celulose, unidades 
com lignina 
(e hemicelulose)
DOI: 10.1098/rsif.2014.0126; ILLSTON (2010)
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Porosidade: depende da espécie
DOI: 10.1098/rsif.2014.0126
Sessão transversal de madeira Bétula (acima) e Carvalho (abaixo)
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Espécies
•Coníferas
• Crescimento mais rápido 
(geralmente), mais mole, 
mais porosa. 
• Típica de clima temperado
• Ex: pinus, pinheiro do Paraná
• Folhosas
• Crescimento mais lento
(geralmente), mais dura, 
menos porosa.
• Típica de clima (sub)tropical
• Ex: mogno, cerejeira, ipê, Pau Brasil,
eucalipto (cresce rápido...não é uma regra)
O que são madeiras de reflorestamento? Madeiras plantadas 
industrialmente, porque possuem crescimento mais rápido.
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Coníferas “softwood”
facilita corte, mais porosa
7
Folhosas “hardwood”
mais densa, mais resistente, 
mais durável
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Madeira: defeitos
•Nós 
•galhos do tronco
•Mudam orientação das 
fibras
•Afetam 
•Resistência mecânica
•Durabilidade
•Estética
•MATERIAL HETEROGÊNEO
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Madeira: anisotropia
• Fibras 
• tem orientação 
longitudinal, de acordo 
com o crescimento
• Corte
• define planos, com fibras 
orientadas, ou não, no 
eixo perpendicular 
(aplicação da carga).
•Resistência-deformação 
depende dos eixos
1(L) 2(R)3(T)
Direção 
perpendicular
à fibra
2 (R)
1 (L)
3 (T)
Eixo 
radial
Eixo tangencial
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Exercício 1: identifique os eixos, com base 
nos possíveis cortes
Wood Handbook (2010)
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Madeira: é higroscópica
Classes de 
umidade
UR ambiente 
(URamb)
UR equilíbrio na 
madeira (UReq)
1 < 65 % 12 %
2 65 % a 75% 15 %
3 75 % a 85% 18 %
4 > 85% > 25 %
Classificação da NBR 7190/1996
A madeira, quando seca, perde água por evaporação. 
Retração por secagem pode ser um problema.
btsweet.blogspot.com
Wood handbook (2010)
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Madeira e umidade: inchamento-retração
volumétrica
tangencial
radial
axial
U (%)
Dimensões
Vsat
Vu
Vseca u PS = ponto de 
saturação das fibras 
~30%
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Secagem: pode afetar a qualidade da 
madeira
Wood Handbook (2010)
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Resistência x umidade da madeira
Ponto de saturação
das fibras
Illston (2010)
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Madeira: estruturas de cobertura
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Resistência (avaliação): componentes
Resistência à flexão (bending test)
Resistência à compressão
(normal e paralela à fibra)
NBR 7190 (Anexo B)
normal paralela
Resistência à tração (normal e paralela à fibra)
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Como rompe a madeira?
• Ruptura e propagação da fratura entre fibras
• Escorregamento (na hemicelulose), 
instabilidade (por flambagem)
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Propriedades mecânicas da madeira: 
depende da espécie
NBR 7190
ap(12) = massa específica aparente a 12 de umidade
fc0 = resistência à compressão paralela às fibras
ft0 = resistência à tração paralela às fibras
ft90 = resistência à tração normal às fibras
fv = resistência ao cisalhamento
Ec0 = módulo de elasticidade longitudinal
obtido no ensaio de compressão paralela às fibras
 
Nome 
comum 
 
Nome 
científico 
ap(12) 
(Kg/m3) 
fc0 
(MPa) 
ft0 
(MPa) 
ft90 
(MPa) 
fv 
(MPa) 
Ec0 
(MPa) 
 
n 
Pinho do Paraná Araucaria angustifolia 580 40,9 93,1 1,6 8,8 15225 15 
Pinus caribea Pinus caribea var. caribea 579 35,4 64,8 3,2 7,8 8431 28 
Pinus 
bahamensis 
Pinus caribea 
var.bahamensis 
 537 32,6 52,7 2,4 6,8 7110 32 
Pinus 
hondurensis 
Pinus caribea 
var.hondurensis 
 535 42,3 50,3 2,6 7,8 9868 99 
Pinus elliottii Pinus elliottii var. elliottii 560 40,4 66,0 2,5 7,4 11889 21 
Pinus oocarpa Pinus oocarpa shiede 538 43,6 60,9 2,5 8,0 10904 71 
Pinus taeda Pinus taeda L. 645 44,4 82,8 2,8 7,7 13304 15 
 
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Propriedades mecânicas da madeira: 
depende da espécie
NBR 7190
Nome comum Nome científico ap(12%) fc0 ft0 ft90 fv Ec0
kg/m3 MPa MPa MPa MPa MPa
Jatobá Hymenaea spp 1074 93,3 157,5 3,2 15,7 23607
Angelim 
Araroba
Votaireopsis 
araroba 688 50,5 69,2 3,1 7,1 12876
Angelim Ferro Hymenolobium spp 1170 79,5 117,8 3,7 11,8 20827
Cedro amargo Cedrella odorata 504 39,0 58,1 3,0 6,1 9839
Cedro Doce Cedrella spp 500 31,5 71,4 3,0 5,6 8058
E. Citriodora Eucalyptus citriodora 999 62,0 123,6 3,9 10,7 18421
E. Grandis Eucalyptus grandis 640 40,3 70,2 2,6 7,0 12813
ap(12) = massa específica aparente a 12 de umidade
fc0 = resistência à compressão paralela às fibras
ft0 = resistência à tração paralela às fibras
ft90 = resistência à tração normal às fibras
fv = resistência ao cisalhamento
Ec0 = módulo de elasticidade longitudinal
obtido no ensaio de compressão paralela às fibras
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Resistência x densidade da madeira
ILLSTON (2010)
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Resistência 90:direção dos anéis de 
crescimento
Efeito do ângulo de medida nas 
propriedades mecânicas da madeira. Q/P 
é a razão da propriedade mecânica 
perpendicular a fibra (Q) e a paralela à 
fibra (P); N é a propriedade mecânica 
mensurada para um dado ângulo θ em 
relação à fibra e n é uma constante 
empírica. Wood Handbook (2010)
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Propriedades mecânicas:
valor característico (estatístico) da madeira
•Método probabilístico – distribuição normal (n> 30)
NBR 7190
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Propriedades mecânicas:
valor característico (estatístico) da madeira
•Estimador (6 < n < 12)
em ordem crescente NBR 7190
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Madeira: projeto estrutural deve considerar 
a fluência
• Deformação (flechas limites)
• L /350 (vão)
•L/175 (balanços)
Vão (distância entre os apoios)
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Fluência da madeira: depende do nível de 
carregamento
ILLSTON (2010)
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Fluência da madeira: depende do tipo de 
tratamento
www.vtt.fi/inf/pdf/jurelinkit/RTE_Ranta-Maunus3.pdf
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Fluência da madeira: depende do tipo de 
tratamento
www.vtt.fi/inf/pdf/jurelinkit/RTE_Ranta-Maunus3.pdf
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Madeira após incêndio:
mitos e verdades
• Madeira pega fogo, pois é 
constituída de carbono.
• Porém, contém água em sua 
composição.
• O calor específico da água é 
elevado; ou seja, requer muita 
energia para mudar de estado 
(evaporar).
• Ou seja, a madeira demora 
para ser consumida pelo fogo e 
perder suas propriedades 
mecânicas!
https://madeiraestrutural.wordpress.com/2009/07/13/a-madeira-um-material-resistente-ao-fogo/
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Madeira após incêndio: peças espessas 
não causam situações críticas de segurança
Peças espessas não são o problema: detecção e dimensionamento
Peças de baixa espessura?
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• https://forms.microsoft.com/Pages/ResponsePage.aspx?id=Df4QE
NZFcEGcNSPhF6j3zvjHDBzPM-
tJkC2jAOoyIcBUQjVTSjVEUzBTSkxYNUg4OVEzNFA3QktOWi4u
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Como se obtém a madeira convencional? 
Quais impactos ambientais são gerados?
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Recurso natural renovável: fixa CO2
•Madeira (celulose): é obtida a partir das cadeias de 
glicose, obtidas pela reação da fotossíntese. 
6H2O + 6CO2 + Energia (Luz) → C6H12O6+ 6O2
http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/BioBookPS.html
bens renováveis (disponíveis na natureza)
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Florestas Naturais: 
são estoques naturais de carbono
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Extração predatória (não manejada):baixo aproveitamento de madeira
estradas serrarias
Áreas de estoque
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Madeira ilegal e desmatamento:
consequências
Produtos : resíduos
1 : 8
http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3146/tde-12062013-170523/pt-br.php
8,6t
69,4t
222t
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69,4 t de Resíduos florestais serão 
decompostos para gerar 8,6t de madeira
• Queima ou biodeterioração aeróbica
•1kg de madeira = 0,48 kg de Carbono
C + O2→ CO2
12 32 44 kg
1kg de C → ~3,7 kg de CO2
•Exercício 3: Qual a emissão tCO2/t de 
madeira amazônica serrada?
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Madeira Amazonica
não manejada
legal ou ilegal
9,5 – 16,5 t CO2/t
Desmatamento
principal causa do GEE no Brasil
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Qual a pegada de CO2 da
madeira plantada?
A plantação de eucaliptos e pinus cresce capturando o CO2. 
Na decomposição do resíduo e da madeira este CO2 é liberado
para atmosfera. O balanço é neutro.
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Como degrada? 
Como considerar aspectos de durabilidade no 
projeto?
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Fungos
• Manchadores
• Peças úmidas, ciclos 
molhagem-secagem
• Efeito estético
• Sem prejuízo as propriedades 
mecânicas
• Apodrecedores
• Peças úmidas, ciclos 
molhagem-secagem
• Prejuízo as propriedades 
mecânicas (destrói fibras)
Madeira Pinus (bolor) Madeira piquiarana
(Caryocar sp)
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Cupins
• Alimenta-se da celulose
(destrói a estrutura da madeira)
www.markleyspest.com/Termites.php
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Conceitos básicos de biodeterioração 
(fungos e bactérias)
ÁguaNutrientes
(celulose, 
sujeira)
Temperatura Tempo
ATIVIDADE BIOLÓGICA
Como evitar (projetar p/ durar mais)?
- Ambiente seco
- Temperaturas baixas
Oxigenio
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Detalhes de projeto: o que deve ser evitado
(proteção contra a umidade)
Falta de beirais e recuos adequados
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Detalhes de projeto: o que deve ser evitado
Manchas de cimento sobre madeira crua.
http://www.revistatechne.com.br/engenharia-
civil/135/imprime93278.asp 
Falta de verniz (exposição a luz – envelhecimento)
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Detalhes de projeto: 
boas práticas
Projetista: Stefano Capretti
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Categorias dos climas e recomendações:
cap.34 (livro ibracon); NBR 7190 (anexo D) 
Classes 
de risco
Condições Agentes
1 Protegida (UR < 65%), s/ contato 
com solo ou alvenaria
Cupins (alguns locais)
2 Protegida (UR < 65%), contato com 
alvenaria
Cupins (incluindo 
subterrâneo)
3 Exposta a umidade (não frequente), 
s/ contato com solo 
Cupins (todos os tipos), 
fungos (manchadores, 
apodrecedores)4 Exposta a umidade (frequente), s/ 
contato com solo
5 Contato com água doce e solo
6 Água do mar Teredos, 
fungos (todos os tipos) 
Agressividade do m
eio
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Recomendações
• Evitar contato com a alvenaria, o solo, e locais 
úmidos
• Em locais úmidos (não frequentes), proteger a 
madeira com sistema de pintura (verniz, stain)
• Contém fungicidas
• Em contato frequente com água doce e solo ou 
água do mar, madeira precisa ser tratada com 
fungicidas e inseticidas.
• Mais comuns (CCA – cromo/arsênio)
• São substâncias solúveis e tóxicas. Contaminam o 
ambiente!!!
• Há outras soluções ??????
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É possível “engenheirar” a madeira? 
Que aspectos podemos melhorar?
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EngineeredWoods: “man-made!”
• Há diversas razões para industrializar
a madeira
•Reduzir a heterogeneidade
•Reduzir a anisotropia
•Melhorar as propriedades mecânicas
• Reduzir as variações dimensionais (deformabilidade)
• Aumentar a resistência
•Aumentar o aproveitamento da tora
• Nem toda a seção da tora é apta ao uso estrutural
•Melhorar a durabilidade
• Secar melhor, reduzir vazios (por prensagem e aquecimento), 
torná-la não-molhável ou menos susceptível ao ataque biológico 
(ácido acético).
https://en.wikipedia.org/wiki/Engineered_wood#Laminated_timber
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Quais são os tipos de madeiras 
“engenheiradas”?
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Madeira aglomerada (particle board): 
menores variações dimensionais, é sensível a umidade
+ +
Aglomerado
Fragmentos de 
madeira (mm)
Cola (a base de 
formaldeído)
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Oriented Strand Board (OSB): 
resistência/rigidez, menores variações dimensionais
Tiras de madeira orientadas, secas e prensadas com 5% 
de resinas (fenol-formaldeído, uréia-formaldeído)
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Madeira compensada (plywood): 
resistência/rigidez, menores variações dimensionais
Lâminas finas coladas com resinas 
(a base de formaldeído), com fibras orientadas 
perpendicularmente. Podem ser prensadas a quente.
Lâmina 1 Lâmina 2 Lâmina 3
+ +
Compensados
Diversas espessuras (4-25mm) e 
camadas (3, 5, 7, 9, 13)
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Madeira Laminada (laminated venner lumber):
peças estruturais em grandes vãos
PU
Uso de pressão e temperatura
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Medium (or high) density fiberboard
(MDF/HDF)
Fibras (< 0.1 mm) prensadas
com resinas (~10%)
Tratamento termomecânico
aumenta compacidade, aumenta densidade, reduz vazios
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Usos diversos na construção:
painéis, fôrmas, móveis, pisos
Móveis decorados são constituídos de madeira aglomerada 
ou MDF, cobertos com revestimento melamínico
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Usos como painéis (casas pré-fabricadas)
Densidade OSB – 700 kg/m³; Rigidez (1,9-4,8 GPa).
Resistência à flexão (15-28 MPa)
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Compensados de madeira (fôrmas):
uso externo requer revestimento melamínico
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Piso 
(madeira laminada)
HDF
Barreira acústica, c/ umidade
Resina melanina (desgaste a abrasão)
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Laminated (or cross-laminated timber): 
casas, edifícios, fundações pré-fabricadas
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https://www.apawood.org/ewp-training-module-a
La
m
in
at
ed
Ve
nn
er
Lu
m
be
r
(L
VL
)
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Há diversos tipos de madeira. Como 
gerenciar esse resíduos?
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Madeira: produto com ciclo de vida curto
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Resíduos de madeira: como gerenciar?
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Resíduos de madeira: 
triar para (melhor) reciclar
Engineered woods
Contém colas, resinas, tintas 
(pode conter formaldeído). 
VOCs (polui ambiente interno)
Podem ser reciclados 
(biomassa-energia).
Processos de queima 
(> 800ºC)
Madeira tratada (CCA, etc)
São resíduos perigosos. Não podem 
ser incinerados. Destinação possível 
(aterro industrial classe I). Lixiviação 
contamina solo e água (Ar).
Madeira serrada
Não há substâncias perigosas. 
Podem ser reciclados como 
madeira, biomassa-energia. 
Qualquer processo industrial de 
queima (sem restrição)
Manual ABIPA. Gerenciamento de resíduos de madeira 
industrializada na construção civil.
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Leitura Obrigatória
• Ilston; Domone. Caps 52, 53, 54 e 55. 
Disponíveis no moodle.
• Wood Handbook. Cap 11. Disponível no 
moodle.
• ABIPA. Gerenciamento de resíduos de 
madeira industrializada na construção civil. 
Disponível no moodle.
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Leitura Complementar
• Forest Products Laboratory (USA). Wood handbook. 
2010. www.fpl.fs.fed.us/documnts/fplgtr/fplgtr113/fplgtr113
•Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). 
Projeto de Estruturas de Madeira – NBR 7190/96 –
Anexos.
• IPT. Catálogo de Madeiras Brasileiras para a 
Construção Civil. 2013. https://www.wwf.org.br/
• IBAMA. Fichas de madeira 
http://www.ibama.gov.br/lpf/madeira