Aula 01 - Madeira

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Introdução e Generalidades da Madeira
A madeira é um recurso proveniente de
árvores, composto por células especializadas
que fornecem resistência e suporte estrutural às
plantas, sendo um material natural renovável
amplamente utilizado na construção, mobiliário
e uma variedade de outros fins.
Utilidade
Pode ser usada para construir obras definitivas
como:
● Pontes;
● Residências;
● Passarelas;
Obras provisórias, como:
● Ensecadeiras (reter fluxo de água para
executar obras, como barragens, por
exemplo);
Pode ser usada também para material auxiliar
de estrutura de concreto, como formas:
Até mesmo com acabamento de casas, como
rodapés e forros.
Geração de energia
A madeira pode ser usada para geração de
energia, com a queima da madeira como
biomassa, onde ela é transformada em calor
através da combustão e utilizada para gerar
vapor que aciona turbinas de uma usina
termelétrica, produzindo eletricidade.
1. Primeiramente, a madeira é coletada e
processada para ser utilizada como
combustível. Ela pode ser obtida de
diferentes fontes, como resíduos de
serrarias, podas de árvores, madeira
descartada de construções ou até
mesmo de florestas manejadas de forma
sustentável.
2. Após o processamento, a madeira é
queimada em uma caldeira de
biomassa, onde ocorre a liberação de
calor. Esse calor é utilizado para
aquecer a água, transformando-a em
vapor de alta pressão. Esse vapor é
direcionado para turbinas, que são
equipamentos rotativos acionados pelo
vapor.
3. À medida que o vapor passa pelas
turbinas, ele provoca seu movimento,
gerando energia mecânica. Essa
energia mecânica é então convertida em
eletricidade por meio de geradores
acoplados às turbinas. A eletricidade
gerada é então direcionada para a rede
elétrica, podendo ser utilizada por
indústrias, residências, comércios e
outras demandas energéticas.
Vantagens
● Resistência mecânica competitiva ao
concreto, em termos de tração, flexão e
compressão.
● Facilidade do manuseio, de modo que
um carpinteiro executa simples detalhes
em praticamente todo tipo de madeira.
● Bom isolante térmico:
O coeficiente de condutibilidade térmica é uma
medida da capacidade de um material transmitir
calor. Quanto menor o valor do coeficiente de
condutibilidade térmica, melhor é o isolamento
térmico do material, ou seja, menor será a
transferência de calor através dele.
De acordo com os valores mencionados na sua
apostila, o pinho (um tipo de madeira)
apresenta coeficientes de condutibilidade
térmica mais baixos do que o concreto e o
material cerâmico, indicando que a madeira é
um bom isolante térmico em comparação a
esses materiais.
Na direção paralela às fibras do pinho, o
coeficiente de condutibilidade térmica é de 0,17
kcal/m².hora.ºC. Isso significa que, nessa
direção, a madeira tem uma capacidade
relativamente boa de restringir a transferência
de calor.
Já na direção normal às fibras do pinho, o
coeficiente de condutibilidade térmica é ainda
menor, com um valor de 0,09 kcal/m².hora.ºC.
Isso indica que, quando o calor se propaga
perpendicularmente às fibras da madeira, ela
oferece uma resistência ainda maior à
transferência de calor.
Comparativamente, o concreto possui um
coeficiente de condutibilidade térmica de 1,20
kcal/m².hora.ºC, o que indica que é um material
menos eficiente no isolamento térmico em
comparação ao pinho.
Da mesma forma, o material cerâmico
apresenta um coeficiente de conductibilidade
térmica de 0,70 kcal/m².hora.ºC, indicando que
também é menos eficaz como isolante térmico
em comparação ao pinho.
Portanto, esses valores destacam a vantagem
da madeira, especialmente o pinho, como um
bom isolante térmico, o que pode ser benéfico
em aplicações onde é necessário controlar a
transferência de calor, como na construção de
paredes, telhados e pisos com propriedades
isolantes.
● Menor peso próprio, em comparação ao
concreto.
● Absorção acústica e suas propriedades
dielétricas.
A madeira possui considerável absorção
acústica, o que significa que ela tem a
capacidade de absorver e reduzir a propagação
do som. Isso se deve à sua estrutura porosa,
que permite que as ondas sonoras penetrem e
se dissipam dentro do material, em vez de
serem refletidas de volta ao ambiente. Essa
característica torna a madeira um bom material
para o controle do ruído, tornando os espaços
mais silenciosos e acusticamente confortáveis.
Além disso, a madeira é um material seco, o
que significa que tem baixa condutividade
elétrica. Isso faz com que a madeira seja
satisfatoriamente dielétrica, ou seja, possui uma
resistência elétrica adequada para isolar e não
conduzir eletricidade. Essa propriedade é
especialmente relevante em aplicações elétricas
e eletrônicas, onde é importante ter um material
isolante que evite o fluxo indesejado de corrente
elétrica.
Essas vantagens da madeira, sua absorção
acústica e propriedades dielétricas, tornam-na
um material versátil em diversas aplicações. Ela
pode ser utilizada em ambientes onde se deseja
um bom desempenho acústico, como estúdios
de gravação, salas de concertos ou espaços de
trabalho que exigem um nível de ruído reduzido.
Além disso, a madeira é empregada em
diversas indústrias, como a indústria elétrica e
eletrônica, para isolamento e proteção de
componentes e circuitos elétricos.
● Pode ser trabalhada com ligações
simples:
A madeira é um material que permite diferentes
tipos de ligações simples, como pregos,
parafusos, encaixes, cola, entre outros.
Essas ligações simples são chamadas assim
porque não requerem técnicas complexas ou
equipamentos especializados para serem
realizadas. Elas são acessíveis e podem ser
executadas com ferramentas comuns de
marcenaria, como martelo, chave de fenda,
cola, serra, entre outras.
Essa capacidade de trabalhar a madeira com
ligações simples oferece flexibilidade na
construção e fabricação de estruturas e objetos.
É possível montar e desmontar peças de
madeira, fazer ajustes e modificações com
relativa facilidade, o que permite maior
versatilidade e adaptabilidade durante o
processo de criação.
Além disso, a capacidade de utilizar ligações
simples facilita a manutenção e reparo de
estruturas de madeira. Se uma peça estiver
danificada ou precisar ser substituída, é
possível remover e substituir apenas a peça
danificada sem afetar as demais.
Portanto, a possibilidade de trabalhar a madeira
com ligações simples oferece uma vantagem
prática e funcional, tornando-a um material
conveniente para construção, marcenaria e
outras aplicações onde a montagem e a
desmontagem são importantes.
● Consome pouca energia em seu
processamento.
● Apresenta reduzido custo de
produção.
Desvantagens
Falta de homogeneidade: A madeira não é um
material homogêneo, o que significa que suas
propriedades podem variar dentro de uma
mesma espécie de árvore ou até mesmo em
diferentes partes de uma única peça de
madeira. Isso pode afetar sua resistência,
durabilidade e outras características.
Anisotropia: A anisotropia é uma característica
da madeira em que suas propriedades
mecânicas e físicas variam de acordo com a
direção considerada. Existem três direções
principais: radial (do centro para a casca da
árvore), tangencial (ao redor do tronco da
árvore) e longitudinal (ao longo das fibras da
árvore). Essa variação pode influenciar na
forma como a madeira se comporta sob
diferentes tipos de carga.
Variação de propriedades: Dentro de uma
mesma espécie de madeira, as propriedades
mecânicas e físicas podem variar. Isso ocorre
devido a fatores como a idade da árvore, o local
de crescimento, o clima e outros aspectos. Essa
variação torna importante considerar a seleção
cuidadosa do tipo de madeira para garantir que
suas propriedades atendam aos requisitos
desejados.
Possibilidade de defeitos: A madeira está
sujeita a diversos tipos de defeitos, como nós,
rachaduras, empenamento e apodrecimento.
Esses defeitos podem afetar a resistência, a
estabilidade e a aparência da madeira, o que
pode limitar suas aplicações ou exigir
tratamentos adicionais.
Higroscopia: Variação das propriedades em
decorrênciada variação de umidade dentro das
fibras da madeira.
Se desprotegida, apresenta durabilidade
inferior e limitada, devido ao ataque de agentes
deteriorantes, como insetos e fungos. Porém,
tratamentos adequados garantem durabilidade
superior a 50 anos (o mínimo para obras de
engenharia civil).
Tipos
As madeiras podem ser classificadas em dois
tipos:
1. Madeiras duras, dicotiledôneas ou hard
woods.
2. Madeiras moles, coníferas ou soft
woods.
Dentre as dicotiledôneas mais comuns,
destaque para a maioria das espécies
amazônicas, como eucalipto, aroeira, ipê e
jatobá. As coníferas apresentam densidade e
resistência mecânica menores em relação às
dicotiledôneas. Por isso, são conhecidas como
“madeiras moles”. Dentre as espécies de
coníferas mais comuns, encontram-se os pinus
e o pinho do Paraná.
Eucalipto
Pinho do Paraná
Com o avanço da tecnologia, foram
desenvolvidas técnicas para mitigar as
características negativas da madeira. Algumas
delas são:
Processos de secagem controlada: Para
contornar as pressões internas causadas pelas
mudanças na umidade da madeira, foram
desenvolvidos métodos de secagem artificial
controlada. Esses processos permitem remover
a umidade de forma mais uniforme, reduzindo a
possibilidade de deformações, rachaduras e
empenamentos, melhorando a estabilidade
dimensional da madeira.
Tratamento de preservação: A madeira está
sujeita ao ataque de predadores naturais, como
cupins, vespas e besouros. Para proteger a
madeira contra esses agentes, foram
desenvolvidas técnicas de tratamento de
preservação. Esses tratamentos envolvem a
aplicação de produtos químicos que impregnam
a madeira, tornando-a resistente a insetos,
fungos e outros organismos que podem causar
danos.
Aglomerados, laminados e compensados:
são materiais derivados da madeira que foram
desenvolvidos para superar as limitações da
madeira maciça, como anisotropia (variação de
propriedades em diferentes direções) e
heterogeneidade das fibras.
● Aglomerados: Os aglomerados são
feitos de partículas de madeira, como
cavacos ou serragem, que são unidas
por adesivos especiais e prensadas em
painéis. Esses painéis são uniformes e
possuem propriedades mecânicas e
físicas mais consistentes do que a
madeira maciça. Eles são utilizados em
uma variedade de aplicações, como
móveis, portas, pisos e painéis de
parede.
● Laminados: Os laminados são
formados por finas camadas de folhas
de madeira, chamadas lâminas, que são
coladas umas sobre as outras com
adesivos. Essas camadas são
geralmente dispostas
perpendicularmente umas às outras, o
que aumenta a resistência e a
estabilidade do material. Os laminados
podem ser usados em pisos, móveis,
portas e acabamentos decorativos.
● Compensados: Os compensados
consistem em várias camadas de
lâminas de madeira sobrepostas e
coladas entre si, com as fibras em cada
camada dispostas em direções
alternadas. Isso confere ao compensado
uma alta resistência, rigidez e
estabilidade. Os compensados são
amplamente utilizados na construção
civil, como em paredes estruturais,
telhados, pisos e embalagens.
Esses materiais derivados da madeira oferecem
vantagens em relação à madeira maciça. Eles
proporcionam maior uniformidade nas
propriedades mecânicas e físicas, reduzindo a
variação entre diferentes partes do material.
Além disso, a forma como as camadas são
dispostas e unidas aumenta a resistência e a
estabilidade estrutural. Isso os torna ideais para
aplicações onde a consistência e a durabilidade
são importantes, permitindo um uso mais
eficiente da madeira e reduzindo o desperdício.
Fluxorama
O fluxograma apresentado na Figura 5 ilustra o
processo de produção de diferentes materiais
derivados da madeira. Vamos explicar cada item
de forma organizada:
Madeira roliça: É a madeira em forma de
troncos ou toras, obtida a partir do corte de
árvores. Ela serve como matéria-prima para os
demais itens do fluxograma.
Peças estruturais: A partir da madeira roliça,
são produzidas peças estruturais, que são
utilizadas na construção civil, como vigas,
pilares e tábuas. Essas peças têm a finalidade
de proporcionar suporte e estabilidade em
diferentes estruturas.
Chapas de madeira compensada (lâminas):
Parte da madeira roliça é aproveitada para
produzir chapas de madeira compensada,
também conhecidas como lâminas. Essas
chapas são formadas por camadas de lâminas
de madeira sobrepostas e coladas entre si, com
as fibras em direções alternadas. A madeira
compensada é utilizada em diversos setores,
como na construção civil, marcenaria,
fabricação de móveis e embalagens.
Chapas de madeira aglomerada (aparas): A
madeira residual resultante do processo de
produção das lâminas é aproveitada para
produzir chapas de madeira aglomerada. Nesse
processo, as aparas de madeira são unidas
com adesivos especiais e prensadas, formando
uma chapa compacta. As chapas de madeira
aglomerada têm uma variedade de aplicações,
incluindo móveis, portas, pisos e painéis de
parede.
Chapas de madeira reconstituída: Além das
chapas de madeira aglomerada, a madeira
residual também pode ser utilizada para
produzir chapas de madeira reconstituída. Esse
processo envolve a fragmentação da madeira
em fibras, que são aglutinadas com adesivos e
prensadas para formar chapas. Essas chapas
são utilizadas principalmente na fabricação de
móveis e em outros produtos de madeira.
Subprodutos: Os subprodutos resultantes dos
processos de produção, como resíduos de
madeira, são aproveitados para diferentes fins.
A partir desses subprodutos, é possível obter
diversos compostos químicos, como lignina,
taninos, resinas, açúcares e álcoois.
● Lignina: É um polímero natural presente
na madeira que pode ser extraído e
utilizado em diversas aplicações, como
na indústria de adesivos, tintas,
fertilizantes e produtos químicos.
● Taninos: São compostos naturais
encontrados na madeira que podem ser
utilizados para diversas finalidades,
como na produção de produtos
farmacológicos, curtumes e corantes.
● Resíduos: Os resíduos de madeira
podem ser aproveitados como biomassa
para geração de energia, tanto na forma
de calor quanto de eletricidade,
contribuindo para a produção de energia
renovável.
● Celulose: A partir dos subprodutos da
madeira, como resíduos e fibras, é
possível obter celulose, que é utilizada
como matéria-prima na produção de
papel, rayon (um tipo de tecido) e outros
compostos químicos.
Energia para produção de peças
1 tonelada Energia (10³ Kcal)
Aço 3000
Concreto 780
Madeira 2,4
Conforme o Quadro 1, o aço consome 1250
vezes a quantidade de energia gasta pela
madeira, enquanto o concreto consome 325
vezes mais energia que a madeira. Tais
comparações evidenciam que a madeira, além
de competir com o concreto no quesito
resistência – Equações (1) e (2) –, consome
bem menos energia, o que evidencia as suas
vantagens em relação aos materiais mais
utilizados atualmente na construção civil.
Madeira Natural
Estrutura da madeira natural:
● A madeira natural possui diferentes tipos
de células, cada uma com uma função
específica, como armazenamento de
nutrientes e condução de seiva.
● A estrutura celular da madeira varia
amplamente devido a fatores como solo,
clima e espécies vegetais presentes na
região.
Comportamento da madeira natural:
● A umidade afeta diretamente as
propriedades da madeira, causando
retração ou inchaço.
● A madeira natural se comporta de
maneira diferente nas três direções da
sua estrutura: radial, tangencial e
longitudinal, o que é conhecido como
anisotropia.
● Essas mudanças dependem de fatores
como densidade, umidade, parte da
árvore e temperatura.
Características da madeira:
● A madeira de árvores mais antigas é
geralmente mais resistente à flexão e
compressão, apresentando maior
densidade e estabilidade.
Tipos de madeira:
● Existem dois tipos principais: madeira
nativa na natureza e madeira
reflorestada plantada pelo homem.
● No Brasil, ocorre extração predatória de
madeira sem autorização adequada.
Para mitigar isso, foi criada a Exploração
de Impacto Reduzido (EIR) visando
conservar a flora ereduzir o impacto
ambiental.
Reflorestamento no Brasil:
● O Brasil possui uma vasta
biodiversidade, o que resulta em uma
grande quantidade de áreas
reflorestadas, especialmente com
coníferas como o pinus.
● A extensão do território brasileiro, com
diferentes climas e solos, contribui para
essa variedade de reflorestamento.
Características e Propriedades da Madeira
Características físicas
● Resistência ao fogo:
Quando a madeira é exposta ao fogo, a alta
temperatura causa a decomposição térmica dos
seus componentes orgânicos. Esse processo é
conhecido como pirólise. Durante a pirólise,
ocorre a liberação de gases inflamáveis e a
formação de uma camada de carvão na
superfície da madeira.
Essa camada de carvão é chamada de
carbonização superficial. Ela atua como uma
barreira física e química que protege as
camadas internas da madeira contra o avanço
do fogo. O carvão é composto principalmente
de carbono e tem uma baixa taxa de combustão
em comparação com a madeira não
carbonizada.
A carbonização superficial retarda a propagação
do fogo para o interior da madeira, pois a
camada de carvão impede o acesso direto do
oxigênio necessário para a combustão. Além
disso, o carvão é um isolante térmico, o que
significa que ele retarda a transferência de calor
para as camadas internas da madeira. Isso
contribui para manter a temperatura mais baixa
no interior da madeira e diminuir a intensidade
da queima.
É importante ressaltar que a carbonização
superficial não torna a madeira completamente
resistente ao fogo, especialmente em
exposições prolongadas a altas temperaturas.
Com o tempo, a camada de carvão pode se
deteriorar e permitir que o fogo se propague
para as camadas internas da madeira. Portanto,
a resistência ao fogo da madeira é relativa e
depende de vários fatores, como a espessura
da peça de madeira, a taxa de aquecimento, a
umidade e outros tratamentos de proteção
contra o fogo aplicados.
● Condutibilidade térmica, elétrica e
fônica.
● Apresenta água em seu interior, sendo:
○ Constituição: Natural da madeira;
○ Impregnação: Infiltrada.
● Retratibilidade:
A retratibilidade é uma característica da madeira
que se refere à sua tendência de sofrer
alterações dimensionais quando exposta a
variações na umidade. Existem duas formas de
avaliar a retratibilidade da madeira:
Retratibilidade volumétrica: Nesse caso, são
observados 20 corpos de prova da madeira com
o objetivo de verificar as alterações no volume
das toras de madeira. Isso significa que as
mudanças no tamanho das peças de madeira
como um todo são avaliadas, levando em
consideração o seu volume total.
Retratibilidade linear: Aqui, a avaliação é
focada na perda de comprimento das toras de
madeira. Isso significa que a diminuição no
tamanho da madeira é avaliada em termos de
comprimento. Essa perda de comprimento
ocorre principalmente quando a madeira seca,
uma vez que a redução da umidade causa a
contração das fibras.
Essas avaliações são importantes para
compreender o comportamento da madeira em
relação às variações na umidade e auxiliam no
planejamento e dimensionamento de estruturas
de madeira. É essencial levar em
consideração a retratibilidade da madeira
durante a fase de projeto, a fim de evitar
problemas como rachaduras, deformações
excessivas ou falhas estruturais devido às
alterações dimensionais da madeira.
Vale ressaltar que a retratibilidade da madeira
varia entre as espécies, sendo algumas mais
propensas a sofrer alterações dimensionais do
que outras. Além disso, fatores como a umidade
relativa do ambiente, a temperatura e a
presença de tratamentos de secagem ou
preservação também podem influenciar a
retratibilidade da madeira.
● Não é um bom isolante acústico,
comparado a outros materiais.
● A madeira resiste a altas temperaturas,
apesar de entrar lentamente em
combustão. No entanto, não perde
resistência mecânica em temperaturas
elevadas. O aço perde a resistência
mecânica em temperaturas elevadas,
mesmo não sendo inflamável.
Resistência Mecânica
Propriedades elásticas: Essas propriedades
estão relacionadas à capacidade da madeira de
se deformar e retornar à sua forma original
quando submetida a forças externas. As
propriedades elásticas mais comuns são:
● Módulo de Elasticidade Longitudinal
(E): É a medida da rigidez da madeira
ao longo das fibras (as forças
longitudinais atuam ao longo das fibras
da madeira, seguindo a direção do
crescimento das células). Indica a
capacidade da madeira de resistir à
deformação sob tensão.
● Módulo de Elasticidade Transversal
(G): Refere-se à rigidez da madeira em
relação às fibras (nessa direção, a
madeira apresenta uma resistência
mecânica inferior em comparação com a
direção longitudinal). É utilizado para
calcular a deformação da madeira
quando submetida a forças transversais
(perpendiculares às fibras).
● Coeficiente de Poisson: Descreve a
relação entre a deformação lateral e a
deformação longitudinal da madeira.
Indica a capacidade da madeira de
expandir ou contrair em resposta a uma
carga aplicada.
Propriedades de resistência: Essas
propriedades estão relacionadas à capacidade
da madeira de resistir a forças e deformações
sem sofrer falhas estruturais.
As principais propriedades de resistência são:
● Resistência à compressão: Refere-se
à capacidade da madeira de resistir à
compressão. Pode ser avaliada nas
direções normal, paralela ou inclinada às
fibras.
● Resistência à tração: Avalia a
capacidade da madeira de resistir à
tração. Geralmente, a madeira
apresenta maior resistência à tração
paralela às fibras do que à tração normal
às fibras.
● Resistência ao cisalhamento:
Refere-se à capacidade da madeira de
resistir ao deslizamento interno entre as
camadas de fibras. É calculada nas
direções vertical, horizontal e
perpendicular às fibras.
● Resistência à flexão: Avalia a
capacidade da madeira de resistir à
flexão. É um importante parâmetro para
dimensionar elementos estruturais de
madeira, como vigas e pilares.
● Resistência à torção: Refere-se à
capacidade da madeira de resistir à
torção, ou seja, à aplicação de uma
força que tende a girar a peça em torno
do seu eixo longitudinal.
● Resistência ao choque: Avalia a
capacidade da madeira de resistir a
impactos repentinos e carga dinâmica.
Umidade
A umidade da madeira pode ser determinada
com base no anexo B da NBR 7190.
A madeira removida da natureza apresenta
água livre (aplicando secagem, ela é de fácil
remoção, pois está presente nas cavidades das
células) e água impregnada (de difícil
remoção, pois está presente nas paredes
celulares), além de madeira sólida.
A NBR 7190 define, para fins de cálculos
estruturais e ensaios, a umidade como teor de
referência. Este valor gira em torno de 12%.
Densidade
A densidade básica e a densidade aparente são
medidas relacionadas à massa e ao volume da
madeira. Elas são utilizadas para caracterizar a
densidade e a qualidade da madeira.
A densidade básica é calculada dividindo-se a
massa seca da madeira pelo volume saturado.
A massa seca é obtida através da remoção de
toda a umidade da madeira, geralmente por
meio de um processo de secagem em estufa. O
volume saturado refere-se ao volume ocupado
pela madeira quando totalmente saturada de
água. Essa medida é importante, pois a madeira
pode conter umidade em sua estrutura, o que
afeta sua densidade. A densidade básica é
expressa em unidades de massa por unidade
de volume, como quilogramas por metro cúbico
(kg/m³).
Já a densidade aparente é calculada
dividindo-se a massa da madeira com uma
determinada umidade (geralmente 12%) pelo
volume saturado. A massa da madeira a 12%
de umidade é uma medida comumente utilizada
para representar a umidade "normal" da
madeira em condições de uso. A densidade
aparente também é expressa em unidades de
massa por unidade de volume, como
quilogramas por metro cúbico (kg/m³).
A diferença entre a densidade básica e a
densidade aparente está no teor de umidade
considerado. A densidade básica leva em conta
o volume saturado da madeira, enquanto a
densidade aparente considera o volumesaturado em relação a um teor de umidade
específico (geralmente 12%). Portanto, a
densidade aparente reflete a densidade da
madeira em um estado de umidade mais
próximo das condições de uso comuns.
Ambas as medidas são importantes para avaliar
a qualidade da madeira, uma vez que a
densidade está relacionada a várias
propriedades mecânicas, como resistência e
rigidez. Madeiras com maior densidade tendem
a ser mais resistentes e apresentar melhor
desempenho estrutural. No entanto, é
importante considerar que diferentes espécies
de madeira podem ter densidades básicas e
aparentes distintas, e essas medidas podem
variar ao longo da árvore, dependendo da
região do tronco considerada.
Retratabilidade
Com a saída da água impregnada na madeira,
pode haver redução em suas dimensões. Tal
propriedade é conhecida como retratibilidade.
Dependendo da direção analisada no tecido
fibroso da madeira, os valores podem ser
diferentes. A Figura 10 apresenta a retração de
um tecido lenhoso com a saída da água.
Resistência Química
A madeira, na maioria das espécies, é
amplamente aplicada em ambientes agressivos
quimicamente, por conta de sua resistência a
ácidos, sais, bases e substâncias químicas
inorgânicas em consideráveis concentrações na
água e/ou solo.
Principais defeitos da madeira
Qualquer anomalia que afete a integridade e o
desempenho é considerada um defeito.
Portanto, é importante determinar todos os
defeitos, com o intuito de classificar as peças de
madeira quanto ao seu uso tecnológico e
comercial. Os defeitos podem ser subdivididos
em quatro grupos:
● Alteração: defeitos provocados por
insetos, fungos, entre outros agentes
deteriorantes (ver Figura 13). Tais
alterações podem reduzir
significativamente a seção resistente nas
peças de madeira, o que pode
comprometer as suas propriedades da
mesma, levando à ruína e ao descarte
do material.
● Secagem: defeitos acontecem se
secagem for mal realizada, tanto artificial
quanto naturalmente, com retratibilidade
na madeira (quando perde umidade).
Podem ser:
Rachaduras: aberturas radiais
no topo das peças, com extensão
significativa (ver Figura 14).
Fendilhado: aberturas pequenas
nas peças.
Fendas: aberturas radiais no
topo das peças, porém com
menor tamanho.
Curvatura: encurvamento no
sentido do comprimento das
peças.
Abaulamento: encurvamento
(empenamento) na direção da
largura da peça (ver Figura 15).
Curvatura lateral: empenamento
lateral das peças.
● Crescimento: alteração nas fibras da
madeira e também em seu crescimento,
como fibras torcidas, nos, desvios de
veio e ventos (estes são percebidos
quando há separações descontínuas
entre anéis de crescimento ou fibras,
sendo provocados por ações dinâmicas,
como o vento).
● Produção: aparelhamento e desdobro
da madeira. Tais efeitos podem ocorrer
na derrubada e no abate de árvores,
além de fibras cortadas e serragem das
peças. Assim como outros defeitos, eles
podem levar à ruína do material, com
consequente descarte.
Classificação das Madeiras
Classificamos a madeira de acordo com a
resistência mecânica.
Através dela, é possível fixar coeficientes de
segurança para realizar cálculos de tensões
admissíveis, obtidas com o rompimento dos
corpos de prova.
As classificações são realizadas através de
normas técnicas brasileiras, alemãs e
norte-americanas.
● NBR 7190
● Decreto n. 30.825, de 21 de dezembro
de 1951
● DIN 4074/39 (norma alemã)
● Guide to the Grading of Structural
Timbers from US Department of
Agriculture (norma americana)
Madeiras
Bruta ou Roliça: Quando retirada da casca em
seu estado natural
Madeira Serrada: A madeira serrada é um tipo
de madeira que passa pelo processo de corte
ou serragem das toras de madeira em tábuas,
pranchas ou outros perfis de seção retangular.
Esse processo de serragem pode ser realizado
manualmente ou por meio de serras mecânicas
em serrarias.
A madeira serrada é um produto bruto, obtido
diretamente da tora de madeira, e geralmente
não passa por um processo extensivo de
transformação industrial, como é o caso da
madeira compensada, laminada ou tratada. Ela
preserva a estrutura e as características
naturais da madeira, como os anéis de
crescimento, veios e nós.
A principal finalidade da madeira serrada é
fornecer materiais para uso em construção,
carpintaria, marcenaria e outros setores que
demandam produtos de madeira em sua forma
bruta. As tábuas e pranchas de madeira serrada
são utilizadas na fabricação de móveis,
estruturas de edificações, revestimentos,
molduras, entre outros.
Madeiras transformadas: Passam por
processo de beneficiamento, rearranjando o
tecido fibroso, buscando aumentar a resistência
mecânica e durabilidade.
Tipos de Madeiras transformadas
Madeira Compensada: Nesse tipo de madeira,
as lâminas (chapas de madeira) são colocadas
uma sobre as outras de modo com que as fibras
fiquem perpendiculares uma as outras. Existem
compensados de três ou mais lâminas. As
chapas são finas e sobrepostas, com o tecido
fibroso orientado e alternado, sendo prensadas
e coladas em elevada temperatura e pressão.
Madeira Laminada: Consiste em lâminas com
o tecido fibroso disposto paralelamente, sendo
sobrepostas e coladas entre si, apresentando
espessura média (em torno de 3 cm) e sendo
comercializada em seções retangulares.
Madeira Aglomerada: É criada sob diferentes
pressões. Ela apresenta menores fragmentos
em sua constituição, podendo conter resinas ou
cimentos minerais em sua composição. É
importante salientar que a madeira aglomerada
não apresenta fins estruturais.
Madeira Recomposta/Reconstituída: Não
apresenta fibras dispostas com orientação.
Esse composto de fibras dispersas e aleatórias
é feito sob pressão, com auxílio de resinas
capazes de aglomerá-las.
As melhorias mais evidentes das madeiras
transformadas, são:
1. Certa isotropia e homogeneidade do
material.
2. Aumento de massa específica e
retratibilidade, bem como resistência
mecânica quanto a fendilhamento,
cisalhamento, entre outros aspectos.
3. Aproveitamento de todo material
lenhoso, viabilizando a madeira
economicamente.
4. Liberdade para fabricar peças de
variadas dimensões.
5. Pequenos fragmentos ou lâminas pouco
espessas são mais fáceis de secar,
facilitando ainda a aplicação de
tratamentos preservativos.
Aglomerados e colas
Geralmente as ligações entre as peças de
madeira ocorrem com a utilização de pregos,
conectores, parafusos, entre outros meios
capazes de transferir os esforços entre as
peças de madeira. Porém, quando penetram no
tecido lenhoso, eles reduzem a seção resistente
da madeira; se forem aplicados em excesso,
podem inviabilizar o uso das peças. Em
escassez, também é prejudicial, por não
transmitir os esforços, aumentando as tensões
entre as peças e podendo levar a estrutura a
colapsar.
Assim, aglomerantes e colas surgem como
solução, devendo: (1) ser resistentes aos
esforços, principalmente ao cisalhamento; e (2)
apresentar alta durabilidade em relação à
madeira.
Em meados da década de 1930, foram
desenvolvidos aglomerantes mais resistentes,
como as resinas sintéticas termo
endurecedoras. Elas são muito utilizadas na
construção civil. Servem ainda para garantir a
ligação entre os variados tipos de madeira
transformada.
As colas podem ser de origem artificial ou
natural. As de origem natural são criadas com
base em proteínas vegetais ou animais, sendo
resistentes mecanicamente e ao mesmo tempo
fracas quanto à durabilidade (em relação à
temperatura e umidade). Em contrapartida, as
colas sintéticas apresentam boa resistência
mecânica e elevada durabilidade em relação a
micro-organismos, temperatura e umidade.
Resistência Mecânica: Compensada x
Laminada
Quando as fibras da madeira estão dispostas
paralelamente, como na madeira laminada, ela
possui uma maior resistência mecânica devido
a dois principais fatores:
Resistência à tração: As fibras da madeira têm
uma maior resistência à tração ao longo do seu
comprimento. Quando as fibras estão dispostas
paralelamente, a carga aplicada é distribuída ao
longo de várias fibras, permitindo uma maior
capacidadede suportar forças de tração. Isso
torna a madeira laminada mais resistente a
deformações e rupturas sob tensão.
Distribuição uniforme de tensões: A disposição
paralela das fibras permite uma distribuição
mais uniforme das tensões aplicadas na
madeira. Quando a carga é aplicada em uma
direção específica, a resistência é melhor
distribuída entre as fibras, evitando pontos de
concentração de tensão. Isso resulta em uma
maior capacidade de carga e resistência geral
da madeira laminada.
Por outro lado, quando as fibras estão dispostas
perpendicularmente, como na madeira
compensada, a resistência mecânica é menor.
Nesse caso, a madeira compensada é mais
adequada para aplicações que requerem
estabilidade dimensional e resistência à
delaminação, mas não necessariamente uma
alta resistência mecânica em termos de carga
ou forças de tração.
Então, se eu quero construir um pilar de
madeira pra um prédio, eu utilizo um pilar de
laminado ao invés de compensado, correto?
Sim, para a construção de um pilar de madeira
em um prédio, seria mais adequado utilizar um
pilar de madeira laminada em vez de
compensado.
A madeira laminada oferece maior resistência
mecânica e capacidade de suportar cargas
elevadas devido à disposição paralela das
fibras. Ela é composta por lâminas de madeira
com as fibras alinhadas na mesma direção, o
que proporciona uma maior capacidade
estrutural. Essa configuração permite que o pilar
de madeira laminada tenha uma excelente
capacidade de carga e resistência, sendo capaz
de suportar as exigências estruturais de um
prédio.
Resumo
1 - Tabela com características:
Tipo de Madeira Característica
Bruta ou Roliça
Preserva as características
naturais da madeira.
Madeira Serrada
Utilizada em construção,
carpintaria e marcenaria.
Madeira
Compensada
Boa estabilidade dimensional,
versatilidade de uso.
Madeira Laminada
Alta resistência mecânica,
estruturas de carga.
Madeira Aglomerada
Baixo custo, não possui fins
estruturais.
Madeira
Recomposta/Recons
tituída
Versatilidade, processos de
fabricação variados.
2 - Tabela com aplicações:
Tipo de Madeira Aplicações
Bruta ou Roliça
Artesanato, móveis rústicos,
decoração.
Madeira Serrada
Construção civil, estruturas,
móveis, revestimentos.
Madeira
Compensada
Móveis, revestimentos,
construção leve.
Madeira Laminada
Pilares, vigas, estruturas de
edificações.
Madeira Aglomerada Painéis, móveis, divisórias.
Madeira
Recomposta/Recons
tituída
Móveis, peças estruturais,
objetos diversos.
3 - Tabela com Condutividade,
Retratabilidade e Módulo de Elasticidade
Tipo de
Madeira
Eletri
cidad
e
Tér
mic
a
Fô
nic
a
Retrata
bilidad
e
Trans
versa
l
Longit
udinal
Bruta ou
Roliça Baixa
Bai
xa
Bai
xa Alta Alto Alto
Madeira
Serrada Baixa
Bai
xa
Bai
xa Alta Alto Alto
Madeira
Compensa
da Baixa
Bai
xa
Bai
xa Baixa Médio Alto
Madeira
Laminada Baixa
Bai
xa
Bai
xa Baixa Baixo Alto
Madeira
Aglomerad
a Baixa
Bai
xa
Bai
xa Baixa Médio Médio
Madeira
Recompos
ta Baixa
Bai
xa
Bai
xa Baixa Médio Médio
3 - Tabela com Resistência Mecânica
Tipo de
Madeira
Compr
essão
Traç
ão
Cisal
hame
nto
Fle
xão
Tor
ção
Choqu
e
Bruta ou
Roliça Baixa
Baix
a Baixa
Bai
xa
Bai
xa Alta
Madeira
Serrada Baixa
Baix
a Baixa
Bai
xa
Bai
xa Alta
Madeira
Compensad
a Média
Méd
ia
Médi
a Alta
Bai
xa Média
Madeira
Laminada Alta Alta Alta Alta
Mé
dia Alta
Madeira
Aglomerada Baixa
Baix
a Baixa
Bai
xa
Bai
xa Média
Madeira
Recompost
a Baixa
Baix
a Baixa
Bai
xa
Bai
xa Média
Coeficientes de Segurança
Quando queremos construir algo usando
madeira, precisamos ter certeza de que ela é
forte o suficiente para suportar as cargas e não
quebrar. Para garantir isso, fazemos testes na
madeira para ver quanta pressão ela aguenta
antes de se romper.
Mas a madeira não é sempre igual. Algumas
peças podem ter defeitos ou serem um pouco
mais fracas do que outras. Além disso, também
existem fatores que podem mudar a resistência
da madeira, como o tempo ou a umidade.
Então, para nos certificarmos de que estamos
usando a madeira de maneira segura, usamos
algo chamado "coeficiente de segurança". Ele é
como uma margem de segurança extra.
Imagine que você tem uma mochila e quer ter
certeza de que ela não vai rasgar. Você pode
reforçar a mochila com costuras extras para
ficar mais forte. O coeficiente de segurança faz
a mesma coisa: ele aumenta a força que
aplicamos na madeira nos testes, para ter
certeza de que ela vai aguentar as cargas de
verdade quando usarmos em uma construção.
Assim, os coeficientes de segurança ajudam a
garantir que a madeira seja forte o suficiente
para suportar o peso de um prédio, por
exemplo. Eles levam em conta possíveis
problemas e incertezas na madeira, como
defeitos ou variações. Dessa forma,
conseguimos projetar e construir com mais
segurança, sabendo que a madeira vai aguentar
bem as cargas que serão colocadas sobre ela.
● Norma Brasileira para o cálculo e a
execução de estruturas de madeira
(NBR 7190) - não se aplica para madeira
compensada ou laminada
Exemplo de aplicação do coeficiente:
“Imagine que um engenheiro está projetando a
estrutura de um prédio de madeira. Ele precisa
garantir que a estrutura seja segura e capaz de
suportar as cargas, como o peso das paredes,
pisos, móveis e pessoas.
Primeiro, o engenheiro realiza testes em
amostras de madeira para determinar sua
resistência. Digamos que os testes mostrem
que a madeira tem uma resistência de 100
unidades.
Em seguida, o engenheiro aplica um coeficiente
de segurança para aumentar a resistência
exigida da madeira. Digamos que ele escolha
um coeficiente de segurança de 1,5. Isso
significa que ele quer que a madeira seja capaz
de suportar 1,5 vezes a carga máxima
esperada.
Agora, o engenheiro calcula a carga máxima
que a estrutura do prédio irá exercer sobre a
madeira. Digamos que ele determine que a
carga máxima é de 80 unidades.
Para garantir que a madeira seja capaz de
suportar essa carga, considerando o coeficiente
de segurança de 1,5, o engenheiro multiplica a
carga máxima pelo coeficiente de segurança: 80
unidades x 1,5 = 120 unidades.
Portanto, o engenheiro projeta a estrutura do
prédio para que a madeira utilizada tenha uma
resistência de pelo menos 120 unidades,
levando em conta o coeficiente de segurança.
Essa margem de segurança extra
proporcionada pelo coeficiente de segurança
ajuda a garantir que a estrutura do prédio seja
segura e capaz de suportar as cargas reais,
levando em consideração fatores como
incertezas, variações na qualidade da madeira e
possíveis defeitos.
É importante ressaltar que o exemplo dado é
simplificado e que, na prática, os engenheiros
levam em conta uma série de outros fatores e
normas de segurança ao projetar uma estrutura
de um prédio real.”
Os coeficientes de redução são utilizados
para ajustar os resultados dos ensaios
estruturais e garantir uma margem de
segurança adequada nos projetos de
construção. Esses coeficientes levam em
consideração diferentes fatores que podem
influenciar a resistência e o comportamento da
madeira. Vamos explicar cada um deles:
● Duração das cargas: A madeira pode
ter uma resistência inicial maior quando
submetida a cargas aplicadas por curtos
períodos de tempo. No entanto, quando
a carga é mantida por um longo período,
pode ocorrer um processo de
deformação gradual, levando a uma
redução na resistência ao longo do
tempo. O coeficiente de redução leva em
conta essa redução da resistência com a
duração da carga.
● Perda da resistência ocasionada por
defeitos: A presença de defeitos, como
nós, rachaduras, inclinação das fibras,
entre outros, pode diminuir a resistência
da madeira. O coeficiente de redução
considera a redução da resistência
causada por esses defeitos estruturais.
● Possibilidade de sobrecargas: Em
algumas situações, podem ocorrer
sobrecargas acidentais ou imprevistas
na estrutura de madeira, que estão além
das cargas de projeto. O coeficiente de
redução leva em consideração essa
possibilidade de ocorrência de
sobrecargas e reduz a resistência da
madeira para garantir a segurançanessas condições.
● Variabilidade dos resultados: Os
resultados dos ensaios estruturais
podem variar devido a diversas
influências, como diferenças nas
propriedades da madeira, nas condições
de ensaio e nas técnicas de medição. O
coeficiente de redução leva em conta
essa variabilidade para garantir uma
margem de segurança adicional.
Quanto aos ensaios realizados para determinar
as tensões admissíveis, destacam-se:
● Flambagem em peças médias e
extensas: A flambagem ocorre quando
uma peça de madeira comprimida em
seu comprimento começa a se deformar
lateralmente. Esse ensaio é realizado
para determinar a resistência da madeira
à flambagem.
● Compressão axial de peças curtas:
Esse ensaio mede a resistência da
madeira quando é submetida a uma
carga de compressão aplicada em seu
eixo longitudinal.
● Cisalhamento: O ensaio de
cisalhamento avalia a resistência da
madeira quando é submetida a forças
que tendem a cortar as fibras
perpendicularmente à sua direção.
● Flexão estática: Nesse ensaio, a
madeira é submetida a uma carga que a
faz curvar, medindo sua resistência à
flexão.
Existem outros ensaios que também são
realizados para determinar os coeficientes de
segurança e as tensões admissíveis da
madeira, mas esses são alguns exemplos dos
ensaios mais comuns na construção civil. Essas
informações são importantes para garantir a
segurança e a confiabilidade das estruturas de
madeira utilizadas em diversas aplicações.
Os coeficientes de segurança e as tensões
admissíveis podem ser determinados por meio
de ensaios de qualificação conforme o MB-26
(Norma Brasileira de Madeira Laminada Colada
- NBR 6230) e também a partir da densidade
das madeiras. Vamos explicar esses ensaios
em detalhes:
Ensaios de qualificação conforme o MB-26
(NBR 6230):
● Flambagem: Avalia a resistência da
madeira quando submetida à carga de
compressão em seu eixo longitudinal,
considerando seu comprimento e
geometria.
● Flexão e tração simples: Mede a
resistência da madeira quando
submetida a cargas que a fazem curvar
(flexão) ou alongar (tração) em sua
direção longitudinal.
● Compressão axial de peças curtas:
Avalia a resistência da madeira quando
comprimida em seu eixo longitudinal,
considerando peças com comprimento
relativamente curto.
● Compressão inclinada quanto às
fibras: Mede a resistência da madeira
quando comprimida em uma direção
inclinada em relação à direção das
fibras.
● Compressão normal às fibras: Avalia a
resistência da madeira quando
submetida à carga de compressão
perpendicular às fibras.
● Reduções decorrentes da umidade:
Considera os efeitos da variação da
umidade na resistência da madeira, pois
a umidade pode alterar suas
propriedades mecânicas.
● Cisalhamento: Avalia a resistência da
madeira quando submetida a forças que
tendem a cortar as fibras
longitudinalmente em vigas e
paralelamente às fibras nas ligações.
Ensaios a partir da densidade das madeiras:
● Cisalhamento: Mede a resistência da
madeira ao cisalhamento, considerando
as forças que cortam as fibras
paralelamente às fibras nas ligações e
em vigas, e longitudinalmente no sentido
das fibras.
● Compressão paralela às fibras: Avalia
a resistência da madeira quando
submetida à carga de compressão
aplicada em sua direção longitudinal.
● Módulo de elasticidade: Mede a rigidez
da madeira, ou seja, sua capacidade de
resistir a deformações elásticas quando
submetida a forças.
● Tração axial e flexão estática: Avalia a
resistência da madeira quando
submetida a cargas de tração e flexão
em sua direção longitudinal.
Esses ensaios são realizados para determinar
as propriedades mecânicas da madeira e
estabelecer os coeficientes de segurança e as
tensões admissíveis utilizadas nos cálculos
estruturais. Com base nesses resultados, é
possível projetar e construir estruturas de
madeira com a segurança necessária, levando
em consideração as características específicas
de cada tipo de madeira e seus usos na
construção civil.
Beneficiamento das Madeiras
O beneficiamento da madeira é um processo
que visa melhorar suas características
negativas. Algumas dessas características
incluem mudanças na umidade, que podem
causar tensões internas, deterioração em
ambientes propícios à proliferação de insetos e
fungos, anisotropia (propriedades variáveis em
diferentes direções) e heterogeneidade
(variações nas dimensões das peças naturais).
Existem diferentes tipos de beneficiamento da
madeira. Entre eles, destacam-se:
1. Secagem: É importante reduzir a
umidade da madeira ao mínimo
possível. A secagem pode ser realizada
de forma natural, em pátios de madeira,
ou de forma artificial, em estufas. A
secagem adequada reduz o peso das
peças, torna a madeira mais estável,
aumenta sua resistência e diminui a
proliferação de fungos.
2. Tratamento (preservação): Para
proteger a madeira contra insetos,
fungos e outros agentes deteriorantes,
pode-se realizar um tratamento prévio,
que consiste em impregnar a madeira
com produtos preservativos. Esses
produtos ajudam a prolongar a
durabilidade da madeira e podem ser
aplicados sob pressão reduzida, pressão
elevada ou superficialmente.
3. Transformação da estrutura fibrosa:
Em alguns casos, a madeira passa por
processos de transformação para
produzir peças de dimensões maiores,
como a colagem de peças menores para
formar uma peça grande.
É importante levar em consideração o
comportamento anisotrópico da madeira, ou
seja, suas propriedades variam ao longo da tora
de madeira. Por isso, é necessário avaliar as
características e propriedades da madeira antes
de realizá-la.
Além disso, o controle tecnológico da
preservação da madeira é realizado por meio de
ensaios laboratoriais e campos de prova. Esses
testes permitem observar a durabilidade e a
resistência da madeira em relação a agentes
deteriorantes e comparar os resultados com as
normas específicas para cada espécie de
madeira e seu uso na construção civil.
Por que quando diminuímos a água da
madeira, ela aumenta a resistência
mecânica?
Quimicamente falando, a água presente na
madeira ocupa espaços entre as células e
interfere nas ligações intermoleculares da
estrutura da madeira. Essas ligações são
importantes para a resistência mecânica da
madeira. Quando a água é removida, ocorre
uma reorganização das moléculas da madeira,
resultando em ligações mais fortes entre elas.
Além disso, a presença de água pode facilitar a
degradação da madeira por organismos como
fungos e insetos. A remoção da água reduz as
condições favoráveis para o crescimento
desses organismos, melhorando a durabilidade
e a resistência da madeira.
Em resumo, a remoção da água da madeira
fortalece as ligações entre as moléculas,
aumentando sua resistência mecânica e
reduzindo a suscetibilidade à deterioração
biológica.