1787106_Capitulo-01 - Madeiras - Propriedades

Prévia do material em texto

1 
 
 
MADEIRA – PROPRIEDADES. 
 
 
1.1 – Madeiras para construção. 
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. 
 
De acordo com a “NBR 7190 – Projeto de estruturas de madeira”, são dois os 
tipos de madeira adequados à construção: Coníferas e Dicotiledôneas. 
 
No Brasil, a mais conhecida das coníferas é o Pinho do Paraná; já entre as 
dicotiledôneas estão o Ipê, o Jatobá, a Maçaranduba ou Paraju, Sucupira, alguns 
tipos de cedro e vários tipos de Eucalipto. 
 
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. 
 
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 
 
c) Como material auxiliar de construção: 
 
c.1) formas para estruturas de concreto. 
 
d) Como material de acabamento: 
 
 d.1) forros 
 d.2) vistas e rodapés 
 
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 
 
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 : 
 
 
 
d) Obtenção do material em local próximo à obra : 
 
Este é um fator comprovado mesmo em regiões consideradas remotas. 
 
Desvantagens : 
 
a) Falta de Homogeneidade: 
 
a.1) Anisotropia : 
É a variação das propriedades físicas e mecânicas, conforme a direção 
considerada da peça. São elas: 
 
L = direção Longitudinal 
R = direção Radial 
T = direção Tangencial 
 
 
 
 
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). 
1.2 – Propriedades Físicas das Madeiras. 
- Umidade : 
 
 
 
Para fins de aplicação estrutural da madeira, a NBR-7190 especifica a umidade de 
12% como Teor de Referência para Ensaios e Cálculos. 
 
Toda madeira ao ser extraída apresenta um teor elevado de umidade devido á 
presença da seiva. Ao secar naturalmente, esta umidade diminui, tendendo para 
um valor de equilíbrio que depende da umidade relativa do meio ambiente; estes 
valores são fornecidos pela Tabela 1.1, retirada da NBR 7190. 
 
Tabela 1.1 - Classes de umidade 
Classe de 
umidade 
Umidade relativa do ambiente 
ambU 
Umidade de equilíbrio da 
madeira eqU 
1 ≤ 65% 12% 
2 65% < ambU ≤ 75% 15% 
3 75% < ambU ≤ 85% 18% 
4 
ambU > 85% durante longos períodos 25% 
 
Os valores de ensaios, em uma umidade %U , são transformados para valores 
correspondentes à umidade de referência através da expressão: 
 
 





 

100
123
112
U
ff U (1.2.a) 
e os valores de rigidez por 
 





 

100
122
112
U
EE U (1.2.b) 
 
- 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. 
 
1.3 – Resistência e rigidez. 
1.3.1 – Classes de resistência. 
Para as duas espécies de madeira estrutural, a NBR 7190 relaciona as classes de 
resistência indicadas na Tabela 1.2, para as coníferas, e na Tabela 1.3, para as 
dicotiledôneas. 
Para classificar as madeiras segundo estas tabelas, os valores característicos são 
determinados conforme o anexo B da NBR 7190. 
 
Tabela 1.2 – Classes de resistência das coníferas 
Coníferas (Valores na condição padrão de referência %12U ) 
Classe 
kcf 0 (MPa) vkf (MPa) mcE 0 (MPa) mbas, (kg/m
3) aparente (kg/m
3) 
C20 20 4 3500 400 500 
C25 25 5 8500 450 550 
C30 30 6 14500 500 600 
 
Tabela 1.3 – Classes de resistência das dicotiledôneas 
Dicotiledôneas (Valores na condição padrão de referência %12U ) 
Classe 
kcf 0 (MPa) vkf (MPa) mcE 0 (MPa) mbas, (kg/m
3) aparente (kg/m
3) 
C20 20 4 9500 500 650 
C30 30 5 14500 650 800 
C40 40 6 19500 750 950 
C60 60 8 24500 800 1000 
 
Nas duas tabelas anteriores, a densidade básica média 
mbas, é obtida pelo 
quociente da massa seca pelo volume saturado. A massa seca é determinada 
mantendo-se o corpo-de-prova em estufa a 103ºC até que sua massa permaneça 
constante; o volume saturado é determinado mantendo-se o corpo-de-prova 
submerso em água até que atingir peso constante. 
 
1.3.2 – Madeira serrada. 
A NBR 7190 analisa peças de madeira quanto à tração paralela às fibras, à tração 
normal às fibras, à compressão paralela às fibras, à compressão normal às fibras, 
à compressão inclinada às fibras, ao cisalhamento, ao embutimento e à flexão. 
 
A resistência à compressão paralela às fibras é a mais simples de se obter por 
métodos experimentais. Assim, a NBR 7190 apresenta relações entre algumas 
destas resistências e a resistência à compressão paralela às fibras, e que estão 
relacionadas na Tabela 1.4. 
 
Tabela 1.4 – Relações entre as resistências características da madeira 
kt
kc
f
f
,0
,0
 
kt
ktM
f
f
,0
,
 
kc
kc
f
f
,0
,90
 
kc
ke
f
f
,0
,0
 
kc
ke
f
f
,0
,90
 
kc
kv
f
f
,0
,0
 coníferas 
kc
kv
f
f
,0
,0
 dicotiledôneas 
0,77 1,00 0,25 1,00 0,25 0,15 0,12 
 
Onde: 
ktf ,0 : resistência característica à tração paralela às fibras; 
ktMf , : resistência característica à tração na flexão; 
kcf ,0 : resistência característica à compressão paralela às fibras; 
kcf ,90 : resistência característica à compressão normal às fibras; 
kef ,0 : resistência característica ao embutimento paralelo às fibras; 
kef ,90 : resistência característica ao embutimento normal às fibras; 
kvf ,0 : resistência característica ao cisalhamento paralelo às fibras. 
Na falta de ensaios para determinar as resistências médias e as resistênciascaracterísticas, a NBR 7190 ( anexo E ) permite usar os valores tabelados abaixo 
para madeiras do tipo Dicotiledônias: 
 
 
 
Onde: 
 
Para madeiras do tipo Coníferas: 
 
Onde: 
 
 
A relação entre os valores característicos e médios são mostrados abaixo (tab. 12 da NBR 7190): 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1.3.3 – Rigidez – Valores médios. 
A rigidez da madeira é definida por seu módulo de elasticidade paralelamente às 
fibras cujo valor médio, determinado experimentalmente, é representado por 
mcE ,0 
. A partir deste valor são definidos 
mcmt EE ,0,0  
 
mcM EE ,085,0 para coníferas 
 
mcM EE ,090,0 para dicotiledóneas 
 
20
,0
,90
mc
mc
E
E  
onde 
mtE ,0 : valor médio do módulo de elasticidade na tração paralela às fibras 
ME : valor médio do módulo de elasticidade na flexão; 
mcE ,90 : valor médio do módulo de elasticidade na compressão normal às fibras. 
 
1.3.4 – Resistências de cálculo. 
As resistências de cálculo da madeira são definidas pela expressão 
w
k
d
X
KX

mod 
Onde: 
dX : resistência de cálculo; 
kX : resistência característica; 
modK : coeficiente de modificação; 
w : coeficiente de ponderação. 
 
 
 
 
 
1.3.5 – Coeficiente de modificação 
Os coeficientes de modificação refletem as alterações das resistências da madeira 
em função da classe de carregamento, da umidade e categoria da madeira e tem 
a forma: 
3mod,2mod,1mod,mod KKKK  
 
A classe de carregamento e o tipo da madeira são levados em conta pelo 
coeficiente de modificação 
1mod,K conforme a Tabela 1.5. 
Tabela 1.5 – Coeficiente 
1mod,K 
 
Classe de 
carregamento 
Tipo de madeira 
Madeira serrada 
Madeira laminada colada 
Madeira compensada 
 
Madeira recomposta 
Permanente 0,60 0,30 
Longa duração 0,70 0,45 
Média duração 0,80 0,65 
Curta duração 0,90 0,90 
Instantânea 1,00 1,10 
 
A classe de carregamento de qualquer combinação de cargas é definida pela 
duração acumulada prevista da carga variável considerada como principal, na 
combinação em estudo. 
As classes de carregamento são definidas pela Tabela 1.6. 
 
 
 
 
 
 
 
Tabela 1.6 – Classes de carregamento 
 
Classe de 
carregamento 
Ação variável principal 
Duração acumulada Ordem de grandeza da duração acumulada 
Permanente Permanente Vida útil da construção 
Longa duração Longa duração Mais de seis meses 
Média duração Média duração Uma semana a seis meses 
Curta duração Curta duração Menos de uma semana 
Instantânea Instantânea Muito curta 
 
A umidade e o tipo da madeira definem o coeficiente de modificação 
2mod,K conforme se mostra na Tabela 1.7. A classe de umidade é definido na 
tabela 1.1. 
 
Tabela 1.7 – Coeficiente 2mod,K 
Classe 
de 
umidade 
Tipo de madeira 
Madeira serrada 
Madeira laminada colada 
Madeira compensada 
Madeira recomposta 
1 e 2 1,0 1,0 
3 e 4 0,8 0,9 
 
O coeficiente de modificação 3mod,K considera a categoria da madeira. Para 
madeira laminada e colada considera também a sua forma, isto é, se a madeira é 
reta ou curva. 
A madeira se diz de primeira categoria se todas as peças estruturais são 
submetidas simultaneamente a: 
 classificação por método visual normalizado, para garantir a isenção de defeitos; 
 classificação mecânica para garantir a homogeneidade da rigidez. 
Em caso contrário, a madeira se diz de segunda categoria. As peças de madeira 
serrada de coníferas também são classificadas como de segunda categoria, para 
levar em conta a presença de eventuais nós de madeira não sejam detectados por 
inspeção visual. 
Estas condições estão resumidas na Tabela 1.8. 
Tabela 1.8 – Coeficiente 
3mod,K 
Condição 
3mod,K 
Madeira de primeira categoria 1,0 
Madeira de segunda categoria 0,8 
Peças serradas de coníferas 0,8 
Madeira laminada colada reta 1,0 
Madeira laminada colada curva 1 – 2000 (t / r)2 
 
Na expressão para madeira laminada colada curva, t é a espessura das lâminas e 
r o raio de curvatura da barra. 
1.3.6 – Coeficiente de ponderação. 
Os valores dos coeficientes de ponderação para estados limites últimos são: 
 Para tensões de compressão paralela às fibras 4,1wc 
 Para tensões de tração paralela às fibras 8,1wt 
 Para tensões de cisalhamento paralelo às fibras 8,1wv 
1.3.7 – Rigidez de cálculo. 
Nas verificações de segurança que dependem da rigidez (por exemplo, 
deformações), o valor efetivo do módulo de elasticidade paralelamente às fibras 
deve ser calculado pela expressão: 
mcefc EKE ,0mod,0  
e o módulo de elasticidade transversal pela expressão 
20
,0 efc
ef
E
G  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PRODUTOS COMERCIAIS 
 
 
 Madeira serrada. 
O momento ideal para o corte de uma árvore ocorre quando atinge a maturidade. 
Nesta ocasião, seu tronco está quase todo preenchido pelo cerne obtendo-se 
então a madeira de melhor qualidade. 
O corte deve ser feito na estação seca, quando a árvore apresenta menor teor de 
umidade. O processamento da madeira deve ser executado logo em seguida ao 
corte do tronco, evitando assim defeitos causados pela secagem. 
Para ser usada em estruturas, a madeira deve passar por processo de secagem, o 
que é obtido por processo controlado através de autoclaves, ou por processo 
natural, colocando-se a madeira em local arejado e protegido da chuva, até que se 
atinja o ponto de equilíbrio de umidade. 
As dimensões comerciais da madeira serrada variam ligeiramente conforme o 
local. Na região de Belo Horizonte as bitolas mais comuns são as indicadas na 
Tabela 1.9. 
Tabela 1.9 – Bitolas comerciais para madeira serrada – Belo Horizonte 
Denominação Ripa Caibro Tábua Viga Pilar 
Dimensões (cm) 1,5 
x 
4 
4 
x 
7,5 
4 
x 
30 
5 
x 
30 
7,5 
x 
30 
7,5 
x 
12 
7,5 
x 
15 
7,5 
x 
18 
7,5 
x 
20 
7,5 
x 
23 
7,5 
x 
30 
15 
x 
15 
20 
x 
20 
 
Madeira laminada colada. 
Atualmente, as leis ambientais no Brasil proíbem o corte de espécies nativas. 
Assim, a tendência da construção em madeira é a utilização de materiais obtidos 
em projetos de reflorestamento. Nestes casos, a árvore é cortada ainda 
relativamente jovem, apresentando troncos de dimensões modestas. Seu uso é 
otimizado através da madeira laminada colada que é um produto industrializado, 
onde lâminas de madeiras selecionadas são ligadas umas às outras através de 
adesivos. 
 
– Madeira laminada colada. 
 
 
 – Madeira laminada colada. Dimensões. Emendas coladas. 
 
Para peças retas, a espessura usual das lâminas é de 27mm. A largura das peças 
pode variar (45, 70, 90 e 115 mm), bem como a altura (de 135mm a 297mm, em 
acréscimos de 27mm) dependendo das necessidades do projeto a executar. As 
peças podem ser fabricadas em diversos comprimentos, uma vez que as lâminas 
podem ser emendadas tanto na espessura quanto na largura. 
 
 
 
 
 Contraplacado. 
 
O contraplacado, usualmente conhecido como compensado, é também um 
produto industrializado, formado pela colagem de lâminas finas (de 1 a 5mm) de 
madeira sempre em número ímpar (no mínimo três). A colagem das lâminas é 
sempre executada, montando-se uma lâmina com as fibras perpendiculares às 
das lâminas adjacentes. Desta forma obtem-se um material com propriedades 
quase isotrópicas. 
 
 
- Contraplacado 
 
Madeira desbastada. 
 
A madeira desbastada, também chamada falquejada, é a madeira cortada por 
meio de machado ao invés de serra. As peças obtidas desta forma têm um 
acabamento rústico, tornando-se arquiteturalmente atraente para alguns tipos de 
casas. 
 
Madeira em toras. 
 
A madeira em toras era tradicionalmente utilizada em construções provisórias, 
como escoramentos de formas de concreto. Posteriormente foram empregadas 
em obras rurais como cercas, currais, etc. Mais recentemente,algumas empresas 
brasileiras têm comercializado casas construídas com toras de madeira de 
reflorestamento. Estas casas, geralmente de campo ou de praia, têm uma 
arquitetura rústica muito agradável.