book | Tópico 1 DPADAP ESPECIAL I

Prévia do material em texto

book | Tópico 1: DP/ADAP ESPECIAL I A madeira é um material naturalmente não homogêneo, apresentando uma ampla gama de variações. Além disso, diferentes espécies de madeira possuem propriedades distintas. A partir disso, é crucial compreender todas essas características para otimizar o uso desse material. Os procedimentos para caracterização das diversas espécies de madeira e a definição dos parâmetros relevantes estão detalhados nos anexos da Norma Brasileira para Projeto de Estruturas de Madeira, ABNT NBR 7190:2022. A seguir, vamos explorar as propriedades físicas da madeira que são fundamentais para sua aplicação na construção civil. Ansiotropia da madeira Devido à disposição das células, a madeira é um material anisotrópico, o que significa que possui três direções principais, sendo elas a longitudinal (L), radial (R) e tangencial (T), como demonstrado na Figura 5. Figura 5 : As três direções da madeira Fonte: Pfeil e Pfeil, 2003. A orientação das peças ao longo do seu comprimento, conhecida como direção longitudinal, coincide com a orientação das fibras, que estão alinhadas paralelamente a essa direção. Nessa configuração, observam-se níveis mais elevados de resistência e rigidez, e essa direção é identificada pelo índice de 0°. Por outro lado, as direções radial e tangencial apresentam uma diferença mínima entre si, ambas exibindo valores de resistência e rigidez próximos, mas significativamente inferiores aos da direção paralela às fibras. Essa orientação é denominada direção normal ou perpendicular às fibras e é caracterizada pelo índice de 90°, que indica o ângulo entre a direção do esforço aplicado e a direção das fibras. Fique Atento Estes índices (0° e 90°) utilizados para identificar a posição das direções (longitudinal, radial e tangencial) em relação à fibra da madeira são muito utilizados nos cálculos de dimensionamento. Teor de umidade O teor de umidade é uma propriedade física extremamente importante, uma vez que a variação da umidade gera mudança dimensional. Se você possuir portas de madeira em casa, já deve ter percebido que seu tamanho expande durante o inverno e retrai durante o verão. Portanto, a umidade das madeiras trata-se do teor de água presente do interior das fibras da madeira e tem influência direta na durabilidade devido ao potencial de proliferação de organismos invasores. A NBR 7160:2022, que trata do Projeto de Estruturas de madeira, adota 25% como valor de referência para a saturação da madeira. O teor de umidade (U) é calculado pela equação a seguir, em que a variável Pi é o peso inicial da madeira, Ps é o peso da madeira seca e o resultado U é dado em percentual. Fique Atento Exemplo de Cálculo de Umidade : Uma árvore de 8 m de altura foi cortada e dela foram retirados diversos troncos pesando 200 kg cada um. A fim de averiguar a umidade da madeira no momento do corte, um pedaço pesando inicialmente 3 kg foi retirado e secado em estufa a 103 ºC, sendo obtido um peso da madeira seca de 2,52 kg. Qual a umidade da madeira no momento do corte? Resolução: A madeira proveniente de árvores vivas ou recentemente abatidas normalmente exibe uma quantidade substancial de umidade. Nestas condições de umidade, é comum referir-se à madeira como “saturada” ou “verde”. A umidade na madeira se encontra de duas maneiras distintas: em seu interior, preenchendo as cavidades das células conhecidas como fibras, sendo chamada de “água livre” ou “água de capilaridade”; e nas paredes das células, onde é denominada “água de adesão” ou “água de impregnação”. A norma brasileira para estruturas de madeira (NBR 7190:2022) apresenta um roteiro detalhado para a determinação da umidade de amostras de madeira. Além disso, para projetos estruturais em madeira, esta propriedade física influencia diretamente no chamado “k,mod2”, que é um coeficiente de modificação utilizado para ajustar as propriedades de resistência e de rigidez da madeira em função das condições ambientais. Devido à sua natureza higroscópica, a madeira tem a capacidade de absorver umidade da atmosfera quando está seca e liberá-la quando está úmida, buscando manter um equilíbrio constante com as condições de umidade do ambiente ao redor. Para fins de referência, adota-se o valor de 12% como a umidade-padrão. Ao projetar o uso da madeira, é essencial considerar o ambiente em que ela será utilizada, como as diferentes classes de umidade, e fazer os devidos ajustes nos valores em relação à umidade-padrão de referência. É relevante salientar também que a umidade exerce uma considerável influência na densidade da madeira. Densidade A densidade (simbolizada pela letra grega ρ – rô) da madeira é uma característica crucial na seleção de diferentes espécies para aplicações específicas. Geralmente, madeiras mais densas são mais resistentes devido à maior quantidade de material por unidade de volume. Além disso, a densidade influencia a estimativa do peso próprio de estruturas feitas com madeira, sendo importante considerá-la na escolha do material. Há duas formas de definir a densidade a ser empregada em estruturas de madeira: a densidade básica (ρbas) e a densidade aparente (ρap). A densidade básica da madeira é determinada como a massa específica convencional, obtida pela divisão da massa seca (ms) pelo volume saturado (Vsat). Essa medida pode ser útil para comparações com valores encontrados em fontes internacionais de referência. Em que: ρbas = densidade básica (g/cm ³ ); ms = massa seca da amostra de madeira (g); Vsat = volume da amostra de madeira saturada (cm ³ ). A densidade aparente é determinada para uma umidade padrão de referência de 12%, e pode ser utilizada para classificação da madeira e nos cálculos de estruturas. Em que: ρap = densidade aparente (g/cm ³ ); m 12 = massa da amostra de madeira à 12% de umidade (g); V 12 = volume da amostra de madeira à 12% de umidade (cm ³ ). Fique Atento Exemplo de Cálculo de Densidade Básica e Aparente : A fim de averiguar a densidade básica e aparente da madeira, um pedaço pesando inicialmente 1 kg foi retirado. O volume saturado da madeira estava em 325,5 cm ³ , e após secado em estufa a 103 ºC foi obtido um peso da madeira seca de 0,650 kg. Durante o estudo dessa madeira também foram obtidos valores em sua umidade-padrão para a massa ficando em 0,880 kg e seu volume em 321 cm³. Qual a densidade básica e aparente dessa madeira? Resolução: Retratibilidade A retratibilidade na madeira refere-se à variação das suas dimensões devido à perda ou ganho de umidade. Isso inclui a retração, que encolhe a madeira com a diminuição da umidade, e o inchamento, que a expande com o aumento da umidade. Essas mudanças ocorrem em um intervalo de umidade de 0% a cerca de 30% e variam de acordo com a espécie da árvore. Este fenômeno acontece em três direções primárias, mas com proporções diferentes. A variação na direção longitudinal é quase insignificante, variando de 0,1% a 0,9%. Na direção radial, a variação é mais pronunciada, situando-se entre 2,4% e 11,0%. Já na direção tangencial é onde ocorre a maior variação, com valores entre 3,5% e 15,0%. A retração volumétrica total é aproximadamente igual à soma das três retrações lineares ortogonais, abrangendo uma faixa de 6,0% a 27,0% (Galvão; Jankowski,1985). Figura 6 : Relação retração-umidade Fonte: Gesualdo, 2003. Adaptado. A Figura 6 demonstra a relação da retração e da umidade, bem como a diferença de proporção de retração a depender da direção. Quanto menor a umidade, menor será a inchamento com uma maior tendência a retração. Fluência A fluência é um fenômeno em que um elemento estrutural sofre deformação progressiva quando submetido a cargas contínuas ao longo do tempo. A madeira, sendo viscoelástica, experimenta essa deformação lenta (fluência) quando sob cargas prolongadas. A carga inicial resulta em deformação elástica, mas a manutenção da carga provoca deformação adicional (fluência) devido à natureza reológica da madeira. Quando a carga é removida, apenas parte da deformação é recuperada, deixando uma deformação residual quepode evoluir para ruptura tardia, mesmo com cargas inferiores à resistência da madeira, após um período. Na Figura 7, a linha 1 demonstra o comportamento de uma madeira sujeita a carga aplicada por um período muito curto de tempo, enquanto a linha 2 demonstra o comportamento de uma madeira sujeita a carga aplicada por um período de tempo mais longo. Figura 7 : Deformações da madeira por tempo de submetida a carga Fonte: Pfeil e Pfeil, 2003. Adaptado. Portanto, quando a carga é aplicada por um período muito curto, a madeira pode suportar cargas mais elevadas do que suas propriedades de resistência indicariam. Sua notável capacidade de resistir a cargas de curta duração, como impactos, ventos e abalos sísmicos, confere à madeira uma vantagem sobre outros materiais estruturais, como aço e concreto. Isso se deve à alta elasticidade da madeira em comparação com esses outros materiais. Desempenho da madeira ao fogo A madeira é um material que queima lentamente e superficialmente, muitas vezes sendo subestimada em sua resistência ao fogo. Quando bem dimensionada, a madeira pode superar outros materiais estruturais em situações de incêndio. Isso ocorre porque, ao ser exposta ao fogo, uma camada superficial da madeira se carboniza e atua como isolante térmico, retardando a propagação das chamas e permitindo uma evacuação segura. A madeira possui um comportamento previsível em incêndios, e normas específicas permitem dimensionar com precisão sua resistência em diferentes condições de exposição ao fogo, tornando-a uma escolha confiável em projetos de construção. Deterioração da madeira A madeira é suscetível à deterioração de diversas origens, com destaque para o ataque biológico. Agentes como fungos, cupins, moluscos e crustáceos marinhos podem se instalar na madeira para se alimentar dela. A vulnerabilidade da madeira à deterioração biológica depende de fatores como a parte do tronco de onde ela foi extraída (o alburno é mais suscetível do que o cerne), a espécie da madeira (algumas espécies são mais resistentes), e as condições ambientais, como ciclos de umidade, contato com solo, água doce ou salgada. Para retardar a deterioração e prevenir ataques biológicos, são aplicados produtos preservantes, levando em consideração a finalidade da peça. A norma ABNT NBR 16143:2013 estabelece diretrizes para determinar o tratamento adequado com base no uso pretendido. No Brasil, os preservantes mais comuns incluem produtos hidrossolúveis, arseniato de cobre cromatado (CCA) e borato de cobre cromatado (CCB). Defeitos da madeira As peças de madeira podem apresentar defeitos que prejudicam sua resistência, aparência e durabilidade, tornando-as inadequadas para uso estrutural. Abaixo são descritos os principais defeitos da madeira (Pfeil; Pfeil, 2003): •  Nós (Figura 8-a) : São imperfeições na madeira que se originam nos pontos dos troncos onde havia galhos. Os galhos vivos no momento do corte da árvore resultam em nós firmes, enquanto os galhos mortos produzem nós soltos. Os nós soltos podem se soltar durante o processo de serragem, criando orifícios na madeira. Os nós também causam desvio nas fibras longitudinais, reduzindo a resistência à tração. •  Fendas (Figura 8-b) : São aberturas nas extremidades das peças, causadas pelo ressecamento mais rápido da superfície da madeira. A formação de fendas pode ser evitada através de uma secagem lenta e uniforme da madeira. •  Gretas ou ventas (Figura 8-c) : São separações entre os anéis anuais, resultantes de tensões internas devido ao crescimento lateral da árvore ou de forças externas, como flexão causada pelo vento. •  Abaulamento (Figura 8-d) : Refere-se ao encurvamento na direção da largura da peça. •  Arqueadura (Figura 8-e) : Significa o encurvamento ao longo do comprimento da peça. •  Fibras reversas (Figura 8-f) : São fibras que não seguem uma direção paralela ao eixo da peça. As fibras reversas reduzem a resistência da madeira. •  Esmoada ou quina morta (Figura 8-g) : Refere-se a cantos arredondados formados pela curvatura natural do tronco da árvore. •  Empenamento (Figura 8-h) : qualquer distorção da peça de madeira em relação aos planos originais de suas superfícies. Figura 8 : Defeitos da Madeira Fonte: Pfeil e Pfeil, 2003. Com o objetivo de reduzir o uso de peças com problemas, são implementados processos de triagem para identificar e descartar aquelas que não atendem aos padrões de qualidade. Em particular, em peças provenientes de florestas plantadas, a ocorrência de defeitos é considerável. Nessas situações, são empregados métodos de avaliação e classificação das peças, sendo os principais o método visual e o método mecânico. Resistência química De modo geral, a madeira possui uma boa resistência a ataques químicos, o que a torna uma escolha preferencial em várias indústrias em comparação com outros materiais mais suscetíveis a danos químicos. No entanto, em certos casos, a madeira pode ser afetada por ácidos ou bases fortes. A exposição a bases pode resultar em manchas esbranquiçadas devido ao impacto na lignina e hemicelulose da madeira. Já a exposição a ácidos pode causar danos à madeira, acarretando a redução de seu peso e resistência.