estruturas ii aula 04 propriedades madeira

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MATERIAIS TÉCNICAS E ESTRUTURASII
MADEIRA
CARACTERÍSTICAS E 
PROPRIEDADES
MADEIRA
� Parte sólida dos troncos das árvores, que se 
encontra dentro da sua casca.
� Material elástico, de pouco peso, isolante e 
fácil de trabalhar.
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MADEIRA
� Produto Natural;
� Proveniente de vegetais completos (flores, 
folhas, caule e raízes)
MADEIRA
� De acordo com a germinação e crescimento:
� ENDÓGENAS – desenvolvimento de dentro para fora –
não servem para estruturas
� Palmeiras;
� Bambus...
� EXÓGENAS – desenvolvimento de fora para dentro –
servem para produção estrutural
� Ipê;
� Peroba;
� Pinho do Pará...
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Seção Transversal
MEDULA
•Centro do 
tronco
•Forma 
cilíndrica
•Mais macia do 
que a madeira 
envolvente
Seção Transversal
CERNE
•Tecido lenhoso
•Cor escura
•Usada na 
construção
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Seção Transversal
BORNE
•Cor clara
•Circulação da 
seiva
•Camada mais 
jovem que se 
transforma em 
cerne
Seção Transversal
CÂMBIO 
VASCULAR
•Dá origem à
madeira
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Seção Transversal
LÍBER
•Camada 
geradora da 
casca
•Circula a seixa 
elaborada
Seção Transversal
CASCA
•Camada 
protetora dos 
tecidos da 
árvore
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Seção Transversal
RAIOS 
LENHOSOS
•Lâminas radias 
mortas no cerne 
e vivas no 
borne
•Favorecem o 
fendilhamento 
da madeira
Propriedades Físicas
•Anisotropia 
•Umidade
•Dureza
•Dilatação térmica
•Retração e inchamento
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Anisotropia
Diz-se de um corpo fisicamente 
homogêneo, mas cujos valores de 
certas propriedades físicas e químicas 
variam com a direção: longitudinal, 
radial e transversal.
ltransversa.Dir
radial.Dir
allongitudin.Dir
ltransversa.Dir
radial.Dir
allongitudin.Dir
Umidade
ÁGUA DE CONSTITUIÇÃO
é a parte integrante da matéria lenhosa
ÁGUA DE IMPREGNAÇÃO OU ADESÃO
retida pelas membranas ou paredes de 
matéria lenhosa
ÁGUA LIVRE
enche as fibras lenhosas, desaparece 
depois do derrube ou corte da árvore
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Dureza
Depende de fatores como:
•Quanto mais velha – maior será a dureza;
•A madeira do cerne é mais dura do que a do 
borne;
•A madeira de árvores de crescimento lento é
mais dura do que as de crescimento rápido
Dilatação Térmica
A dilatação térmica é minorada pela retração, 
que age no sentido contrário, devido a perda 
de umidade que acompanha o aumento de 
temperatura.
O coeficiente de dilatação na direção 
transversal é 8x maior do que na direção 
longitudinal.
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Retração e inchamento
É a propriedade de alterar suas dimensões e 
volume quando o teor de umidade varia até
30% de umidade. 
Abaixo de 30% de umidade o inchamento e a 
retração são proporcionais ao teor de 
umidade.
ANTÔNIO PRADO
CASA CARLOS 
ROTTA FILHO
� Data da 
construção:
entre 1930 e 1931
� Residencial 
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ANTÔNIO PRADO
CASA ANTÔNIO 
GUERRA
� Data da 
construção:
entre 1900 e 1910
� Residencial
ANTÔNIO PRADO
CASA NAPOLEÃO 
DALLA ZEN
� Data da 
construção:
em 1917
� Comercial 
(curtume)
� Residencial
11
ANTÔNIO PRADO
CASA LUIZ 
SGARBI
� Data da 
construção:
em 1914
� Escola Pública
CURITIBA
� Memorial da 
imigração 
polonesa, 
inaugurado 
em 13 de 
dezembro de 
1980, na 
visita do Papa 
João Paulo II 
a Curitiba.
12
SÃO PAULO
� Ponte MLC -
USP/ 2 - Campus 
São Carlos-SP
Defeitos
NÓS
•Se formam nos pontos 
em que os ramos se 
unem ao tronco
•Diminui o valor da 
madeira
•Reduz a resistência
•Dá origem a fendas
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Defeitos
FIBRA TORCIDA OU REVIRADA
•As fibras não se desenvolvem 
paralelamente ao eixo, mas sim em espiral.
•Devem ser utilizadas apenas como estacas, 
postes , pilares sem função estrutural.
Defeitos
MADEIRA ENCURVADA
•Árvores cujos troncos não cresceram 
retas.
•Se o comprimento for pouco extenso, 
pode-se utilizar como barrotes.
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Defeitos
EXCENTRICIDADE DA MEDULA
•Devido ao vento e a proximidade de 
rochas, aparece a medula descentrada.
•Se for pequena, não diminui as 
qualidades da madeiras. Caso contrário, 
reduz elasticidade e resistência.
Defeitos
IRREGULARIDADES DOS ANÉIS DE 
CRESCIMENTO
•Causado por bruscas alterações no 
desenvolvimento da árvore
•Tem menos valor comercial, por ser pouco 
elástica e se partir com facilidade
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Defeitos
FENDAS
•Rachas no sentido 
longitudinal, devido aos 
gelos e também à
insolação e dessecação 
da madeira
Defeitos
FENDAS ANELARES
•São rachas largas que 
desintegram os raios 
medulares
•Inutilizam totalmente a 
madeira
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Defeitos
FENDAS ACEBOLADAS
•Separação circular dos 
anéis decrescimento
•Originam-se do frio e do 
vento intenso.
•A madeira desseca-se
Defeitos
FENDAS EM PATA-DE-
GALINHA
•Chegam até o borne 
e/ou até a superfície 
exterior
•Acontece devido ao 
envelhecimento da 
medula
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Defeitos
DUPLO BORNE
•Deve-se aos frios 
intensos e prolongados 
que impedem a 
transformação do 
câmbio vascular em 
borne e deste em cerne, 
ficando morta uma zona 
do borne.
Variação das Propriedades
•Posição de origem na árvore
•Maior resistência na base e nas camadas 
inferiores do tronco
•Maior resistência no cerne do que no borne
•Influência de defeitos
•Classificam as madeiras estruturais em:
•Primeira, segunda e terceira categoria
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Variação das Propriedades
•Influência de umidade
•A resistência diminui até atingir o ponto de 
saturação das fibras de 30%, após este nível 
permanece constante.
•Influência de temperatura
•A resistência sofre redução com o aumento da 
temperatura e vice-versa.
•Fluência da madeira
•Deformação lenta sob a ação de cargas 
demoradas.
Variação das Propriedades
•Relaxação
•Em deformação constante a tensão elástica sofre 
relaxação.
•Ruptura retardada
•Submetida a cargas durante longo período, a 
peça estrutural poderá romper-se após dias ou 
meses.
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Variação das Propriedades
•Resistência a efeitos dinâmicos
•A resistência é maior para cargas de longa 
duração.
•Resistência à fadiga
•A resistência à fadiga, em geral é maior à dos 
metais.
Classificação das madeiras
de construção
•Maciças
•Madeira bruta – usada em forma de troncos 
para postes, escoramentos, estacas, etc.
•Madeira falquejada – seção quadrada ou 
retangular, utilizada em postes de madeira, 
cortinas cravadas, estacas.
•Madeira serrada – mais utilizada. Os troncos 
são desdobrados nas serrarias em dimensões 
“padronizadas”.
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•Industrializadas
•Madeira laminada e colada – usada 
largamente na Europa. A madeira é cortada em 
lâminas e coladas sob pressão com adesivo à
prova de água.
•Madeira compensada – as lâminas são 
coladas com as fibras em sentido alternado.
Classificação das madeiras
de construção
•Industrializadas
•Madeira reconstituída – as fibras são unidas 
por pressão com ou sem adição de ligante.
•Madeira aglomerada – formada por lâminas 
impregnadas de material ligante. Sem fim 
estrutural.
Classificação das madeiras
de construção
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MDF
•MDF – medium density fiberboard
•é uma chapa fabricada a partir da aglutinação 
de fibras de madeira com resinas sintéticas e 
ação conjunta de temperatura e pressão. Para 
a obtenção das fibras, a madeira é cortada em 
pequenos cavacos que, em seguida, são 
triturados por equipamentos denominados 
desfibradores.
HDF
•HDF – high density fiberboard
•São chapas com resistências físico-
mecânicas melhoradas para aplicações que 
requeiram alta resistência à flexão, suportando 
pesos elevados ou repetidos impactos. 
•Estas chapas obtêm-se aumentando a 
quantidade de fibras, de resina aglutinante, e 
modificando o ciclo produtivo. 
•Uso em: escadas, prateleiras industriais, 
tampos de bancadas industriais, estruturas de 
mesas, componentes de cadeiras, assoalhos.22
23
24
Classificação comercial da madeira
Quanto à resistência:
• Duras – Provenientes de árvores frondosas e de 
crescimento lento (Dicotiledôneas, que possuem folhas 
achatadas e largas). Exemplo: Ipê, Aroeira e Carvalho 
•Macias – Provenientes em geral das coníferas. Tem 
folhas em forma de agulhas ou escamas e apresentam 
crescimento rápido. Exemplo: Pinho e eucalipto.
Classificação comercial da madeira
Quanto ao número de defeitos:
• Primeira – Isentas de defeitos pela inspeção do 
método visual normalizado e enquadradas nas 
tabelas 8 e 9 da NBR 7190 em relação a sua 
resistência. Cada tipo de madeira deve no mínimo 
atingir determinada resistência.
• Segunda – Quando não atender aos critérios acima.
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Ensaios de Norma
NBR 7190/1997
Projeto de estruturas de madeira
• Medidas de propriedades físicas
•Umidade
•Densidade
•Dureza
Ensaios de Norma
NBR 7190/1997
Projeto de estruturas de madeira
• Medidas de propriedades mecânicas
•Compressão paralela e normal às fibras
•Tração paralela e normal às fibras
•Flexão
•Cisalhamento paralelo às fibras, na lâmina de cola
•Fendilhamento
•Resistência à tração na emendas
•Resistência nas ligações mecânicas
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Ensaios de Norma
NBR 7190/1997
Projeto de estruturas de madeira
• Medidas de resistência dinâmica
•Resistência aos impacto na flexão
Classe de Madeiras
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Classe de Madeiras
Classe de Madeiras
28
Classe de Madeiras
Formas Comerciais
Pranchão_________________ 15,0 x 23,0 cm 
Pranchão_________________ 10,0 x 20,0 cm
Pranchão_________________ 7,5 x 23,0 cm 
Viga_________________ 15,0 x 15,0 cm 
Viga_________________ 7,5 x 15,0 cm 
Viga_________________ 7,5 x 11,5 cm 
Viga_________________ 5,0 x 20,0 cm 
Viga_________________ 5,0 x 15,0 cm
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Formas Comerciais
Caibro_________________ 7,5 x 5,0 cm 
Caibro_________________ 5,0 x 7,0 cm
Caibro_________________ 5,0 x 6,0 cm 
Sarrafo_________________ 3,8 x 7,5 cm 
Sarrafo_________________ 2,2 x 7,5 cm
Tábua_________________ 2,5 x 23,0 cm 
Tábua_________________ 2,5 x 15,0 cm 
Tábua_________________ 2,5 x 11,5 cm
Ripa _________________ 1,2 x 5,0 cm
Corte
É o conjunto de operações de se efetuam 
para dividir longitudinalmente os troncos 
obtidos das árvores e limpos de ramos, 
fazendo deles peças menores apropriadas 
para a sua utilização.
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Corte
Corte (falquejamento) 
com que se obtém uma 
peça inteiriça com 
arestas vivas e quatro 
costaneiras
Corte
Corte em quatro
Consiste em dar dois 
cortes perpendiculares 
pelo centro
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Corte
Corte Radial
É feito seguindo a 
direção dos raios 
medulares.
Corte
Corte em fiadas 
paralelas
Obtém-se tábuas e 
pranchas de diferentes 
larguras.
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Corte
Corte de Paris
Começa-se por obter 
uma grossa peça central 
e seguidamente outras 
nos lados, de menor 
tamanho.
Corte
Corte em Cruz
Consiste em tirar uma 
grossa peça central, dos 
dois lados obtém-se 
outras peças grossas e 
finalmente os quatro 
pedaços restantes 
dividem-se radialmente 
em forma de tábuas.
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Corte
Corte Holandês
Começa-se por um corte 
em quatro pedaços. 
Depois faz-se em cada 
uma das partes uma 
série de cortes paralelos.
Corte
Corte por encontro de 
cortes
Separa-se primeiro uma 
prancha central. Dos 
dois lados vão-se tirando 
tábuas e pranchas por 
meio de encontro de 
cortes.
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Causas da Deterioração
•APODRECIMENTO 
Desenvolvimento de fungos e bactérias, devido a 
umidade da atmosfera e a temperatura do meio 
ambiente, quando a percentagem de umidade é
superior a 30% e as temperaturas forem superiores 
a 25oC ou 30oC.
Causas da Deterioração
•AÇÃO DOS INSETOS – carunchos e cupins
•FOGO – as peças maiores tem mais resistência, 
devido a uma camada de carvão mineral na 
superfície do tronco, que serve como isolante 
térmico.
•AÇÕES MECÂNICAS – extração de pedaços do 
tronco
•AGENTES QUÍMICOS 
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Causas da Deterioração
APODRECIMENTO 
Desenvolvimento de fungos e bactérias, devido a 
umidade da atmosfera e a temperatura do meio 
ambiente, quando a percentagem de umidade é
superior a 30% e as temperaturas forem superiores 
a 25oC ou 30oC.
Deterioração
Para proteger as madeiras contra estas 
deteriorações, elas são submetidas a 
diversos tratamentos.
Em qualquer caso, é importante um BOA 
SECAGEM – de maneira natural ou 
artificialmente.
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Processos de preservação
•Superficiais
•Depois da secagem, é aplicada com 
pincel ou imersão uma camada superficial 
de preservativo para inibir a passagem de 
insetos e fungos.
Processos de preservação
•De Impregnação sem pressão
•A madeira é colocada imersa numa 
solução com preservativo a 100oC. A ação 
do preservativo é expelir o ar existente 
no interior da madeira, fazendo com que o 
produto seja absorvido pela pressão 
atmosférica.
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Processos de preservação
•De Impregnação com pressão
•Em grande quantidade de madeira são os 
mais eficientes.
•A madeira é colocada numa câmara onde 
é feito o vácuo para remover o ar da 
madeira. O preservativo é introduzido sob 
pressão.
Autoclave
MADEIRA AUTOCLAVADA
• significa madeira obtida de florestas 
cultivadas e renováveis e impregnada em 
unidades industriais (autoclaves) com um 
agente preservante, apresentando alta 
durabilidade, economia, segurança, 
versatilidade, fácil manutenção e garantia de 
qualidade.
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40
41
42
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Propriedades da madeira 
estrutural 
NBR 7190 de 1997
Resistência Da Madeira
Notações
• resistência à compressão paralela às fibras fc,0
• resistência à tração paralela às fibras ft,0
• resistência à compressão normal às fibras fc,90
• resistência à tração normal às fibras ft,90
• resistência ao cisalhamento paralelo às fibras fv,0
• resistência de embutimento paralelo às fibras fe,0
• resistência de embutimento normal às fibras fe,90
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Caracterização simplificada da madeira
• ft0,k = 1,30 fc0,k
• ftM,k = 1,00 fc0,k
• fc90,k = 0,25fc0,k
• fe0,k = 1,00fc0,k
• fe90,k = 0,25fc0,k
para coníferas:
fv0,k = 0,15fc0,k
para dicotiledôneas: 
fv0,k = 0,12fc0,k
Ensaios de caracterização 
Tração paralela às fibras
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Ensaios de caracterização 
Compressão paralela às fibras
Cisalhamento paralelo às 
fibras
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Caracterização completa da rigidez
Notação
•Valor médio do módulo de elasticidade na
compressão paralela às fibras
Ec0,m
•Valor médio do módulo de elasticidade na
compressão normal às fibras
Ec90,m
Caracterização simplificada da rigidez
•Ec90= 1/20 Ec0
133047,72,882,844,4645Pinus taeda L.Pinus taeda
109048,02,560,943,6538Pinus oocarpa shiedePinus oocarpa
118897,42,566,040,4560Pinus elliottii v. elliottiiPinus elliottii
98687,82,650,342,3535P.caribea v.hondurensisPinus hondurensis
71106,82,452,732,6537P.carib.var.bahamensisPinus bahamensis
84317,83,264,835,4579P.caribea var.caribeaPinus caribea
152258,81,693,140,9580Auracaria angustifoliaPinho do Paraná
Ec0
MPa
fv
MPa
ft90
MPa
ft0
MPa
fc0
MPa
ρρρρap(12%)
kg/m3Nome botânicoNome vulgar
VALORES MÉDIOS DE MADEIRAS CONÍFERAS NATIVAS E DE FLORESTAMENTO
(U = 12%)
Valores de referência - NBR-7190
48
2172411,83,4123,495,21106Diplotropis sppSucupira
2273314,95,4138,582,91143Manikara sppMaçaranduba
141859,03,3111,956,5684Ocotea sppLouro preto
2360715,73,2157,593,31074Hymenaea sppJatobá
1801113,13,196,876,01068Tabebuia serratifoliaIpê
1988112,44,7147,472,71087Eucalyptus paniculataEucalipto paniculata
80585,63,071,431,5600Cedrella sppCedro doce
1461311,16,284,952,0871Cassia ferrugineaCanafístula
1669411,34,8104,976,71170Dinizia excelsaAngelimp. 
verdadeiro
129128,83,575,559,8694Hymenolobium petraeumAngelim pedra
2082711,83,7117,879,51170Hymenolobium sppAngelim ferro
128767,13,169,250,5688Votaireopsis ararobaAngelim araroba
Ec0
MPa
fv
MPa
ft90
MPa
ft0
MPa
fc0
MPa
ρρρρap(12%)
kg/m3Nome botânicoNome vulgar
VALORES MÉDIOS DE MADEIRAS DICOTILEDÔNEAS NATIVAS E DE FLORESTAMENTO
(U = 12%)
Valores médios e característicos
Valor médio de uma propriedade da madeira é
simplesmente a média aritmética dos valores dos 
resultados obtidos por ensaio.
Valor característico de uma propriedade de madeira é
aquele que tem probabilidade de 5% de ser 
ultrapassado em um determinado lote de material.
49
60050014.500630C30
5504508.500525C25
5004003.500420C20
ρρρρaparente
kg/m3
ρρρρbas,m
kg/m3
Ec0,m
MPa
fV0,k
MPa
fc0,k
MPa
Classes
Coníferas (padrão de referência 12%)
1.00080024.500860C60
95075019.500640C40
80065014.500530C30
6505009.500420C20
ρρρρaparente
kg/m3
ρρρρbas,m
kg/m3
Ec0,m
MPa
fV0,k
MPa
fc0,k
MPaClasses
Dicotiledôneas (padrão de referência U=12%)
Valores característicos 
por classes de resistência
γwc = 1,4 resistência à compressão
γwt = 1,8 resistência à tração
γwv = 1,8 resistência ao cisalhamento
Resistência de cálculo da madeira
Coeficientes de ponderação de resistência
w
k
d
XkX
γmod
=
↑
→
Tensão )(0 MPacσ
0cf
%50σ
%10σ
0 %10ε %50ε
α
0cεespecíficaDeformação )( mmµ%50ε%10ε
α
específicaDeformação
↑
→
Tensão )(0 MPatσ
0tf
%50σ
%10σ
)(0 mmt µε
50
peças curvas
0,8 ou 1,0peças retas
Madeira laminada colada
0,81ª e 2ª categoriasMadeira conífera serrada
0,82ª categoria
1,01ª categoria
Madeira dicotiledônea serrada
Valores de kmod 3
2
000.21 





−
r
t
“t” é a espessura das lâminas e “r” é o menor raio de curvatura das lâminas
Coeficientes de modificação
kmod = kmod,1⋅ kmod,2⋅ kmod,3
0,90,8≥ 25%Uamb ≥ 85%4
0,90,818%75% ≤ Uamb ≤ 85%3
1,01,015%65% ≤ Uamb ≤ 75%2
1,01,02%Uamb ≤ 65%1
Madeira 
recomposta
Serrada, laminada colada 
e compensada
Tipos de madeira
Umidade de 
equilíbrio
Umidade relativa do 
ambiente
Classes de 
umidade
Valores de kmod 2
kmod,2= 0,65 para madeira submersa
Coeficientes de modificação
51
1,101,10Muito curtaInstantânea
0,900,90Menos de uma semanaCurta duração
0,650,80Uma semana a seis messesMédia duração
0,450,70Mais de seis mesesLonga duração
0,300,60Vida útil da construçãoPermanente
Madeira 
recomposta
Serrada, laminada
colada e cmpensada
Tipos de madeira
Duração acumulada da ação
variável principal da combinação
Classes de 
carregamento
Valores de kmod 1
Coeficientes de modificação
Barbada ?
… então vamos voltar ao exercício…
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Dimensionar uma viga de madeira laminada colada de 8,00m de vão teórico e 
seção retangular a ser construída com lâminas de madeira conífera Classe 30, 
medindo cada uma delas 12cm de largura por 2cm de espessura. 
A viga terá por finalidade servir de apoio para as vigas secundárias de 10cm de 
largura indicadas no esquema abaixo. A ação de cada uma das vigas secundárias
sobre a viga principal é decorrente da combinação de cargas permanentes
Gk = 2.5 kN e de cargas variáveis Qk = 5,0 kN. 
E' cerca de 80% a umidade relativa do ambiente.
Não considerar o peso próprio da viga principal.
Os entalhes previstos nos extremos da viga principal deverão ter a altura
máxima permitida pela norma.
B B
C
↓ cm10↓cm10
m00,2 m00,2m00,2 m00,2
53
Dimensionamento - estados limites últimos
1. Resistências de cálculo das madeiras Coníferas Classe 30
Coeficiente de modificação
– carregamentos de longa duração:… kmod1=0,70
– umidade ambiente Uamb=80%:…… kmod2=0,80
- coníferas de 1ª ou 2ª categorias..:… kmod3=0,80
45,080,080,070,0mod =××=⇒ k
Resistências de cálculo
– Compressão paralela às fibras: MPa
f
kfMPaf
wc
kc
dckc 6,94,1
0,3045,00,30 ,0mod,0,0 =⋅==⇒= γ
MPaff dcdt 6,9,0,0 ==
MPa
f
kfMPaf
wV
kV
dVkV 5,18,1
0,645,00,6 ,0mod,0,0 =⋅==⇒= γ
– Tração paralela às fibras
- Cisalhamento paralelo às fibras
FIM