Madeira Alex parte1a

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Estruturas de Madeira
Prof. Alex Leandro de Lima, M.Sc.
•Dimensionamento de Elementos Estruturais de Madeira – Carlito
Calil Junior / Francisco Antonio Rocco Lahr / Antonio Alves Dias –
Editora Manole;
• PFEIL, Walter & PFEIL, Michele. Estruturas de madeira. 6.ed. Rio
de Janeiro, Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 2003.
•NBR 7190/97 – Projeto de Estruturas de Madeira – Associação 
Brasileira de Normas Técnicas;
•Software TACO – Programa para cálculo de estruturas de madeira 
segundo NBR 7190/1997 – Juliana Ana Chiarello e Zacarias M. 
Chamberlain Pravia – FEAR – Universidade de Passo Fundo 
(http://www.ufp.br/etools).
Bibliografia:
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Conteúdo:
1. Algumas informações fundamentais sobre a 
madeira;
2. Características físicas da madeira relevantes para o 
projeto de estruturas;
3. Propriedades de resistência e rigidez da madeira;
4. Considerações sobre ações e segurança em projetos 
de estruturas de madeira;
5. Critérios de dimensionamento;
6. Ligações em estruturas de madeira;
7. Contraventamento;
8. Classificação estrutural e durabilidade da madeira.
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1.1. Algumas informaAlgumas informaçções fundamentais sobre a ões fundamentais sobre a 
madeiramadeira
Brasil:Brasil: Como opção para aumentar a atividade econômica e a 
abertura para os mercados interno e externo (marcado pela 
competitividade e pela necessidade de alcançar soluções 
inovadoras para os mais variados problemas) tem-se 
incentivado o desenvolvimento de políticas no setor florestal;
Atividade Florestal:Atividade Florestal: É uma das poucas que, com utilização 
de métodos racionais de exploração, poderá conjugar a 
expansão econômica à conservação da qualidade de vida 
(desenvolvimento sustentado, possível de ser proporcionado 
pelo setor florestal ).
Desenvolvimento Sustentado ou SustentDesenvolvimento Sustentado ou Sustentáável:vel:
�Busca não somente produção direta de madeira e matéria 
prima usada na fabricação de produtos derivados, mas também 
a geração de outros bens indispensáveis à manutenção do 
equilíbrio ecológico, tais como:
- Melhoria da qualidade do ar devido à fotossíntese;
- Biodiversidade (fauna e flora);
- Redução da erosão e suas conseqüências.
Floresta Amazônica:Floresta Amazônica:
�Ocupa área de 2.8 milhões de km2, que abrange os estados 
do Amapá, Amazonas, Maranhão, Mato Grosso, Pará, 
Rondônia, Roraima e Tocantins = 33% território nacional. 
20% da área original devastados de forma irreversível.
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Emprego Estrutural da Madeira:Emprego Estrutural da Madeira:
A madeira é empregada, com freqüência, para fins estruturais, 
na solução de problemas relacionados a:
•Coberturas: residenciais, comerciais, industriais, construções 
rurais;
•Cimbramentos: para estruturas de concreto (armado e 
protendido);
•Transposição de obstáculos: pontes, viadutos, passarelas;
•Armazenamento: silos verticais e horizontais;
•Linhas de transmissão (energia elétrica de baixa tensão e 
telefonia);
•Obras portuárias: Deck;
•Etc...
Principais Preconceitos Inerentes Principais Preconceitos Inerentes àà Madeira:Madeira:
•Divulgação insuficiente de informações tecnológicas;
•Falta de projetos específicos desenvolvidos por profissionais 
habilitados;
•Mão de obra não qualificada e maquinário obsoleto ou 
adaptado;
•Associação do uso da madeira à “catástrofes ecológicas”.
...“Não está sendo defendida aqui, a exploração irracional e 
predatória. O que se almeja é a aplicação de um manejo de 
cultura e exploração inteligente, fundamentado em técnicas há
muito dominadas por engenheiros florestais e profissionais de 
área correlatas, que poderá garantir a perenidade de nossas 
reservas florestais.”... (Junior, 2002 ).
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Vantagens da ProduVantagens da Produçção de Madeira para Estruturas:ão de Madeira para Estruturas:
•Extração e desdobro (corte das toras) envolvem baixo consumo 
de energia;
•No aço e no concreto, por exemplo, os processos de produção 
são altamente poluentes, requerendo alto consumo energético; 
antecedidos por agressões ambientais consideráveis para 
obtenção de matéria prima( que jamais será reposta);
•Aspecto visual muito interessante;
•Conveniente desempenho a altas temperaturas (melhor que de 
outros materiais) apesar da sua inflamabilidade. Na realidade, a
carbonatação superficial das peças se transforma numa espécie 
de "barreira de isolação térmica". Sendo a madeira um mau 
condutor de calor, a temperatura interna cresce mais lentamente,
não provocando maior comprometimento da região central das 
peças que, deste modo, podem manter-se em serviço nas 
condições onde o aço, por exemplo, já teria entrado em colapso, 
mesmo não sendo um material inflamável.
Viga de madeira
Viga de Aço
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Tabela 1 – Propriedades de alguns materiais
60- 908 - 1230 - 1100,5 – 1,2
Madeira a 
tração
8 - 12
210
� 20
E
(GPa)
30 - 60
250
40
f
(MPa)
50 - 600,5 – 1,2
Madeira a
compressão
327,85Aço a tração
162,5Concreto
f / �
�
(t/m3)
Material
•Outro aspecto que favorece a madeira é sua alta resistência em 
relação à densidade (uma excelente relação resistência/peso), 
conforme consta na Tabela 1 a seguir.
ClassificaClassificaçção das Madeiras:ão das Madeiras:
As madeiras utilizadas em construção são obtidas de troncos de 
árvores. Distinguem-se duas categorias principais de madeiras:
Árvores
Botanicamente: Classe das Fanerógamas
Gimnospermas Angiospermas
Classe mais importante: 
Coníferas, também 
conhecidas como 
softwoods, ou seja, 
madeiras moles 
(ou macias). 
ex. pinheiro-do-paraná, 
pinheiro-bravo, etc
Classe mais importante: 
Dicotiledôneas, também 
conhecidas como hardwoods, ou 
seja, madeiras duras. 
ex. peroba, ipê, etc
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Estrutura MacroscEstrutura Macroscóópica da Madeira:pica da Madeira:
A seção transversal de um tronco de árvore revela as seguintes 
camadas:
•Na região central do tronco se localiza a medula, tecido macio, 
em torno do qual se verifica o primeiro crescimento da madeira. 
• As camadas externas e mais jovens de crescimento constituem 
o alburno. Tratam-se de camadas com menor resistência à
demanda biológica, têm coloração mais clara, aceitando com 
maior facilidade a aplicação de tratamentos preservativos.
•As camadas mais internas do tronco – o cerne – são mais 
antigas, tendem a armazenar resinas e outras substâncias de alto
peso molecular, tornando-se mais escuras, com maior resistência 
à demanda biológica.
•A casca é a proteção externa da árvore. Ela é formada por uma 
camada externa morta, de espessura variável com a idade e 
espécie, e uma camada interna de tecido vivo. Sob esta, existe 
uma finíssima película - o câmbio – (parte "viva" da árvore).
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a) Anisotropia – reações diferentes segundo a direção da 
solicitação
2.2. CaracterCaracteríísticas Fsticas Fíísicas da Madeira sicas da Madeira 
Relevantes para o Projeto de EstruturasRelevantes para o Projeto de Estruturas
b) Umidade:
•A umidade (água na cavidade das células – fibras – e água 
absorvida pelas paredes das fibras) da madeira tem grande 
importância sobre suas propriedades;
•Exposta ao meio ambiente ele perde continuamente umidade por 
evaporação das moléculas livres de água;
•Diz-se que ela atingiu o ponto de saturação das fibras (PS). Ficam 
retidas apenas as moléculas de água no interior das paredes 
celulares (água de adesão ou de impregnação). Diz-se que a 
madeira está “meio seca”.
Ponto de Saturação:
Teor de umidade U(%) entre 20% e 30%;
NBR 7190/1997 – PS = 25%
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•A saída de água livre não interfere na estabilidade dimensional, 
nas propriedades de resistência e elasticidade;
•Após o PS, a evaporação vai prosseguindo com menor 
velocidade, até alcançar o nível de umidade de equilíbrio (UE) 
– seca ao ar;
•Pela NBR7190/1997, EU = 12% (a 20º C e 65% de umidade 
relativa do ar);
•Percentuais de umidade inferiores a UE, apenas por secagem 
forçada (câmaras ou estufas);
Determinação da umidade pelo método da secagem em estufa:
NBR 7190/1997 (Anexo B):
•Corpo de Prova (CP) de 2 x 3 x 5(cm);
•Pesa-se o CP antes da secagem (mi);
•Leva-se a estufa (103ºC) .“ A massa do CP deve ser medida a 
cada seis horas, até ocorrer, entre duas medidas consecutivas, 
variação menor ou igual a 0,5% da última massa medida. Esta 
massa será considerada como a massa seca (ms)”; O processo 
dura em torno de 48 horas.
100(%) ���
s
si
m
mmU
Exemplo 2.1: Deseja-se determinar a porcentagem de 
umidade de uma peça de Jatobá, a ser empregada na 
confecção de um piso. Dela se retira uma amostra, de acordo 
com recomendações da NBR 7190/1997. A massa inicial da 
amostra é 42,88g. A massa seca é 28,76g. Qual é o valor da 
umidade procurada (U)?
9
%1.49(%)
100
76,28
76,2888,42100(%)
�
�
�
��
�
�
U
m
mmU
s
si
Umidade acima do PS
Exemplo 2.2: Uma peça de madeira para emprego estrutural tem 
massa de 6148g a U% de umidade e deve ser submetida à
secagem até atingir 12%, condição na qual será utilizada. 
Sabendo-se que uma amostra retirada da referida peça, nas 
dimensões indicadas pela NBR 7190/1997, pesou 34,52g (a U% 
de umidade) e 25,01g (massa seca), pede-se estimar o peso da 
peça em questão quando for atingida a umidade de 12%.
%0,38(%)100
01,25
01.2552,34100(%) �������� U
m
mmU
s
si
Massa seca:
g
U
mm
m
mmU is
s
si 4455
1000,38
6148100
100
100100(%) �
�
�
�
�
���
�
�
mmUmmmmU ssisis 100
(%))(100(%) �����
mi 4455100
445512
�
�
�
gmi 6,4989�
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Densidade da Madeira (Peso específico):
É a quantidade de massa contida em uma unidade de volume.
•Densidade real:
Relação entre a massa da madeira e o volume efetivo ocupado 
por ela, descontando-se os vazios ocupados por água e ar.
•Densidade básica:
Razão entre a massa seca da amostra e o volume saturado, 
com todos os seus vazios internos preenchidos por água.
� 	3/ cmg
V
m
sat
s
bas ��
•Densidade aparente:
É a razão entre a massa e o volume de corpos-de-prova 
para o teor de umidade de 12% (NBR 71901997).
� 	3
12
12 / cmg
V
m
ap ��
Obs: Madeiras de maior peso específico apresentam maior 
resistência.
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Diagrama de Kollmann:
Diagrama de Kollmann, que representa a 
variação da densidade aparente com o teor de 
umidade.
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Variação Dimensional da Madeira:
Presença de água de impregnação no interior da madeira
Retração Inchamento
•Às vezes, espécies com grande disponibilidade em uma dada 
região não podem ser indicadas para as aplicações nas quais a 
estabilidade dimensional seja um dos requisitos prioritários.
•As variações dimensionais acontecem em diferentes proporções 
nas direções de ortotropia, sendo praticamente desprezíveis na 
direção longitudinal, mais acentuadas na direção radial e 
maiores na direção tangencial.
umidade
inchamento
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Tabela 2 - Percentuais de retração
6,0 a 27,0Volumétrica (V)
3,5 a 15,0Tangencial (T)
2,4 a 11,0Radial (R)
0,1 a 0,9Longitudinal (L)
Retração Total(%)Direção
OBS: A diferença entre as porcentagens de retração radial e 
tangencial é um dos fatores responsáveis pelo aparecimento de 
trincas, rachaduras, empenamentos, encanoamentos, torcimentos 
e outros defeitos no transcurso dos processo de secagem.
Dilatação Linear:
O coeficiente de dilatação linear das madeiras, na direção 
longitudinal, varia de 0,3x10-5 a 0,45x10-5 por °C. Na direção 
tangencial ou radial, este coeficiente varia com o peso específico 
da madeira, sendo da ordem de 4,5x10-5 °C-1 para madeiras duras 
e 8,0x10-5 ºC-1 para madeiras moles. 
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2.1 – Tipos de Madeira de Construção
As madeiras para construções podem classificar-se em duas 
categorias:
Madeiras MaciMadeiras Maciçças:as:
•Madeira bruta ou roliça – mais utilizada em construções 
provisórias e podem, também, ser empregada para estacas, poste, 
colunas etc.
•Madeira falquejada – tem as faces laterais aparadas por 
machado, formando seções maciças, quadradas ou retangulares; é
utilizada em estacas, cortinas cravadas, pontes etc.
•Madeira serrada – o tronco é cortado nas serrarias, em 
dimensões padronizadas para o comércio, passando depois por 
um período de secagem. 
Madeiras Industrializadas:Madeiras Industrializadas:
•Madeira compensada – é formada pela colagem de lâminas 
finas, com as direções das fibras alternadamente ortogonais. 
•Madeira laminada ou colada – a madeira selecionada é cortada 
em lâminas, de 15mm a 50mm de espessura, que são coladas sob 
pressão, formando grandes vigas, em geral de seção retangular.
•Madeira recomposta – sob esta designação, encontram-se 
produtos na forma de placa que são produzidos a partir de 
resíduos da madeira serrada e compensada convertidos em flocos 
e partículas e colados sob pressão. Devido à baixa resistência e 
durabilidade, este material é muito utilizado na indústria de 
móveis. 
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3.3. Propriedades de Resistência e de Rigidez da Propriedades de Resistência e de Rigidez da 
MadeiraMadeira
As propriedades físicas e mecânicas das espécies de madeira são 
determinadas por meio de ensaios padronizados em amostras 
sem defeitos (Anexo B da NBR 7190/1997).
Eixos de referência
Para a completa caracterização da madeira para uso em 
estruturas, as seguintes propriedades devem ser determinadas:
Compressão:
Paralelo à fibras (elevada resistência);
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Possíveis tipos de compressão na madeira:
Tração:
Tração paralela às fibras Tração perpendicular às fibras
Cisalhamento:
Cisalhamento 
perpendicular às fibras 
– alta resistência
Cisalhamento paralelo às fibras – menor resistência
Cisalhamento 
horizontal
Cisalhamento 
rolling
Perpendicular às fibras (aprox.1/4 da resistência à compressão).
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Flexão Simples:
Torção: A NBR 7190/97 recomenda evitar
Resistência ao choque: A NBR 7190/97 recomenda realizar 
ensaio de flexão dinâmica
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Fatores que influenciam nas propriedades da madeira:
Fatores Anatômicos:
•Densidade;
•Inclinação das Fibras;
•Falhas naturais da madeira: encurvamento do tronco e dos galhos 
durante o crescimento, presença de medula, faixas de perêquima, 
nós e etc.
Presença de medula
Faixas de parêquima
Nós
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Fatores Ambientais e de utilização:
•Umidade;
•Defeitos de secagem;
•Defeitos de processamento;
•Defeitos por ataques biológicos.
Ataque feitos por fungos 
perfurações pequenas
Ataque feitos por fungos 
perfurações grandes
Fungos – mancha azul Podridão clara