Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
1 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. 2 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... 3 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 4 Seção Transversal BORNE •Cor clara •Circulação da seiva •Camada mais jovem que se transforma em cerne Seção Transversal CÂMBIO VASCULAR •Dá origem à madeira 5 Seção Transversal LÍBER •Camada geradora da casca •Circula a seixa elaborada Seção Transversal CASCA •Camada protetora dos tecidos da árvore 6 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 7 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 8 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. 9 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 10 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 13 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. 14 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 15 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 16 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 17 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 18 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. 19 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”. 20 •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 21 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. 25 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 26 Ensaios de Norma NBR 7190/1997 Projeto de estruturas de madeira • Medidas de resistência dinâmica •Resistência aos impacto na flexão Classe de Madeiras 27 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 29 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. 30 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 31 Corte Corte Radial É feito seguindo a direção dos raios medulares. Corte Corte em fiadas paralelas Obtém-se tábuas e pranchas de diferentes larguras. 32 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. 33 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. 34 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 35 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. 36 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. 37 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. 38 39 40 41 42 43 44 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 45 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 46 Ensaios de caracterização Compressão paralela às fibras Cisalhamento paralelo às fibras 47 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… 52 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
Compartilhar