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1 A MADEIRA – – MATERIAL DE CONSTRUÇÃO Prof. Ralf Klein, M.Eng. A madeira - Material de construção SUMÁRIO 1) Introdução 2) Classificação das madeiras 3) Estrutura e crescimento 4) Propriedades físicas 5) Defeitos das madeiras 6) Deterioração da madeira 7) Referências Es tru tu ra s de m ad eir a - Pr o f. Ra lf K lei n A madeira - Material de construção INTRODUÇÃO � Como material de construção, as madeiras incorporam todo um conjunto de características técnicas, econômicas e estéticas que dificilmente se encontram em outro material. � Aplicações da madeira na construção civil: � Elementos estruturais das construções. � Elementos de vedação das construções. � Elementos de revestimento. � Esquadrias. � Móveis, etc. Es tru tu ra s de m ad eir a - Pr o f. Ra lf K lei n 2 A madeira - Material de construção INTRODUÇÃO � A madeira é um dos materiais de construção mais antigos devido: � Disponibilidade na natureza. � Facilidade de manuseio. � Apresenta uma excelente relação resistência / peso, se comparada com outros materiais de construção convencionais atualmente utilizados: Es tru tu ra s de m ad eir a - Pr o f. Ra lf K lei n Massa específica ρ (t/m3) Resistência Fonte: Pfeil (2009) Relação f/ρ A madeira - Material de construção INTRODUÇÃO Características positivas da madeira � Resistência mecânica a esforços de tração, de compressão e de flexão. � Resistência mecânica elevada (superior aos concretos convencionais) com peso reduzido. � Resistência elevada a choques e esforços dinâmicos (tenacidade). � Boas características de isolamento térmico e acústico (quando seca). � Facilidade de afeiçoamento e simplicidade de ligações (ferramentas simples). � Facilidade de transporte. � Custo baixo de produção. � Reservas que podem ser renovadas. � Vida útil prolongada com insignificante manutenção. � Estético e decorativo. Es tru tu ra s de m ad eir a - Pr o f. Ra lf K lei n A madeira - Material de construção INTRODUÇÃO Características negativas da madeira � Existem mais de 3000 espécies diferentes de árvores implicando numa alta variação nas propriedades. � Degradação das propriedades e surgimento de tensões internas devido a alterações da sua umidade (solução: secagem artificial controlada). � Deterioração devido a predadores: fungos, insetos, etc. (solução: tratamentos). � Heterogeneidade (defeitos e imperfeições), anisotropia (estrutura fibrosa orientada). � Limitação de suas dimensões (solução: processos de transformação em laminados, aglomerados, etc.). � Sujeito à ação do fogo. Es tru tu ra s de m ad eir a - Pr o f. Ra lf K lei n 3 A madeira - Material de construção INTRODUÇÃO Fontes de matéria prima (IPT, 2003) � Florestas plantadas: � Produzem matéria-prima para as indústrias de madeira serrada e de painéis à base de madeira. � Sua implantação, manutenção e exploração seguem projetos previamente aprovados pelo Ibama. � Florestas nativas, que são exploradas para atender ao mercado de madeiras de duas formas: � Por meio de manejo florestal, através da exploração planejada e controlada da mata nativa. � Por meio de exploração extrativista, explorando comercialmente apenas as espécies com valor de mercado, sem projetos de manejo. Es tru tu ra s de m ad eir a - Pr o f. Ra lf K lei n A madeira - Material de construção CLASSIFICAÇÃO As madeiras imediatamente utilizadas na construção são obtidas de troncos de árvores. Distinguem-se duas categorias principais de madeiras: � Madeiras duras. � Madeiras macias. Es tru tu ra s de m ad eir a - Pr o f. Ra lf K lei n A madeira - Material de construção CLASSIFICAÇÃO � Madeiras duras � Provenientes de árvores frondosas (dicotiledôneas, da classe Angiosperma). Folhosas; hardwood. � Folhas achatadas e largas. � Geralmente perdem suas folhas no inverno. � De crescimento lento. � Ex.: aroeira, carvalho, ipê, peroba, etc. � Madeiras macias � Provenientes, em geral, das árvores coníferas (da classe Gimnosperma). Resinosas; softwood. � Folhas em forma de agulha ou escama. � Mantém as suas folhas verdes o ano todo. � De crescimento rápido. � Ex.: pinho-do-paraná, pinus elliottii, etc. Es tru tu ra s de m ad eir a - Pr o f. Ra lf K lei n 4 A madeira - Material de construção ESTRUTURA e CRESCIMENTO Estrutura de uma árvore � Raiz: ancora a árvore no solo e retira água e sais minerais do solo para a formação da seiva bruta (ascendente). � Copa: se desdobra em ramos, folhas, flores e frutos; nas folhas ocorre a transformação da água e sais minerais em seiva elaborada (descendente). � Tronco ou caule: sustenta a copa com sua galharia e conduz a seiva bruta e a seiva elaborada; é a parte imediatamente útil para a produção de madeiras para a construção. Es tru tu ra s de m ad eir a - Pr o f. Ra lf K lei n A madeira - Material de construção ESTRUTURA e CRESCIMENTO Constituição do tronco � A casca: protege o lenho e é o veículo da seiva elaborada das folhas para o lenho do tronco. � O câmbio: é uma fina e quase invisível camada de tecidos vivos situado entre a casca e o lenho. No câmbio ocorre a transformação dos açúcares e amido em celulose e lignina que, são os principais constituintes do tecido lenhoso. Esta transformação acontece principalmente durante a primavera e o verão, formando assim os anéis anuais de crescimento transversal. Es tru tu ra s de m ad eir a - Pr o f. Ra lf K lei n A madeira - Material de construção ESTRUTURA e CRESCIMENTO Constituição do tronco (cont.) � O lenho: é a seção útil do tronco para obtenção das peças estruturais de madeira; apresenta duas regiões distintas: o alburno e o cerne. � O alburno (ou branco) é formado por células vivas que conduzem a seiva bruta (ascendente) e por isso é atraente aos insetos. É desaconselhável descartar o alburno pois: � Representa 25% a 50% do tronco. � Tecnologicamente apresenta características mecânicas satisfatórias. � Pode ser facilmente impregnado com produtos de preservação de madeiras. Es tru tu ra s de m ad eir a - Pr o f. Ra lf K lei n 5 A madeira - Material de construção ESTRUTURA e CRESCIMENTO Constituição do tronco (cont.) � O cerne (ou durâmen) é formado por células mortas e por isso não é atraente aos insetos. Comparado com o alburno o cerne apresenta: � Maior densidade. � Maior resistência mecânica. � Maior durabilidade. � Menor permeabilidade. � Menor umidade. Es tru tu ra s de m ad eir a - Pr o f. Ra lf K lei n A madeira - Material de construção ESTRUTURA e CRESCIMENTO Constituição do tronco (cont.) � A medula: é o miolo central da seção transversal do tronco, é um vestígio do vegetal jovem. É um tecido mole, não tem resistência mecânica, não tem durabilidade, sua presença em peças de madeira serrada constitui um defeito. � Os raios medulares: são desenvolvimentos transversais radiais de células lenhosas que servem para o transporte e armazenamento de nutrientes na seção transversa1. Eles amarram transversalmente as fibras impedindo que elas trabalhem exageradamente frente às variações do teor de umidade da madeira. Es tru tu ra s de m ad eir a - Pr o f. Ra lf K lei n Amadeira - Material de construção ESTRUTURA e CRESCIMENTO Microestrutura da madeira – dicotiledôneas. � As células da madeira, denominadas fibras, são como tubos de paredes finas alinhados na direção axial do tronco e colados entre si. � As fibras longitudinais distribuem-se em anéis, correspondentes aos ciclos anuais de crescimento. � Os anéis de crescimento permitem avaliar a idade da árvore. Es tru tu ra s de m ad eir a - Pr o f. Ra lf K lei n Disposição das fibras na seção transversal do tronco e detalhes das fibras (dicotiledôneas). (Gleize, 2005) 6 A madeira - Material de construção ESTRUTURA e CRESCIMENTO Microestrutura da madeira – coníferas. Es tru tu ra s de m ad eir a - Pr o f. Ra lf K lei n A madeira - Material de construção PROPRIEDADES FÍSICAS Anisotropia da madeira. � A anisotropia da madeira é devido à orientação das células. � Para a avaliação do desempenho fisico-mecânico do material madeira, distinguem-se três direções principais: � Direção axial (ou longitudinal): longitudinal ao caule, no sentido das fibras. � Direção radial: transversal radial aos anéis de crescimento. � Direção tangencial: transversal tangencial aos anéis de crescimento. Es tru tu ra s de m ad eir a - Pr o f. Ra lf K lei n Obs.: a diferença de propriedades nas direções radial e tangencial raramente tem importância prática. A madeira - Material de construção PROPRIEDADES FÍSICAS Umidade � A umidade da madeira tem grande importância sobre as suas propriedades. � O grau de umidade é o peso de água contido na madeira expresso como uma percentagem do peso da madeira seca em estufa. � � Ph – Peso da amostra na condições de umidade em que se encontra. � P0 – Peso da amostra depois da secagem em estufa. � A secagem das madeiras ao ar pode demorar dependendo do tipo de madeira e das condições do ambiente (umidade relativa e temperatura). � Para acelerar o tempo de secagem, esta pode ser realizada em estufas com umidade e temperatura controladas. � Ex.: A secagem ao ar para se atingir um teor de umidade de 12% pode demorar entre 2 e 10 anos e, em estufa, o tempo de secagem varia de 2 a 5 dias. Es tru tu ra s de m ad eir a - Pr o f. Ra lf K lei n 7 A madeira - Material de construção PROPRIEDADES FÍSICAS Umidade (cont.) � Nas madeiras a umidade está presente de duas maneiras: � A água livre no interior da cavidade das células lenhosas. � A água absorvida nas paredes das células lenhosas. � A madeira ao secar perde inicialmente a água contida no interior das células ocas. Este ponto corresponde ao grau de umidade de ≅≅≅≅ 30%. � Continuando-se o processo de secagem, a madeira perde a água absorvida nas paredes da células até atingir o ponto de equilíbrio ao ar (seca ao ar). � O grau de umidade deste ponto (seca ao ar) varia entre 10% e 20% dependendo das condições do ambiente. � As propriedades da madeira são sempre referidas a uma umidade-padrão de referência que, no Brasil é adotada igual a 12%. Es tru tu ra s de m ad eir a - Pr o f. Ra lf K lei n A madeira - Material de construção PROPRIEDADES FÍSICAS Umidade (cont.) � Problemas decorrentes da utilização da madeira em umidade diferente da seca ao ar. Es tru tu ra s de m ad eir a - Pr o f. Ra lf K lei n A madeira - Material de construção PROPRIEDADES FÍSICAS Retração da madeira � A madeira sofre retração ou inchamento com a variação de umidade entre 0% e 30% (ponto de saturação das fibras). � Este fenômeno é mais importante na direção tangencial; para uma redução de umidade de 30% a 0% a retração tangencial varia de 5% a 10% da dimensão da madeira verde. Es tru tu ra s de m ad eir a - Pr o f. Ra lf K lei n Retração ou inchamento de três espécies vegetais em função do grau de umidade. (Pfeil, 2007) 8 A madeira - Material de construção PROPRIEDADES FÍSICAS Coeficiente de dilatação térmica linear � O coeficiente de dilatação térmica linear das madeiras na direção longitudinal das fibras é da ordem de 0,4.10-5 (°C)-1. � O coeficiente de dilatação térmica linear das madeiras na direção transversal radial e tangencial varia com a massa específica das madeiras: � Madeiras duras: da ordem de 4,5.10-5 (°C)-1 . � Madeiras macias: da ordem de 8,0.10-5 (°C)-1 . Es tru tu ra s de m ad eir a - Pr o f. Ra lf K lei n A madeira - Material de construção PROPRIEDADES FÍSICAS Massa específica � É medida pela massa específica aparente que, é a massa por unidade de volume aparente. � Dependendo do tipo de madeira esta varia entre 100 e 1300 kg/m3. � Para poder comparar a massa específica de madeiras diferentes, esta deve sempre ser referida ao teor de umidade padrão (12 %). � A maioria das características mecânicas das madeiras são diretamente proporcionais à massa específica. Es tru tu ra s de m ad eir a - Pr o f. Ra lf K lei n Massa específica (g/cm3) A madeira - Material de construção DEFEITOS DAS MADEIRAS Defeitos: são anomalias que alteram o desempenho e as propriedades físico-mecânicas das madeiras. Os defeitos são classificados conforme as causas de origem: � Defeitos de crescimento: devidos às alterações no crescimento e na estrutura fibrosa. � Defeitos de secagem: devidos à secagem mal conduzida. � Defeitos de produção: ocorrem durante a exploração, o desdobro, e o aparelhamento das peças. � Defeitos de alteração: devidos aos agentes de deterioração como fungos, insetos, etc. Es tru tu ra s de m ad eir a - Pr o f. Ra lf K lei n 9 A madeira - Material de construção DEFEITOS DAS MADEIRAS Defeitos de crescimento � Nós: são decorrentes de ramos da árvore primitiva que foram envolvidos por novas e sucessivas camadas de crescimento do lenho. � Ventas ou gretas: resultam de paralisações de crescimento (ex.: estiagem) e ou ações dinâmicas (ex.: vento). Es tru tu ra s de m ad eir a - Pr o f. Ra lf K lei n A madeira - Material de construção DEFEITOS DAS MADEIRAS Defeitos de secagem: são devidos a retratilidade da madeira durante os processos de secagem. � Rachaduras ou fendas são grandes ou pequenas, respectivamente, aberturas radiais no topo das toras ou peças. Es tru tu ra s de m ad eir a - Pr o f. Ra lf K lei n A madeira - Material de construção DEFEITOS DAS MADEIRAS Defeitos de secagem (cont.) � Abaulamentos: é o encurvamento da peça, geralmente, devido à contração na secagem. Es tru tu ra s de m ad eir a - Pr o f. Ra lf K lei n 10 A madeira - Material de construção DEFEITOS DAS MADEIRAS Defeitos de produção: oriundos do abate das árvores (fraturas, rachaduras, fendas) e do desdobro e serragem das peças (cantos esmagados, fibras cortadas). Defeitos de alteração: decorrentes do ataque de predadores (fungos e insetos) e, da ação da luz e chuvas; estes reduzem a seção resistente das peças estruturais e agravam os defeitos já existentes. Es tru tu ra s de m ad eir a - Pr o f. Ra lf K lei n A madeira - Material de construção DETERIORAÇÃO DA MADEIRA Principais agentes de deterioração da madeira: � Agentes biológicos. � Ação do fogo. Agentes biológicos � Fungos, cupins, brocas, moluscos, crustáceos marinhos, etc. � Estes agentes se instalam na madeira para sealimentarem de seus produtos. � Alburno x cerne. � Preservativos das madeiras. Es tru tu ra s de m ad eir a - Pr o f. Ra lf K lei n A madeira - Material de construção DETERIORAÇÃO DA MADEIRA Ação do fogo � Por ser combustível a madeira é freqüentemente considerada como sendo um material de pequena resistência ao fogo. � As peças robustas de madeira possuem excelente resistência ao fogo. � Estruturas de madeira podem ser projetadas e construídas para terem bom desempenho ao fogo. Es tru tu ra s de m ad eir a - Pr o f. Ra lf K lei n Vigas de aço e madeira após incêndio (Torres, 2010) 11 A madeira - Material de construção REFERÊNCIAS � ABNT, Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 7190 - Projeto de estruturas de madeira. Rio de Janeiro, 1997. � IPT–Instituto de Pesquisas Tecnológicas do estado de São Paulo; SVMA- SP; SindusCon-SP. Madeira: uso sustentável na construção civil. São Paulo: IPT, 2003. � Gleize, Philippe Jean Paul. Materiais de construção civil. Notas de aula da disciplina. Florianópolis: Universidade Federal de Santa Catarina, 2005. � PFEIL, Walter, PFEIL, Michèle Schubert. Estruturas de madeira, 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2007. � ZENDRON, Décio. Madeira na construção civil. Notas de aula da disciplina de Estruturas de Madeira. Blumenau: Universidade Regional de Blumenau (FURB), 2008. Es tru tu ra s de m ad eir a - Pr o f. Ra lf K lei n
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