Aula de Madeira

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Madeira 
Características e propriedades para uso na construção civil
Prof. Adhemar Watanuki Filho
Engenharia Civil – 4º Período
Introdução
Excelente material para a construção civil devido ao seu múltiplo aproveitamento;
Utilização desde os primóridos
Madeira reúne 3 características importantes nos aspectos:
Técnico;
Econômico;
Estético.
*Poucos materiais possui todas essas caracteríticas reunidas; 
Conceito
Madeira é um material:
ORGÂNICO - formado basicamente por carbono (C);
HETEROGÊNEO - devido sua grande variação existente tanto em tipos como em componentes básico e na distribuição destes componentes;
POROSO – disposição dos componentes formam poros;
HIGROSCÓPICO – absorção de água pelos poros;
ANISOTRÓPICO – se comporta em diferentes eixos de orientação;
Obs: Importante no processamento e no uso.
		- Seca mais rápido – sentido do comprimento – permeabilidade mais alta;
		- Contrai no sentido transversal;
Desvantagens
Em pleno crescimento apesar dos preconceitos inerentes à este material:
Insuficiência da divulgação das informações tecnológicas já disponíveis acerca do seu comportamento;
Falta de projetos específicos;
Problemas mais comuns:
Mão de obra não qualificada;
Existência de inúmeras marcenarias – uso de equipamentos ultrapassados;
Associação do uso de madeira à devastação de florestas;
Desconhecimento da silvicultura.
Vantagens
Baixo consumo de energia
Extração, desdobro de árvores com baio consumo de energia;
Baixo impacto ambiental – DESDE que sejam realizadas as respectivas reposições;
Comparativo com outros materiais estruturais
Concreto e aço - Processo altamente poluidores e matéria prima jamais é reposta;
Madeira – renovação se processa nas mesmas condições climáticas.
Vantagens
Desempenho superior em condições de inflamabilidade
Alto desempenho em relação aos demais materiais;
Carbonatação superficial se transforma numa espécie de isolante térmico;
Mau condutor de calor – temperatura interna cresce lentamente;
Não há o comprometimento da região central da peça.
Algumas Características
Apresenta bons resultados em resistência mecânica:
Tração – em esforços de flexão;
Compressão;
*Por isso utilizado como vigas e vergas;
A resistência mecânica, em alguns casos, maior que a do concreto;
Vantagem: peso próprio reduzido;
Resiste bem à choques e esforços dinâmicos;
Facilidade de manuseio
Ferramentas mais simples e mais acessíveis;
Padrões estéticos
Em estado natural boas características estéticas e decorativas;
Desenvolvimento de novos móveis e utensilios.
Algumas Características
Beneficiamento e uso
Reconhecimento
Alcançado devido aos três aspectos apresentados anteriormente (técnico, estético e econômico);
Fonte inesgotável – áreas renovadas.
Beneficiamento para o uso
Secagem artificial controlada – umidade;
Tratamento de preservação – classe de agressividade;
Processos de transformação (laminações, contraplacados e aglomerados).
*Esses processos de beneficamento permitem o uso mais eficaz da madeira como material de construção civil
Utilização
A madeira pode ser utilizada como:
53% Combustível – Alto poder calorífico;
37% Material de construção civil – Segundo material mais utilizado, depois do aço;
10% Em outros usos industriais (papel, rayon, álcoois, resinas e plásticos)
Aplicações
IN NATURA
Serrada
Roliça
Peças estruturais
INDUSTRIALIZAÇÃO
Lâminas
Compensado
Aparas
Aglomerado
Fibras
Reconstituída
Celulose / Lignina
Origem e Produção
A madeira é proveniente do lenho dos vegetais superiores: árvores e arbustos lenhosos.
Classificação - Botânica
Endógenas – germinação interna.
Crescimento do caule de dentro para fora;
Lenho é mais antigo e endurecido.
Exemplos: bambu, palmeiras.
Exógenas – germinação externa.
Desenvolvimento transversal;
Fora para dentro – anéis de crescimento;
Exemplos: Angiospermas e as gimnospermas.
Origem e Produção
Angiospermas
Dicotiledôneas – hardwood;
Madeira de lei – Período colonial – abate controlado pela Coroa Portuguesa;
Mais utilizadas na construção civil;
Gimnosperma
Nunca tem frutos – coníferas;
Softwood – árvores com folhas agulhares;
400 espécies industrializavéis.
Fisiologia
Fisiologia
Fisiologia
Casca
Tem ação de proteger o lenho;
Veículo – seiva elaborada – troncos para as folhas
Parte mais externa – cortiça;
Parte interna – Líber ou floema;
Câmbio
Fina e quase invisível camada de tecidos vivos;
Vitais para o crescimento de uma árvore;
Anéis de crescimento.
Fisiologia
Lenho
Núcleo de sustentação e resistência da árvore;
Seção útil do tronco para a obtenção de peças estruturais;
Alburno – parte branca sem muito uso – ajuda na impregnação de antideteriorantes – preservação;
Cerne – cor mais escura –formada por células mortas e esclerosadas.
Medula
Miolo central da seção transversal;
Tecido mole, esponjoso e algumas vezes apodrecido;
Sem resistência mecânica nem durabilidade.
Fisiologia
Raios Medulares
Desenvolvimentos transversais de células;
Função de transporte de nutrientes;
Seções radiais – efeito espelhado;
Efeito estético e espelhado.
Composição Química
60% de homocelulose e 25% de lignina;
15% de outros produtos – modificados;
Celulose – dissolvidas em soda caústica;
Lignina – resina natural que aglomera as células em conjuntos.
Produção das madeiras
Produção
Inicia-se pelo corte das árvores;
Desenvolvimento pela:
Toragem;
Falquejamento;
Desdobro;
Aparelhamento das peças.
Realizado em epócas especificas do ano;
Popular em meses que não tenham a letra “R” no seu nome – inverno;
Não influi na resistência;
Mas determina a durabilidade;
Menos seiva elaborada:
Secagem sem fendilhamento;
Menos atrativas à fungos e insetos.
Corte
Toragem
Árvore é desgalhada;
Traçada em toras de 5 e 6 metros;
Facilidade de transporte;
Descascadas e descortiçadas;
Falquejamento – quando são retirados 4 costaneiras, ficando seção retangular grosseira;
Desdobro
Operação final na produção de peças;
Realizados em serrarias;
Obtenção de pranchões, pranchas;
Espessura de 7,0 cm e largura > 20,0cm;
Desdobro normal – paralelo aos anéis;
Desdobro radial – normal aos anéis;
Produz madeira de melhor qualidade;
Menores contrações de largura na secagem;
Superfície homogênea e resistência mais uniforme.
Nomenclatura das peças de Madeira Serrada
Nome da peça
Espessura em cm
Largura em cm
Pranchões
> 7,0
> 20,0
Prancha
4,0 à 7,0
> 20,0
Viga
4,0
11,0 à 20,0
Vigota
4,0 à 8,0
8,0 à 11,0
Caibro
4,0 à 8,0
5,0 à 8,0
Tábua
1,0 à 4,0
> 10,0
Sarrafo
2,0 à 4,0
2,0 à 10,0
Ripa
< 2,0
< 10,0
Madeira Serrada
Propriedades Físicas da Madeira
Fatores de alteração
Fatores Naturais
Espécie botânica
Estrutura anatômica e a constituição do material lenhoso
São aspectos que determinam na resistência;
Devem ser avaliados para sua qualificação;
Massa específica do material
Índice de concentração de material existente e resistente no tecido lenhoso;
Localização da peça no lenho
Resultados de ensaios variam de acordo com o local de onde se é retirado a amostra (cerne, alburno, medula etc);
Fatores Naturais
Presença de defeitos
Nós, fendas, fibras torcidas;
Anomalias no comportamento físico-mecânico da peça;
Umidade
Impregnação determina profundas alterações nas propriedades do material;
Máxima resistência – seco;
Mínima resistência – saturado.
Fatores de alteração
Propriedades Físicas
Umidade;
Retrabilidade;
Densidade;
Condutibilidade Térmica;
Condutibilidade Elétrica;
Condutibilidade Sonora;
Resistência ao fogo.
Umidade
Após a extração de uma árvore, sua seiva permanece no material em três estados:
Água de constituição – impossível de ser retirada;
Água de impregnação – entre as fibras e células
lenhosas – saída cusa retração;
Água Livre – presente nos vasos capilares – saída não causa retração.
Nomenclatura
Umidade
Madeira verde
U > 30%
Madeira semi-seca
U > 23%
Madeira comercialmente seca
18% < U < 23%
Madeira seca ao ar
13% < U < 18%
Madeira dessecada
0% < U < 13%
Madeira seca
U = 0%
Umidade
Determinação em Laboratório
Onde:
U (%) – Teor de água evaporada pela secagem, em porcentagem, da massa de madeira seca em estufa;
Mi – Massa inicial de madeira em g;
Ms – Massa da madeira seca (103 + 2º C) em g;
Classes de Umidade – NBR 7190
Retrabilidade
Capacidade de sofrer alterações de volume e dimensões;
Teor umidade varia entre o saturado ao ar e ao seco em estufa;
Inchamento, contração ou “trabalho das madeiras” – absorção de água pelas paredes celulósicas do tecido lenhoso;
Verificado em três dimensões – tangencial, radial e axial (Anisotrópicas).
Precauções para evitar a retrabilidade:
Empregar peças de madeira com teores de umidade compatíveis com o meio ambiente;
Emprego de desdobro adequado;
Impregnação com óleos e resinas impermeabilizantes.
Densidade
Massa específica convencional da madeira, obtida pelo quociente da massa seca pelo volume saturado.
Densidade
Pode ser entendida como índice de compacidade das fibras de madeira;
Indica maior ou menor quantidade de fibras por unidade de volume aparente;
Varia com a umidade e posição do lenho;
Depende da espécie e o teor de umidade
Densidade
Classificação IPT – Madeiras Nativas
Madeiras leves – até 500 kg/m³;
Madeiras médias – 501 até 700 kg/m³;
Madeiras pesadas – maior 700 kg/m³.
Condutibilidade Elétrica
Excelente material isolante elétrico – elevada resistividade – quando úmido é condutora pois contêm alguns sais;
Característica melhorada com impregnação de resinas;
Condutibilidade na direção das fibras;
Condutibilidade Térmica
Mau condutor térmico – devido sua estrutura celular que aprisiona nemerosas massas de ar e é composta por celulose;
São excelentes barreiras térmicas, o que garante bom isolamento em residencias de países frios.
Condutibilidade Sonora
São excelentes barreiras acústicas, pois os revestimentos de madeira promove um enfraquecimento acústico da ordem de 5 dB;
Tais características podem ser potencializadas com o tratamento da superfície – venizes, pinturas, papel de parede entre outros.
Propriedades Mecânicas da Madeira
Resistência
Capacidade da madeira em suportar tensões;
Caracterizadas pelos fenômenos de ruptura e de deformações excessivas;
O teor de umidade tem fator preponderante na qualidade da resistência da madeira;
Massa específica também influi diretamente na capacidade de resistência à compressão, sendo maior a massa maior a resistência.
Rigidez
Medida pelo valro médio do módulo de elasticidade, determinado na fase de comportamento elástico;
As madeiras muito rígidas rompem sem grandes deformações o que pode ocasionar acidentes graves;
As madeiras flexíveis não podem ser utilizadas como estruturais devido a sua deformação exagerada.
Ensaios – NBR 7190:97
Resistência à compressão paralela as fibras;
Resistência à tração paralela as fibras;
Resistência à compressão normal as fibras;
Resistência à tração normal as fibras;
Resistência ao cisalhamento paralelo as fibras;
Resistência de embutimento paralelo as fibras;
Resistência de embutimento normal as fibras;
Densidade básica;
Ensaios – NBR 7190:97
Ensaios – NBR 7190:97
Ensaio de compressão Paralelo às fibras
Ensaio de compressão Normal às fibras
Classes de resistências – NBR 7190:97
Classes de resistências – NBR 7190:97
Aplicações
In natura
Serrada;
Roliça.
Industrializada
Chapas de compensado;
Pisos – Assoalhos;
Laminada colada;
Aplicações
Utilizada em todas as etapas da obra;
Início:
Estacas – topografia;
Locação da obra – gabaritos;
Estrutura
Fôrmas de fundação;
Fôrmas de vigas, pilares e lajes;
Escoramentos;
*Normalmente utiliza-se madeiras no estado bruto (tábuas, vigas, caibros, ripas) e madeiras transformadas (chapas compensadas – acabamento).
Aplicações
Esquadrias
Portas;
Janelas;
Batentes.
Elementos de acabamento
Pisos internos – Tacos;
Escadas;
Revestimentos – assoalhos de madeira.
Aplicações
Elementos Estruturais
Pontes;
Casas pré-fabricadas;
Estacas;
Mourões;
Postes;
Ensecadeiras;
Entre outros.
Aplicações
Madeira Serrada
Obtido do desdobro de toras;
Comprimento total de acordo com as toras.
Madeira Laminada colada
Sobreposição de madeiras serradas;
Espessura de 20mm – comprimentos acima de 40m;
Unidas por adesivo – colas.
Aplicações
Madeira Compensada
Laminas delgadas de madeiras sobrepostas;
Chapas de 7 camadas – fibras orientadas 90º;
Obtenção – torneamento de tronco com dimensão padrão.
Madeira recomposta
Originada de pequenas partículas de madeira moldadas em chapas.;
Chapas de madeira aglomerada – particulas <1,0 cm;
Chapas de madeira MDF (Medium density fiber);
Chapas de madeira HDF (High density fiber);
OSB (oriented strand board) – Melhor desempenho estrutural e maior durabilidade.
Aplicações
Demais utilizações
Obras portuárias;
Decks de piscinas;
Painéis divisórios;