Aula 03 Estruturas de Madeira

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6/9/2011
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CAMPUS CATALÃO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
Estruturas de Madeira
Tópico:
Propriedades Físicas da Madeira Relevantes Para o 
Projeto de Estruturas
Estruturas de Madeira – Prof. Wellington Andrade 1
CONTEÚDO:
1. Introdução
2. Aspecto
3. Teor de Umidade
4. Densidade
5. Variação Dimensional
6. Durabilidade Natural
7. Resistência Química
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1- Introdução
Fatores que influem nas
características físicas da
madeira.
Espécie da Árvore
Condições de Temperatura
Composição e Umidade do Solo
Densidade de Povoamento
Incidência de Chuvas
Fisiologia da Árvore
Anatomia do Tecido Lenhoso
3Estruturas de Madeira – Prof. Wellington Andrade
Variações provocadas
na madeira
Diferenças na espessura da camada de
crescimento e de material crescido nas
diversas estações do ano.
Geometria dos anéis de crescimento.
Idade das diferentes camadas.
Nível de lenhificação.
Incidência de nós e de fibras reversas.
1- Introdução
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Variação das propriedades (para uma dada espécie):
Região de Origem 
da Árvore
Peculiaridades do 
Povoamento 
Árvore
Singularidades 
da Amostra 
1- Introdução
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• Cores
– Claras, escuras e vivas.
• Texturas
– Homogêneas, manchadas, lisas e ásperas.
2- Aspecto
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Pinus Cambará Angelim
araroba
Amarelinho P. Rosa Pinho do
Paraná
Eucalipto Jatobá Jacarandá Aroeira SucupiraIpê Imbuia
Angelim
2- Aspecto
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• Árvore ao ser abatida encontra-se com teores de umidade altos
(madeira verde).
• Deixa-se o tronco para que ele perca toda a sua água livre (capilar) até
um teor de aproximadamente U=20 a 30%. Este ponto se chama Ponto
de Saturação (PS).
• PS é a condição na qual se mantém, na madeira, apenas a água do
interior das paredes celulares (água de impregnação ou de adesão).
• NBR 7190/1997 adota a umidade de 25% como referência para PS.
• Mantendo-se ao ar livre, o material continua perdendo água (água de
impregnação) até atingir um ponto de equilíbrio com este ambiente
(Umidade de Equilíbrio – UE).
3- Teor de Umidade
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Umidade de 
Equilíbrio (UE)
Espécie de árvore
Temperatura
Umidade Relativa do Ar (URA)
• NBR 7190/1997 trabalha com UE = 12% (condição atingida com
T=20°C e URA=65%)
• Porcentagens abaixo da UE são conseguidas apenas em estufa.
3- Teor de Umidade
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3- Teor de Umidade
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• A secagem é o processo de evaporação da água livre e de impregnação.
• O desdobro do tronco em peças menores deve ser feito com teores
abaixo do PS.
Requerimentos 
da Secagem 
Prévia
Redução da Variação Dimensional
Maior eficácia de impregnação contra ataque biológico
Redução da probabilidade de ataque de fungos
Eficiência de acabamentos
Aumento da resistência e elasticidade
3- Teor de Umidade
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• É recomendado pela NBR 7190/1997;
• Amostras: seção transversal retangular (2 cm x 3 cm) e comprimento de 5
cm (ao longo da direção das fibras);
• Balança de sensibilidade de 0,01 g;
• A Temperatura máxima da estufa é 103 + 2°C;
• A massa do corpo deve ser medida a cada 6 horas, até ocorrer entre duas
medidas consecutivas, variação menor ou igual a 0,5% da ultima massa
medida (massa seca)
Determinação da Umidade pelo Método da Secagem em Estufa
100(%) ×−=
s
si
m
mmU
3- Teor de Umidade
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Indicações da NBR 7190/1997 – Umidade da Madeira
No projeto de estruturas de
madeira, o dimensionamento
deve ser efetuado admitindo-
se uma das classes de umidade
especificadas na tabela a
seguir.
3- Teor de Umidade
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Exemplo 01
Deseja-se determinar a porcentagem de umidade de uma peça de Jatobá
(Hymenaea stilbocarpa), a ser empregada na confecção de um piso. Dela
se retira uma amostra, de acordo com as recomendações da NBR
7190/1997. A massa inicial da amostra é 42,88 g. A massa seca é 28,76 g.
Qual é o valor da umidade procurada (U)?
3- Teor de Umidade
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Exemplo 02
Uma peça de madeira para emprego estrutural tem massa de 6148 g a U%
de umidade e deve ser submetida a 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 34,52 g (U% de
umidade) e 25,01 g (massa seca), pode-se estimar o peso da peça em
questão quando for atingida a umidade de 12%.
3- Teor de Umidade
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• Importante propriedade
• É indicador de resistência e da durabilidade da madeira e define o peso
próprio da estrutura
4- Densidade
Densidade Real
• Trata-se massa da madeira contida na amostra considerada e o
volume efetivamente ocupado por ela, descontados os vazios internos
cheios de água e ar.
• Não integra a rotina experimental para a caracterização da madeira.
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Densidade Básica (ρbasbasbasbas))))
• É a razão entre a massa seca da amostra
considerada e o respectivo volume nas
condições de total saturação (todos os
vazios internos preenchidos por água)
( )3cmg
V
m
sat
s
bas =ρ
Densidade Aparente (ρapapapap))))
• É a razão entre a massa e o volume de
corpos-de-prova para um dado teor de
umidade (U%). No caso particular da NBR
7190/1997, a densidade aparente se refere
as amostras com umidade de 12%.
( )3
12
12 cmg
V
m
ap =ρ
4- Densidade
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Madeira Densidade a 15%
Angelim 0,93 g/cm3
Aroeira 1,19 g/cm3
Cedro 0,53 g/cm3
Eucalipto citriodora 0,95 g/cm3
Peroba Rosa 0,79 g/cm3
Ipê 0,96 g/cm3
4- Densidade
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Influência da Umidade na Densidade Aparente da Madeira
• A porcentagem de umidade tem grande influência na densidade aparente da
madeira;
• Diagrama de Kollmann (1934): procedimento para quantificar a variação da
densidade aparente em função do teor de umidade;
• Recentemente, Logsdon (1998), empregando espécies crescidas no Brasil,
propôs a seguinte equação para representar a influência da umidade na
densidade aparente:
( ) ( )




 −
⋅−+=
100
12112
U
VUU δρρρ
U
V
V
∆
=δ 100⋅−=∆
U
VVV SU
ρ12 - densidade aparente a U = 12%, g/cm³;
ρU - densidade aparente U%, g/cm³;
U – umidade da madeira no instante do
ensaio, %;
δV- coeficiente de retratibilidade
volumétrico;
∆V- retração volumétrica (umidade variando
entre U e 0%);
VU- volume do CP com umidade U%, cm³;
Vs- volume do CP com umidade de 0%, cm³.
4- Densidade
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Influência da Umidade na 
Densidade Aparente da Madeira
4- Densidade
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Exemplo 03
a) Utilizando o diagrama de Kollmann, estimar a densidade aparente, a 12%
de umidade, de uma amostra de madeira para o qual ρap = 0,80 g/cm³ a 19%
de umidade.
b) Utilizando a expressão proposta por Logsdon, estimar a densidade aparente
a 12% de umidade, de uma amostra de madeira para a qual ρap = 0,80 g/cm³ a
19% de umidade. Dado: δV = 0,48, informação retirada do Boletim 31 do IPT[10].
4- Densidade
21Estruturas de Madeira – Prof. Wellington Andrade
• É caracterizada pelas propriedades de retração e inchamento nas três direções
principais (axial, radial e tangencial).
• Fenômeno ligado ao aumento ou diminuição da água de impregnação, que
afastam (inchamento) ou aproximam (retração) as cadeias de celulose e as
microfibrilas, ocasionando as variações dimensionais. Isso ocorre abaixo do PS.
• Madeiras com grande variação dimensional podem não apresentar
comportamento satisfatório, porém podem ser aproveitadas na produção de
papel, chapas de fibras, chapas de aglomerado, etc.
• Variação dimensional é um importante fator a ser considerado em projetos em
madeira, principalmente nas fases executivas. É em função desses
conhecimentos que se define tolerância dimensional, ligações e espécie botânica
a ser utilizada.
5- Variação Dimensional
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Consideradas as condições de formação da madeira e as peculiaridades da
estrutura anatômica, constata-se que as variações dimensionais devidas à
retração e ao inchamento acontecem em diferentes proporções, nas direções
principais de ortotropia.
A diferença entre as porcentagens de retração radial e tangencial é
responsável por: aparecimento de trincas, rachaduras, empenamentos,
encanoamentos, torcimentos etc.
5- Variação Dimensional
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V
a
ri
a
çõ
e
s 
n
a
s 
d
im
e
n
sõ
e
s 
e
m
 %
15
12,5
10
7,5
5
2,5
0
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Umidade em %
Axial – 0,3%
Radial – 3,8%
Tangencial – 8%
Volumétrica – 13,2%
PS
5- Variação Dimensional
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• A madeira é um material combustível mas é, também, um 
mal condutor de calor e, quando carbonizada, passa a ser 
um excelente isolante térmico.
� Estabilidade Dimensional
5- Variação Dimensional
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Determinação das porcentagens de
retração total ou deformações específicas
de retração (NBR 7190/1997):
100
L
LL
ε
secai,
secai,sati,
jr, ⋅







−
=
100
L
LL
ε
secai,
secai,sati,
ji, ⋅







−
=
Li,sat – dimensão linear, para umidade igual ou superior ao PS;
Li,seca – dimensão linear, para umidade = 0%.
Determinação das porcentagens de
inchamento total ou deformações
específicas de inchamento (NBR
7190/1997):
1 – direção longitudinal
2 – direção radial
3 – direção tangencial
5- Variação Dimensional
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Determinação da variação volumétrica
∆V em função das dimensões do
corpo-de-prova com umidade igual ou
superior ao PS (Vsat) e com umidade de
0% (Vseca) – NBR 7190/1997:
100
V
VV
∆V
seca
secasat
⋅





−
=
sat3,sat2,sat1,sat LLLV ⋅⋅=
seca3,seca2,seca1,seca LLLV ⋅⋅=
δv (coeficiente de retratibilidade volumétrica) é a razão entre a retração
volumétrica e a umidade correspondente ao PS da espécie.
5- Variação Dimensional
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6- Durabilidade Natural
• A durabilidade da madeira, com relação a biodeterioração, depende da
espécie e das característica anatômicas.
• A madeira possui diferença de durabilidade de acordo com a região da
tora da qual a peça da madeira foi extraída.
• A baixa durabilidade natural de algumas espécies pode ser compensado
por um tratamento preservativo adequado às peças, alcançando assim
melhores níveis de durabilidade (próximos dos apresentados pelas espécies
naturalmente resistentes).
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7- Resistência Química
• Em linhas gerais, a madeira apresenta boa resistência aos ataque
químicos;
• Em muitas indústrias, ela é preferida em lugar de outros materiais que
sofrem mais facilmente ao ataque de agente químicos (Fertilizantes);
• Ataque de Bases: provoca o aparecimento de manchas esbranquiçadas;
• Ataque de Ácidos: causa a redução do peso e da resistência.
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