Aula 02 - Propriedades Físicas e Mecânicas da Madeira

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Curso: Engenharia Civil
Disciplina: Estruturas de Aço e Madeira
Professora: Raquel Barros Leal
email: lealgondimeng@yahoo.com
AULA 2 - PROPRIEDADES FÍSICAS E 
MECÂNICAS DA MADEIRA
1.0 INTRODUÇÃO
• Conceito de “madeira”
• Orgânico: estrutura molecular baseada em cadeias de carbono. Os
principais elementos constituintes apresentam-se nas seguintes
porcentagens aproximadas, independentemente da espécie vegetal
considerada:
» Carbono 50% 
» Oxigênio 44% 
» Hidrogênio 6% 
É um material orgânico, heterogêneo, poroso, higroscópico e
anisotrópico.
• O composto orgânico predominante é a celulose, que constitui
cerca de 50% da madeira, formando os filamentos que reforçam as
paredes das fibras longitudinais.
• Outros dois componentes importantes são as hemiceluloses
(constituindo 20 a 25% da madeira) e a lignina (20 a 30%) que
envolvem as macromoléculas de celulose ligando-as. A lignina
provê rigidez e resistência à compressão as paredes das fibras.
• Heterogêneo: estrutura microscópica apresenta componentes de
formas e tamanhos variados.
Imagens microscópicas mostram detalhes da estrutura de madeiras de diferentes tipos de
árvores da África
• Poroso: Alguns elementos microscópicos são especializados na
condução de líquidos. As fibras da madeira também possuem
espaços para circulação de líquidos.
• Higroscópico: Capacidade de retenção de água.
• Anisotrópico: Comportamento diferenciado nos diferentes planos
anatômicos. Antônimo: isotrópico (metais)
• A madeira é o material de construção mais antigo , devido a sua
vasta disponibilidade na natureza e sua relativa facilidade de
manuseio.
• Comparada a outros materiais usuais, a madeira apresenta uma
excelente relação resistência/peso.
VANTAGENS DA MADEIRA
DESVANTAGENS DA MADEIRA
1.1 CLASSIFICAÇÃO DA MADEIRA
• As madeiras utilizadas em construções são obtidas dos troncos de
árvores, elas podem ser de dois tipos:
• MADEIRAS DURAS (dicotiledôneas – Angiospermas): São
provenientes de arvores frondosas, de crescimento lento, como
peroba, aroeira, ipê, carvalho e etc. As madeiras duras de melhor
qualidade são também chamadas de madeira de lei.
• MADEIRAS MACIAS (Coníferas – Gymnospermas): São
provenientes em geral das árvores coníferas, de crescimento
rápido, como pinheiro-do-pará e pinheiro-bravo, pinheiros
europeus e etc.
• As árvores frondosas perdem geralmente suas folhas no outono,
enquanto as arvores coníferas mantem suas folhas verdes o ano
todo.
MADEIRA MACIA MADEIRA DURA 
1.2 PROPRIEDADES FISÍCAS DA MADEIRA
• Devido à orientação das célula, a madeira é um material
anisotrópico, apresentando três direções conforme mostra a figura
abaixo:
1.2.1 ANISOTROPIA DA MADEIRA
Anisotropia da madeira. São 
indicadas as direções longitudinal (L), 
radial (R) e tangencial (T).
• A diferença de propriedades entre as direções radiais e tangenciais,
raramente tem importância prática, bastando diferenciar as
propriedades na direção das fibras principais, que no caso são as
longitudinais.
• A umidade da madeira tem grande importância sobre a suas
propriedades.
• O grau de umidade U é o peso de água contido na madeira expresso
como uma porcentagem de peso da madeira seca em estufa Ps.
∪ % =
𝑃𝑖 −𝑃𝑠
𝑃𝑠
𝑥 100
1.2.2 UMIDADE
Pi é o peso inicial da madeira em 
gramas.
• As madeiras sofrem retração ou inchamento com a variação de
umidade entre 0% e o ponto de saturação das fibras (30%).
1.2.3 RETRAÇÃO DA MADEIRA
• A retração é um fenômeno
anisotrópico, manifestando-
se com maior intensidade
na direção tangencial, com
menor intensidade da
direção radial, e de forma
pouco pronunciada na
direção longitudinal.
Vista isométrica da madeira, mostrando as três direções principais e suas 
respectivas variações de umidade. 
1.2.4 DILATAÇÃO LINEAR
• O coeficiente de dilatação linear das madeiras, na direção
longitudinal, varia de 0,3 x 𝟏𝟎−𝟓 a 0,45 x 𝟏𝟎−𝟓 por °C, sendo, 1/3
da do coeficiente de dilatação linear do aço.
• Na direção tangencial ou radial, o coeficiente de dilatação varia
com o peso especifico da madeira, sendo da ordem de 4,5 x 𝟏𝟎−𝟓
°C para madeiras duras e 8,0 x 𝟏𝟎−𝟓 °C para madeiras moles.
• A madeira está sujeita a deterioração por diversas origens, dentre
as quais se destacam: ataque biológico e ação do fogo.
• Fungos, cupins, moluscos e crustáceos marinhos são exemplos de
agentes biológicos que se instalam na madeira para se alimentar
dos seus produtos.
• Por ser combustível a madeira é frequentemente considerada um
material de baixa resistência ao fogo, entretanto, quando
projetadas e construídas adequadamente, apresentam ótimo
desempenho sob a ação do fogo.
1.2.5 DETERIORAÇÃO DA MADEIRA - DURABILIDADE
CKC-268® - Tinta Intumescente para madeira (Teste)
2.0 TIPOS DE MADEIRA DE CONSTRUÇÃO
• A madeira bruta ou roliça é empregada em forma de tronco,
servindo para estacas, escoramentos, postes, colunas, etc.
• No Brasil, os roliços mais utilizados são os pinhos do paraná e os
eucaliptos. Após o abate, remove-se a casca e deixa o tronco secar
em local arejado e protegido do sol.
• Se as madeiras não passarem por um período considerável de
secagem, ficam sujeitas a retrações transversais que provocam
rachaduras nas extremidades.
2.1 MADEIRA MACIÇA ROLIÇA
• A madeira falquejada é obtida de troncos por corte com
machados, formando seções maciças, quadradas ou retangulares.
• São utilizadas em estacas, cortinas cravadas, pontes, etc.
• Dependendo do diâmetro dos troncos, podem ser obtidas seções
maciças falquejadas de grandes dimensões como, por exemplo,
30cm x 30cm ou mesmo 60cm x 60cm.
• No falquejamento do tronco, as partes laterais cortadas constituem
a perda.
2.2 MADEIRA MACIÇA FALQUEJADA
• A madeira serrada é o produto estrutural mais comum.
• O tronco é cortado em serrarias, em dimensões padronizadas para
o comércio, passando depois por um período de secagem.
• As madeiras serradas são vendidas em seções padronizadas com
bitolas nominais em centímetros ou em polegadas.
2.3 MADEIRA MACIÇA SERRADA
• A madeira compensada é formada pela colagem de três ou mais
laminas, alterando as direções das fibras em ângulo reto. Os
compensados podem ter três, cinco ou mais laminas, sempre em
números ímpar.
• As chapas de compensados são fabricadas com dimensões
padronizadas de 2,50 x 1,25m e espessuras variando entre 4 e
30mm.
2.4 MADEIRA INDUSTRIALIZADA COMPENSADA
• A madeira compensada apresenta uma série de vantagens em
relação a madeira maciça.
• Pode ser fabricada em folhas grandes, com defeitos limitados;
• Reduz retração e inchamento, graças a ortogonalidade das
direções das fibras.
• É mais resistente na direção normal das fibras.
• Reduz trincas na cravação de pregos e etc.
• A desvantagem mais importante está no preço mais elevado.
Compensado Plastificado.
5 a 10 desformas.
Compensado Resinado. (Cola Fenólica)*
3 a 6 desformas.
Processo de Fabricação de Compensado
• A madeira laminada e colada é um produto estrutural, formado por
associação de lâminas de madeira selecionada, coladas com
adesivos e sob pressão.
• As fibras das laminas são coladas na direção paralela. A espessura
das laminas varia de 1,5cm a 3,0cm.
2.5 MADEIRA INDUSTRIALIZADA LAMINADA E COLADA (MLC)
Detalhe de uma viga com madeira laminada e colada.
• A madeira laminada e colada apresenta em relação a madeira
maciça, as seguintes vantagens:
• Permite a confecção de peças de grandes dimensões;
• Permite melhor controle de umidade das laminas, reduzindo
defeitos provenientes de secagem irregular;
• Permite a seleçãoda qualidade das lâminas situadas nas
posições de maiores tensões;
• Permite a construção de peças de eixo curvo, muito
convenientes para arcos, tribunas, cascas, etc;
• A desvantagem mais relativa das madeiras laminadas é o seu 
preço, mais elevado do que a madeira serrada.
Palais D'Exposition D'Avignon – França 
- com mais de 100m de vão livre.
Bodegas Protos em Peñafiel, 
Espanha
3.0 SISTEMAS ESTRUTURAIS EM MADEIRA
• O sistema estrutural treliçado de cobertura é o mais tradicional, utilizado
tanto em residências, como em indústrias e pontes.
• As treliças de cobertura, também chamadas de tesouras, sustentam o
telhamento e o seu vigamento de apoio.
• No caso da utilização de telhas cerâmicas, mais usados em coberturas de
edificações residencial, o vigamento de apoio é composto dos seguintes
elementos: terças, caibros e ripas.
• As treliças de cobertura são dispostas de planos verticais, sendo a
estabilidade do conjunto de treliças promovidas pelos sistemas de
contraventamentos.
3.1 TRELIÇAS DE COBERTURA
ELEMENTOS UTILIZADOS NAS TESOURAS
A tesoura é compostas pelos elementos:
• Banzo Superior: peça de sustentação da terça, indo do ponto de apoio da
tesoura do telhado ao cume, geralmente trabalham à compressão.
Popularmente conhecido como Perna.
• Banzo Inferior: peça que corre ao longo da parte inferior da tesoura e vai
de apoio a apoio, geralmente trabalham à tração. Popularmente conhecido
como Linha.
• Estribo: são ferragens que garantem a união entre as peças das tesouras.
• Montante: peças que ligam a banzo superior ao banzo inferior.
Popularmente são conhecidos como pendural o montante central, e os
demais de tirantes.
• Diagonal e escoras: são peças inclinadas que ligam o banzo superior ao
banzo inferior, encontram-se, geralmente, em posição oblíqua.
Popularmente são chamadas de asna a que sai do pé do montante central,
as demais de escoras.
Em tesouras simples no mínimo devemos saber:
• As tesouras devem ser contraventadas, com mãos francesas e diagonais
na linha da cumeeira.
• O espaçamento máximo entre duas tesouras é de aproximadamente 4 m;
4,5m.
• O espaçamento ideal entre duas terças, com telhas cerâmica é de 1,6 m.
• O espaçamento entre dois caibros é de 50 cm;
• O espaçamento entre duas ripas depende da galga da telha (gabarito da
telha).
• Os pisos ou assoalhos de madeira são constituídos de vigas
biapoiadas de seção retangular ou I com espaçamento da ordem
de 50 cm e revestidas por tábuas.
• As vigas para piso, geralmente são dimensionadas visando a ação
de cargas estáticas uniformemente distribuídas, onde a partir
disso pode-se conduzir uma estrutura caracterizada por vibrações
excessivas devido ao caminhar das pessoas.
• A inclusão de contraventos entre as vigas para piso, propicia uma
melhor distribuição de cargas entre as vigas, reduzindo assim o
problema das vibrações.
3.2 VIGAMENTO PARA PISOS
Vigamento para piso em madeira. 
• Pórticos são usualmente adotados como sistemas portante
principal de edificações destinadas a galpões, estádios esportivos,
ou estações rodoviárias com vãos livres variando entre 20 a 100m.
• Os pórticos, em geral, são estruturas biarticuladas ou
triarticuladas. Os triarticulados são mais utilizados pela facilidade e
rapidez na montagem.
• Diversos pórticos paralelos de uma estrutura são ligados pelas
terças e pelo contraventamentos.
3.3 PÓRTICOS
Pórticos em madeira para galpões, estádios de esporte e espaços em geral. A) pórtico 
biarticulado treliçado, b) pórtico biarticulado de alma cheia em seção I, c) e d) pórticos 
triarticulados em madeira laminada e colada.
Pórticos associados e sistema de contraventamentos.
3.4 PONTES EM MADEIRA
• Ao longo dos séculos, diversos sistemas estruturais para pontes em
madeira, têm sido adotados. Destacam-se os sistemas em:
Ponte de Vihantasalmi (Finlândia).
• Um importante aspecto do projeto de pontes é a durabilidade.
• As modernas pontes geralmente não são construídas com coberturas e a
proteção da madeira deve ser garantida por tratamentos para
preservação, revestimentos impermeáveis do tabuleiro e detalhes
construtivos.
• Os cimbramentos são estruturas provisórias destinadas a suportar o
peso de uma estrutura em construções até que se torne autoportante.
• As características de elevada resistência e reduzido peso especifico da
madeira, aliadas a facilidade de montagem e desmontagem de peças,
tornaram este material vantajoso para uso em estruturas de
cimbramentos.
3.5 CIMBRAMENTO EM MADEIRA
Sistema tradicional de fôrmas de madeira para vigas e lajes em concreto
Requisitos necessários:
- Rigidez: Para resistir as
cargas de peso do concreto
sem deformação apreciável;
- Estanqueidade: Para evitar
o vazamento de nata de
cimento.
Viaduto sobre o Vale dos Diabos, BR-158/RS.
4.0 PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA
• As principais propriedades físicas e mecânicas das espécies de madeira são
determinadas por meio de ensaios padronizados em amostras sem defeitos
(para evitar a incerteza de resultados).
• Grande numero de aplicações da madeira em Engenharia Civil exige perfeito
conhecimento do comportamento elástico e da resistência mecânica da mesma.
• De acordo com a NBR 7190, para a caracterização completa da madeira para uso
em estruturas, as seguintes propriedades devem ser determinadas (por meio de
ensaios).
• IMPORTANTE!!!
As propriedades mecânicas obtidas com os ensaios variam de com o teor
de umidade da amostra, por isso, depois da determinação do teor de
umidade da amostra de madeira, deve-se ajustar para a condição padrão
de umidade (U = 12%)
• Algumas das principais propriedades mecânicas vistas anteriormente
podem ser explanadas a seguir:
a) Compressão Paralela às Fibras (Fc0): 
Esquema de ensaio para compressão paralela às fibras.
• Em certo momento do ensaio, depois do
aumento gradativo da tensão de compressão,
o corpo de prova começa a apresentar
características de flambagem e fratura do
matéria.
• O modulo de elasticidade de compressão é
dado pela inclinação da curva no trecho linear.
• Os esforços tendem a esmagar as partículas,
que se apertam e diminuem o comprimento
da peça. É menor que a resistência à tração,
mas ambas são elevadas.
Esquema de ensaio 
para compressão 
paralela às fibras.
b) Compressão Perpendicular às Fibras (fc90): 
• O ensaio de compressão perpendicular as fibras é feito de forma
semelhante ao de compressão, mudando apenas a direção das fibras da
madeira, como mostra a figura a)
• As fibras que são constituídas por células ocas, quando comprimidas,
apresentam grandes deformações.
• O modulo de elasticidade em compressão normal as fibras é
determinado com procedimento semelhante ao do ensaio de
compressão paralela as fibras.
Esquema de ensaio para compressão normal às fibras.
Esquema de ensaio para compressão normal às fibras.
c) Tração Paralela às Fibras;
• O comportamento à tração paralela as fibras é caracterizado pelo regime
linear até tensões bem próximas à ruptura (ft).
• Percebe-se que a madeira submetida a compressão, tem menor
resistência, acompanhada de maiores deformações.
• Assim, a ruptura é dúctil em compressão e frágil em tração.
Observação: A madeira é raramente solicitada à tração normal às fibras. A
solicitação aparece, entretanto, em algumas ligações e em vigas curvas de
madeira laminada colada.
Esquema de ensaio para tração paralela às fibras.
d) Cisalhamento Paralelo às Fibras (fv0)
• O mecanismo de ruptura ao cisalhamento paralelo às fibras envolve
deslizamento entre fibras adjacentes à seção de corte.
• A resistência ao cisalhamento perpendicularàs fibras é muito maior que
na direção paralela às fibras, logo, no projeto, considera-se apenas na
direção paralela.
• Na direção perpendicular, devido à alta resistência de corte, o esforço
necessário, já terá causado a ruptura por outro tipo de solicitação, como
por exemplo, na compressão perpendicular as fibras.
Esquema de ensaio para cisalhamento paralela às fibras.
e) Flexão
• Dentro do regime elástico, a peça fletida é solicitada por tensões de
compressão paralela às fibras (fc) acima da linha neutra, tração paralela
às fibras (ft) abaixo da linha neutra e cisalhamento paralelo às fibras.
• Como a madeira é mais resistente a tração do que a compressão, a
ruptura se dará em primeiro lugar a compressão e posteriormente a
tração paralela às fibras.
• É uma solicitação composta porque resulta no aparecimento de tensões
de compressão na face que recebe a força e de tração na face oposta.
• Densidade Básica e Aparente;
• Densidade é a massa específica definida pela razão entre a massa seca e
o volume saturado;
• Quanto maior a densidade, maior é a quantidade de madeira por
volume e, como consequência, a resistência também aumenta.
ms : massa em quilogramas (ou gramas) do corpo-de-prova seco;
Vm: volume em metros cúbicos (ou centímetros cúbicos).
g) Densidade
4.1 VARIAÇAO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DA
MADEIRA
• As propriedades mecânicas da madeira de cada espécie são influenciadas
por diversos fatores, dentre os quais, os mais importantes são:
Posição da árvore, defeitos na textura da madeira, decomposição;
Umidade;
Tempo de duração da carga.
• A posição da peça na árvore influi na resistência.
• A resistência (e também a densidade) da madeira é maior na base da
árvore e nas camadas interiores do tronco.
4.1.1 FATORES DE MAIOR INFLUÊNCIA
4.1.2 POSIÇAO DA PEÇA NA ÁRVORE
• Os defeitos de textura da árvore tem enorme influência na resistência de
peças estruturais.
• A presença de nós produz concentração de tensões e reduz a resistência
das madeiras, sobretudo pelos desvios locais de direção das fibras. A
redução de resistência a tração é menor do que a de compressão.
• A presença de nós reduz substancialmente a resistência à tração paralela
a fibra.
• As fendas e ventas tem influencia pronunciada na resistência da madeira
ao cisalhamento paralelo às fibras.
4.1.3 INFLUÊNCIA DE DEFEITOS NA TEXTURA DA MADEIRA
• A umidade tem grande efeito sobre as propriedades das madeiras.
• Com o aumento da umidade a resistência diminui até ser atingido o ponto
de saturação das fibras, acima desse ponto, a resistência se mantem
constante.
4.1.4 INFLUÊNCIA DA UMIDADE NA RESISTÊNCIA DA MADEIRA
• Para melhor entendimento,
no gráfico ao lado, vê-se a
variação de resistência à
compressão com a
umidade.
4.1.5 INFLUÊNCIA DO TEMPO DE DURAÇÃO DA CARGA SOBRE A 
RESISTÊNCIA
• A resistência das madeiras (f) é determinada em ensaios, nos quais o
carregamento atua cinco minutos.
• A perda de resistência com o tempo de duração da carga pode ser
encarada como um fenômeno de acumulação de danos, tal como a
fadiga dos materiais.
• Para uma mesma deformação, uma peça com maior grau de umidade
terá vida útil reduzida em relação à outra peça de menor grau de
umidade.
Variação da resistência, referida à resistência obtida com ensaios 
rápidos (5 minutos), com o tempo de duração da carga.
• A madeira é um material viscoelástico, ou seja, sua deformação sob
esforços depende do histórico do carregamento.
• Uma peça de material viscoelástico, apresenta além de uma deformação
elástica, um acréscimo de deformação com o tempo, mesmo com a carga
sendo mantida constante.
4.1.6 FLUÊNCIA DA MADEIRA
• Ao ser retirada a carga de um material viscoelástico, somente uma
parte da deformação é recuperada, mantendo-se um resíduo de
deformação variável com o tempo.
• A madeira sofre, portanto, deformação lenta (fluência), sob a ação de
carga com atuação demorada.
Comportamento de material viscoelástico sob carga constante..
• Impondo à madeira uma deformação, mantida constante, a tensão
elástica inicial sofre relaxação, sendo reduzida em relação ao valor inicial.
• O fenômeno de relaxação é governado pelas mesmas características
reológicas do material que governam a fluência.
• A resistência das madeiras é afetada pela temperatura, podendo-se
observar uma redução de resistência com elevação de temperatura e
vice-versa.
• Nas condições normais de obras de madeira, as flutuações de
temperatura são transitórias, não havendo necessidade de se considerar,
nos projetos, o efeito temperatura sobre a resistência.
4.1.7 RELAXAÇÃO DA MADEIRA
4.1.8 INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA SOBRE A RESISTÊNCIA