Características e propriedades da madeira

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2020
Seção 1.1
Características e propriedades da madeira
Unidade 1
Estruturas de Madeira: Propriedades, ações e 
ligações
ESTRUTURAS DE MADEIRA
E ESTRUTURAS METÁLICAS
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OBJETIVOS DA AULA
- Conhecer as características e classificações da 
madeira 
- Abordar os tipos utilizados na construção civil
- Compreender as propriedades físicas e mecânicas 
adotadas no dimensionamento
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• Por qual motivo não adotamos a madeira como material 
principal das nossas edificações???
Edifício Brock Commons: Vancouver – Canadá
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• Por qual motivo não adotamos a madeira como material 
principal das nossas edificações???
Edifício Mjøstårnet : Brumunddal - Noruega
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• Por qual motivo não adotamos a madeira como material 
principal das nossas edificações???
Aeroporto Adolfo Suárez: Madri - Espanha
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• Por qual motivo não adotamos a madeira como material 
principal das nossas edificações???
Iguatemi Shopping: Fortaleza - Brasil Fonte: Carpinteria
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• Por qual motivo não adotamos a madeira como material 
principal das nossas edificações???
Terminal de Ônibus: Ilhabela - Brasil
Fonte: Carpinteria
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• Por qual motivo não adotamos a madeira como material 
principal das nossas edificações???
Respostas
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INTRODUÇÃO
As árvores são vegetais superiores, denominadas Fanerógamas, que 
apresentam as seguintes estruturas externas:
Raiz
Copa
Caule, tronco ou fuste
É a parte da árvore de onde a madeira é extraída. Na 
arvore sua função é a de conduzir a seiva e dar 
sustentação mecânica à copa. 
Após o abate da árvore, o tronco é segmentado em 
partes denominadas toras.
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Quando a tora é cortada (direção transversal ao eixo axial do tronco) as 
seguintes partes podem ser identificadas:
INTRODUÇÃO
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CASCA: Tecido mais externo que envolve o tronco. Tem a função de proteger os 
tecidos vivos da árvore;
CÂMBIO: Camada com poucas células de largura. Responsável pelo crescimento em 
diâmetro do tronco;
ALBURNO: Madeira jovem, mais permeável, com menor resistência mecânica. Células 
vivas com função de conduzir a seiva da raiz para copa;
CERNE: Formado pela modificação do alburno (células inativas). Madeira mais densa 
com a função de sustentar o tronco; 
MEDULA: Madeira de menor resistência, resultado do crescimento vertical. Tem a 
função de armazenar substância nutritivas.
INTRODUÇÃO
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Quanto ao crescimento das árvores, podemos classifica-las de duas formas:
INTRODUÇÃO
Crescimento endógeno: São aquelas em que o desenvolvimento do caule acontece
de dentro para fora, como os bambus e as palmeiras.
Crescimento exógeno: são aquelas em que o desenvolvimento do caule se dá de
fora para dentro, com o passar das estações, ou seja, crescem com adição de
camadas externas sob a casca.
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CLASSIFICAÇÃO 
Gimnospermas
Classe das Coníferas, madeiras macias ou “Softwoods”
- Folhas com formato de agulhas
- Crescimento Rápido
- Conífera nativa brasileira: Pinho-do-Paraná (Araucaria AngustifoliaI)
- Introduzida no Brasil: Gênero Pinus 
As arvores que são de interesse da Engenharia de Estruturas, de crescimento 
exógeno, podem ser classificadas em Gimnospermas e Angiospermas:
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Angiospermas
Classe das Dicotiledôneas, madeiras duras ou “Hardwoods”
- Folhas com diferentes formatos (achatadas e largas)
- Crescimento lento
- Constituem quase a totalidade das madeiras nativas Brasileiras
Peroba-rosa
Angico
Jatobá
Mogno
Cerejeira
Cedro
Freijó
Aroeira
Ipê
Pau-Marfim
Pau-Brasil
Imbuia
Garapa
Angelim Vermelho
Cambará
Sucupira
Cabriúva
Caviúna
Etc..
CLASSIFICAÇÃO 
As arvores que são de interesse da Engenharia de Estruturas, de crescimento 
exógeno, podem ser classificadas em Gimnospermas e Angiospermas:
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TIPOS USADOS NA CONSTRUÇÃO CIVIL 
As madeiras utilizadas comercialmente na construção civil, podem ser 
Maciças ou Industrializadas
Maciças
Brutas ou roliças
Falquejada
Serrada
Industrializadas
Compensada
Madeira Recomposta
Madeira Laminada Colada (MLC)
Madeira Laminada Colada Cruzada (CLT)
Madeira Microlaminada Colada (LVL)
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Brutas ou roliças
- Baixo grau de processamento
- Construções provisórias
- Estruturas com acabamento rústico
- Estacas, escoramentos, postes, pilares...
As espécies mais utilizadas no Brasil são o pinho-do-paraná e os eucaliptos.
Madeira Maciça
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Falquejada
- Faces laterais aparadas por machado
- Seções quadradas ou retangulares
- Estacas, cortinas cravadas, dormentes...
Dependendo do diâmetro dos troncos, podem ser obtidas seções maciças 
de grande dimensões
Madeira Maciça
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Serrada
- Produto estrutural de madeira mais comum na construção civil 
- Dimensões padronizadas para o comércio
- Obtida de preferência de arvores que atingiram a maturidade
- Desdobramento feito o mais cedo possível após o corte (Estação Seca)
Madeira Maciça
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Seções comerciais encontradas no Brasil*
*Sujeitas a variações regionais
Serrada
Madeira Maciça
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Compensada
- Formada pela colagem de 3 ou mais lâminas (1 a 5 mm) 
- Camadas coladas em direções ortogonais alternadas
- Chapas com dimensões “padronizadas” 
- Melhor aproveitamento das propriedades mecânicas (tensões biaxiais)
Madeira Industrializada
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Madeira Microlaminada Colada (LVL)
- Composto à base de finas lâminas (1 a 5 mm) 
- Fibras orientadas somente na direção do comprimento
- Produtos com até 20 m de comprimento (vigas ou chapas)
- Estrutura mais homogênea com redução de possíveis defeitos
- Utilização prioritariamente estrutural
Madeira Industrializada
Laminated Veneer Lumber
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Madeira Laminada Colada (MLC ou GLULAM)
- Formada pela associação de lamelas coladas (1,5 a 3,0 cm) podendo chegar a 
5,0 cm em casos especiais- Podem formar peças com comprimento superior a 40 metros
- Possibilidade de escolha das melhores lâminas em pontos críticos
- Redução de defeitos provenientes da formação e secagem
- Viabiliza a construção de estruturas curvas
Madeira Industrializada
Fonte: Carpinteria
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Madeira Laminada Colada Cruzada (CLT)
- Tecnologia recente desenvolvida na década de 90
- Formada pela associação de lamelas (1,5 a 5,0 cm) coladas ortogonalmente
- Obtenção de painéis estruturais de grandes dimensões 
- Uso potencial em edifícios altos devido à alta resistência
Madeira Industrializada
Cross Laminated Timber
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Madeira Industrializada
Madeira Laminada Colada Cruzada (CLT)
Cross Laminated Timber
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Madeira Recomposta 
- Formada a partir de partículas, fibras ou resíduos da madeira
- Moldada em barras ou chapas coladas sob pressão
- MDP (Medium Density Particleboard) *não estrutural
- MDF (Medium Density Fiber) *não estrutural
- HDF (High Density Fiber) *não estrutural
- OSB (Oriented Strand Board) *aplicações estruturais
Madeira Industrializada
MDF
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PROPRIEDADES FÍSICAS
As propriedades físicas da madeira influenciam diretamente o desempenho e 
resistência deste material. 
• Espécie da árvore
• Solo e clima da região de origem da árvore
• Fisiologia da árvore
• Anatomia e tecido lenhoso
• Variação da composição química
Estas características são diretamente influenciadas por fatores como:
Características físicas importantes para construção civil:
• Anisotropia
• Umidade
• Densidade
• Retração e Inchamento
• Desempenho da madeira ao fogo
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PROPRIEDADES FÍSICAS
Anisotropia
• No caso da madeira, as propriedade variam ortogonalmente em relação à direção
de crescimento das fibras, por isso são ditos materiais ORTOTRÓPICOS.
• O material possui diferentes propriedades de acordo com a direção considerada
na análise
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PROPRIEDADES FÍSICAS
Direções principais da madeira
Como os troncos de crescimento exógeno crescem pela adição de anéis em volta da
medula (direção radial), contando-se esses anéis é possível conhecer a idade da
árvore.
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PROPRIEDADES FÍSICAS
Umidade
• A umidade tem grande influência sobre as propriedades da madeira, sendo 
fundamental a sua determinação para os procedimentos de cálculo
• Conforme o item B.5.2 do Anexo B (NBR 7190:1997), a umidade pode ser obtida 
por meio da seguinte expressão:
𝑈 % =
𝑚𝑖 +𝑚𝑠
𝑚𝑠
. 100
𝑚𝑖 = massa inicial da madeira
𝑚𝑠 = massa da madeira seca
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PROPRIEDADES FÍSICAS
Umidade
PROCEDIMENTO (ANEXO B – NBR 7190:1997)
1) Determinar a massa inicial (𝑚𝑖) do corpo-de-prova com exatidão de 0,01 g.
2) Após a determinação da massa inicial, colocar o corpo-de-prova na câmara de
secagem, com temperatura máxima de 103°C ± 2°C.
3) Durante a secagem a massa do corpo-de-prova deve ser medida a cada 6 h, até
que ocorra uma variação, entre duas medidas consecutivas, menor ou igual a 0,5%
da última massa medida. Esta massa será considerada como a massa seca (𝑚𝑠).
4) Conhecida a massa seca (𝑚𝑠) do corpo-de-prova, determina-se a umidade pela
expressão definida no item B.5.2 .
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PROPRIEDADES FÍSICAS
Umidade
• A umidade também influencia na densidade da madeira, reduzindo-a, é 
possível diminuir o custo com transporte
• Baixos níveis de umidade facilitam a aderência dos acabamentos além de 
reduzir proliferação de fungos
Para fins de aplicação estrutural, a norma brasileira NBR 7190:1997
especifica a umidade de 12% como referência para realização de
ensaios e determinação de valores de resistência.
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PROPRIEDADES FÍSICAS
• Já a densidade aparente é razão entre a massa e o volume para uma umidade de
12%. É uma das propriedades mais importantes da madeira, uma vez que serve
de referência para a classificação e dimensionamento das estruturas.
ρ𝑏𝑎𝑠 =
𝑚𝑠𝑒𝑐𝑎
𝑉𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑜
• A densidade básica é razão entre a massa seca e o volume saturado, sendo
utilizada apenas para fins de comparação com a literatura internacional
ρ𝑎𝑝 =
𝑚12%
𝑉12%
Densidade
A NBR 7190:1997 apresenta duas definições de densidade a serem utilizadas em
estruturas de madeira: a densidade básica e a densidade aparente
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PROPRIEDADES FÍSICAS
• É uma variação dimensional que ocorre aproximadamente de forma linear,
devido à variação de umidade no interior das fibras, entre 0% e 25% (ponto de
saturação).
Retração e Inchamento
• Devido ao comportamento ortotrópico da madeira, a retração e o inchamento
ocorre em porcentagens diferentes nas direções tangencial, radial e longitudinal.
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PROPRIEDADES FÍSICAS
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PROPRIEDADES FÍSICAS
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PROPRIEDADES FÍSICAS
• A madeira está sujeita a ataques de fungos, cupins, moluscos e crustáceos
marinhos, sendo que algumas espécies apresentam alta resistência natural
enquanto outras são menos resistentes
• A durabilidade da madeira depende da espécie e das características anatômicas
• A região de extração da peça junto a tora também é um fator preponderante na
durabilidade da madeira
• Uma alternativa à baixa durabilidade de algumas espécies é a utilização de
agentes químicos preservativos que aproximam o comportamento de espécies
menos resistentes às espécies naturalmente resistentes
Deterioração da madeira
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PROPRIEDADES FÍSICAS
Deterioração da madeira
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PROPRIEDADES FÍSICAS
• A falta de conhecimento nos induz a pensar que a madeira seja um material de
baixo desempenho frente ao fogo
• Sendo bem dimensionada a madeira apresenta desempenho superior ao de
outros materiais estruturais
• Após alguns minutos, uma camada mais externa se carboniza servindo de
isolante, auxiliando na contenção do incêndio
Desempenho da madeira ao fogo
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PROPRIEDADES MECÂNICAS
As propriedades mecânicas são aquelas relacionadas à elasticidade (rigidez) e 
resistência do material
Propriedade mecânicas importantes para caracterização da madeira e 
dimensionamento das estruturas:
• Módulo de elasticidade longitudinal
• Módulo de elasticidade transversal
• Compressão
• Tração
• Cisalhamento
• Flexão
Elasticidade
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PROPRIEDADES MECÂNICAS
Módulo de elasticidade longitudinal (E)
A depender da direção das fibras da madeira, a NBR 7190:1997 determina o cálculo
de três valores médios para o módulo de elasticidade, sendo eles:
Paralelo às fibras (Ec0,m)
• Determinado através do ensaio de compressão paralela às fibras
• Na falta de valores de ensaio, o Anexo E da NBR 7190:1997 fornece valores médios
• Permite-se também avaliar Ec0,m por meio de ensaio de flexão (Anexo B – NBR 7190:1997)
Normal às fibras da madeira (Ec90,m)
• Determinado através do ensaio de compressão normal (perpendicular) às fibras
• Na falta de valores de ensaio pode ser representado como uma fração de Ec0,m
𝐸𝑐90,𝑚 =
𝐸𝑐0,𝑚
20
Flexão (EM)
• Determinado através de ensaio de flexão (Anexo B – NBR 7190:1997)
• Na falta de valores de ensaio admite-se as seguintes relações:
Coníferas: 𝐸𝑀 = 0,85. 𝐸𝑐0 Dicotiledôneas: 𝐸𝑀 = 0,90. 𝐸𝑐0
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PROPRIEDADES MECÂNICAS
Módulo de elasticidade transversal (G)
• Corresponde à rigidez do material quando submetido a um esforço de
cisalhamento
𝐺 =
𝐸𝑐0,𝑚
20
• De acordo com a NBR 7190:1997, pode ser estimado a partir do módulo de
elasticidade longitudinal paralelo às fibras (Ec0,m)
P
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f. 
D
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 P
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P
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r.
PROPRIEDADES MECÂNICAS
Compressão
A compressão na madeira pode ocorrer nas direções paralela, normal ou inclinada
em relação às fibras da madeira
Resistência à compressão paralela às fibras (fc0)
• Máxima tensão de compressão que pode atuar em um corpo-de-prova com seção
transversal de 5x5x15 cm (Item B.8 – NBR 7190:1997)
𝑓𝑐0 =
𝐹𝑐0,𝑚á𝑥
𝐴
• Tende a encurtar as células da madeira no eixo longitudinal
Resistência à compressão normal às fibras (fc90)
• Pode ser determinada por ensaio específico, conforme item B.10 – NBR 7190:1997
• Na falta de valores de ensaio pode ser determinada por correlação com a compressão
paralela às fibras (fc0)
• Comprime as células da madeira perpendicularmente ao eixo longitudinal
P
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PROPRIEDADES MECÂNICAS
Compressão
A compressão na madeira pode ocorrer nas direções paralela, normal ou inclinada
em relação às fibras da madeira
Resistência à compressão inclinada em relação às fibras (fcθ)
• No caso das solicitações inclinadas, a NBR 7190:1997 especifica o modelo de Hankinson
para determinar um valor de resistência intermediário entre a compressão normal e a
compressão paralela às fibras
𝑓𝑐𝜃 =
𝑓𝑐0. 𝑓𝑐90
𝑓𝑐0. sen
2 𝜃 + 𝑓𝑐90. cos
2 𝜃
𝑓𝑐0 = resistência à compressão paralela às fibras da madeira
𝑓𝑐90 = resistência à compressão normal às fibras da madeira
𝜃 = ângulo da força em relação às fibras da madeira
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PROPRIEDADES MECÂNICAS
Tração
A tração na madeira pode ocorrer nas direções paralela ou normal (perpendicular)
em relação às fibras da madeira
Resistência à tração paralela às fibras (ft0)
• Pode ser determinada por ensaio específico, conforme item B.9 – NBR 7190:1997
• Na falta de valores de ensaio pode ser determinada por correlação com a compressão
paralela às fibras (fc0) ou através do Anexo E da NBR 7190:1997 para algumas espécies
• Elevados valores de resistência e baixa deformação, podendo romper por deslizamento
entre as células ou por ruptura das paredes das células.
Resistência à tração normal às fibras (ft90)
• Pode ser determinada por ensaio específico, conforme item B.11 – NBR 7190:1997
• Na falta de valores de ensaio pode ser determinada através do Anexo E da NBR 7190:1997
para algumas espécie
• Baixos valores de resistência, pois tende a separar as fibras, logo, deve-se evitar considerar
essa resistência para efeitos de projeto.
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PROPRIEDADES MECÂNICAS
Cisalhamento
O cisalhamento na madeira pode ocorrer nas direções paralela e normal ao eixo
longitudinal e também perpendicular às linhas dos anéis de crescimento
Cisalhamento paralelo ao eixo longitudinal (fv90)
• Pode ser determinada por ensaio específico, conforme item B.12 – NBR 7190:1997
• Na falta de valores de ensaio pode ser determinada por correlação com a compressão
paralela às fibras (fc0) ou através do Anexo E da NBR 7190:1997 para algumas espécies
• É o caso mais crítico, e pode levar a peça à ruptura devido ao escorregamento entre as
células da madeira
• Não é crítico, uma vez que antes de alcançar a ruptura por cisalhamento vertical a peça
apresentará problemas de resistência à compressão normal às fibras.
Cisalhamento normal ao eixo longitudinal
Cisalhamento perpendicular às linhas dos anéis de crescimento
• Tendência das células da madeira rolarem umas sobre as outras de forma transversal em
relação ao eixo longitudinal. Não é considerado crítico.
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PROPRIEDADES MECÂNICAS
Flexão
Na solicitação à flexão simples, ocorrem quatro tipos de esforços:
• compressão paralela às fibras
• tração paralela às fibras
• cisalhamento paralelo ao eixo longitudinal
• compressão normal às fibras (regiões dos apoios)
A ruptura ocorre por formação de falhas de compressão micro e macroscópicas que
geram um aumento da área comprimida e redução da área tracionada, podendo
romper por tensões elevadas de tração.
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CONSIDERAÇÕES FINAIS
FATORES QUE AFETAM A RESISTÊNCIA DA MADEIRA
1. VARIABILIDADE NATURAL DO MATERIAL
- Variações na composição e estrutura orgânica
- Ocorre entre diferentes espécies, entre árvores de uma mesma espécie e dentro
de uma mesma árvore
2. TEOR DE UMIDADE
- A medida que a madeira seca sua resistência e rigidez aumentam
1% - Teor de umidade 4% - Resistência 2% - Rigidez
*Valores aproximados
3. DEFEITOS NATURAIS DO MATERIAL
- Características peculiares no processo de crescimento
- Presença de nós
- Inclinação das fibras
- Rachaduras