Aula 1 - Propriedades da madeira

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Estruturas de Aço e Madeira I
Aula 1 – Propriedades da madeira
Faculdade de Engenharia
Engenharia civil
Características da madeira
Datas de avaliação
Prova 1: 15/04
Prova 2: 13/05
Sub: 27/05
Exame: 08/06
Características da madeira
	Tabela 1.1 Propriedades de alguns materiais de construção			
	Material	ρ (t/m3)	f (MPa)	f/ρ
	Madeira a tração	0,5 – 1,2	30 – 110 	 60 – 90
	Madeira a compressão	0,5 – 1,2	30 – 60 	50 – 60
	Aço a tração	7,85	250	32
	Concreto a compressão	2,5	40	16
	Nota: ρ = massa específica; f = resistência característica			
A madeira possui como principais vantagens as seguintes características:
Material de construção mais antigo, dada sua disponibilidade na natureza;
Apresenta excelente relação resistência/peso;
Facilidade de fabricação;
Bom isolamento térmico
Características da madeira
Por outro lado, algumas das desvantagens da madeira são:
Está sujeita à degradação biológica;
Está sujeita à ação do fogo;
Por ser um material natural, apresenta diversos defeitos, como a presença de nós e fendas que interferem em suas propriedades mecânicas.
Todavia, tais problemas podem ser facilmente superados através de produtos industrializados para o tratamento de peças de madeira.
Características da madeira
Classificação das madeiras
Madeiras duras: provenientes de árvores frondosas (dicotiledôneas, da classe Angiosperma), de crescimento lento, como peroba, ipê, aroeira, carvalho, etc. Também são conhecidas como “Madeiras de lei”.
Madeiras macias: provenientes em geral das árvores coníferas (da classe Gimnosperma), de crescimento rápido, como pinheiro-do-paraná, pinheiro europeu, etc.
Essas categorias distinguem-se pela estrutura celular dos troncos e não propriamente pela resistência. Algumas árvores frondosas produzem madeiras menos resistentes que o pinho.
Estrutura e crescimento das madeiras
As árvores produtoras de madeira de construção são do tipo exogênico, que crescem pela adição de camadas externas, sob a casca. A seção transversal de um tronco é constituída pelas seguintes camadas:
Casca: formada por uma camada externa de espessura variável em função da idade e da espécie.
Alburno: estrutura celular viva que conduz a seiva das raízes para as folhas.
Cerne: células inativas devido ao crescimento do alburno que passam a cumprir a função de sustentação do tronco.
Medula: tecido mais interno e macio, em torno do qual se verifica o primeiro crescimento da madeira.
Estrutura e crescimento das madeiras
Anisotropia
Sendo uma material anisotrópico, a madeira apresenta três direções principais:
Longitudinal;
Radial;
Tangencial.
Umidade
O grau de umidade é o peso de água contido na madeira, expresso como uma porcentagem do peso da madeira seca em estufa Ps (até a estabilização do peso):
U(%) = (𝑃𝑖 −𝑃𝑠)/𝑃𝑠 100, onde Pi é o peso inicial da madeira.
Em face do efeito da umidade nas outras propriedades da madeira, é comum referirem-se estas propriedades a um grau de umidade-padrão. No Brasil, adotam-se 12% como umidade padrão de referência.
O grau de umidade é o peso de água contido na madeira, expresso como uma porcentagem do peso da madeira seca em estufa Ps (até a estabilização do peso):
 
Em face do efeito da umidade nas outras propriedades da madeira, é comum referirem-se estas propriedades a um grau de umidade-padrão. No Brasil, adotam-se 12% como umidade padrão de referência.
Retração da madeira
As madeiras sofrem retração ou inchamento em função da variação da umidade entre 0% e 30% (ponto de saturação das fibras), sendo a variação dimensional aproximadamente linear.
Dilatação linear
O coeficiente de dilatação das madeiras:
Varia e 0,3 x 10-5 a 0,45 x 10-5 °C-1 na direção longitudinal;
É da ordem de 4,5 x 10-5 °C-1 para madeiras duras e 8,0 x 10-5 ºC-1 para madeiras macias, na direção tangencial ou radial.
Defeitos das madeiras
Nós: imperfeições da madeira nos pontos onde existiam galhos.
Fendas: aberturas nas extremidades das peças, produzidas pela secagem mais rápida da superfície. Ficam situadas em planos longitudinais-radiais, atravessando os anéis de crescimento.
Gretas ou ventas: separação entre os anéis anuais, produzidos por tensões internas devidas ao crescimento, ou externas, como flexão devida ao vento.
Abaulamento: encurvamento na direção da largura da peça.
Arqueadura: encurvamento na direção longitudinal da peça.
Fibras reversas: fibras não paralelas aos eixo da peça, provocadas por efeitos naturais ou pelo processo de serragem.
Quina morta: canto arredondado, devido à curvatura natural do tronco.
Defeitos das madeiras
Tipos de madeira de construção
Roliça: utilizada com mais frequência em construções provisórias, como escoramento. Devem ser utilizadas nas condições meio seca ou seca ao ar. As peças roliças de diâmetro variável são comparadas, para efeito de cálculo, a uma peça cilíndrica de diâmetro igual ao do comprimento de um terço da peça.
Tipos de madeira de construção
Falquejada: é obtida de troncos por corte com machado. No falquejamento do tronco, as partes laterais cortadas constituem a perda. A seção retangular inscrita que produz menor perda é o quadrado de lado b = 𝑑/√2. Há interesse em determinar a seção (b x h) de maior módulo resistente bh2/6 que se pode obter de um tronco circular de diâmetro d.
 
Tipos de madeira de construção
Serrada: Passa por diferentes processos até a obtenção do material adequado de madeira serrada.
Corte e desdobramento das toras;
Secagem da madeira serrada;
Dimensões comerciais de madeiras serradas;
Dimensões mínimas da seção transversal de peças usadas em estruturas.
Tipos de madeira de construção
Compensada: é formada por três ou mais lâminas, alternando-se as direções das fibras em ângulo reto. Com as camadas em direções ortogonais alternadas, obtém-se um produto mais aproximadamente isotrópico que a madeira maciça.
A colagem é feita sob pressão, podendo ser utilizadas prensas a frio ou a quente. As colas sintéticas são prensadas a quente.
Tipos de madeira de construção
Laminada e colada: produto estrutural formado por associação de lâminas de madeira selecionada, coladas com adesivos e sob pressão. As fibras das lâminas têm direções paralelas. As etapas de fabricação consistem em:
Secagem das lâminas;
Preparo das lâminas;
Execução de juntas de emenda;
Colagem sob pressão;
Acabamento e tratamento.
Tipos de madeira de construção
Recomposta: produtos na forma de placas desenvolvidos a partir de resíduos de madeira serrada e compensada convertidos em flocos e partículas colados sob pressão. Em geral, estas placas de madeira prensada não são consideradas materiais estruturais devido à baixa resistência e durabilidade, sendo muito utilizados na indústria de móveis.
Sistemas estruturais em madeira
Treliça de cobertura: as treliças de cobertura sustentam o telhado e seu vigamento de apoio. No caso de telhas cerâmicas, mais usadas em coberturas de edificações residenciais, o vigamento de apoio é composto dos seguintes elementos:
Terças: vigas que vencem os vãos entre treliças e que se apoiam, em geral, nos seus nós.
Caibros: apoiam-se nas terças e são espaçados de 40 a 60 cm.
Ripas: peças nas quais se apoiam as telhas cerâmicas e cujo espaçamento (da ordem de 35 cm) é função do comprimento da telha.
Sistemas estruturais em madeira
Treliças de cobertura
Sistemas estruturais em madeira
Treliças de cobertura
Sistemas estruturais em madeira
Vigamentos para pisos: Os pisos ou soalhos de madeira são constituídos de vigas biapoiadas com espaçamento da ordem de 50 cm e revestidas por tábuas.
Sistemas estruturais em madeira
Pórticos: são usualmente adotados como sistema portante principal de edificações destinadas a galpões, estádios, piscinas ou estações rodoviárias com vãos livres variando entre 20 a 100 m. 
Em geral são estruturas articuladas e, por serem isostáticas, não sofrem esforços por variação de temperaturaou umidade. Há também casos de pórticos do tipo treliçado, executado com peças múltiplas de madeira serrada.
Sistemas estruturais em madeira
Pórticos
Sistemas estruturais em madeira
Pontes de madeira: Na construção de pontes de madeira destacam-se os sistemas em viga reta, em treliças, em arcos e em pórticos. As modernas pontes em madeira geralmente não são construídas com coberturas e, portanto, a proteção da madeira deve ser garantida por tratamentos para preservação, revestimentos impermeáveis do tabuleiro e detalhes construtivos.tim
Sistemas estruturais em madeira
Pontes de madeira
Sistemas estruturais em madeira
Estruturas aporticadas para edificações: Os sistemas estruturais para edificações são, em geral, constituídos de grelhas planas para pisos, com suas vigas principais apoiadas em pilares e formando com estes um sistema de pórtico espacial. As vigas secundárias do piso transferem as cargas verticais para as vigas principais e estas para os pilares.
Sistemas estruturais em madeira
Cimbramentos de madeira: Estruturas provisórias destinadas a suportar o peso de uma estrutura em construção até que a mesma se torne autoportante. São projetados de modo a terem rigidez suficiente para resistir aos esforços solicitantes com deformações moderadas.
Sistemas estruturais em madeira
Cimbramentos de madeira
Referências bibliográficas
ANDRADE, S.; VELLASCO, P. Comportamento e projeto de estruturas de aço. 1ºed. Rio de Janeiro: PUC-RIO, 2016. 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 7190: Projeto de estruturas de madeira. Rio de Janeiro. 	
MOLITERNO, A. Caderno de Projetos de Telhados em Estruturas de Madeira. 3ºed. São Paulo: Blucher, 2009. 
PFEIL, W; PFEIL, M. Estruturas de Madeira: dimensionamento segundo a norma brasileira NBR 7190/97 e critérios das normas norte-americana NDS e europeia EUROCODE 5. 6ºed. Rio de Janeiro: LTC, 2017.