Transcript
Centro Universitário de Formiga – UNIFOR – MG. Curso: Bacharelado em Engenharia Civil.
Disciplina:
Estruturas em Madeira Profª.: Mariana Del Hoyo Sornas e-mail:
[email protected]
Formiga – MG Fevereiro/2015
Apresentação: • Graduação em Engenharia Civil – UNILINS/SP. • MBA em Gerenciamento de Projetos – FGV/SP. • Atuação Profissional na construção civil por 8 anos.
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Conteúdo Programático • CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DAS MADEIRAS • SISTEMAS ESTRUTURAIS • TRAÇÃO E COMPRESSÃO • FLEXÃO • CISALHAMENTO • LIGAÇÕES • COBERTURAS COM ESTRUTURAS DE MADEIRA • REVESTIMENTOS E APLICAÇÕES. 3
Referências Bibliográficas •
CALIL, JR., C; DIAS, A., A. . Dimensionamento de Elementos Estruturais de Madeira. . Barueri SP: Manole, 2003.
•
NENNEWITZ, Ingo et al. et al. Manual de tecnologia da madeira. São Paulo: S.I, 2008.
•
PFEIL, Walter. Estruturas de madeira. 6ª. ed. [S.l.]: LTC, 2003. 224 p.
•
BAUER, Falcão. Materiais de construção. 5ª. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2009. v. 1.
•
DIAS, A.A; CALIL, Jr. C. Manual de projeto e construção de pontes de madeira. São Paulo: Suprema, 2006. 166 p.
•
MOLITERNO, A. . Caderno de Projetos de Telhados em Estruturas de Madeira. São Paulo: Edgard Blucher, 1992.
•
NBR 7190., ABNT. Projeto de Estruturas de Madeira. Rio de Janeiro: [s.n.], 1997.
•
YOPANAN, Conrado P. R. Estruturas de aço, concreto e madeira : Atendimento da expectativa dimensional. São Paulo: Pini, 2008. 4
Avaliação Atividades
Pontuação
Avaliações (2 provas)
60
Trabalhos
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As avaliações serão realizadas nas datas determinadas pela UNIFOR. Os trabalhos serão realizados em sala de aula, conforme o andamento das aulas.
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Estruturas de Madeira.
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Objetivos da disciplina • Conhecimento sobre estrutura de madeira. – Enfoque científico
• Profissional capaz de Conhecimentos sobre: • Características e propriedades das madeiras. • Sistemas estruturais. • Dimensionamento: tração, compressão e flexão. Cisalhamento. • Ligações. • Revestimentos. • Aplicações.
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Objetivos da disciplina Fornecer aos alunos conhecimentos sobre a utilização da madeira na construção civil e parâmetros para elaboração de projetos com estruturas em madeiras.
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1. CARACTERÍSTICAS DAS MADEIRAS.
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PROPRIEDADES
Introdução. A madeira é, provavelmente, o material de construção mais antigo dada a sua disponibilidade na natureza e sua relativa facilidade de manuseio. Comparada a outros materiais de construção convencionais utilizados atualmente, a madeira apresenta uma excelente relação resistência/peso, além dessa característica ela é um bom isolante térmico e acústico. 9
Por ser um material naturalmente resistente e relativamente leve, a madeira é freqüentemente utilizado para fins estruturais e de sustentação de construções. A madeira é um dos materiais mais utilizados em arquitetura e engenharia civil. Nos seus diferentes modos de utilização, a madeira pode fazer parte de vários ambientes, principalmente nas estruturas, coberturas, móveis rústicos e decorações, podendo ser utilizada ainda no uso para acabamento interno da casa, como em batentes, portas e pisos como assoalhos, tacos, entre outros. 10
Por outro lado, a madeira está sujeita à degradação biológica por ataque de fungos, brocas e etc. e também à ação do fogo. Além disso, por ser um material natural apresenta inúmeros defeitos, como nós e fendas que interferem em suas propriedades mecânicas.
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Rota da Madeira – Processo de Extração Legal. 1º Passo: Corte (extração) das árvores, em florestas nativas ou em áreas de reflorestamento – manejo florestal, promove o corte seletivo das árvores, não compromete a floresta e muito menos o meio ambiente. 2º Passo: Transporte – a carga deve ter o DOF, que comprova a origem e o destino da carga, além de dizer o volume da carga e as espécies, processo de controle do plano de manejo. 12
3º Passo: Serraria – executa o beneficiamento das madeiras, transformam-se em peças, como tábuas, vigas e etc. Também, está sujeito a fiscalização. 4º Passo: Indústria – compra da serraria os insumos, e fabrica o produto final, exemplo: porta de madeira. Comprando madeiras legais, a indústria afasta qualquer problema com fiscalizações. 5º Passo: Depósito de madeira: lugar onde se estoca os produtos. 6º Passo: Consumo final: comprador deve se assegurar que o produto comprado é legal, possui documentação que ateste à legalidade. Produto legal, não compromete de forma alguma o meio 13 ambiente.
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Impacto Ambiental Grande parte da degradação da Amazônia é incentivada pelo mercado da madeira, muito forte e valorizado. Muitas vezes, o comércio é ilegal: exploram-se áreas de reservas que não podem ser desmatadas, abrindo clareiras enormes no meio da floresta. Essas madeiras servem para suprir as exigências externas, para a construção civil e para fabricação de móveis. Por causa da necessidade, não há como acabar com a exploração dessa matériaprima. 15
Mas há uma maneira de cooperar com a preservação do meio ambiente através da comercialização da madeira ecologicamente correta. Para atender ao público mais exigente e preocupado com as questões ambientais e para acabar com o tráfico ilegal de madeira, foi criado o Selo Verde. Ao comprar madeira e derivados com essa marca, os consumidores podem ter certeza que são de origem legalizada e não agride a floresta. O selo é conhecido como FSC (Forest Stewardship Council) e surgiu a partir de uma união de governos e ONGs para criar regras para o 16
comércio de produtos feitos de madeira, vindos de florestas tropicais do mundo inteiro. Os acordos definiram que o manejo deveria ser feito de forma sustentável pelas madeireiras que desejassem receber o certificado do FSC e outras entidades reconhecidas internacionalmente. Vídeo – Reportagem do Fantástico: http://g1.globo.com/fantastico/noticia/2014/08/faltadagua-em-cidades-tem-ver-com-devastacaodesenfreada-da-amazonia.html
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Uso da madeira em construção. Desde os tempos antigos, a madeira é utilizada de diversas formas a fim de ajudar no bem-estar do homem. Seja de maneira funcional, fazendo parte de estrutura de casas, cobertura e proteção contra fenômenos naturais, tornando-se lenha para uma fogueira, etc, ou de maneira decorativa, tomando a forma de mesas, cadeiras e outros móveis. Com o passar dos anos, as técnicas de construção com madeira, seu melhoramento em relação à resistência ao tempo e a forma que este material é utilizado na arquitetura foram 19 aperfeiçoados.
A madeira pode ter a mesma resistência de uma estrutura construída com outro material, além de ser isolante natural, térmico e acústico. O conforto numa casa de madeira é percebido através da manutenção de temperatura sempre estável, em qualquer época do ano. A madeira possui características naturais que transformam cada objeto produzido único e inigualável. A variedade de espécies e suas diversas colorações acentuam ainda mais seu charme e exclusividade. É necessário se preocupar com a aparência da madeira, observando se não possui rachaduras, fungos ou 20 nós que comprometam sua resistência.
Ao realizar a sua obra, se atente a estes cuidados: • Evite pontos de condensação de água; • Aplique impermeabilizantes nos encaixes e nos apoios; • Utilize a madeira sempre 20 cm ou mais acima do solo; • Deixe espaço livre entre o assoalho e o solo e entre o forro e a cobertura para ventilação; • Procure adequar o projeto às peças com medidas de mercado; • Utilize as espécies mais adequadas ao seu projeto; 21
• Procure utilizar as peças de acordo com o projeto, de forma a evitar perda com cortes desnecessários; • Verifique a possibilidade de reuso das peças, dando-lhe uma sobrevida maior. Isso significa economia de dinheiro e matéria-prima.
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Alguns Exemplos de peças de madeira, que usamos na construção civil: • Caibros: elemento componente do madeiramento do telhado. Atua no sentido longitudinal da queda d’água do telhado. Age juntamente com as ripas na distribuição das cargas sobre todo o madeiramento. • Escoras: peça que sustenta ou serve de assistência a um elemento construtivo quando este não suporta a carga a ele exigida. • Dormentes: elemento usado na composição de escadas e peitoris. Também é utilizado para assentar os trilhos das estradas de ferro. 23
• Pranchas: peça de madeira plana e delgada, destinada a diversos fins. • Tábuas: peça de madeira plana e delgada, própria para pisos. • Vigas: elemento estrutural responsável pela sustentação de lajes. A viga transfere o peso das lajes e dos demais elementos (paredes, portas, etc.) para as colunas.
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Madeiras de qualidade Para se ter certeza da qualidade da madeira deve, em primeiro lugar, verificar a idoneidade da madeireira e a procedência do material. É importante verificar questões de reflorestamento e sustentabilidade, não prejudicando o meio ambiente. A madeireira deve estar dentro dos padrões e das normas estabelecidas. A obrigatoriedade do DOF para madeiras nativas, possui respaldo legal na Instrução Normativa (IN) IBAMA nº. 112 de 2006 e contribui para reduzir a ilegalidade na exploração 26 madeireira.
O que é DOF? • Documento de Origem Florestal (DOF) é a licença obrigatória para o transporte e armazenamento de produtos e subprodutos florestais de origem nativa (madeira em toras, toretes, postes, escoramentos, palanques, dormentes, estacas, moirões, achas, lascas, pranchões, bloco, toras, lenha, madeira serrada sob qualquer forma, laminada e faqueada). Como obter o DOF? • O DOF é gerado no Sistema DOF do IBAMA, que pode ser acessado no portal http://www.ibama.gov.br/, em Serviços On-line. 27
• Qual é a diferença entre madeira legal e madeira certificada? Madeiras de espécies nativas com origem legal são aquelas acompanhadas do DOF e madeiras de espécies exóticas com origem legal (pinus e eucalipto, por exemplo) são aquelas acompanhadas da nota fiscal da carga. Além dessas existem as madeiras certificadas, que agregam em seu processo produtivo, exigências e características ambientais e sociais estipuladas por certificadoras credenciadas pelo Conselho de Manejo Florestal – FSC (Forest Stewardship 28 Council).
A certificação FSC é a mais conhecida, com 907 florestas certificadas em 78 países. As madeiras certificadas podem ter origem tanto de florestas nativas, quanto de plantios florestais de espécies exóticas, possuem um valor de mercado mais alto do que as madeiras legais sem certificação e já estão sendo utilizadas em empreendimentos habitacionais de alto padrão.
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Espécies de madeira: • Amescla: Madeira fácil de serrar, moderadamente fácil de aplainar, apresentando superfícies radiais ásperas. Uso: construção civil, caixas, engradados, móveis, divisórias e outros. • Angelim: Fácil de trabalhar, acabamento de regular a bom na plaina, torno e broca. Uso: peças de decoração para exteriores e interiores, escadas, pisos, vigas, dormentes, estacas, tacos de assoalhos, vigamentos, etc.
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• Cedrinho: Apresenta retrabilidade linear e volumétrica baixas e propriedades mecânicas entre baixa e média. Uso: venezianas, rodapés, guarnições, cordões, forros, etc. • Champanhe: Madeira muito resistente e firme. Uso: pontes, construção pesada, portos, estacas, obras imersas em ambiente de água doce, vigamentos, carpintaria, tacos, tábuas para assoalho, etc. • Curupixá: Fácil processamento no torno e na broca, resultando em excelente acabamento. Uso: torneados, móveis, artigos domésticos decorativos, utensílios domésticos, produção de chapas e 31 outros.
• Faveira: Fácil de trabalhar. Uso: embarcações, móveis, artigos domésticos decorativos, brinquedos, artigos domésticos utilitários, compensados e outros. • Garapeira: Madeira considerada fácil de ser trabalhada. Recebe bom acabamento. Uso: construção de estruturas externas, dormentes, postes, estacas, mourões, carrocerias, vigas, caibras, ripas, tábuas, tacos para assoalhos, marcos de portas e janelas, etc. • Guariúba: Madeira fácil de trabalhar. Cola bem. Uso: Construção civil e naval, móveis, torneados, pisos, instrumentos musicais, caixas, engradados, 32 chapas e outros.
• Itaúba: De baixa retratibilidade em relação à densidade, resistência mecânica alta a média e durabilidade alta. Uso: assoalhos, postes, pilares e dormentes, carpintaria, tacos, estrutura de pontes, cruzetas, vigas, caibros, tábuas, marcos de portas e janelas, implementos agrícolas, confecção de peças torneadas, etc. • Jatobá: Muito resistente aos fungos e cupins. Uso: construção civil, estacas, carroçaria, postes, tonéis, dormentes, móveis finos, laminados, assoalhos, tanoaria, vigamentos, cabos, ferramentas, etc. 33
• Jequitibá: Madeira moderadamente pesada. Uso: estruturas de móveis, peças torneadas, molduras, compensados, cabos de ferramentas, caixotaria e construção civil para vigas, caibros, ripas, etc. • Louro Canela: Excelente para se trabalhar tanto com ferramentas manuais como mecânicas. Cola bem e permite excelente acabamento. Uso: construção em geral, lambris, vigas, caibros, ripas, rodapés, molduras, guarnições, tábuas, pranchas, peças torneadas, marcenaria, compensados, etc. • Maracatiara: Fácil de trabalhar e propicia excelente acabamento. Recebe bem pintura, verniz, lustro e emassamento. 34
Uso: vigas, caibros, ripas, tacos e tábuas de assoalho, marcos ou batentes de portas e janelas, esquadrias, caixilhos, forros, lambris, etc. • Peroba: De resistência mecânica e retrabilidade médias. Uso: interiores, decoração, pisos, painéis, entalhes, esquadrias, móveis, peças torneadas, cabos de ferramentas, tacos, tábuas para assoalhos, vagões, carrocerias, etc. • Pinnus: Madeira fácil de tratar. Uso: ripas, partes secundárias de estruturas, cordões, guarnições, rodapés, forros e lambris, pontaletes, andaimes, formas para concreto. • Tatajuba: Fácil de trabalhar com ferramentas 35 manuais ou mecânicas.
Recomenda-se perfuração prévia à colocação de pregos. Uso: dormentes, vigas, caibros, ripas, marcos de portas e janelas, rodapés, tábuas e tacos para assoalho, cruzetas, etc. • Tauari: Fácil processamento, gerando superfície de acabamento liso. Boa colagem. Uso: peças encurvadas, marcenaria, lâminas, compensados e outros.
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Vantagens do uso da Madeira: • Pode ser obtida a um preço relativamente baixo; • As reservas são renováveis, caso exploradas com responsabilidade; • Pode ser trabalhada com ferramentas simples; • Tem facilidade de afeiçoamento e simplicidade de ligações e emendas; • Primeiro material empregado capaz de resistir tanto a esforços de compressão como de tração; • Resiste excepcionalmente a choques e esforços dinâmicos: sua resistência permite absorver impactos que romperiam ou estilhaçariam outros materiais; • Boas condições naturais de isolamento térmico e 37 absorção acústica;
• No seu estado natural apresenta uma infinidade de padrões estéticos e decorativos.
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Desvantagens do uso da Madeira: • É um material heterogêneo que pode possuir falhas em seu interior; • É bastante vulnerável aos agentes externos, e sua durabilidade, quando desprotegida é limitada; • É combustível; • É muito sensível aos agentes atmosféricos, aumentando ou diminuindo de dimensões com as variações de umidade; • Possui limitação dimensional. Estas características negativas podem ser eliminadas ou atenuadas através de processos especiais de beneficiamento. 39
Aplicações da madeira
Estruturas
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Aplicações da madeira
Acabamento
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Aplicações da madeira
Esquadrias
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Aplicações da madeira Formas e escoramentos
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Fisiologia da árvore e a formação da madeira. A madeira tem um processo de formação que se inicia nas raízes. A partir delas é recolhida a seiva bruta (água + sais minerais) que em movimento ascendente pelo alburno atinge as folhas. Na presença de luz, calor e absorção de gás carbônico ocorre a fotossíntese havendo a formação da seiva elaborada. Esta em movimento descendente (pela periferia) e horizontal para o centro vai se depositando no lenho, tornando-o consistente como madeira. 44
Como é sabido, a morte de uma árvore ocorrerá caso seja feita a extração da casca envolvendo todo o perímetro a qualquer altura do tronco. Basta interromper o fluxo ascendente ou descendente da seiva bruta ou elaborada. É como interromper o fluxo de sangue para o coração em um ser humano.
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Anatomia da madeira e classificação das árvores. As árvores para aplicações estruturais são classificadas em dois tipos quanto à sua anatomia: coníferas (Gymnospermas) e dicotiledôneas (Angiospermas). • As coníferas são chamadas de madeiras moles ou macias, pela sua menor resistência, menor densidade em comparação com as dicotiledôneas. Têm folhas perenes com formato de escamas ou agulhas; são típicas de regiões de clima frio; 46
sementes agrupados em forma de cone e crescimento rápido. Os dois exemplos mais importantes desta categoria de madeira são o Pinho do Paraná ou Araucária e os Pinus. Os elementos anatômicos são os traqueídes e os raios medulares. • As dicotiledôneas são chamadas de madeiras duras pela sua maior resistência; têm maior densidade e aclimatam-se melhor em regiões de clima quente; provenientes de árvores frondosas (folhas largas e achatadas); crescimento lento. Como exemplo temos praticamente todas as 47 espécies de madeira da região amazônica.
Podemos citar mais explicitamente as seguintes espécies: Peroba Rosa, Aroeira, os Eucaliptos (Citriodora, Tereticornis, Robusta, Saligna, Puntacta, etc.), Garapa, Canafístula, Ipê, Maçaranduba, Mogno, Pau Marfim, Faveiro, Angico, Jatobá, Maracatiara, Angelim Vermelho, etc. As madeiras duras de melhor qualidade são também chamadas de Madeiras de Lei. As árvores frondosas perdem geralmente suas folhas no outono, enquanto as coníferas mantém suas folhas verde todo o ano. 48
Essas categorias distinguem-se pela estrutura celular dos troncos e não propriamente pela resistência. Algumas árvores frondosas produzem madeira menos resistentes do que o pinho.
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Diferenças: Coníferas • Cor bege, amarelada • Leves e fáceis de trabalhar • 500 espécies
Dicotiledôneas • Grande variação de cor • Cerne e alburno diferenciado pela cor • Trabalhabilidade variável • 3000 espécies na Amazônia 51
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 de árvore, revela as seguintes camadas, de fora para dentro, conforme figura a seguir:
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a) Casca – proteção externa da árvore, formada por uma camada externa morta, de espessura variável com a idade e as espécies, e uma fina camada interna, de tecido vivo e macio, que conduz o alimento preparado nas folhas para as partes de crescimento; b) Alburno ou Branco – camada formada por células vivas que conduzem a seiva das raízes para as folhas; tem espessura variável conforme a espécie, geralmente de 3 a 5 cm; c) Cerne ou Durâmen – com o crescimento, as células vivas do alburno tornam-se inativas e constituem o cerne, de coloração mais escura, 53
passando a ter apenas função de sustentar o tronco; d) Medula – tecido macio, em torno do qual se verifica o primeiro crescimento da madeira, nos ramos novos. Os troncos das árvores crescem pela adição de anéis em volta da medula; os anéis são gerados por divisão de células em uma camada microscópica situada sob a casca, denominada Câmbio ou Liber, que também produz células da casca. 54
Nos climas frios e temperados, o crescimento do tronco depende da estação. Na primavera e no início do verão, o crescimento da árvore é intenso, formando-se no tronco células grandes de paredes finas. No final do verão e no outono, o crescimento da árvore diminui, formando-se células pequenas, de paredes grossas. Como conseqüência, o crescimento do tronco se faz por Anéis Anuais, formados por duas camadas: uma clara, de tecido brando, correspondente à primavera; outra escura, de tecido mais resistente, correspondente ao final do verão e outono. Contando-se os anéis, pode-se saber a idade da árvore. Nos climas equatoriais, os anéis nem sempre são perceptíveis. 55
As madeiras de construção devem ser tiradas de preferência do CERNE, mais durável. O ALBURNO, produz madeira imatura, não endurecida, mais sujeita a decomposição.
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Estrutura Molecular da Madeira. A madeira é constituída principalmente por substâncias orgânicas. Os principais elementos constituintes apresentam-se nas seguintes porcentagens aproximadas, independentemente da espécie vegetal considerada: »Carbono 50% »Oxigênio 44% »Hidrogênio 6% 57
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. A estrutura da madeira apresenta ainda pequenas quantidades (0,2 a 1%) de sais minerais, que constituem os alimentos dos tecidos vivos. Esses minerais produzem as cinzas quando a madeira é 58 queimada.
As espécies vegetais apresentam ainda materiais, como resinas, óleos, ceras, etc., que são depositados nas cavidades das células, produzindo coloração e cheiro característicos da espécie.
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