Madeira Aula 1

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06/07/2011 Madeira Materiais de Construção Civil II • A madeira é um dos materiais de construção mais antigos. – Na Flexão resiste tanto a esforços de compressão como de tração. – Facilidade de manuseio. – Facilidade de fabricação. – Bom isolamento térmico. – Excelente relação resistência/peso. – Absorve impactos Madeira • Resistência a choques e cargas dinâmicas. – É renovável • Desde que convenientemente usada. – Qualidades estéticas Madeira Pouca Durabilidade? • Por que não utilizar a madeira como material para fins estruturais? – A madeira tem pouca durabilidade; – Não resiste ao fogo; – Ecologicamente incorreto; – Material Caro; – Apresenta baixa Resistência; França 1420. Pouca Durabilidade? Pouca Durabilidade? Edifício Moreira Garcez. Curitiba, Pr Década de 20. Detalhe Construtivo Fundações com troncos de eucalipto embebido em óleo Cru. Estados Unidos, 1870. Óleos são utilizados para impermeabilizar a madeira. 1 06/07/2011 Não Resiste ao fogo? Ecologicamente Incorreto? • Resistência ao Fogo – Temperatura em incêndios:  850 C • Nesta temperatura não há como a madeira resistir. – Comparação: • Concreto: 80  C – começa a perder a resistência. • Aço: 500  C – perdeu 80 % da resistência. • Madeira. Material Caro? • Extrativismo • Manejo Florestal – Melhora a qualidade do ar pela fixação do CO2 – Redução de áreas erodidas e do transporte de sedimentos Baixa Resistência? • Concreto • Consumo de energia 3,5 menor que o concreto e 500 vezes menor que o aço. • Eficiência energética 8 vezes melhor que o concreto e 90 vezes melhor que o aço. • Recurso Renovável f ck  20 50 MPa f tk  2 5MPa   2,5 • Madeira f ck  20 30 MPa f tk  26  45MPa – Coníferas   0,5 – Dicotiledôneas Material f tk  3280MPa Esforço Peso Específico t/m3 Resistência (Mpa) Resistência/peso Tração 0,5 – 1,2 30 -110 60 -90 0,5 – 1,2 30 - 60 50 -60 Aço Tração 7,85 250 32 Concreto Compressão 2,5 40 16 Exemplo1 Compressão Madeira  30 MPa Concreto  40 MPa C arg a  3000 Kgf t m3 Madeira Compressão Madeira t m3 f ck  25 70 MPa  1 Madeira t m3 Exemplo 2 Tração Madeira  50 MPa Aço  250 MPa C arg a  3000 Kgf • Desvantagens: – Perda de propriedades, devido a problemas de secagem e umidade. – Fácil deterioração em ambientes agressivos • Fungos, cupins, mofo, fogo, etc... – Heterogeneidade e anisotropia naturais • Resistência variável conforme, direção, tempo, etc. • Obs: A maioria destes defeitos podem ser contornados. • Tratamento químico, laminação, etc... 2 06/07/2011 Madeira Madeira • Classificação • Utilização – Endógenas • Desenvolvimento do caule de dentro para fora. Laminação – Ex. Palmeira, Bambus, etc.. » Pouco aproveitada como material de construção • Compensado – Exógenas Serraria • Desenvolvimento do caule de fora para dentro. • Caibros, Ripas, Tábuas, etc... – Ex. Ipê, Araucária, etc.. » Anginospermas: Madeira Duras. • Crescimento lento (Ipê, aroeira, Carvalho) » Ginospermas: Madeiras Moles. • Crescimento rápido (Araucária) Obtenção de Cavacos • Aglomerados Estrutura da Madeira Produção da Madeira • Corte Casca Lenho Medula – Realizado nos meses de inverno • Secagem Lenta. Cerne Alburno Material Proteção Parte Parte Viva macio doMorta Tronco Uso Absorve +resistente conservantes Decorativo Defeito Produção da Madeira • Toragem – É o desgalhamento e o corte do tronco em toras de 5 a 6 metros. Produção da Madeira • Falquejamento – É o corte em seção quadrada. • Economizar espaço de transporte e armazenamento. • Facilitar o Transporte. 3 06/07/2011 Produção da Madeira Produção da Madeira Nome • Desdobro – É a obtenção de peças estruturais de madeira maciça. Dimensões 15,0 x 23,0 Pranchões • Nomenclatura das peças de madeira serrada. 10,0 x 23,0 7,5 x 23,0 15,0 x 15,0 Vigas 7,5 x 15,0 5,0 x 20,0 2,5 x 23,0 Tábuas 2,5 x 15,0 2,5 x 11,5 7,5 x 7,5 Caibros 7,5 x 5,0 5,0 x 6,0 Ripas Produção da Madeira • Beneficiamento – É o Acabamento das peças. 1,2x 5,0 Produção da Madeira • Nomenclatura das peças de madeira Beneficiada. • Corte, Lixamento, pintura, etc... – Soalho • Seção 2,0 x 10,0 – Forro • Seção 1,0 x 10,0 – Rodapé • Seção 1,5 x 15,0 – Taco • Seção 2,0 x 7,5 Defeitos da Madeira Defeitos da Madeira NÓS FIBRA TORCIDA OU REVIRADA •Se formam nos pontos em que os ramos se unem ao tronco •As fibras não se desenvolvem paralelamente ao eixo, mas sim em espiral. •Diminui o valor da Madeira •Devem ser utilizadas apenas como estacas, postes , pilares sem função estrutural. •Reduz a resistência •Dá origem a fendas 4 06/07/2011 Defeitos da Madeira Defeitos da Madeira MADEIRA ENCURVADA EXCENTRICIDADE DA MEDULA •Árvores cujos troncos não cresceram retas. •Devido ao vento e a proximidade de rochas, aparece a medula descentrada. •Se o comprimento for pouco extenso, pode-se utilizar como barrotes. Defeitos da Madeira IRREGULARIDADES DOS ANÉIS DE CRESCIMENTO •Causado por bruscas alterações no desenvolvimento da árvore •Se for pequena, não diminui as qualidades da madeiras. Caso contrário, reduz elasticidade e resistência. Defeitos da Madeira FENDAS •Rachas no sentido longitudinal, devido aos gelos e também à insolação e dessecação da madeira. •Tem menos valor comercial, por ser pouco elástica e se partir com facilidade Defeitos da Madeira FENDAS ANELARES Defeitos da Madeira FENDAS ACEBOLADAS •São rachas largas que desintegram os raios Medulares •Separação circular dos anéis decrescimento •Inutilizam totalmente a madeira •Originam-se do frio e do vento intenso. •A madeira desseca-se 5 06/07/2011 Defeitos da Madeira FENDAS EM PATA-DEGALINHA •Chegam até o borne e/ou até a superfície Exterior Defeitos da Madeira DUPLO BORNE •Deve-se aos frios intensos e prolongados que impedem a transformação do câmbio vascular em borne e deste em cerne, ficando morta uma zona do borne. •Acontece devido ao envelhecimento da medula Tratamento da Madeira Deve ser realizado para prevenir sua deterioração, ampliando assim a sua vida útil. Tratamento da Madeira 1- Após Secagem tradicional, a beneficiada é introduzida na autoclave. madeira Processo Manual - Pequenas propriedades - Perigoso para o meio ambiente. Processo Industrial - Regulamentados pelos órgãos competentes. Tratamento da Madeira Tratamento da Madeira 2- Vácuo inicial -Retira a maior parte do ar do existente no interior das células de madeira. 3- Ainda sob vácuo o preservante é transferido para a Autoclave. Oleossolúveis • Creosoto, pentaclorofenol Hidrossolúveis • ácido bórico, ácido arsêncio 6 06/07/2011 Tratamento da Madeira Tratamento da Madeira 4- Sob pressão o preservativo é injetado na madeira até a saturação. 5- A pressão é aliviada, e o excesso de preservativo é transferido de volta ao reservatório. Tratamento da Madeira 6- Vácuo Final -Retira o excesso de produto da superfície da madeira. Madeira roliça Madeira para fibra Laminação Compensado Chapa de fibra Madeira Roliça Pontes Resinagem Celulose e papel Madeira serrada Serraria Obtenção de cavacos Árvore em pé Madeira Aglomerados Breu (colas) Terebentina (Solvente) Derivados da Madeira Madeira Roliça Interiores 7 06/07/2011 Madeira Roliça Madeira Serrada Interiores Edificações Madeira Serrada Madeira Serrada Estruturas Propriedades Físicas da Madeira • Anisotropia – A madeira apresenta 3 direções principais • Longitudinal. • Radial. • Tangencial. Para Dimensionamento: • Longitudinal • Perpendicular Pontes Propriedades Físicas da Madeira • Umidade – As propriedades da madeira são extremamente dependentes de sua umidade. Água de constituição Água de impregnação • Não pode ser eliminada. • Madeira Completamente Seca. • Aparece entre as fibras e células lenhosas • Provoca um inchamento da madeira. Água livre • Preenche os vasos capilares. • Não influência na qualidade. 8 06/07/2011 Propriedades Físicas da Madeira Propriedades Físicas da Madeira • Retratibilidade • Umidade Pesoumida  Pesosec a h(%)  100 Pesosec a – É a propriedade de variação volumétrica da madeira quando ocorre a variação de umidade entre o estado seco e a condição saturara ao ar. • Inchamento ou Contração Madeira Verde 30 % Madeira Semi-Seca 23 % Madeira comercialmente Seca Entre 18 e 23 % Madeira Seca ao ar Entre 13 e 18 % Madeira dessecada Entre 0 e 13 % Madeira Seca 0% Valor de Referência para Ensaios 12% Direção Volumétrica Variação Linear Tangencial Retratilidade 7 a 14 % Axial Radial 3a 6% Linear Radial Longitudinal 0,1 a 0,4 % Tangencial Contração volumétrica, % Retratilidade Propriedades Físicas da Madeira • Retratibilidade – O comportamento diferenciado na retratibilidade pode afetar a qualidade do lenho, podendo aparecer, fissuras, rachas, fendas de secagem, etc. Três cuidados podem ser adotados de modo a minorar este efeito: 15 10 5 Cuidados para evitar problemas com a retratibilidade 10 20 30 Umidade, % Propriedades Físicas da Madeira • Retratibilidade Fundação Submersa ou em contato com a água. Madeira com 18% de umidade Pilar de galpão aberto. Madeira com 30% de umidade Bancada de laboratório com controle de temperatura e umidade. Madeira com 5% de umidade • Seca ao Ar • Saturada • Seca Artificialmente • peças com teores de madeira compatíveis com o ambiente a ser empregada • desdobro e emprego adequados • impregnação das peças com óleos e resinas Propriedades Mecânicas da Madeira • São as características de resistência da madeira à diversos esforços que as estruturas estão sujeitas. – Umidade da madeira. – Direção do carregamento. • Pinheiro do Paraná (Araucaria angustifolia ) Paralela as fibras MPa Perpendicular as fibras MPa Rigidez 15225 761,25 Tração 93,1 1,6 compressão 40,9 9,91 Esforço 9 06/07/2011 Propriedades Mecânicas da Madeira • Propriedades Estruturais Propriedades Mecânicas da Madeira • Tração – NBR 7190 – Paralela as fibras compressão paralela às fibras • fc,0 tração paralela às fibras • ft,0 compressão normal às fibras • fc,90 tração normal às fibras • ft,90 cisalhamento paralelo às fibras • fv,0 embutimento paralelo às fibras • fe,0 embutimento normal às fibras • fe,90 • Maior Resistência das madeiras. – Perpendicular as fibras • Tendência a separar as fibras. • A aderência entre as fibras é fraca, com isso não é necessário um grande esforço para romper. Propriedades Mecânicas da Madeira Propriedades Mecânicas da Madeira • Compressão • Compressão – Compressão paralela as fibras. – Compressão paralela as fibras. • Peças longas apresentam problema de flambagem. • Comprimento de Flambagem  l i l = comprimento da peça i = raio de giração mínimo   40 Propriedades Mecânicas da Madeira sfl s fls c • Comprimento de Flambagem   40 Trecho I Propriedades Mecânicas da Madeira sfl sc • Peça Curta • Tensão Máxima de compresão da Madeira • Comprimento de Flambagem 40    0 Trecho I Trecho II sp s p  s fl  s C s fl  s C 40 • Peça Intermediária • Regime Elasto-plástico  40 0  10 06/07/2011 Propriedades Mecânicas da Madeira • Comprimento de Flambagem sfl sc   0 Trecho I • • Trecho II Propriedades Mecânicas da Madeira • Compressão – Compressão Normal as fibras. Peças Longas Ruptura dentro das deformações elásticas. • Ocorre um esmagamento das fibras. • A resistência da madeira é inferior ao do esforço paralelo as fibras. sp Trecho III s fl  s p 40  0 Propriedades Mecânicas da Madeira • Cisalhamento Classificação Estrutural da Madeira • 1 Critério – (Defeitos). – Esforços que provocam o deslizamento de um plano sobre o outro. 1ª Categoria • Madeira de qualidade excepcional, sem nós, retilínea, quase isenta de defeitos. 2ª Categoria • Madeira de qualidade estrutural corrente, com pequena incidência de nós firmes e outros defeitos. 3ª Categoria • Madeira de qualidade estrutural inferior, com nós em ambas as faces. • 2 Critério – (Resistência). 1ª Categoria 2ª Categoria 3ª Categoria Propriedades Mecânicas da Madeira Propriedades Mecânicas da Madeira • Resistência de Cálculo da Madeira • Resistência de Cálculo da Madeira f w,dk  k mod  f w,ck w k mo   Duração 1, 4 wd,1 c k mo    Umidade 1,8 wd,2 t k mo d 3   Tipo 1,8 w,v 11 06/07/2011 Propriedades Mecânicas da Madeira Propriedades Mecânicas da Madeira • Resistência de Cálculo da Madeira • Resistência de Cálculo da Madeira Exemplo Propriedades Mecânicas da Madeira • Valores Característicos • 1- Determinar as Resistências de projeto, para uma Viga de Conífera classe C30. Considerar umidade do ambiente 80% e estrutura permanente. • a) Resistência Característica f c 0 , k  30 MPa f v 0 , k  8 MPa f t 0,k  f c 0,k Exemplo • 1- Determinar as Resistências de projeto, para uma Viga de Conífera classe C30. Considerar umidade do ambiente 80% e estrutura permanente. • b) Coeficientes de Modificação Exemplo • 1- Determinar as Resistências de projeto, para uma Viga de Conífera classe C30. Considerar umidade do ambiente 80% e estrutura permanente. • b) Coeficientes de Modificação 12 06/07/2011 Exemplo • 1- Determinar as Resistências de projeto, para uma Viga de Conífera classe C30. Considerar umidade do ambiente 80% e estrutura permanente. • b) Coeficientes de Modificação Exemplo • 1- Determinar as Resistências de projeto, para uma Viga de Conífera classe C30. Considerar umidade do ambiente 80% e estrutura permanente. • b) Coeficientes de Modificação k mod 0,6  0,8  0,8  0,384 Exemplo • 1- Determinar as Resistências de projeto, para uma Viga de Conífera classe C30. Considerar umidade do ambiente 80% e estrutura permanente. • c) Resistências de Cálculos Compressão  Tração 30 f c 0,k  0,384   8,22 MPa 1,4 Cisalhamen to 6 f v 0,k  0,384   1,28MPa 1,8 13