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ESTRUTURAS DE MADEIRAProfessora: Engª Civil Silvia Romfim

UNEMATUniversidade do Estado de Mato Grosso

AULA 021. Introdução: Madeira e suas características.

1.1 - Estrutura da madeira:

a) Generalidades

b) Classificação das árvores;

c) Fisiologia e crescimento da árvore;

d) Características químicas da madeira.

1.2 - Propriedades físicas da madeira:

a. Teor de umidade;

b. Densidade;

c. Retratibilidade;

d. Resistência ao fogo;

e. Durabilidade natural;

f. Resistência química.

GENERALIDADES

A madeira é um material orgânico, de origem

vegetal encontrada tanto em florestas naturais

quanto em florestas artificiais resultantes de

reflorestamentos industrializados. Sua fonte é

abundante e renovável.

Do ponto de vista da utilização estrutural, a

madeira compete com o concreto e o aço, embora

exista algum preconceito quanto à durabilidade e à

resistência da madeira por parte daqueles que não

conhecem profundamente esse material.

GENERALIDADES

FOTO: Google Imagens

FOTO: Google Imagens

FOTO: Google Imagens

FOTO: Google Imagens

GENERALIDADES

FOTO: Google Imagens

GENERALIDADES

Com relação à durabilidade da madeira, a

execução de processos de secagem e preservação

adequados, juntamente com modernas técnicas de

utilização, pode garantir à madeira durabilidade de

50 anos ou mais.

FOTO: Google Imagens

b) CLASSIFICAÇÃO DAS ÁRVORES

As árvores para aplicações estruturais são classificadasem dois tipos quanto à sua anatomia: coníferas e

dicotiledôneas.

Coníferas: As coníferas são chamadas de madeiras moles,

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. Os exemplos mais

importantes desta categoria de madeira são:

Pinho do Paraná

Pinus.

Araucária

CLASSIFICAÇÃO

Dicotiledôneas:As dicotiledôneas são chamadas de madeiras duras pela sua

maior resistência; têm maior densidade e aclimatam-se melhor emregiões de clima quente.

Como exemplo temos praticamente todas as espécies demadeira da região amazônica. Podemos citar as seguintes espécies:

Peroba Rosa

Aroeira

Eucaliptos (Citriodora, Tereticornis, Robusta, Saligna, Puntacta,etc.)

Garapa

Ipê

Maçaranduba

Mogno

Pau Marfim

Faveiro

Angico

Jatobá

Maracatiara

Angelim Vermelho, etc.

CLASSIFICAÇÃO

1.1- c) Fisiologia e crescimento da árvore;

O crescimento

principal da árvore ocorre

verticalmente.

FISIOLOGIA

Na seção transversal de uma árvore,

podemos distinguir as seguintes partes: casca,

brancal, medula.

A casca- camada protetora e dealimentação não usada na construçãocivil.

Alburno ou branco- camada superficialdo corte de coloração branca e muitopouco resistente (brancal). Usolimitado. Ex.: escoras, formas, etc.

O durâmem, cerne ou medula- É aparte mais usada na construção civil.

FISIOLOGIA

As madeiras destinadas à construção devem

ser tiradas de preferência do cerne, pois são mais

duráveis.

FISIOLOGIA

Dicotiledônea

Conífera

FISIOLOGIA

Características Químicas da Madeira

A madeira apresenta três componentes

orgânicos principais, que são:

Celulose,

Hemicelulose

Lignina.

A participação de cada um desses

elementos varia de acordo com a classificação

botânica da árvore, como mostra o quadro a

seguir:

CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS

CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS

Composição orgânica das madeiras (Fonte: HELLMEISTER,

1983)

Celulose

A celulose é um polímero constituído por várias centenas de

glucoses. As paredes das fibras, vasos e traqueídes são formadas por

celulose.

Lignina

A lignina age na madeira como um cimento, ligando as

cadeias de celulose dando rigidez e dureza ao material.

Propriedades Fisícas da Madeira

Conhecer as propriedades físicas da

madeira é de grande importância porque

estas propriedades podem influenciar

significativamente no desempenho e

resistência da madeira utilizada

estruturalmente.

Propriedades Físicas

Propriedades Físicas

Podem se destacar os seguintes fatores que

influem nas características físicas da madeira:

Classificação botânica.

O solo e o clima da região de origem da árvore.

Fisiologia da árvore.

Anatomia do tecido lenhoso.

Variação da composição química.

Propriedades Físicas

Entre as características físicas da madeira cujo

conhecimento é importante para sua utilização

como material de construção, destacam-se:

Umidade.

Densidade.

Retratibilidade.

Resistência ao fogo.

Durabilidade natural.

Resistência química.

Propriedades Físicas

Devido à orientação das fibras da madeira e

à sua forma de crescimento, as propriedades

variam de acordo com três eixos perpendiculares

entre si: longitudinal, radial e tangencial, como

pode ser visto na figura a seguir.

Propriedades Físicas

Eixos principais da madeira em relação à direção das fibras (Fonte: Calil, 1998)

UmidadeA resistência da madeira varia com seu teor de umidade.

Com o aumento do teor de umidade damadeira observa-se uma diminuição em suaresistência, esta diminuição de resistência é maissensível para baixos teores de umidade, e épraticamente desprezível para elevados teoresde umidade.

Para comparar a resistência de duasespécies, ou peças, a uma determinadasolicitação, é necessário estabelecer-se um teorde umidade de referência, pois uma espécie demenor resistência, com baixo teor de umidade,pode aparentar maior resistência que umaespécie sabidamente mais resistente, porém comelevado teor de umidade.

Propriedades Físicas

A nova versão da norma brasileira, NBR

7190 - Projeto de Estruturas de Madeira, da

ABNT (1997), baseada no método probabilista

dos estados limites, a exemplo da maioria das

normas internacionais, adota a umidade de

referência de 12%.

Uma espécie, ou peça, é considerada

mais resistente que outra, a uma determinada

solicitação, se sua resistência, ao teor de

umidade de referência de 12%, for superior.

Propriedades Físicas

Umidade

Propriedades Físicas

Umidade

É determinada pela expressão:

𝑤 =𝑚1 −𝑚2

𝑚2x 100

m1 = massa úmida

m2 = massa seca

Propriedades Físicas

DENSIDADE REAL

Trata-se da relação entre a massa da

madeira contida na amostra considerada e o

volume efetivamente ocupado por ela,

descontados os vazios internos ocupados pela

água e pelo ar.

Somente o volume,

Sem vazios internos!

DENSIDADE BÁSICA

Convencionalmente é definida pela

razão entre a massa seca da amostra

considerada e o respectivo volume nas

condições de total saturação, ou seja, tendo

todos os seus vazios internos preenchidos por

água.

𝜌𝑏𝑎𝑠 =𝑚𝑠

𝑉𝑠𝑎𝑡(g/cm³)

𝑚𝑠 = Massa seca

𝑉𝑠𝑎𝑡 = Volume saturado

Propriedades Físicas

DENSIDADE APARENTE

Convencionalmente é definida pela razão

entre a massa e o volume de dois corpos-de-

prova para um dado teor de umidade (U%). No

caso da NBR 7190/1997, a densidade aparente

se refere a amostras com umidade de 12%.

𝜌𝑎𝑝 =𝑚12

𝑉12(g/cm³)

Propriedades Físicas

RETRATIBILIDADE

Define-se retratibilidade como

sendo a redução das dimensões em

uma peça da madeira pela saída da

água de impregnação.

A madeira apresenta

comportamentos diferentes de acordo

com a direção em relação às fibras e

aos anéis de crescimento.

Propriedades Físicas

RETRATIBILIDADE

Em ordem decrescente de valores,encontra-se a retração tangencial comvalores de até 14% de variaçãodimensional, podendo causar tambémproblemas de torção nas peças demadeira.

Na seqüência, a retração radial comvalores da ordem de 6% de variaçãodimensional, também pode causarproblemas de rachaduras nas peças demadeira.

Por último, encontra-se a retraçãolongitudinal com valores de 0,4% devariação dimensional.

Propriedades Físicas

RETRATIBILIDADE

Um processo inverso também podeocorrer, o inchamento, que se dáquando a madeira fica exposta acondições de alta umidade onde aoinvés de perder água ela absorve,provocando um aumento nas dimensõesdas peças.

Propriedades Físicas

RESISTÊNCIA DA MADEIRA AO FOGO

Erroneamente, a madeira é

considerada um material de baixa

resistência ao fogo.

Propriedades Físicas

Uma peça de madeira exposta ao fogo

torna-se um combustível para a

propagação das chamas, porém, após

alguns minutos, uma camada mais

externa da madeira se carboniza

tornando-se um isolante térmico, que

retém o calor, auxiliando, assim, na

contenção do incêndio, evitando que

toda a peça seja destruída.

RESISTÊNCIA DA MADEIRA AO FOGO

A proporção de madeira carbonizada

com o tempo varia de acordo com a espécie e

as condições de exposição ao fogo. Entre a

porção carbonizada e a madeira sã encontra-

se uma região intermediária afetada pelo fogo

mas não carbonizada, porção esta que não

deve ser levada em consideração na

resistência.

Propriedades Físicas

Propriedades Físicas

Resistência ao fogo (Fonte: CALIL, 1998)

Propriedades Físicas

RESISTÊNCIA DA MADEIRA AO FOGO

Outra característica importante da

madeira com relação ao fogo é o fato de

não apresentar distorção quando

submetida a altas temperaturas, tal como

ocorre com o aço, dificultando assim a

ruína da estrutura.

Propriedades Físicas

Resistência ao fogo (Fonte: CALIL, 1998)

Viga de Madeira Carbonizada

Perfil Metálico Retorcido

Propriedades Físicas

DURABILIDADE NATURAL

A durabilidade da madeira, com relação

à bio-deterioração, depende da espécie e das

características anatômicas. Certas espécies

apresentam alta resistência natural ao ataque

biológico enquanto outras são menos

resistentes.

A baixa durabilidade natural de algumas

espécies pode ser compensada por um

tratamento preservativo adequado às peças,

alcançando-se assim melhores níveis de

durabilidade, próximos dos apresentados pelas

espécies naturalmente resistentes.

Propriedades Físicas

RESISTÊNCIA QUÍMICA A madeira, em linhas gerais, apresenta boa

resistência a ataques químicos.

Em muitas indústrias é preferida em lugar de outrosmateriais que sofrem mais facilmente o ataque deagentes químicos.

Em alguns casos a madeira pode sofrer danosdevidos ao ataque de ácidos ou bases fortes.

O ataque das bases provoca aparecimento demanchas esbranquiçadas decorrentes da ação sobre alignina e a hemicelulose da madeira.

Os ácidos também atacam a madeira causandouma redução no seu peso e na sua resistência.

Atividade 01

01) Para quais fins estruturais são utilizadas as peças de madeira?

02) Como a madeira pode ser classificada? E, qual o tipo de

madeira que apresenta maior resistência?

03) Quais são as propriedades Físicas da Madeira? Descreva a

importância de cada uma delas estruturalmente.

04) De que maneira o teor de Umidade influencia na resistência

da madeira?

05) Defina:

a) Densidade básica

b) Densidade Aparente

c) Densidade Real

BIBLIOGRAFIA

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6230 -

ENSAIOS FÍSICOS E MECÂNICOS DE MADEIRAS. ABNT. Rio de Janeiro.

1980.

______. NBR 7190 - PROJETO DE ESTRUTURAS DE MADEIRAS. ABNT. Rio

de Janeiro. 1997.

CALIL, Carlito Junior. ESTRUTURAS DE MADEIRA – USP São Paulo. 1998.

CALIL Jr., C.; LAHR, F.A.R.; DIAS, A.A. - DIMENSIONAMENTO DE

ELEMENTOS ESTRUTURAIS DE MADEIRA. Ed. Manole, Barueri, SP, 2003.

MAINIERI, C.; CHIMELO, J.P. - FICHAS DE CARACTERÍSTICAS DAS

MADEIRAS BRASILEIRAS. IPT Instituto de Pesquisas Tecnológicas,

Divisão de Madeiras, São Paulo, 1989.

MOLITERNO, A. - CADERNO DE PROJETO DE TELHADOS EM ESTRUTURAS

DE MADEIRA. Ed. Edgard Blücher Ltda, São Paulo, 1981.