palestra01 madeira

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

ESCOLA DE ENGENHARIA DE SÃO CARLOS

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE ESTRUTURAS

LABORATÓRIO DE MADEIRAS E DE ESTRUTURAS DE MADEIRA

• ESTRUTURAS DE MADEIRA NO BRASIL

• PASSADO, PRESENTE E FUTURO

Prof. Dr. Carlito Calil Junior

O PASSADO:

a História da “HAUFF” e do Fundador

• Erwin Hauff nasceu em Viena (Áustria) -

• engenheiro civil Escola Politécnica de Munich, terminou seus estudos em 1920.

• primeira Guerra Mundial, o Engenheiro se fixou no Brasil

• estudou as espécies florestais brasileiras, a partir da observação das caraterísticas físicas da madeira.

• em 1929 fundou a companhia HAUFF de estruturas de madeira

Sistema Hauff • caracterizado pelo uso de cobrejuntas, entalhes e

cavilhas de madeira usadas nas ligações das barras formando os nós da treliça.

Sistema Hauff Sistema treliçado composto por barras de seções simples

ou compostas por múltiplos elementos pregados

O calculo dos esforços

Articulações

Ponte de Garulhos – com 52,00 metros de vão livre

Ponte sobre el Rio Tietê – 38, 00 metros de vão livre

Cimbramentos móveis para construção do Mercado Municipal de São Paulo –

17,00 metros –

Torre da antena da radio Excelsior São Paulo – 80 metros

Tesoura com banzo superior treliçado – 16,00 metros

Tesouras - 20 metros.

PÓRTICOS

pórticos bi-articulados y terças treliçadas de banzos paralelos , 25 m

Pórticos contraventados verticalmente

por meio de terças treliçadas de banzos

paralelos e mãos-francesas

ARCOS

Arco treliçado bi-articulado – vão livre de 70 metros – Hangar da VARIG – Aeroporto

de Congonhas, em São Paulo – 1949

- Arcos treliçados triarticulados contraventados por terças de banzos paralelos

Abóbadas Lamelares

elementos denominados lamelas que se interligam

formando uma malha losangular curva, semi-cilíndrica,

parabólica, quatro águas, arco gótico ou cúpula.

Abóbada lamelar semi-cilíndrica construída no Rio de Janeiro pela

empresa SOCIEDADE TEKNO LTDA, na década de 50 do século XX.

Abóbada lamelar semi-cilíndrica construída em

São Paulo pela empresa A. SPILBORGHS & CIA, 1950.

O sistema estrutural lamelar foi introduzido na Europa em

1908, nos Estados Unidos em 1925 e no Brasil, em 1922.

Abóbada lamelar em quatro águas construída em Curitiba pela

empresa HAUFF em 1927.

Abóbada lamelar semi-cilíndrica construída em

São Paulo pela empresa A. SPILBORGHS & CIA, 1951.

Abóbada lamelar em quatro águas.

Abóbada lamelar semi-cilíndrica construída em São Paulo pela

empresa SOCIEDADE TEKNO LTDA, em sua sede, 1950, 25 m x 40 m.

Abóbada lamelar semi-cilíndrica construída em Piracicaba pela

empresa CALLIA & CALLIA LTDA, década de 50, ~ 37 m x 75 m.

DETALHES DE MONTAGEM

CONTRAVENTAMENTO

Sobre el Sistema Hauff

• A "Hauff" desempenhou um papel de grande relevância na história da construção civil brasileira

• Pode ser considerada uma empresa introdutora de tecnologias em estruturas de madeira

• A transmissão de tecnologia da "Hauff" se fez de forma indireta, por meio das suas obras construídas, que passaram a constituir exemplos de soluções estruturais e adotadas por muitas empresas do ramo

• A "Hauff" também pode ser considerada como grande responsável pela formação da mão-de-obra ligada a produção de estruturas de madeira, tenham sido mestres em carpintaria, desenhistas e projetistas, bem como favoreceu o enriquecimento da bagagem técnica de muitos engenheiros que dela fizeram parte.

O PRESENTE: UTILIZAÇÃO DA

MADEIRA NA CONSTRUÇÃO

- casas de madera

- telhados residenciais

- formas e escoramentos para estruturas de concreto

- coberturas de grandes vãos

- postes e cruzetas

- roliços (colunas, vigas e estacas)

- passarelas e pontes

- dormentes

- casas de madera

- parabolóide hiperbólico

- telhados residenciais

- telhados residenciais industrializados

- coberturas de grandes vãos

- formas e cimbramentos de madeira

- postes e crucetas

- peças roliças ( colunas, vigas e estacas)

- passarelas em vigas serradas e roliças

- pontes em vigas – peças serradas

- pontes em vigas – peças roliças

- pontes e passarelas penseis

- passarelas estaiadas

- pontes protendidas

- pontes mistas madeira/concreto

- pontes em vigas treliçadas

- passarelas em vigas treliçadas

- pontes em vigas treliçadas 380

100 120 100

220

5

7,5

rodeiro

elemento de

contraventamento

tabuleiro

140

380

100 120 100

5

7,5

90 140 90

140

380

100 120 100

5

7,5

90 80 90 3030

140

Parafusos com

diâmetro de 20 mm

Chapas metálicas das ligações superiores

Banzo superior de madeira

Diagonais de madeira

Banzo inferior de aço

Chapas metálicas das ligações inferiores

- silos de madeira

- passagens sob rodovias

- dormentes

CONSUMO MADEIRA (milhões m3)

BRASIL X USA (2007) - ITTO

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

serrada roliça compensado

Brasil

USA

CONSUMO DE MADEIRA NOS

ESTADOS UNIDOS

- Casas de Madeira:

- 1/3 da madeira serrada = 40 milhões de m3

- Madeira Laminada Colada

- 1 milhão de m3

- Vigas I para casas de madeira

- 370.800 metros lineares

- Postes de Eletrificação – 90% em madeira

- Dormentes – 94% em madeira

O DESAFIO PARA O FUTURO:

PRECONCEITOS NA UTILIZAÇÃO DA

MADEIRA NO BRASIL

- Cultural: o uso da alvenaria nas casas

- Desinformação do uso da madeira: educação na

Engenharia da madeira

- Durabilidade da madeira (fungos e insetos)

- Segurança das estruturas em situação de Incêndio

Educação da Engenharia da Madeira

- Engenheiro Florestal

- Propriedades Mecânicas e Estruturas de Madeira

- Engenheiro Agrícola

- Construções Rurais

- Engenheiro Civil

- Estruturas de Madeira

- Arquiteto

- Sistemas construtivos em madeira

- Engenheiro Industrial Madeireiro - Propriedades de Resistência e Elasticidade da Madeira

- Estruturas de Madeira

- Industrialização das Estruturas de Madeira

INSTITUIÇÕES DE UTILIZAÇÃO E

DIVULGAÇÃO DA MADEIRA

-Universidades

- Empresas

- Institutos

- Associações

IBRAMEM – congressos EBRAMEM

CURSOS DE ATUALIZAÇÃO

-Engenheiros DERSA, DER e prefeituras – pontes de madeira

- Engenheiros da CESP – propriedades de resistencia e

elasticidade da madeira

- Instrutores do SENAI – detalhes estruturais e construtivos em

estruturas de madeira

- Industrias em geral – classificação visual e mecânica da

madeira

PUBLICAÇÕES TÉCNICAS

NORMALIZAÇÃO BRASILEIRA

Comissão de Estudos da ABNT

- CE-02:126.10 - Estruturas de Madeira

- CE-02:124.25 - Fôrmas e Escoramentos

- CE 06.100.01.001 – Dormentes de Madeira

-CE-31:000.AA - Madeira Serrada

Propaganda das vantagens da utilização

da madera

- Material de fonte renovável – nossa

indústria

- Propriedades de Resistência e Elasticidade

da Madeira em relação ao concreto e aço

- Consumo de energia para sua produção e

emissão de gás carbônico

- Fixação de carbono: árvores em crescimento

fixam carbono na madeira

MATERIAL RENOVAVEL

NOSSA INDUSTRIA

6 ( CO2 + 2 H2O CH2O + H2O + O2 )

MATE-

RIAL

ENERGIA

NECESSÁ

RIA PARA

SUA

PRODUÇÃ

O (MJ/m3)

RESIS-

TÊNCIA

(Kgf/cm2)

MÓDULO

DE ELASTI-

CIDADE

(Kgf/cm2)

ENERGIA

POR

RESIS-

TÊNCIA

DENSIDADE

POR

RESIS-

TÊNCIA

MÓDULO

POR

RESIS-

TÊNCIA

Concreto

2400 920

(óleo)

180

200000

10,7

13,3

80

Aço

7800 234000

(carvão)

2400

2100000

97,5

3,3

270

Madeira

Conífera

600

600

(solar)

500

100000

1,2

1,2

160

Madeira

folhosa

900

630

(solar)

900

250000

0,7

1,0

270

MATERIAIS ESTRUTURAIS MAIS UTILIZADOS NA

CONSTRUÇÃO CIVIL

DENSI-

DADE

(Kgf/m3)

CONDIÇÕES AMBIENTAIS

• Madeira estrutural

de:

- Plantacões e

manejo de florestas

nativas

• Toda a produção

de madeira é

fixador de carbono

• Árvores em

crescimento fixam

o carbono na

madeira

EMISSÃO DE CARBONO

Terça Terça Viga Viga Chapa Chapa

Aço

200/19

Madeira

300x50

Aço

310UB40

MLC

550x135

Aço

0,5 mm

Compsado

12 mm

Massa(Kg) 5,6 7,5 40,0 37,0 4,7 6,0

Produção

energia -MJ 330 18 2360 333 173 113

Carbono

emitido (Kg) 6,0 0,3 42,8 5,9 3,2 2,1

Carbono

armaz. (Kg) 0 3,8 0 18,5 0 3,0

Carbono

líquido 6,0 -3,4 42,8 -12,6 3,2 -0,9

PRODUÇÃO DE ENERGIA

• Consumo energia emite CO2

onde combustíveis fósseis são

queimados

• Madeira tem baixa energia de

produção

– Mais carbono armazenado

na madeira do que emitidos

na produção de energia

– Carbono é armazenado na

madeira

– Carbono é exportado da

floresta na madeira

-1500

-1000

-500

0

500

1000

1500

paredes pisos revestimento telhados janelas

madeira

aço

concreto

alvenaria

aluminio

PROPAGANDA DO PRODUTO Wood . There is No Substitute

Energy Efficient Environmentally

Compatible

Renewable an

Recyclable

It takes nine times more energy to

produce a steel stud as it does to

produce a comparable wood stud.

A steel frame building uses 4,000

times more coal, oil and natural gas

to process than wood.

Wood is the only readily renewable

natural resource and it is increasing

in reserves every year.

It takes five times more energy to

produce aluminum siding rather than

wood siding

Aluminum production results in 8

times the air emissions and 300 times

the water emissions of lumber

production.

The total volume of wood growing in

the U.S. is 25% greater today than it

was in 1952.

It takes three times more energy to

extract and produce a concrete block

than to produce its equivalent weight

of wood.

The production of concrete emits 2 to

3 times more carbon dioxide, carbon

monoxide and hydrocarbons than the

production of lumber

Even steel containing 60% recycled

material consists of 40% virgin

material that was mined from the

earth and cannot be replaced.

Producing a 4" concrete slab floor

requires 21 times more energy than

producing a wood deck.

Totally biodegradable wood waste

accounts for only 7% of the volume

of U.S. landfills. Totally NON-

biodegradable plastics account for 25

to 30% of landfill space.

The synthetic materials industries

(plastic, vinyl, etc.) rely on oil and

natural gas for 98% of their raw

materials, and the World Resources

Institute estimates reserves of natural

gas will last only 58 years at 1988

production rates.

Choose Wisely - Choose Wood

Melhorando a Performance da Madeira

Performance desejada

• Aparência

• Estrutural

• Durabilidade Propriedades

Microestrutura

Especificação

• Material / espécies

• Classe

• Dimensão

• Tratamento preservativo

Performance da Madeira Aparência/Estrutural/Durabilidade

• Aparência

– Grã e cor

– Características naturais

– Estabilidade dimensional & U%

• Estructural

– Essencial: resistência y rigidez

– Utilidade e.g. estabilidade dimensional - retración/umidad

– Retilinidade - encanoamento, encurvamento, arco e torção

• Durabilidade

– Deterioração biológica

– Resistência natural/ tratamento

Classificação estrutural é baseada na correlação entre resistência e um parâmetro de classificação

• Classificação Visual - presença ou ausência de defeitos naturais

• Máquina Classificação Tensões - rigidez no eixo de menor inércia ( MoE)

• Prova carga - habilidade de resistir a uma carga. Cada peça passa pela máquina, esforço de flexão aplicado no valor característico da resistência. Se não quebrar a peça é aceita

• Controle qualidade - verificação das propriedades da classe por testes: flexão, vibração transversal e ultra som.

CLASSIFICAÇÃO ESTRUTURAL

Durabilidade

Riscos Biológicos/

Físicos Intempéries

Fogo

Químico

MADEIRA

Espécies

Durabilidade

natural do cerne

Manutenção assegura

proteção mantendo funcionalidade

Tratamento muda

durabilidade

do alburno

Fungos

Térmites / cupins

Teredos

Detalhes projeto

minimiza

exposição

aos riscos

Classes de Uso

Classe Organismos Ambiente/Aplicação

1 Brocas-de-madeira/cupins-

de-madeira-seca

Interior/mobiliário

2 Brocas/cupins-de-madeira

seca/cupins-

subterrâneos/cupins-

arborícolas

Interior/batente,forro,telhado,..

.

3 Insetos/Fungos (bolor ou

podridão)

Protegida – umidade

ocasional/madeira beneficiada

4 Insetos/fungos (bolor e/ou

podridão)

Exterior/”decks”,...

5 Insetos/fungos Contato solo e/ou água

doce/fundações

6 Xilófagos marinhos Água salgada e

salobra/”piers”

PRESERVACÃO DE MADEIRAS

CLASSE DE USO 5 Madeira Roliça para postes e estacas em

água doce/fundações

Método de

Tratamento

Natureza do

Preservativo Preservativo Retenção Penetração

Sob pressão

Inseticida/

fungicida não

lixiviável e

resistente a

perdas por

evaporação

CCA

CCB

9,6 kg/m3

Porção

permeável

Óleo creosoto 160 kg/m3

zonas de degradação na seção da madeira

exposta ao fogo

dano resultante de um grande incêndio em

um edifício

Estruturas de madeira em situação de incendio

Estruturas de madeira em situação de incendio

MADEIRA CERTIFICADA

WWPA – certificador

12 – serraria

S- DRY – umidade

D FIR – espécie

BTR - classe

Usados para :

– grandes vãos – vigas altas

– grandes seções transversais - grandes elementos treliçados

– painéis - contraventamento, arquitetura

– grandes painéis - piso, cobertura, Incluem:

– LVL – MLC/CLT – Compensado – Outros

O FUTURO: A INDUSTRIALIZACÃO

Projetado para limitar influências

que reduzem características resistência

Propriedades e Projeto de Produtos

Manufaturados

Compensado e LVL – laminas finas coladas

Caracteristicas em uma lamina tem pouco efeito nas propriedades devido a pequena área envolvida

Baixa variabilidade nas propriedades, potencial para:

Melhores propriedades: resistência e elasticidade

Melhor confiabilidade

Projeto de Produtos Manufaturados

Manufaturamento fornece:

Propriedades de projeto

Métodos de cálculo

Tabelas de vãos

Práticas especiais de construção

Produtos Ingenheirados

• Glulam

• I-joists

• Trusses

• Engineered

• Box Beams

Elementos estruturais compostos

LVL SCL PSL PLL

– Feita da colagem de muitas peças pequenas para formar uma peça grande

– Resistência > peças individuais

• o elemento frágil - finger joints

– oportunidades para criar em arquitetura

– vigas curvas, duas águas

Laminado

horizontal

Laminado

vertical

MADEIRA LAMINADA

COLADA:MLC

Nova geração de painéis leves e pré-

fabricados para paredes, pisos e

coberturas

Consistem de lamelas montadas cruzadas

umas as outras (coladas ou pregadas)

Espessuras dos painéis variam de 50 a

600 mm

Madeira Laminada Cruzada(CLT))

Um produto ja estabelecido na Europa com vários

fabricantes e centenas de construções variando de

unifamiliares a edificios de multiplos andares

CLT Walls

Paredes de CLT

CLT Floors Pisos de CLT

Vantagens dos painéis CLT

Factory produced with high precision CNC machines

Quick on-site assembly

(One storey/week or less per avg. size floor plan)

- Min site Noise (equipment/personal)

- Min site Waste (high level of prefabrication)

- Ideal for dense urban in-fill projects

- Health and safety benefits

Cost-competitive in certain applications

Renewable material from sustainable forests

One of the most promising wood alternative to

concrete & steel assemblies..

85

Chapas Dentes Estampados - CDE

Qualidade técnica dos projetos

Industrialização

Controle de qualidade das peças de madeira e ligações

Melhor aproveitamento do material

Outros produtos manufaturados de madeira

– Flanges de madera com almas em tubos -

baixo peso, almas abertas dão acesso para

serviço

– Viga- I - madeira/LVL mesas,

– compensado /OSB almas

– baixo peso, adequado para vigas de

vãos médios

– Vigas caixão - madeira/LVL mesas,

– duas chapas de compensado/OSB almas

adequado para grandes vãos, rígida torção, pode usar compensado decorativo

SISTEMAS CONSTRUTIVOS EM

MADEIRA COMO FUTURO NO BRASIL

CASAS

- COBERTURAS

-PONTES

- PASSARELAS

- DEFENSAS – GUARD RAIL

- POSTES E TORRES

- BARREIRAS DE SOM

CASAS DE MADEIRA

TESOURAS INDUSTRIALIZADAS

PÓRTICOS

ARCOS

TENSO-ESTRUTURAS

COBERTURAS

GRIDSHELL

COBERTURAS ESPECIAIS EXPO 2000 - HANOVER

COBERTURAS ESPECIAIS VALENCIA -ESPANHA

PONTES E PASSARELAS EM VIGA

PONTES EM PÓRTICO

PONTES EM ARCO

PONTES PROTENDIDAS NOS USA

PASSARELAS ESTAIADAS

PONTES COBERTAS

PONTES ESPECIAIS

PONTES ESPECIAIS

FORMAS E CIMBRAMIENTOS

DE MADEIRA

8-Storey buildings, Växjö, Sweden

1st storey concrete, 7 storeys wood

9-Storey building, London, UK

1st storey concrete, 8 storeys wood

CLT System in Mid-Rise

CLT System in Mid-Rise

(5-9 Storeys High)

Types of CLT Systems

4 residential buildings/social housing @ 9 storeys, Milan, Italy

PAINEIS CLT PASSARELAS

SILOS DE MADEIRA

TORRES

TORRES DE POSTES ROLIÇOS

POSTES ALTA-TENSÃO

Torres para Energia Eólica

POSTES MLC

BARREIRAS DE SOM

DEFENSAS – GUARD RAILS

PONTO DE ÔNIBUS

BARREIRAS DE PEDRAS

CAIXAS D´ÁGUA

CALIL@SC.USP.BR

OBRIGADO

Every time you don´t specify timber, you are helping to

destroy our planet