CENTRO UNIVERSITARIO JORGE AMADO - UNIJORGE

ESTRUTURAS DE MADEIRA

MATHEUS COSTA DE OLIVEIRAMARCELO OLIVEIRA SANTANA

SALVADOR SETEMBRO - 2014

ESTRUTURAS DE MADEIRA

Este texto refere-se “a um trabalho acadêmico onde demonstra através de pesquisa bibliográfica os conceitos da aplicação, execução assim como vantagens e desvantagens da utilização de estruturas de madeira” apresentado no curso de Engenharia Civil - 10º período da disciplina de Estruturas de Madeira.

SALVADORSETEMBRO - 2014

SÚMARIO

INTRODUÇÃO

DESENVOLVIMENTO

CLASSIFICAÇÃO DAS MADEIRAS

MADEIRAS DURAS

MADEIRAS MACIAS

ESTRUTURA DA MADEIRA4

PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICA DAS MADEIRAS

UMIDADE

RETRAÇÃO DA MADEIRA

DILATAÇÃO LINEAR

DETERIORAÇÃO DA MADEIRA

ELASTICIDADE E PLASTICIDADE

DEFEITOS DAS MADEIRAS

TIPOS DE MADEIRAS DE CONTRUÇÃO

MADEIRA ROLIÇA

MADEIRA FALQUEJADA

MADEIRA SERRADA

MADEIRA COMPENSADA

MADEIRA LÂMINADA E COLADA

MADEIRA MICROLAMINADA E COLADA

PRODUTOS DE MADEIRA RECOMPOSTA NA FORMA DE PLACAS

SISTEMAS ESTRUTURAIS EM MADEIRA

TRELIÇAS DE COBERTURA (ESTRUTURA DE TELHADO)

VIGAMENTO PARA PISOS

PORTICOS

PONTES EM MADEIRA

ESTRUTURAS APORTICADAS PARA EDIFICAÇÕES

CIMBRAMENTOS DE MADEIRA

TIPOS DE LIGAÇÕES

BIBLIOGRAFIA

INTRODUÇÃO

Perante dos materiais de construção utilizados hoje, a madeira está dentre

os mais antigos, devido ao seu fácil acesso na natureza e trababilidade,

comparado a outros materiais encontrados no meio ambiente tendo várias

vantagens, existe um outro lado onde a madeira fica sujeita a ataque de

fungos, brocas e até mesmo ação do fogo, sendo um material natural possui

numerosos defeitos que hoje com a aplicação de materiais de produtos

industriais pode-se corrigir e/ou amenizar os seus defeitos, resultando em

estruturas duráveis e de estética agradável.

DESENVOLVIMENTO

CLASSIFICAÇÃO DAS MADEIRAS

Para inicio de pesquisa é importante distinguir os tipos de madeira no

qual são utilizadas em construções que são obtidas de troncos de arvores,

elas se dividem como:

MADEIRAS DURAS

São aquelas de crescimento lento, como peroba ipê, carvalho etc.; as

madeiras duras de melhor qualidade são chamadas também de madeiras

de lei;

MADEIRAS MACIAS

Provenientes de arvores com crescimento rápido, como pinheiro-do-pará

e pinheiro-bravo, distinguindo apenas pela estrutura celular e não

propriamente pela resistência.

ESTRUTURA DA MADEIRA

Seguindo de fora para dentro a estrutura das madeiras possui as

seguintes camadas, (ver Fig 1.1):

Casca – proteção externa da arvore, formada por uma camada externa

morta.

Alburno ou branco – camada formada de células vivas que conduzem a

seiva das raízes para as folhas.

Cerne ou durâmen – possui a função de sustentar o tronco.

Medula – tecido macio

As madeiras de construção devem ser tiradas de preferência do cerne, mais

durável, sendo o alburmo não menos importante pois ela é mais sensível á

decomposição de fungos, por outro lado ela é melhor para receber agentes

protetores.

PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICA DAS MADEIRAS

UMIDADE

A umidade da madeira tem grande importância sobre as suas propriedades.

O grau de umidade U é o peso de água contido na madeira expresso como

uma porcentagem do peso da medeira seca em estufa Os (até a estabilização

do peso):

Onde: Pi é o peso inicial da madeira.

RETRAÇÃO DA MADEIRA

As madeiras sofrem retração ou inchamento com a variação da umidade

entre 0% e o ponto de saturação das fibras (30%), sendo a variação

aproximadamente linear (ver Fig. 1.2).

DILATAÇÃO LINEAR

O coeficiente de dilatação linear das madeiras na direção longitudinal, varia

de 0,3x10^-5 a 0,45x10^-5 por ºC, sendo pois, na ordem de 1/3 do coeficiante

de dilatação linear do aço

Já na direção tangencial ou radial, o coeficiente de dilatação varia com o

peso especifico da medaeira, sendo da ordem de 4,5x10^-5ºC^-1 para

madeiras duras e 8,0x10^-5ºC^-1 para madeiras moles, assim pode se ver que

o coeficiente de dilatação linear da direção perpendicular às fibras varia de 4 a

7 vezes o coeficiente de dilatação do aço.

DETERIORAÇÃO DA MADEIRA

A madeira está sujeita a deterioração por diversas origens, dentre as quais

se destacam:

Ataque biológico e

Ação do fogo

Fungos, cupins etc.; se depositam na madeira para se alimentas de seus

produtos, claro essa vulnerabilidade varia dependendo de qual camada do

tronco foi extraída a madeira, a espécie da madeira e claro a condição no qual

se encontra o material (contato com o solo, água doce, salgada etc.)

A madeira pode ser um material combustível, porem dependendo da sua

robustez chega a ser bem resistente ao fogo, devido a baixa condutibilidade de

calor, ao contrário das peças de madeiras esbeltas no qual necessitam de

tratamento para resistência ao fogo.

ELASTICIDADE E PLASTICIDADE

Elasticidade é a propriedade da madeira sólida que a possibilita retomar

a sua forma original, após a remoção da carga aplicada que causou certa

deformação. As propriedades elásticas são características de corpos sólidos,

observadas quando uma carga aplicada se situa abaixo do limite proporcional

de elasticidade; quando se situa cima deste limite ocorrerão também

deformações plásticas (irreversíveis), seguidas pela ruptura do material.

Na madeira, o teor de umidade é importante, pois com altos teores

pequenas deformações elásticas, efetuadas por dado período de tempo,

poderão se tornar deformações plásticas.

Aparentemente, o limite elástico pode ser considerado um conceito

arbitrário:

De acordo com Bach e Baumann (1923), para a madeira, a relação entre

a carga aplicada e as deformações elásticas até o limite de elasticidade é

expressa pela seguinte equação (Lei de Hooke):

ε = αD . σ 44

onde:

ε = Deformação relativa = ∆l / lo [ cm ]; 44

∆l = alteração da dimensão de um corpo, por ação de uma carga (tração,

compressão, etc.);

lo = dimensão inicial do corpo submetido ao esforço;

αD = coeficiente de deformação = ε / σ; 46

σ = resistência ou tensão = P / A [ Kp / cm2, Kgf / cm2, ou N / cm2 ] 47

P = Carga aplicada [ kp ou Kgf ]

A = área sujeita ao esforço [ cm2 ]

FLEXÃO ESTÁTICA

Basicamente, o ensaio para a determinação da resistência à flexão

estática da madeira consiste na aplicação de uma carga a um corpo-de-prova

que repousa sobre dois apoios, na metade de seu comprimento, para causar

tensões e deformações mensuráveis até sua ruptura.

DEFEITOS DAS MADEIRAS

É importante reconhecer quais são os defeitos das madeiras e o que estas

imperfeições poderá acarretar no futuro, então tenho conhecimento é possível

evitar estas patologias, que reduzem a durabilidade e prejudicam a resistência

do material.

Nós – imperfeição da madeira nos pontos dos troncos onde existiam

galhos, quando estes nós se soltam durante o corte significa que o

galho estava morto, ocasionando a redução na resistência à tração.

Fendas – aberturas nas extremidades da peças, ocasionada pela

secagem mais rápida da superfície.

Gretas ou ventas – separação entre os anéis anuais, provocada por

tensões internas devidas ao crescimento lateral da arvore, ou por

ações externas, como flexão devida ao vento.

Abaulamento – encurvamento na direção longitudinal.

Arqueadura – encurvamento na direção longitudinal.

Fibras reversas – paralelas ao eixo da peça, são provocadas por

causas naturais ou por serragem da peça em plano inadequado pode

produzir peças com fibras inclinadas ao eixo reduzindo a resistência

da madeira.

Esmoada ou quina morta – canto arredondado, formado pela

curvatura natural do tronco. A quina morta significa elevada

proporção de madeira branca (alburno).

TIPOS DE MADEIRAS DE CONTRUÇÃO

Dentre as madeiras utilizadas na contrução, elas podem ser classificadas em duas categorias:

Madeiras maciças:o Madeira bruta ou roliça;o Madeira flaqueada;o Madeira serrada.

Ou madeiras industrializadas:o Madeira compensada;o Madeira laminada;o Madeira recomposta.

MADEIRA ROLIÇA

É empregada em forma de tronco, utilizada em estacas, escoramentos, postes colunas etc. muitas vezes nas construções provisórias, no Brasil sendo mais frenquente o uso por eucalipto e pinho-do-pará. As peças roliças possuem diâmetro variável, em forma de tronco de cone, porém, para efeito de calculo utiliza-se o diâmetro igual ao do terço da peça (ver Fig 2.1).

MADEIRA FALQUEJADA

A madeira flaquejada é obtida por corte com machado. Dependendo do diâmetro dos troncos podem ser obtidas seções maciças de grandes dimensões, como. 30x30 ou até mesmo 60x60 (cm), as parts laterais cortadas serão consideradas perdas, a seção que contitui a menor perda de material é o quadrado de lado b=d/ raiz de 2(ver Fig. 2.2)

MADEIRA SERRADA

As madeiras serradas possuem uma serie de fatores para chegar em seu estagio final, possuindo a madeira aquelas características de retração citada anteriormente, ficam vários critérios pra se obter uma madeira com qualidade final, sendo que a mesma deve-rá ser cortada apenas na maturidade, e de preferência na época de seca, quando a madeira está o mais seca que na época de chuvas, que trás patologias como as fendas criadas justamente pela secagem rápida demias da madeira quando cortada, então, mesmo depois do corte existe uma serie de ações que devem ser tomdas para evitar o empeno das peças (ver Fig. 2.5).

O melhor método de secagem consiste em empilhar as peças, colocando separadores permitindo circulação de ar em todas as faces da madeira, protegendo da chuva em locais bem ventilados, sendo que o tempo da secagem natural é de um a dois anos em processos naturais, deixa tão claro como é importante proteger as peças durante o manuseio das mesmas tanto na construção como nos depósitos, pois requer tempo para uma madeira de qualidade.

Para dimensões mínimas da seção transversal de peças de madeira serrada usadas em estruturas a NBR 7190, vem estabelecendo certas dimensões para evitar fendilhamentos ou flexibilidades exageradas. (ver. Tabela 2.1).

MADEIRA COMPENSADA

A madeira compensada é formada pela colagem de três ou mais laminas, alterando as direções das fibras, podendo ter três ou mais lâminas, lembrando que sempre em numero ímpar. Geralmente para se obter estas laminas usa-se uma faca de corte num corte rotatório (ver Fig. 2.7). após o corte estas são submetidas a secagem onde ocorre bem mais rápido, pelo fato de serem bem finas.

As chapas compensadas não é um trabalho artesanal, e sim bem industrializado, são padronizadas com as dimensões de 2,50x1,25 com espessuras variando de 4 a 30mm, possuindo a mesma uma gama de vantagens sobre a madeira maciça:

Fabricada em folhas grandes, com defeitos limitados; Redução do inchamento e retração; Mais resistente na direção normal as fibras; Reduz o efeito de trincas na cravação de pregos paralelos; Permite o emprego de madeiras mais resistentes apenas nas

camadas necessárias reduzindo o custo;

E a desvantagem marcante está no preço elevado, que se levando em consideração os benefícios ainda sim é mais vantajoso, claro, dependendo do seu emprego.

MADEIRA LÂMINADA E COLADA

É um produto estrutural, formado por associação de lâminas de madeira selecionadas, coladas com adesivo e sob pressão, as fibras das laminas possuem sentidos paralelos entre si (ver Fig.2.8). As etapas para fabricação são as seguintes:

Secagem das laminas; Preparo das laminas; Execução de juntas de emendas; Colagens sobre pressão; Acabamento e tratamento preservativo.

Antes da colagem as laminas secam em estufa, na preparação as laminas são padronizadas (plainadas e serradas), em seguida, são emendadas de necessário (ver Fig.2.9), logo, são coladas sobre pressão.

MADEIRA MICROLAMINADA E COLADA

Produtos de base de finas laminas de 1 a 5mm de espessura, laminas obtidas por corte rotatório do tronco, em seguida empilhadas e coladas com as juntas defasadas. Possuindo uma estrutura mais homogênea, com esta técnica pode-se construir diversos produtos com até 20m de comprimento na forma de vigas ou chapas com espessuras variando de 20 a 200mm(ver Fig.2.11).

PRODUTOS DE MADEIRA RECOMPOSTA NA FORMA DE PLACAS

Produzidos a partir de resíduos de madeira serrada, que são convertidos em flocos e partículas e colados sobre pressão, em geral não são consideradas como materiais estruturais, devido a baixa resistência e durabilidade, muito utilizado na industria de moveis.

SISTEMAS ESTRUTURAIS EM MADEIRA

TRELIÇAS DE COBERTURA (ESTRUTURA DE TELHADO)

As treliças de cobertura, tambem chamadas de tesouras, sustentam o telhamento e seu vigamento de apoio, no caso de telhas cerâmicas o apoio é composto pelos seguintes elementos (ver Fig.2.13a)

Terças; Caibros; Ripas;

Existem métodos de contrução ou modelos para contrução das tesouras como na Fig2.12:

Howe; Belga; Pratt

As treliças de cobertura são dispostas em plano vertical, sendo que a estabilidade do sistema é promovida pelos contraventamentos, geralmente em X. e, situações quando a estrutura em muito leve, a ação de sucção provocada pelos ventos podem neutralizar a ação da gravidade ou até superar a mesma, comprimindo o banzo inferior (ver Fig2.14)

VIGAMENTO PARA PISOS

Os pisos ou assoalhos de madeira são constituídos de vigas biapoiadas de seção retangular ou I com espaçamento da ordem de 50cm revestidas por tábuas (ver Fig2.15). quando existente o contraventamento no sistema cria uma maior distribuição das cargas provocadas pelos esforços atuantes nas mesmas.

PORTICOS

Pórticos são estruturas utilizadas normalmente em galpões, estádios, piscinas ou estações rodoviárias com vãos livres variando entre 20 a 100m.

Os pórticos devem ser associados quando necessário a sistemas de contraventamento garantindo a estabilidade do mesmo em todos os sentidos (ver Fig.2.19).

PONTES EM MADEIRA

Um importante aspecto do projeto de pontes é a durabilidade. Para manter a madeira sempre seca, a séculos atrás as mesmas eram construídas com cobertura, garantindo ela seca, porem hoje não é mais usual fazer isso então é realizado a protação da madeira por tratamentos de impermeabilização. Os sistemas estruturais em pontes de madeira seguem abaixo:

ESTRUTURAS APORTICADAS PARA EDIFICAÇÕES

Os sistemas estruturais para edificação são, em geral, constituídos de gralhas planas para pisos, com suas vigas principais apoiadas em pilares formando com esses um sistema pórtico, as vigas secundárias do piso

transferem as cargas verticais para as vigas principais e estas para os pilares (ver Fig 2.23)

Tendo em vista que as ações horizontais como o vento e os efeitos de desalinhamento de pilares dependem das ligações viga-pilar. Se estas forem rígidas as cargas atuam sobre pórticos formados pelas vigas e pilares, já paras as ligações entre viga-pilar flexíveis, ou seja aquelas que se aproximas de uma ligação rotulada, esta estabilidade lateral da estrutura necessita de sistema de contraventamento vertical como paredes diafragmas ou em treliçados e X conforme figura a seguir:

CIMBRAMENTOS DE MADEIRA

Os cimbramentos são estruturas provisórias destinadas a suportar o peso de uma estrutura em construção até que se torne autoportante, lembrando que as deformações do cibramento acarretam em imperfeições de execução da estrutura em construção. A madeira é muito utilizada atualmente em estruturas

auxiliares provisórias como em formas para concreto armado, em vigamento para apoio de formas e em escoramentos, pela sua facilidade de manuseio e trababilidade.

Normalmente são utilizadas madeira roliças para escoramento, especialmente em caso de contrução de pontes, que é formado por montantes contraventados nas duas direções, como há imperfeições na madeira roliça é empregado o uso de outros materiais para garantir o nivelamento e precisão na execução, muitas vezes é usado a maderia serrada que possui menos imperfeições nas condições onde se necessita de uma melhor acabamento e precisão (ver Fig2.26).

As formas para concreto armado eram inicialmente confeccionadas com tábua de madeira serrada, evoluindo mais tarde para o uso de chapas de madeira compensada, na maioria dos casos. Os principais requisitos para uma forma é estabelecido pela ABCP (associação Brasileira de Cimento Portland), que induz a garantir a estanqueidade evitando o vazamento de nata de cimento.

TIPOS DE LIGAÇÕES

Pelo fato das peças de madeira possuir comprimento limitado pelo tamanho das arvores, meios de transporte etc. as peças de madeira necessitam de elementos de fixação e ligação entre as varias peças que constituem um conjunto. Seguem abaixo os tipos de ligações estruturais de peças de madeira (ver Fig 4.1):

Cola; Prego; Pino de madeira ou cavilha; Parafuso;

o Parafusos rosqueados auto-atarraxantes;o Parafusos com porcas e arruelas;

Conector de anel; Entalhe.

Os elementos ligação são inúmeros abaixo representado os principais mais utilizados:

O principal requisito dos elementos de ligação é a resistência, ou seja, as ligações devem ser capazes de transmitir forças de uma peça de madeira a outra, não prejudicando o funcionamento da estrutura, assim como garantir a estabilidade do maderial, evitando patologias como fissuras, na execução das ligações.

BIBLIOGRAFIA

PFEIL, Walter; Estruturas de Madeira, sexta edição, Ed. LTC; 2003