palestra01 madeira
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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
OBRIGADO
Every time you don´t specify timber, you are helping to
destroy our planet