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Introdução a Madeiras

Propriedades Físicas e Mecânicas da Madeira
by

Diane Guzi Fomin

on 2 May 2016

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Transcript of Introdução a Madeiras

Aula 1 - ESTRUTURAS DE MADEIRA
FONTS
Propriedades Físicas e Mecânicas das Madeiras
Segundo CALIL et al (1999):

as seivas brutas, retiradas do solo, sobem pela camada periférica do lenho, o alburno, até as folhas, onde se processa a fotossíntese produzindo a seiva elaborada que desce pela parte interna, o floema, até as raízes. Parte dessa seiva elaborada é conduzida radialmente até o centro do tronco por meio dos raios medulares. As substâncias não utilizadas pelas células são lentamente armazenados no lenho.

Durabilidade da Madeira
A durabilidade da madeira, com relação a biodeterioração, depende da espécie, das características anatômicas de onde a peça de madeira foi retirada e do projeto arquitetônico.

A diferença na durabilidade da madeira também é diferente de acordo com a região da tora da qual a peça de madeira foi extraída:
O cerne apresenta durabilidade natural, mais resistente ao ataque biológico, devido ao deposito de resinas que são depositadas no cerne ao longo dos anos.
E o alburno é mais vulnerável ao ataque biológico.

A durabilidade depende, principalmente, do projeto arquitetônico, deixar a madeira respirar, evitar o contato com o solo, grandes beirais, dentre outras.
Propriedades Físicas e Mecânicas das Madeiras
A característica estrutural da madeira mais importante é chamada de ANISOTROPIA.

A anisotropia é responsável por diferentes comportamentos de acordo com a direção de aplicação da carga em relação às fibras.

As três direções principais no comportamento estrutural das madeiras são:

longitudinal, radial e tangencial .
Propriedades Físicas e Mecânicas das Madeiras
Material naturalmente resistente e relativamente leve, é frequentemente utilizado para fins estruturais e de sustentação de construções.

As madeiras brasileiras quando analisadas do ponto de vista estrutural, em comparação com o concreto e aço, apresentam grande resistência mecânica e possuem um peso específico muito menor que o aço e o concreto.

Concreto armado peso especifico de 2500 Kgf/m³
Aço peso específico de 8000 kgf/m³
Madeira peso específico de 1000 Kgf/m³.

Diane Guzi Fomin
A parte do lenho modificada por essa substância é designada como
cerne
, geralmente
mais densa, menos permeável a líquidos e gases, mais resistentes ao ataque de fungos apodrecedores e insetos, apresenta maior resistência mecânica.
Em contraposição,
o alburno, menos denso, constituído pelo conjunto das camadas externas do lenho, mais permeáveis a líquidos e gases está mais sujeito ao ataque de fungos apodrecedores e insetos, além de apresentar menor resistência mecânica.
As principais propriedades físicas da madeira que podem influenciar significativamente no desempenho e resistência da madeira como material de construção:

• Umidade
• Densidade
• Retratibilidade
• Durabilidade natural
• Resistência química
A madeira expande-se ou retrai-se de forma diferente às variações de umidade no ambiente, sejam considerados os sentidos relativos de suas fibras.

No sentido longitudinal ao eixo de uma tora, por exemplo, a variação é mínima (0,1%);
no sentido tangencial, é máxima (até 10%),
e no sentido radial, cerca de 5%.

TEOR DE UMIDADE

A umidade da madeira é determinada pela seguinte expressão:






Onde:
m1= massa úmida em gramas
m2= massa seca em gramas
w= umidade (%)
A umidade da madeira tende a encontrar um equilíbrio com a umidade e temperatura do ambiente em que se encontra.

Segundo Calil et al (1999)

O teor de umidade corresponde ao mínimo de água livre e o máximo de água de impregnação é denominado de “ponto de saturação das fibras”. Para as madeiras brasileiras esta umidade encontra-se em torno de 25%.

A perda de água na madeira até o ponto de saturação das fibras se dá sem a ocorrência de problemas para a estrutura de madeira. A partir deste ponto a perda de umidade é acompanhada pela retração (redução das dimensões) e o aumento da resistência, por isso a
secagem deve ser executada com cuidado para se evitar problema na madeira.
Edifícios em Madeira?
Um edifício de 34 pavimentos está previsto para a cidade de Estocolmo - Suécia, e dispensará, na quase totalidade, o uso de aço e concreto armado.
O projeto é de Tyréns e dos ateliers CF Møller e Dinell Johansson.



A madeira é um dos materiais mais sustentáveis para construção, devido à quase ausência de desperdícios e mínima emissão de CO2 na sua produção.
Além de ter fonte renovável, armazena 1% de CO2 por m³, enquanto a produção de concreto gera em torno de 10% de toda emissão de carbono no mundo.

As estruturas de madeira possuem igualmente excelente comportamento ao fogo e boas características mecânicas, acústicas e de isolamento térmico.

O uso de madeira em habitações permite uma adequada conservação de energia e manutenção da temperatura interior.
http://www.engenhariacivil.com/arranha-ceus-madeira
Imagens: Berg; C.F. Møller Architects ; EngenhariaCivil.com
Fonte: CF Møller
Imagens: Berg; C.F. Møller Architects ; EngenhariaCivil.com
Fonte: CF Møller
Imagens: Berg; C.F. Møller Architects ; EngenhariaCivil.com
Fonte: CF Møller
Imagens: Berg; C.F. Møller Architects ; EngenhariaCivil.com
Fonte: CF Møller
Imagens: Berg; C.F. Møller Architects ; EngenhariaCivil.com
Fonte: CF Møller
Stadthaus - O edifício em madeira mais alto do mundo

Construído em 2009, Londres, a estrutura tem nove andares, 29 apartamentos, 30m de altura, totalmente em madeira a partir do segundo andar, sendo o edifício residencial de madeira mais alto do mundo. O projeto é do arquiteto Andrew Waugh.

A construção usou painéis de pinho laminado, com até 15 cm de espessura e 9 metros de comprimento, fabricados na Áustria e parafusados no local para formar as paredes externas e internas, pisos e tetos.

As escadas e os poços de elevadores são feitos com esses painéis sólidos, chamados madeira laminada cruzada, ou CLT, na sigla em inglês.

Os painéis sólidos de CLT não pegam fogo tão facilmente quanto pedaços de madeira convencionais.
Mesmo que os painéis queimem, a parte carbonizada do lado exterior protege o cerne deixando o painel estruturalmente sólido.

A construção usou 4 carpinteiros, com um rendimento de 3 dias/piso.
http://www1.folha.uol.com.br/fsp/newyorktimes/50780-madeira-para-estruturas-mais-altas-e-verdes.shtml
A empresa Skidmore, Owings & Merrill, sediada em Chicago, projetou uma longa lista de arranha-céus, incluindo o One World Trade Center, na zona sul de Manhattan.

Em um relatório de 2013, a empresa mostrou como o sistema pode ser usado para um edifício residencial de 42 andares, que emitiria menos carbono em sua construção que uma estrutura convencional.

O sistema estrutural chamada-se “mass timber” [madeira massificada] – colunas e vigas grossas laminadas, feitas com pedaços menores de madeira.


http://br.fsc.org/newsroom.261.156.htm
O arquiteto Michael Green concebeu um edifício de estrutura de madeira com 30 pavimentos em Vancouver, Canadá.



Green introduz um novo modelo de construção para edifícios altos, que usa painéis de madeira maciça a fim de alcançar uma pegada de carbono mais leve (75% menos de emissão de CO2).

O sistema é de madeira com um elevador de madeira maciça central, escada e lajes também de madeira. As vigas de aço tem como objetivo fornecer firmeza ao sistema com relação a forças do vento, por exemplo.
http://ecomundibrasil.com/noticias/arquiteto-planeja-construir-predios-de-madeira/
http://wecbc.smallboxcms.com/database/rte/files/Tall%20Wood.pdf
A maior estrutura de madeira do mundo
Metropol Parasol é considerado a maior estrutura de madeira do mundo, finalizado em 2011, Plaza de la Encarnacíon em Sevilha, Espanha, conhecido como “Las Setas de la Encarnación”
Toda a estrutura do local é feita de madeira coberta por uma fina camada de poliuretano.
A construção abriga um museu arqueológico, um mercado de agricultores, uma praça elevada, bares e restaurantes no subsolo e um terraço panorâmico no topo.
O projeto do arquiteto alemão Jürgen Mayer H. e de sua equipe
Torre de Observação de Aves em Graswarder, Heiligenhafen
Projeto Meinhard von Gerkan, 2004, Heiligenhafen, Alemanha.
http://arquitetandoideias.blogspot.com.br/2012/05/predios-em-madeira.html
O templo de Shibaozhai na China é um dos tesouros da arquitetura chinesa, foi construído tendo uma colina como suporte.
Todo em madeira, não leva nenhum prego, tecnologia desconhecida na época, reinado do Imperador Qianlong (1736-1796).
O local é de ventos fortes, por isso as janelas não são vedadas

A maior construção em madeira do mundo

Há 150 anos que esta igreja é o edifício em madeira mais alto do mundo. Com 37,5 m, o edifício da igreja ortodoxa russa, Kizhi Pogost foi terminada em 1862. É feito inteiramente em madeira, no interior e exterior, não leva um único prego ou pedaço de metal.
Porém, a estrutura usa partes de metal para segurar a enorme viga de madeira.
É Património Mundial da UNESCO desde 1990.
http://horadoplaneta.blogs.sapo.tl/2013/07/12/
Edífico Comercial Tamedia - Zurique, Suíça, 2013, do arquiteto japonês Shigeru Ban, une o vidro à madeira. O prédio de sete andares, está localizado no coração de Zurique, possui sua estrutura completamente de madeira.
O vidro minimiza o consumo de energia, aproveitando a luz e ventilação natural, e baixa emissão de CO2.
http://www.abravidro.org.br/blog/?p=2995
http://www.swissinfo.ch/por/cultura/O_maior_edificio_do_mundo_em_madeira_esta_em_Zurique_.html?cid=36498462
Devido à disponibilidade massiva do material na Suécia, a madeira tem vantagens em termos de custos.

O fato de ser mais leve que o aço, diminui também os custos de transporte.
Construções em Madeira
Retratibilidade
A retratibilidade é definida como sendo a redução das dimensões em uma peça de madeira pelo processo de secagem, devido a saída da água de impregnação e pela caracaterística de higroscopia.
A madeira absorve umidade da atmosfera quando seca, e a libera quando úmida.

A retração longitudinal ocorre com valores de 0,5% de variação dimensional;
A retração tangencial ocorre em valores de até 10% de variação dimensional, podendo causar problemas de torção nas peças de madeira.
A retração radial ocorre com valores da ordem de 6% da variação dimensional, podendo causar problema de rachaduras nas peças de madeira.
Propriedades Mecânicas da Madeira
Propriedades de resistência
a) Compressão: Podemos analisar a compressão da madeira na compressão:
paralela, normal (tangencial ou radial) ou inclinada
em relação às fibras.

fc
0º - Paralela as fibras muito resistente - sentido de crescimento das células da madeira - MÁXIMA

fc
90º - Normal - resistência menor (~1/4 da parelela) - MÍNIMA

Inclinadas - valores intermediários entre
fc
0º e
fc
90º
Fórmula de Hankison

b) Tração:
Paralela às fibras da madeira: baixa deformação e ALTA resistência.
Perpendicular: baixa deformação e BAIXA resistência
Os esforços perpendiculares tendem a separar as fibras, alterando significativamente a sua integridade estrutural.

Deve-se evitar, para efeito de projetos, a consideração da resistência da madeira quando solicitada à tração na direção normal às fibras.( CALIL, 1999).
Compressão e Tração Paralela às fibras
MÁXIMA RESISTÊNCIA
Compressão e Tração
Normal às fibras
MÍNIMA RESISTÊNCIA
Cisalhamento
É a capacidade da peça resistir a esforços que tende a causar o deslizamento de uma parte da peça sobre a outra.
O cisalhamento vertical acontece quando o carregamento atua no sentido perpendicular às fibras, este tipo de solicitação não é crítico na madeira, pois, antes de romper por cisalhamento a peça já apresentará problemas de resistência na compressão normal.

O cisalhamento vertical: deforma as células da madeira perpendicularmente ao eixo longitudinal.
A resistência ao cisalhamento horizontal chega a ser 6 vezes menor que a resistência a compressão paralela a fibra da madeira.
Esta é a situação mais crítica do cisalhamento horizontal que leva à ruptura pelo escorregamento entre as células.
Flexão
FORMAÇÃO
Classificação das Madeiras
Madeira dura ou de lei:
empregada em construções com função estrutural, com grande porcentagem de cerne (ipê, peroba, cedro, imbuia, eucalipto, etc)


Madeira mole ou branca:
utilizada em construções temporárias (Pínus).
Tipos de Madeira de Construção
Madeira natural:

Madeira roliça: troncos para escoras, estacas, colunas, etc.
Madeira falquejada: aparadas a machado, seções quadradas ou retangulares.
Madeira serrada: tábuas, utilizada em todas as fases da consutrção.
Tipos de Madeira de Construção
Madeiras industrializadas ou transformadas:


Madeira compensada: colagem de três ou mais lâminas em direções diversas;
Madeira laminada e colada: lâminas de madeira colada com adesivos, fins estruturais;
Madeira aglomerada: chapas ou artefatos formados por pequenos fragmentos de madeira aglomerados (revestimentos).
Madeira serrada
Corte
Toragem
Falquejo
Desdobro (paralelo, tangencial ou radial)
Aparelhagem
Na flexão simples ocorrem quatro tipos de esforços:
Compressão paralela às fibras
Tração paralela às fibras
Cisalhamento horizontal
Compressão normal nas regiões dos apoios.


A madeira apresenta uma alta resistência na flexão devido ao fato dos esforços internos ocorrerem paralelos a fibra da madeira.
Na flexão o carregamento atua na direção perpendicular a fibra entretanto o esforço interno ocorre paralelo a fibra longitudinal da madeira.

A madeira apresenta uma ótima eficiência estrutural quando utilizada como viga.
FATORES QUE INFLUENCIAM NAS PROPRIEDADES DA MADEIRA
Inclinação das fibras
Nós
Presença de medula
Defeitos naturais da madeira
Faixa de parênquima
Armazenagem
Umidade, ataques biológicos
Secagem
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