UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
MADEIRA -
principais propriedades mecânicas da madeira Disciplina: Materiais de Construção Civil I Câmara de Materiais e Processos Construtivos
Aula 08
1
PRINCIPAIS PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA • Resistência à compressão; • Resistência à tração; • Resistência à flexão; • Resistência ao choque; • Resistência ao cisalhamento; • Resistência ao fendilhamento; • Elasticidade; • Fluência e fadiga; • Resistência das emendas dentadas e biseladas.
PRINCIPAIS PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA • Resistência à compressão; • Resistência à tração; • Resistência à flexão; • Resistência ao choque; • Resistência ao cisalhamento; • Resistência ao fendilhamento; • Elasticidade; • Fluência e fadiga; • Resistência das emendas dentadas e biseladas.
Resistência à compressão Os esforços tendem a esmagar as partículas, que se apertam e diminuem o comprimento da peça. É menor que a resistência à tração, mas ambas são elevadas.
A – Compressão paralela às fibras
B – Compressão normal às fibras
PORQUE UTILIZAR A MADEIRA? Material Concreto Aço Madeira – conífera Madeira - dicotiledônea
A 2,4 7,8 0,6 0,9
B 1.920 234.000 600 630
C 20 250 50 75
D E F 20.000 96 8 210.000 936 32 10.000 12 83 15.000 8 83
G 8.333 26.923 16.667 16.667
A: densidade do material (g/m³); B: energia consumida na produção (MJ/m³); concreto = queima do óleo; aço = queima do carvão; madeira = energia solar. C: resistência a compressão paralela as fibras, 12% de umidade (MPa); D: módulo de elaticidade (MPa); E: relação entre os valores da energia consumida na produção e da resistência (B/C); F: relação entre os valores da resistência e da densidade (C/A); G: relação entre os valores do módulo de elasticidade e da densidade (D/A).
Resistência à tração As forças tendem a separar as moléculas no sentido de seu eixo de aplicação. Ela é geralmente um pouco superior a duas vezes a resistência à compressão. Rtração = 2 X Rcompressão
Resistência à flexão É uma solicitação composta porque resulta no aparecimento de tensões de compressão na face que recebe a força e de tração na face oposta.
Resistência ao choque O choque corresponde a uma força instantânea. Uma carga rompe tanto mais facilmente uma viga quanto mais rápida for sua aplicação.
Resistência ao cisalhamento É o resultado de uma força cortante. É um estado de tensão no qual as partículas do material deslizam com movimento relativo entre si.
Resistência ao fendilhamento O fendilhamento independe da resistência mecânica da madeira, ele é decorrente da pouca ligação existente entre as fibras vizinhas.
Fluência Consiste no aumento da deformação da madeira com a permanência da tensão no tempo.
Fadiga Consiste na diminuição da resistência mecânica quando ela é sujeita, de forma regular no tempo, a tensões que podem provocar deformações permanentes.
Resistências das emendas dentadas, biseladas e de encaixe
Emenda de encaixe
PRINCIPAIS FATORES QUE INFLUENCIAM AS PROPRIEDADES DA MADEIRA • Anatômicos:
• Ambientais:
Densidade; Inclinação das fibras; Nós; Defeitos naturais da madeira; Presença de medula; Faixa parênquima.
Umidade; Defeitos por ataque biológico. • Utilização:
Defeitos de secagem; Defeitos de processamento.
A anatonomia da madeira depende da sua organização interna.
FATORES ANATÔMICOS • Densidade
Quanto maior a densidade, maior é a quantidade de madeira por volume e, como consequência, a resistência também aumenta.
Alguns cuidados devem ser tomados com valores da densidade, pois a presença de nós, resinas e extratos podem aumentar a densidade sem, contudo, contribuir para uma melhoria significativa na resistência.
A umidade da madeira pode contribuir para o aumento da densidade aparente reduzindo a resistência mecânica.
DEFEITOS DAS MADEIRA São considerados defeitos nas madeiras todas as anomalias em sua integridade e constituição que alteram seu desempenho e suas propriedades físico-mecânicas. Deficiências na condução da secagem ou cuidados insuficientes no armazenamento das peças serradas provocam uma série de defeitos que restringem ou mesmo inviabilizam o aproveitamento de tais peças.
Defeitos de crescimento: • Nós, fibras torcidas, gretas.
Defeitos de secagem: • Rachaduras, encurvamento, arqueamento, encanoamento, torcimento.
Defeitos de produção: • Fraturas, rachaduras, fendas, machucaduras ocorridas na derrubada das árvores.
Defeitos de alteração: • O ataque de predadores, fungos e insetos causa, muitas vezes, reduções consideráveis na seção resistente de peças estruturais.
FATORES ANATÔMICOS • Inclinação das fibras
A inclinação das fibras (ou traqueídes) tem uma influência significativa sobre as propriedades da madeira a partir de certos valores. Essa inclinação descreve o desvio da orientação das fibras da madeira em relação a uma linha paralela à borda da peça;
A norma brasileira NBR 7190 permite desconsiderar a influência da inclinação das fibras para ângulos de até 6 °.
NÓS • Imperfeições nos pontos onde existiam galhos; • Se formam nos pontos em que os ramos se unem ao tronco; • Diminui o valor da madeira; • Reduz a resistência; • Dá origem a fendas.
FATORES ANATÔMICOS • Nós
Reduzem a resistência da madeira pelo fato de interromperem a continuidade e direção das fibras.
Podem causar efeitos localizados de tensão concentrada.
Sua influência depende do seu tamanho, localização, forma, firmeza e do tipo de tensão considerada.
Possuem maior influência na tração do que na compressão.
FATORES ANATÔMICOS • Defeitos naturais da madeira
Encurvamento do tronco e dos galhos: ocorre durante o crescimento das árvores; alteração do alinhamento das fibras; provável influência na resistência.
Presença de alburno: apresenta valores de resistência menores.
FATORES ANATÔMICOS • Presença de medula
Provoca diminuição da resistência mecânica.
Facilita o ataque biológico.
Provoca rachaduras no cerne próximo à medula.
FATORES AMBIENTAIS • Umidade
Tem influência direta nas propriedades de resistência e elasticidade da madeira.
•Defeitos por ataque biológicos
Decorrentes dos ataques provenientes de fungos ou insetos.
Os insetos causam as perfurações.
Os fungos causam manchas azuladas e podridões.
FATORES DE UTILIZAÇÃO • Defeitos de secagem
Descoloração por secagem desigual.
Empenos por secagem diferencial.
Endurecimento superficial.
Rachaduras por aumento da tensão superficial causada por restrição do interior úmido.
ARQUEAMENTO
ENCANOAMENTO
ENCURVAMENTO
TORCIMENTO
Madeira empenada
FATORES DE UTILIZAÇÃO • Defeitos de processamento
Originados do desdobro, transporte e armazenamento da madeira.
Principais defeitos: arestas quebradas e variação da seção transversal.
FIBRAS TORCIDAS • As fibras não se desenvolvem paralelamente ao eixo,
mas sim em espiral; • Devem ser utilizadas apenas como estacas, postes ,
pilares sem função estrutural.
GRETAS Separação entre os anéis anuais, provocada por tensões internas devidas ao crescimento lateral da árvore, ou por ações externas, como flexão devida ao vento. 1 – greta parcial 2 – greta completa
FENDAS Aberturas nas extremidades das peças, produzidas pela secagem mais rápida da superfície. Podem ser evitadas mediante a secagem lenta e uniforme da madeira. 1 – fenda periférica 2, 3 e 4 – fendas no cerne
FENDAS ANELARES FENDAS RADIAIS E FISSURAS
RACHADURA 1, 2 e 3 – rachaduras provocadas por ressecamento.
PRESERVAÇÃO DA MADEIRA Conjunto de medidas preventivas e curativas para controle de agentes biológicos (fungos, insetos xilófagos* e perfuradores marinhos), físicos e químicos que afetam as propriedades da madeira. Objetivo principal: aumento da vida útil da madeira. Ferramenta: Sistema de Classe de Risco. *insetos que consomem madeira e material celulósico. Ex: cupins
SISTEMA DE CLASSE DE RISCO Baseia-se no uso racional e inteligente da madeira na construção civil, visando uma maior durabilidade das construções. Fornecimento de uma abordagem sistêmica ao produtor e usuário.
Foco: • Condições de exposição ou uso das madeira; • Expectativa de desempenho do componente; • Vulnerabilidade ao agentes biodeterioradores.
Etapas obrigatórias para uso da madeira como material na construção civil: 1. Elaboração do projeto com foco para diminuição dos processos de instalação e desenvolvimento de organismos xilófagos. 2. Definição do nível de desempenho necessário para o componente ou estrutura de madeira, tais como: vida útil, responsabilidade estrutural, garantias comerciais e legais, entre outras. 3. Avaliação dos riscos biológicos aos quais a madeira será submetida durante a vida útil – ataque de fungos e insetos e perfuradores. 4. Determinação da necessidade de tratamento preservativo, em função da durabilidade natural e tratabilidade do cerne e alburno das espécies botânicas que serão utilizadas. 5. Definição dos tratamentos preservativos como base nas seguintes escolhas: Espécie botânica que deve permitir este tratamento (tratabilidade); Umidade da madeira no momento do tratamento; Processo de aplicação do produto de preservação; Parâmetros de qualidade necessários: retenção e penetração do produto preservativo da madeira; Produto preservativo que satisfaça à classe de risco determinada.
Classes de risco para uso da madeira na construção civil Classe de risco (CR)
Condição de uso
Organismo xilófago
1
Interior de construções, fora de contato com o solo, fundações ou alvenaria, protegidos das intempéries, das fontes internas de umidade. Locais livres do acesso de cupins-subterrâneos ou arborícolas.
Cupins-de-madeira seca; Brocas-de-madeira
2
Interior de construções, em contato com a alvenaria, sem contato com o solo ou fundações, protegidos das intempéries e das fontes internas de umidade.
Cupins-de-madeira seca; Brocas-de-madeira; Cupins-subterrâneos; Cupins-arborícolas
3
Interior de construções, fora de contato com o solo e continuamente protegidos das intempéries, que podem, ocasionalmente, ser expostos a fontes de umidade.
Cupins-de-madeira seca; Brocas-de-madeira; Cupins-subterrâneos; Cupins-arborícolas; Fungos Emboloradores/manchadores; Fungos apodrecedores
4*
Uso exterior, fora de contato com o solo e sujeitos a intempéries.
Cupins-de-madeira seca; Brocas-de-madeira; Cupins-subterrâneos; Cupins-arborícolas; Fungos Emboloradores/manchadores; Fungos apodrecedores
5*
Contato com o solo, água doce e outras situações favoráveis à deterioração, como engaste em concreto e alvenaria.
Cupins-de-madeira seca; Brocas-de-madeira; Cupins-subterrâneos; Cupins-arborícolas; Fungos Emboloradores/manchadores; Fungos apodrecedores
6*
Exposição à água salgada ou salobra.
Perfuradores marinhos; Fungos emboloradores/manchadores; Fungos apodrecedores
PRODUTO PRESERVATIVO São produtos químicos, de composição e características definidas.
Propriedades: • Eficiência na prevenção ou controle de organismos xilófagos; • Segurança em relação ao homem e ao meio ambiente; • Permanência na madeira (não deve perder-se na madeira por decomposição, evaporação, lixiviação, exsudação ou outros); • Não ser corrosivo; • De custo acessível (competitivo); • Disponibilidade no mercado; • Não deve alterar as propriedades físicas e mecânicas da madeira.
Natureza dos produtos: • Oleosos: produtos derivados do alcatrão de hulha; • Oleossolúvel: produtos contendo misturas complexas de agentes fungicidas e/ou inseticidas, a base de compostos de natureza orgânica e/ou organometálica; • Hidrossolúveis: produtos contendo misturas mais ou menos complexas de sais metálicos.
Processo de aplicação: •Sem pressão: impregnação superficial da madeira. •Com pressão: impregnação profunda (autoclave) da madeira. Parâmetros de qualidade para madeira preservada: •Penetração: profundidade alcançada pelo preservativo ou pelos seus ingredientes ativos na madeira, expressa em milímetro. •Retenção: quantidade do preservativo ou do seus ingredientes ativos, contida de maneira uniforme num determinado volume da madeira, expressa em kg de ingrediente ativo por m³ de madeira tratável.
