fisico mecanica

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APOSTILA DE MADEIRA 6ª semestre/ 2006

1.1 – GENERALIDADES.

A madeira é um material natural de origem vegetal encontrada em florestas naturais e em florestas resultantes de reflorestamentos. Uma grande vantagem da madeira é que sua fonte de matéria prima é abundante e renovável.

o aço e o concreto

A madeira compete com o concreto e com o aço, quando comparamos suas características estruturais e geralmente possui um peso especifico muito menor que

Existe na sociedade brasileira um preconceito quanto ã durabilidade e ã resistência da madeira, que foi sendo formado ao longo do tempo, principalmente porque as indústrias do aço e do concreto, investiram em pesquisas e divulgação dos resultados, acompanhados pela atualização de suas normas de cálculo, propiciando a elaboração de projetos com alto grau de qualidade técnica.

No Brasil, a madeira produzida pelas serrarias, e a aplicação da madeira na construção civil, ocorreu desordenadamente e sem acompanhamento técnico adequado. No Brasil o texto original da norma brasileira para estruturas de madeira, a NBR 7190 – Cálculo e Execução de Estruturas de Madeira foi editado pela primeira na década de 50, foi atualizado somente em 1997.

A madeira pode ser considerada um material estrutural muito resistente quando utilizamos a espécie adequada na classificação, associado a um sistema estrutural apropriado.

com a umidade do solo, deixar a madeira respirar, etcpodem garantir uma vida

A durabilidade da construção em madeira depende diretamente do projeto arquitetônico, como uso de beirais largos, formas de proteger a madeira do contato direto útil de 50 anos ou mais.

Uma característica de madeira que merece destaque é a anisotropia, responsável por diferentes comportamentos de acordo com a direção de aplicação da carga em relação às fibras. Outra característica importante refere-se à grande variabilidade de suas propriedades devida às inúmeras espécies disponíveis no mercado.

Muitas pesquisas foram realizadas nas últimas duas décadas no Brasil e com isso realizou-se a revisão da norma brasileira para estruturas de madeira com grande contribuição da Escola de Engenharia da USP/ São Carlos e o LAMEM que resultou na aprovação da atual norma brasileira para projeto de estruturas de madeira, NBR 7190:1997. Muitas pesquisas precisam ser realizadas para o desenvolvimento da tecnologia da madeira no Brasil e a parceria entre as indústrias e as instituições de pesquisas, gerando publicações e criando um melhor envolvimento de arquitetos e engenheiros.

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1.2 - FISIOLOGIA E CRESCIMENTO DA ÁRVORE

O crescimento principal da árvore ocorre verticalmente. Esse crescimento é contínuo, apresentando variações em função das condições climáticas e da espécie da madeira. Além desse crescimento vertical, ocorre também um aumento do diâmetro do tronco devido ao crescimento das camadas periféricas responsável pelo crescimento horizontal (câmbio). No corte transversal de um tronco de árvore essas camadas aparecem como anéis de crescimento.

Do ponto de vista macroscópico da árvore, podem-se observar as seguintes características: do crescimento vertical resulta a medula (geralmente a madeira mais fraca ou defeituosa); ao conjunto dos anéis de crescimento chama-se lenho, o qual apresenta-se recoberto por um tecido especial chamado casca; entre a casca e o lenho existe uma camada extremamente delgada, aparentemente fluida, denominada câmbio.

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 da casa, 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 como alimento são lentamente armazenados no lenho. 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.

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ANATOMIA DO TECIDO LENHOSO 1.3 - PROPRIEDADES FÍSICAS DA MADEIRA

Conhecer as propriedades físicas da madeira é de grande importância porque estas propriedades podem influenciar significativamente no desempenho e resistência da madeira utilizada.

Entre as características físicas da madeira cujo conhecimento é importante para sua utilização como material de construção, destacam-se:

• Umidade • Densidade

• Retratibilidade

• Resistência ao fogo

• Durabilidade natural

• Resistência química.

Outro fator a ser considerado na utilização da madeira é o fato de se tratar de um material anisotrópico, ou seja, com comportamentos diferentes em relação à direção de crescimento das fibras. Devido à orientação das fibras de madeira e à sua forma de crescimento, as propriedades variam de acordo com três eixos perpendiculares entre si: longitudinal, radial e tangencial.

As diferenças das propriedades nas direções radial e tangencial são relativamente menores quando comparadas com a direção longitudinal. Comumente as propriedades da madeira são apresentadas, para utilização estrutural, somente no sentido paralelo às fibras da madeira (longitudinal), e no sentido perpendicular às fibras (radial e tangencial).

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A) TEOR DE UMIDADE A umidade da madeira é determinada pela seguinte expressão:

Onde:

m1= massa úmida m2= massa seca w= umidade (%)

A água é importante para o crescimento e desenvolvimento da árvore, constituindo uma grande porção da madeira verde. Na arvore a água na célula da madeira apresenta-se de duas formas, como água livre contida nas cavidades das células (lumens), e como água impregnada contida nas paredes das células.

Quando a árvore é cortada, ela tende a perder rapidamente a água livre existente em seu interior para, a seguir, perder a água de impregnação mais lentamente. A umidade na madeira tende a um equilíbrio com a umidade e temperatura do ambiente em que se encontra. O teor de umidade correspondente 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

APOSTILA DE MADEIRA 6ª semestre/ 2006 da resistência, por isso a secagem deve ser executada com cuidado para se evitar problema na madeira.

Para fins de aplicação na construção civil a madeira é considerada seca quando seu teor de umidade estiver entre de 12% a 15% dependo do local da obra.

Define-se retratibilidade como sendo a redução das dimensões em uma peça da madeira pela saída da água de impregnação. Com visto anteriormente a madeira apresenta comportamentos diferentes de acordo com a direção em relação às fibras e os anéis de crescimento. Assim, a retração ocorre em porcentagens diferentes nas direções tangencial, radial e longitudinal.

Em ordem decrescente de valores, encontra-se a retração tangencial com valores de até 10% de variação dimensional, podendo causa também problemas de torção nas peças de madeira. Na seqüência, a retração radial com valores na ordem de 6% de variação dimensional, também pode causar problema de rachaduras nas peças de madeira. Por último, encontra-se a retração longitudinal com valores de 0,5% de variação dimensional.

Um processo inverso também pode ocorrer, o inchamento, que se dá quando a madeira fica exposta a condições de alta umidade ao invés de perder água ela absorve, provocando um aumento das dimensões das peças.

Erroneamente, a madeira é considerada de baixa resistência ao fogo. Isto se deve, principalmente, à falta de conhecimento das suas propriedades de resistência quando submetida a altas temperaturas e quando exposta à chama, pois, sendo

APOSTILA DE MADEIRA 6ª semestre/ 2006 bem dimensionada ela apresenta resistência ao fogo superior à de outros materiais estruturais.

Uma peça de madeira exposta ao fogo torna-se um combustível para a propagação das chamas, porém, após alguns minutos, a camada mais externa da madeira se carboniza se tornado um isolante térmico que retém o calor, auxiliando, assim, na contenção do incêndio, evitando que toda peça seja destruída.

Outra característica importante da madeira com relação ao fogo é o fato de não apresentar distorção quando submetidas a altas temperaturas, tal como ocorre com o aço, dificultado assim a ruína da estrutura.

A durabilidade da madeira, com relação a biodeterioração, depende da espécie e das características anatômicas. Certas espécies apresentam alta resistência natural ao ataque biológico enquanto outras são menos resistentes.

Outro ponto importante que deve ser destacado é a diferença na durabilidade da madeira de acordo com a região da tora da qual a peça de madeira foi extraída, o cerne e o alburno apresentam características diferentes, incluindo-se aqui a durabilidade natural, com o alburno sendo muito mais vulnerável ao ataque biológico, e o cerne sendo mais resistente ao ataque biológico, devido às resinas ali depositadas ao longo dos anos . A baixa durabilidade natural de algumas espécies pode ser compensada com um tratamento preservativo, alcançando-se assim melhores níveis de durabilidade, próximos dos apresentados pelas espécies naturalmente resistentes.

1.4 - PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA

As propriedades mecânicas são responsáveis pela resposta da madeira quando solicitada por carregamentos externos. São divididas em propriedades de resistência e elasticidade

1.41 - PROPRIEDADES ELÁSTICAS

Elasticidade é a capacidade do material de retornar à sua forma inicial, após a retirada a ação do carregamento externo que o solicitava, sem apresentar deformação residual. Apesar de não ser um material elástico ideal, pois apresenta uma deformação residual após a solicitação, a madeira pode ser considerada como tal para a maioria das aplicações estruturais.

As propriedades elásticas são descritas por três constantes: o módulo de elasticidade longitudinal (E), o módulo de elasticidade transversal (G) e o coeficiente de

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