Materiais de Construção - Ibracon - C34

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Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Carlito Calil Junior – EESC USP Francisco A. Rocco Lahr – EESC USP Sérgio Brazolin – IPT/ABPM SP Madeiras na Construção Civil Capítulo 34

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  • Livro: Materiais de Construo Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia

    Carlito Calil Junior EESC USPFrancisco A. Rocco Lahr EESC USP

    Srgio Brazolin IPT/ABPM SP

    Madeiras na Construo Civil

    Captulo 34

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    Razes para empregar a madeira na Construo Civil

    - fcil trabalhabilidade- tima relao entre densidade e resistncia/rigidez

    - suficiente disponibilidade- possibilidade de perene renovao

    - baixo consumo energtico em sua produo

    Conceituao inicial

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    Materiais estruturais dados comparativos

    Material A B C D E F GConcreto 2,4 1,92 20 20 0,096 8 8,3Ao 7,8 234,00 250 210 0,936 32 26,9Madeira Confera 0,6 0,60 50 10 0,012 83 16,7Madeira Dicotilednea 0,9 0,63 75 15 0,008 83 16,7

    A: densidade do material (g/cm)B: energia consumida na produo (10 MJ/m)C: resistncia (MPa)D: mdulo de elasticidade (10 MPa)E: relao entre energia consumida na produo e resistncia (B/C)F: relao entre resistncia e densidade (C/A)G: relao entre mdulo de elasticidade e densidade (D/A)

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    Conceituao inicial

    Algumas restries para o emprego da madeira

    Material inflamvel (tratamento retardante resolve) Material biodegradvel (tratamento preservativo resolve) Insuficiente divulgao das informaes tecnolgicas j

    disponveis acerca de seu comportamento sob as diferentes condies de servio

    Nmero reduzido projetos especficos desenvolvidos por profissionais habilitados

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    Comportamento da madeira sob fogo

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    Aspectos anatmicos das conferas

    M ad eiraprim avera -v ero

    Pontuaesau reola das

    C anal resinfero

    T raquedesde paredegro ssa

    C lu la s R adia isT raquedes de parededelga da com p ontuaes

    M ad eiraou to no-inverno

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    Aspectos anatmicos das dicotiledneas

    Madeiraprimavera-vero

    Vasos demadeiraprimavera-vero compontuaes

    Feixede raiosFibras

    Madeiraoutono-inverno

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    Caractersticas fsicas da madeira

    Fatores que influenciam as propriedades da madeira- Local de origem: temperatura, chuvas- Solo: tipo e condies de umidade- Posio da rvore em relao floresta- Peculiaridades do manejo aplicado floresta- Idade da rvore- Posio da pea em relao altura e ao dimetro da

    rvore- Amostragem adotada para a caracterizao

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    Umidade da Madeira

    - Aspectos da relao gua madeira- gua livre- Madeira verde- Ponto de saturao- gua de impregnao- Umidade de equilbrio ao ar- Madeira totalmente seca- Secagem processo importante

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    Aspectos favorveis da secagem da madeira

    Reduo da movimentao dimensional, permitindo a obteno de peas cujo desempenho, nas condies de uso, ser potencialmente mais adequado

    Possibilidade de melhor desempenho de acabamentos, como tintas, vernizes e produtos ignfugos

    Reduo da probabilidade de ataque de fungos Aumento da eficcia da impregnao da madeira contra a

    demanda biolgica Aumento dos valores correspondentes s propriedades de

    resistncia e de elasticidade

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    Estimativa da umidade de peas de madeira

    - Mtodo da secagem em estufa (Gravimtrico)

    onde: mi : massa inicial da amostrams : massa da madeira seca

    - Estimativa da umidade usando medidores eltricos

    100m

    mm(%)U

    s

    si =

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    Densidade de massa da madeira (ou Densidade)

    - Densidade Real- Densidade Bsica- Densidade Aparente (referida umidade de 12%)

    Onde: m12 = massa da amostra umidade de 12%V12 = volume da amostra umidade de 12%

    12

    12ap V

    m= (g/cm)

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    Influncia da umidade na densidade Diagrama de Kollmann

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    Variao dimensional da madeira

    Principais causas Ortotropia: decorrncia da constituio anatmica Direes principais: axial, radial e tangencial

    Tangencial (T)

    Longitudinal (L)

    Radial (R)

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    Retrao na madeira

    Aspectos anatmicos provocam diferentes retraes nas trs direes principais

    Direo Retrao total

    Longitudinal 0,1 a 0,9

    Radial 2,4 a 11,0

    Tangencial 3,5 a 15,0Volumtrica 6,0 a 27,0

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    Quadro de porcentagens de retrao de algumas espcies de madeira

    Espcie T (%) R (%) T/RCedro 5,3 4,0 1,3

    Cupiba 7,1 4,3 1,7Eucalipto Citriodora 9,6 6,5 1,5

    Eucalipto Tereticornis 16,7 7,3 2,3Ip 7,8 5,1 1,5

    Jatob 6,9 3,6 1,9Mogno 4,1 3,0 1,4

    Sucupira 7,3 5,9 1,2Tatajuba 5,9 4,1 1,4

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    Determinao das porcentagens de retrao e de inchamento

    - Porcentagens de retrao total ou deformaes especficas de retrao (r,j), com j = 1 para a direo longitudinal; j = 2 para a direo radial e j = 3 para a direo tangencial, calculadas pela expresso a seguir.

    - Idem para determinar as porcentagens de inchamento total ou deformaes especficas de inchamento (i,j)

    dimenso linear, para U igual ou superior ao PS; dimenso linear, para U igual a 0%.

    100L

    LL

    asec,i

    asec,isat,ij,r

    =

    =sat,iL=asec,iL

    100sec,

    sec,,,

    =

    ai

    aisatiji L

    LL

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    Defeitos decorrentes do processo de secagem

    Encanoamento

    Arqueamento

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    Defeitos decorrentes do processo de secagem

    Encurvamento

    Torcimento

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    Propriedades de resistncia e de elasticidade Compresso

    Nas peas solicitadas compresso paralela s fibras, as foras agem paralelamente direo dos elementos anatmicos responsveis pela resistncia, o que confere uma grande resistncia madeira.

    Na solicitao normal, a madeira apresenta valores de resistncia menores que os de compresso paralela, pois a fora aplicada na direo perpendicular ao comprimento das fibras, provocando esmagamento. Os valores de resistncia compresso normal s fibras so da ordem de 1/4 dos valores apresentados pela madeira na compresso paralela. A figura a seguir mostra o comportamento da madeira quando solicitada compresso paralela (A) ou normal (B) s fibras.

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    Propriedades de resistncia e de elasticidade Compresso

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    Propriedades de resistncia e de elasticidade Trao

    Nas peas de madeira podem ocorrer: trao paralela ou trao perpendicular s fibras. As propriedades referentes a essas solicitaes diferem significativamente.

    A ruptura por trao paralela s fibras pode ocorrer por deslizamento entre as fibras ou ruptura de suas paredes. Nos dois casos, a deformao baixa e a resistncia elevada (parte A da figura a seguir).

    Na trao normal, a madeira apresenta baixa resistncia, pois os esforos atuam na direo perpendicular s fibras, tendendo a separ-las, com pequenas deformaes (parte B da figura a seguir). Assim, devem ser evitadas, em projeto, situaes que conduzam a tal solicitao.

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    Propriedades de resistncia e de elasticidade Trao

    A B

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    Propriedades de resistncia e de elasticidade Cisalhamento

    A direo do plano de atuao das tenses de cisalhamento tem influncia direta na resistncia da madeira para esse tipo de solicitao. Quando o plano perpendicular s fibras (A), a madeira apresenta alta resistncia pelo fato de a ruptura implicar cisalhamento desses elementos. Antes da ruptura por cisalhamento, certamente a pea apresentar problemas de resistncia na compresso normal.

    Quando o plano das tenses de cisalhamento paralelo s fibras, duas situaes podem ocorrer. Quando a direo das tenses coincide com a direo das fibras, o cisalhamento horizontal (B). Se a direo perpendicular (C), os elementos tendem a rolar uns sobre os outros (rolling shear).

    A figura a seguir mostra os tipos de cisalhamento A, B e C . A menor resistncia se verifica no cisalhamento horizontal.

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    Propriedades de resistncia e de elasticidade Cisalhamento

    A B C

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    Propriedades de resistncia e de elasticidade Flexo simples

    Quando a madeira solicitada flexo simples, ocorrem quatro tipos de esforos: compresso paralela s fibras, trao paralela s fibras, cisalhamento horizontal e, nas regies dos apoios, compresso normal s fibras.

    A ruptura em peas de madeira solicitadas flexo ocorre pela formao de minsculas falhas de compresso seguidas pelo desenvolvimento de enrugamentos de compresso macroscpicos. Esse fenmeno gera o aumento da rea comprimida na seo e a reduo da rea tracionada, o que pode levar ruptura por trao. Ver figura a seguir.

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    Propriedades de resistncia e de elasticidade Flexo simples

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    Propriedades de resistncia e de elasticidade Toro e resistncia ao choque

    O comportamento da madeira solicitada por toro ainda no muito conhecido. A norma brasileira recomenda evitar a toro de equilbrio em peas de madeira, em virtude do risco de ruptura por trao normal s fibras decorrente do estado mltiplo de tenses atuante.

    A resistncia ao choque entendida como a capacidade do material absorver energia pela deformao. A madeira material de tima resistncia ao choque.

    Para a quantificao das propriedades de resistncia e de elasticidade da madeira, so adotadas as recomendaes do Anexo B: Determinao das propriedades das madeiras para projeto de estruturas, da NBR 7190, ABNT.

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    Fatores que provocam influncias nas propriedades da madeira

    Fatores anatmicos

    Densidade Inclinao das fibras Ns

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    Fatores que provocam influncias nas propriedades da madeira

    Fatores anatmicos

    Defeitos naturais da madeira Presena de medula

    Faixas de parnquima

    ( b )

    ( c )

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    Fatores que provocam influncias nas propriedades da madeira

    Fatores ambientais e de utilizao

    Umidade Defeitos de secagem ver comentrios anteriores Defeitos de processamento

    Arestas quebradas Variao da seo transversal

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    Fatores que provocam influncias nas propriedades da madeira

    Fatores ambientais e de utilizao Defeitos provocados por ataques biolgicos

    Perfuraes pequenas Perfuraes grandes

    Podrido Mancha

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    Preservao de madeira

    PRESERVAO DE MADEIRAS O CONJUNTO DE MEDIDAS PREVENTIVAS E CURATIVAS PARA CONTROLE DE AGENTES

    BIOLGICOS, FSICOS E QUMICOS QUE AFETAM AS PROPRIEDADES DA MADEIRA, OU SEJA SUA DURABILIDADE

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    elaborao do projeto com foco para diminuio dos processos de instalao e desenvolvimento de organismos xilfagos;

    definio do nvel de desempenho necessrio para o componente ou estrutura de madeira, tais como: vida til, responsabilidade estrutural, garantias comerciais e legais, entre outras;

    avaliao dos riscos biolgicos aos quais a madeira ser submetida durante a sua vida til ataque de fungos e insetos xilfagos e perfuradores marinhos;

    determinao da necessidade de tratamento preservativo, em funo da durabilidade natural e tratabilidade do cerne e alburno das espcies botnicas que sero utilizadas;

    definio do(s) tratamento(s) preservativos, em funo das seguintes escolhas: espcie botnica que deve permitir este tratamento (tratabilidade), umidade da madeira no momento do tratamento, processo de aplicao do produto de preservao, parmetros de qualidade necessrios: reteno e penetrao do produto

    preservativo na madeira, produto preservativo que satisfaa classe de risco determinada.

    Etapas importantes em um projeto de construo com madeira

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    nosim

    no

    Escolha do processo de tratamento e do produto

    preservativo

    Tratamento preservativo

    desnecessrio

    Madeirasuficientementeimpregnvel ?(Tratabilidade)

    sim Durabilidadenatural

    adequada?

    Escolha da espcie de madeira

    Definio da aplicao da madeira e classes de risco provveis

    Definio da Classe de Risco

    PROJETO(conceito)

    Seqncia de deciso

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    Ferramenta simplificada para a tomada de deciso (produtor e usurio)

    Uso racional e inteligente da madeira na construo civil

    Garantia de maior durabilidade das construes

    Sistema de Classes de Risco

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    CLASSES DE RISCOCLASSE DE RISCO

    (CR) CONDIO DE USO ORGANISMO XILFAGO

    1Interior de construes, fora de contato com o solo, fundaes ou

    alvenaria, protegida das fontes internas de umidade. Locais livres do acesso de cupins-subterrneos ou arborcolas.

    Cupins-de-madeira-secaBrocas-de-madeira

    2Interior de construes, em contato com a alvenaria, sem contato

    com o solo ou fundaes, protegidos das intempries e das fontes internas de umidade.

    Cupins-de-madeira-secaBrocas-de-madeira

    Cupins-subterrneos e arborcolas

    3Interior de construes, fora de contato com o solo e

    continuamente protegidos das intempries, que podem, ocasionalmente, ser expostos a fontes de umidade.

    Cupins-de-madeira-secaBrocas-de-madeira

    Cupins-subterrneos e-arborcolasFungos emboloradores/manchadores e

    apodrecedores

    4 Uso exterior, fora de contato com o solo e sujeitos a intempries.

    Cupins-de-madeira-secaBrocas-de-madeira

    Cupins-subterrneos e-arborcolasFungos emboloradores/manchadores e

    apodrecedores

    5 Contato com o solo, gua doce e outras situaes favorveis deteriorao, como engaste em concreto e alvenaria.

    Cupins-de-madeira-secaBrocas-de-madeira

    Cupins-subterrneos e cupins-arborcolasFungos emboloradores/manchadores e

    apodrecedores

    6 Exposio gua salgada ou salobra.Perfuradores marinhos

    Fungos emboloradores/manchadores e apodrecedores

  • Livro: Materiais de Construo Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia

    O sistema de classes de risco proposto leva em considerao:

    Presena do(s) organismo(s) xilfago(s) Durabilidade natural da madeira Tratabilidade da madeira Condies de uso/exposio da madeira

    Sistema de Classes de Risco

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    Fungos Emboloradores e Manchadores

    Ilustrao: LLIS, A. T. et al., 2001

    Organismos xilfagos

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    Fungos Apodrecedores

    Ilustrao: IPT/2007

    Ilustrao: IPT/2007

    Ilustrao: IPT/2007

    Organismos xilfagos

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    Brocas-de-Madeira

    Ilustrao: IPT/2007

    Ilustrao: IPT/2007

    Organismos xilfagos

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    Cupim-de-Madeira-Seca

    Ilustrao: IPT/2007

    Ilustrao: IPT/2007

    Ilustrao: IPT/2007

    Organismos xilfagos

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    Cupim-Arborcola

    Ilustrao: IPT/2007

    Ilustrao: IPT/2007

    Organismos xilfagos

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    Cupim-Subterrneo

    Ilustrao: IPT/2007

    Ilustrao: IPT/2007

    Ilustrao: IPT/2007

    Organismos xilfagos

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    Perfuradores Marinhos

    Organismos xilfagos

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    Durabilidade natural da madeira

    Caracterstica intrnseca do cerne/espcie, que confere resistncia ao ataque dos organismos xilfagos

    O alburno de qualquer espcie de madeira considerado de baixa durabilidade natural, ou seja, baixa resistncia ao ataque de organismos xilfagos

    O tratamento preservativo faz-se necessrio se a espcie escolhida no naturalmente durvel para a classe de risco considerada e/ou se a madeira contm pores de alburno.

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    Tratabilidade da madeira

    Impregnabilidade da madeira com produtos preservativos - caracterstica intrnseca da espcie de madeira

    Na prtica o cerne das madeiras de folhosas no tratvel e o alburno tratvel.

    Na medida em que a espcie selecionada no suficientemente tratvel e de baixa durabilidade natural, no possvel ter-se certeza do seu tempo de vida til.

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    Mtodo de tratamentoPara os componentes de madeira de maior responsabilidade estrutural e sujeitas a uma maior agressividade biolgica (CR 4, 5 e 6), recomendado o tratamento sob presso com produtos preservativos de natureza hidrossolvel e/ou oleosa

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    Parmetros de qualidade do tratamento preservativo

    Os principais parmetros de qualidade para a madeira preservada so a penetrao e a reteno do preservativo absorvido no processo de tratamento.

    A penetrao definida como sendo a profundidade alcanada pelo preservativo ou pelo(s) seu(s) ingrediente(s) ativo(s) na madeira, expressa em milmetros (mm).

    A reteno a quantidade do preservativo ou do seu(s) ingrediente(s) ativo(s), contida de maneira uniforme num determinado volume da madeira, expressa em quilogramas de ingrediente ativo por metro cbico de madeira tratvel (kg/ m).

    A especificao de um tratamento preservativo, baseado nas classes de risco, deve requerer penetrao e reteno adequadas

    que dependem do mtodo de tratamento escolhido.

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    Classe de risco versus tratamento preservativo

    Classe de risco 4

    APLICAO MTODO DE TRATAMENTOPRESERVATIVO

    Inseticida/FungicidaRETENO MNIMA

    kg/m3 (i.a.) PENETRAO

    Madeira serrada, rolia e laminada

    (seca) Sob presso(a)

    CCA C ou CCB 4,0 ou 6,5 (b) 100 % do alburno e poro permevel do cerneleo creosoto (c) 96

    Painel compensado CCA C ou CCB 4,0 ou 6,5 (b) 100 % do alburno e poro permevel do cerne

    Classe de risco 5APLICAO MTODO DE TRATAMENTO

    PRESERVATIVOInseticida/fungicida

    RETENO MNIMAkg/m3 (i.a.) PENETRAO

    Madeira serrada, rolia, laminada e Painel

    compensado

    Sob presso(a)

    CCA C 6,59,6 (b)12,8 (e) 100 % do alburno e poro

    permevel do cerne

    CCB (d)

    leo creosoto(c)

    96 130 (b)192 (e)

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    Classe de risco versus tratamento preservativo

    Classe de risco 6

    Observaes para as classes de risco 4, 5 e 6:a) No caso de espcies de folhosas, o cerne normalmente no tratvel, mesmo sob presso; portanto, uma maior vida til do

    componente depende da alta durabilidade natural dessa poro da madeira. No caso de madeiras permeveis, como o pinus, ou o alburno da maioria das espcies de folhosas, possvel a total impregnao com o produto preservativo.

    b) Essa reteno de produto preservativo recomendada para componentes estruturais de difcil manuteno, reparo ou substituio e crticos para o desempenho e segurana do sistema construtivo.

    c) Devido sua natureza oleosa e propriedades qumicas, a pea de madeira tratada com leo creosoto pode apresentar problemas de exsudao do produto (migrao para a superfcie), alm de no permitir acabamento com tintas, stains e vernizes. Portanto, recomenda-se seu uso nos componentes que no entram em contato direto com as pessoas e/ou animais.

    d) Carecem de informaes sobre o uso da madeira tratada com o produto preservativo CCB em contato direto com a gua doce, salobra ou salgada.

    e) Essa reteno de produto preservativo recomendada para componentes estruturais crticos, como estacas de fundaes totalmente ou parcialmente enterradas no solo ou em contato com gua doce, utilizados em locais de clima severo e ambiente com alto potencial de biodeteriorao por fungos e insetos xilfagos.

    f) O mtodo de duplo-tratamento com os produtos preservativos CCA e leo creosoto deve ser adotado em regies de ocorrncia de Sphaeroma terebrans e Limnoria tripunctata e na ausncia de informaes sobre esses organismos xilfagos no local de uso da madeira.

    APLICAO MTODO DE TRATAMENTO PRESERVATIVORETENO MNIMA

    kg/m3 (i.a.) PENETRAO

    Madeira serrada,Madeira rolia e

    Painel compensado

    Sob presso(a)

    CCA C 40,0

    100 % do alburno e poro permevel do cerne

    leo creosoto 400,0

    Sob pressoduplo tratamento

    (a) (f)

    CCA C e 24

    leo creosoto 320

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    Classes de risco precaues geraisAs seguintes precaues gerais devem ser tomadas na utilizao do sistema de classes de risco para definio do produto preservativo, do mtodo de tratamento, da reteno e da penetrao do produto preservativo na madeira:

    Adotar a classe de risco mais agressiva quando diferentes partes de um mesmo componente apresentam diferentes classes de risco.

    Situaes em que um componente fora de contato com o solo for submetido a intenso umedecimento, considerar uma situao equivalente ao contato com o solo ou gua doce.

    Com componentes inacessveis quando em servio ou quando sua falha apresente conseqncias srias, aconselhvel considerar o uso de madeira de alta durabilidade natural ou um tratamento preservativo que proporcione maior reteno e penetrao do produto preservativo na madeira.

    A diferente durabilidade natural e tratabilidade do alburno e cerne devem ser sempre consideradas.

    Se o risco de lixiviao do produto preservativo existe, considerar a proteo dos componentes durante construo e/ou transporte.

    Fatores como manuseio das peas tratadas, como cortes ou furaes, a integridade de acabamentos ou a compatibilidade do produto preservativo com o acabamento podem afetar o desempenho da madeira preservada. recomendado que todos os furos, entalhes ou chanfros, necessrios em um componente de madeira, sejam realizados antes do tratamento preservativo.

    Adotar um sistema de secagem adequado para a produo de madeira tratada de boa qualidade e, conseqentemente, do produto final.

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    Madeira de reflorestamento pinus e eucalipto

    Madeiras de ciclo curto que representam um real compromisso com o meio ambiente

    O uso do eucalipto (peas rolias) e de pinus, tratados sob presso, representa uma excelente alternativa de material de engenharia na construo civil

    Madeiras na Construo CivilConceituao inicialMateriais estruturais dados comparativosConceituao inicialComportamento da madeira sob fogoAspectos anatmicos das conferasAspectos anatmicos das dicotiledneasCaractersticas fsicas da madeiraUmidade da MadeiraAspectos favorveis da secagem da madeiraEstimativa da umidade de peas de madeiraDensidade de massa da madeira (ou Densidade)Influncia da umidade na densidadeDiagrama de KollmannVariao dimensional da madeiraRetrao na madeiraQuadro de porcentagens de retraode algumas espcies de madeiraDeterminao das porcentagensde retrao e de inchamentoDefeitos decorrentesdo processo de secagemDefeitos decorrentesdo processo de secagemPropriedades de resistncia e de elasticidadeCompressoPropriedades de resistncia e de elasticidadeCompressoPropriedades de resistncia e de elasticidadeTraoPropriedades de resistncia e de elasticidadeTraoPropriedades de resistncia e de elasticidadeCisalhamentoPropriedades de resistncia e de elasticidadeCisalhamentoPropriedades de resistncia e de elasticidadeFlexo simplesPropriedades de resistncia e de elasticidadeFlexo simplesPropriedades de resistncia e de elasticidadeToro e resistncia ao choqueFatores que provocam influnciasnas propriedades da madeira Fatores que provocam influnciasnas propriedades da madeiraFatores que provocam influnciasnas propriedades da madeiraFatores que provocam influnciasnas propriedades da madeiraPreservao de madeiraEtapas importantes em um projeto de construo com madeira Seqncia de decisoSistema de Classes de RiscoCLASSES DE RISCOSistema de Classes de RiscoFungos Emboloradores e ManchadoresFungos ApodrecedoresBrocas-de-MadeiraCupim-de-Madeira-SecaCupim-ArborcolaCupim-SubterrneoPerfuradores MarinhosDurabilidade natural da madeiraTratabilidade da madeiraMtodo de tratamentoParmetros de qualidade do tratamento preservativoClasse de risco versus tratamento preservativoClasse de risco versus tratamento preservativoClasses de risco precaues geraisMadeira de reflorestamento pinus e eucalipto