7/21/2019 Aula 3 - Construção Em Madeira - V1
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1
Prof. José Jéferson Rêgo Silva, PhD.
Universidade Federal de PernambucoUniversidade Federal de Pernambuco
Centro de Tecnologia e GeociênciasCentro de Tecnologia e Geociências
Departamento de Engenharia CivilDepartamento de Engenharia Civil
Construção em MadeiraConstrução em Madeira Aula 3
Prof. J. J. Rêgo Silva Construção em Madeira 2
Aula 3 Propriedades da madeira
Propriedades físicas:
Propriedades elásticas;
Propriedades mecânicas;
Propriedades térmicas;
Propriedades químicas; (*)
Propriedades elétricas; (*)Fluência. (*) C o n s t
r u ç ã o e m M
a d e i r a
C o n s t
r u ç ã o e m M
a d e i r a
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Higroscopia
P r o p r i e d a d e s f í s i c a s
P r o p r i e d a d e s f í s i c a s
A água é:Absorvida primeiro pela
paredes das células;
Liberada primeiro pelascavidades celulares;
É a água impregnada que afetaas propriedades físicas emecânicas da madeira;
A água livre altera as propriedades térmicas e a
permeabilidade da madeira.
Vapor de água
Águaimpregnada
Água livre
MADEIRA VERDE
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Classe de umidade NBR 7190/97
P r o p r i e d
a d e s f í s i c a s
P r o p r i e d
a d e s f í s i c a s
≥ 25%Uamb > 85%
Durante longos períodos4
18%75% < Uamb ≤ 85%3
15%65% < Uamb ≤ 75%2
12%≤ 65%1
Umidade de equilíbrio
da madeira – Ueq
Umidade relativa do
ambiente – Uamb
Classes de
umidade
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É a razão entre a massa seca e o volumesaturado:
Volumesaturado: Submerso em água até atingirmassa constante (NBR 7190/97);
Pode variar entre e dentro das espécies:
Variação natural da anatomia;Relação Earlywood/Latewood .
Densidade básica
P r o p r i e d a d e s f í s i c a s
P r o
p r i e d a d e s f í s i c a s
sat
s bas
V
m= ρ
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É a relação entre massa e volume, amboscom teor de umidade igual a 12%:
Padrão de referência para as propriedades deresistência e rigidez na NBR 7190/97;
OBS.: National Design Specification for Wood
Construction (USA) baseia-se na massa seca e
volume seco .
Densidade aparente
P r o p r i e d a d e s f í s i c a s
P r o p r i e d a d e s f í s i c a s
12
12ap
V
m= ρ
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P a r a l
e l o a s
f i b r a s
l o n g i t
u d i n a
i s
Perpendicular as fibras longitudinaise normal aos anéis
de crescimento
Perpendicular as fibras longitudinaise tangente aos anéis
de crescimento
Ortotropia
Apresenta propriedades únicas eindependentes nas direções de três eixos
perpendiculares entre si;
P r o p r i e d
a d e s f í s i c a s
P r o p r i e d
a d e s f í s i c a s
L
R
T
É importantediferenciar as
propriedadesfísicas de acordocom as direçõesdas fibras.
Orientação das fibras
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Variabilidade volumétrica
A madeira aumenta seu volume(inchamento) quando as paredes de suascélulas absorvem água e diminui (retração)quando perdem água ( MUDANÇA DE DIMENSÃO);A madeira é dimensionalmente estávelquando a umidade está acima do PSF;Madeiras mais densas sofrem maior
retração e inchamento;A retração/inchamento varia com asespécies.
P r o p r i e d a d e s f í s i c a s
P r o
p r i e d a d e s f í s i c a s
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RetraçãoA retração na madeira é maior nas direçõesradial e tangencial, longitudinalmente émuito pequena:
Deformação longitudinal: 0.1% a 0.3%;Deformação Radial: 2% a 8%;Deformação tangencial: 4% a 13%.
A retração radial e tangencial combinadasgeram defeitos nas peças de madeira;Madeira juvenil e de reação apresentamretração na direção longitudinal, podendo
chegar a 2% (ângulo das microfibrilas);
P r o p r i e d a d e s f í s i c a s
P r o p r i e d a d e s f í s i c a s
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Retração
P r o p r i e d
a d e s f í s i c a s
P r o p r i e d
a d e s f í s i c a s
Distorções em peças de madeira em relaçãoaos anéis de crescimento, conseqüência da retração.
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Retração
O tamanho e a forma das peças de madeira podem afetar a retração;
Peças menores: retração linear a partir do PSFaté a secagem total da madeira;
Peças maiores: a superfície seca primeiro,abaixo do PSF começa sua retração mas ointerior pode estar ainda saturado e não retrair.
A retração pode também ser função do processo de secagem (taxa de perda d’água); P r o p r i e d a d e s f í s i c a s
P r o
p r i e d a d e s f í s i c a s
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Retração x
Umidade
P r o p r i e d a d e s f í s i c a s
P r o p r i e d a d e s f í s i c a s
Umidade (%)
R e t r a ç ã o
( P e r c e n t u a l d a d i m e n s ã o v e r d e )
R a d i a l
T a n g e n c i a l
Peças maiores,variação não linear.
Ponto de saturaçãoda fibra
Em peças com dimensões menores esta variação é linear.
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Elasticidade
É a propriedade que um corpo tem deretornar a sua forma original cessada a açãode um sistema de forças:
Deformações residuais nulas;Tensões mais baixas.
Relação Tensão x Deformação:Linear;
Não linear:Física;Geométrica. P
r o p r i e d a
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P r o p r i e d a
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P a r a l
e l o a s
f i b r a s
l o n g i t
u d i n a
i s
Perpendicular as fibras longitudinaise normal aos anéis
de crescimento
Perpendicular as fibras longitudinaise tangente aos anéis
de crescimento
Ortotropia
Propriedades únicas e independentes nasdireções de três eixos perpendiculares entre si;
L
R
T
Orientação das fibras P r o p
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P r o p
r i e d a d e s e l á s t i c a s
As propriedadeselásticas sãodefinidas emfunção das direçõesdas fibras.
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OrtotropiaConstantes elásticas:
Módulos de elasticidade longitudinal:El , Er , Et ;Módulos de deformação longitudinal ou módulos deYoung;
Coeficientes de Poisson:υlr , υlt , υrl , υrt , υtl , υtr .Razão entre as deformações transversal e axial.
Módulos de cisalhamento:Glr , Glt , Grt ;Módulos de elasticidade transversal ou módulos de
rigidez; P r o p r i e d a d e s e l á s t i c a s
P r o p r i e d a d e s e l á s t i c a s
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Longitudinal
Tangencial
Radial
D i r e
ç ã o d
a s f i b r a
s
Peças estruturais demadeira
P r o p r i e d a
d e s e l á s t i c a s
P r o p r i e d a
d e s e l á s t i c a s
Utilizadas no sentido paralelo as fibras(longitudinal) e perpendicular as fibras (tangenciale radial);
Propriedades transversais (radial e tangencial)aproximadas.
Nas direções radial etangencial asdiferenças entre as
propriedadeselásticas sãomenores;
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Constantes elásticas NBR 7190/97
Módulo de elasticidade longitudinal:Paralelo as fibras longitudinais E0;
Normal as fibras longitudinais E90; Na flexão EM.
Módulo de cisalhamento – G:Estimado: G = E0 / 20.
Coeficiente de Poisson:
A NBR 7190/97 não faz referência.Variam com as espécies, umidade edensidade.
P r o p
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P r o p
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Módulo de elasticidade longitudinal – E0:Ensaio de compressão paralela às fibras;
Módulo de elasticidade normal – E90:Ensaio de compressão normal às fibras;
Relação: E90 = E0 / 20.
Módulo de elasticidade na flexão – Em:Ensaio de flexão.
Coníferas: EM = 0,85 E0;
Dicotiledôneas: EM = 0,90 E0;
Módulo de elasticidade NBR 7190/97
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Comportamento mecânico
Solicitações:Tração, Compressão;Flexão, Cisalhamento;Torção;
Orientação das fibras:Esforços paralelos;Esforços normal;Esforços inclinados;
Resistência e rigidez;Verificação de estabilidade e dimensionamento. P
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P r o p r i e d a d
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Prof. J. J. Rêgo Silva Construção em Madeira 23
Tração paralela as fibraslongitudinais - f t,0
Resistência elevada;A maior apresentada.
Baixa deformação:± 1% na ruptura.
Tipo de ruptura:Deslizamento dascélulas;Quebra das paredes dascélulas;
Relação tensão xdeformação próxima alinear; P
r o p r
i e d a d e s m e c â n i c a s
P r o p r
i e d a d e s m e c â n i c a s
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Tração normal as fibras
longitudinais - f t,90Baixa resistência:
f t,90 ≈ 5% f t,0 ;
Baixa deformação;Ruptura:
Separação das células perpendicularmente adireção longitudinal;Significativa mudançana integridadeestrutural;
Sugere-se desprezar
esta resistência. P
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Compressão paralela as fibras longitudinais - f c,0
Resistência menor que natração paralela as fibras:
f c,o = 0,77 f t, 0 ;
Deformações mais altas;
Ruptura:Esmagamento das células;
Flambagem;Resistência em função daesbeltez;
Relação tensão x deformaçãonão linear – flambagem. P
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P r o p r i e d a d
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Compressão normal as fibras longitudinais - f c,90
Baixa resistência:f c,90 = 0,25 f c, 0 ;
Grandes deformações;
Deve ser considerado todaa extensão docarregamento, medido
paralelamente as fibras;
Ruptura:
Esmagamento das células.Relação tensão xdeformação não linear; P
r o p r
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P r o p r
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Compressão inclinada as
fibras longitudinais - f c,
Compressão inclinada emrelação às fibras da madeira;
A influência da inclinaçãodas tensões normais emrelação as fibras da madeira édesprezada para ângulos deinclinação até 6o.
Fórmula de Hankinson:Redução da resistência emfunção da inclinação das fibras.
P
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P r o p r i e d a d e s m e c â n i c a s
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Cisalhamento – f v,0
Cisalhamento vertical:Força normal as fibras longitudinais;Raro, a madeira rompe antes porcompressão normal;
Cisalhamento horizontal:Força paralela as fibras longitudinais;Ruptura por escorregamento.
Coníferas: f v,0= 0,15 f c,0 ;Dicotiledôneas: f v,0= 0,12 f c,0 ;
Cisalhamento perpendicular:Força normal aos anéis de crescimento;Ruptura “rolling”.
P r o p r i e d a d
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Flexão estática f c,0 , f t,0 , f v,0 , f c,90
Esforços internos:Compressão paralela àsfibras longitudinais;Tração paralela àsfibras longitudinais;Cisalhamentohorizontal;Compressão normal àsfibras longitudinais nosapoios;
P r o p r
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P r o p r
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Ruptura:Inicialmente ocorre falha na região comprimida(flambagem local); ruptura final na região tracionada.
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Classes de resistência NBR 7190/97
P
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P r o p r i e d a d e s m e c â n i c a s
60050014.500630C 30
5504508.500525C 25
5004003.500420C 20
ρaparente
Kg/m3
ρ básica
Kg/m3
Ec0,m
MPa
f v0,k
MPa
f c0,k
MPaClasses
CONÍFERASValores na condição-padrão de referência U=12%.
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Classes de resistência NBR 7190/97
P r o p r i e d a d
e s m e c â n i c a s
P r o p r i e d a d
e s m e c â n i c a s
95075019.500640C 40
1.00080024.500860C 60
80065014.500530C 30
6505009.500420C 20
ρaparente
Kg/m3
ρ básica
Kg/m3
Ec0,m
MPa
f v0,k
MPa
f c0,k
MPaClasses
DICOTILEDÔNEASValores na condição-padrão de referência U=12%.
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Correção NBR 7190/97
Resistência:
Rigidez:
( )
−+×=
100
12%31%12
U f f U
( )
−+×=
100
12%21%12
U E E U
Observações da NBR 7190/97:Correção para valores entre 10% e 20%;
A resistência e a rigidez sofrem pequenas alterações para umidade acima de 20%;A influência da temperatura é desprezível para a faixade utilização entre 10oC e 60oC. P
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Resistência x UmidadeTensão
Libra/pol 2
Umidade (%)
A – Módulo de ruptura na flexão;
B – Compressão paralela as fibras na flexão;
C – Compressão paralela as fibras;
D – Compressão normal as fibras.
P
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Dilatação térmica
Madeira completamente seca expandequando a temperatura aumenta e contraiquando a temperatura diminui;
Para umidades intermediárias a madeira,quando submetida ao calor, expandeinicialmente e gradualmente encolhe emdecorrência da perda de água;
Retração pela perda de umidade noaquecimento é maior que a expansão térmica.
Importante para a secagem. P r o p r i e d a
d e s t é r m i c a s
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d e s t é r m i c a s
Prof. J. J. Rêgo Silva Construção em Madeira 35
Coeficiente de dilataçãotérmica –
Mede a mudança de dimensão causada pelavariação da temperatura:
Varia com a orientação das fibras: L , R e (
R ≈ );
Independem da temperatura no intervalo entre-51,1oC e 54,4oC ;Admite-se que L independe das espécies e da
densidade; R e variam com a densidade.
P r o p
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P r o p
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Prof. J. J. Rêgo Silva Construção em Madeira 36
Resistência ao fogoA madeira é inflamável, e mau condutor de calor;Comportamento na exposição ao fogo:
Decomposição inicial em voláteis e carvão;Possível ignição dos voláteis (400oC a 500oC);Camada externa carbonizada:
Mantém as chamas (combustível);Reduz a propagação do calor para a parte interna, atemperatura interna cresce lentamente.
Término da fase sólida da combustão (cinzas).
Mantém-se em serviço por mais tempo.Baixa deformação em altas temperatura;Dependendo da exposição ao fogo e das espécies.
Tratamento e projeto específicos. P r o p r i e d a d e s t é r m i c a s
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Resistência ao fogo
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