Apostila+1+Estrutura+de+Madeira

8/17/2019 Apostila+1+Estrutura+de+Madeira

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ESTRUTURA DE MADEIRA

Apostila 1: Propriedades físicas da madeira

Professor M.Sc. Ewerhon Mattos Paterlini

Engenharia Civil - 2014/2


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PROPRIEDADES FÍSICAS DA MADEIRA

A madeira é o material de construção mais antigo, dada a sua disponibilidade na natureza

e sua relativa facilidade de manuseio.

Mas o que é madeira?

Madeira é um material orgânico, de origem vegetal, encontrada tanto em florestas

naturais quanto em florestas artificiais resultantes de reflorestamentos industrializados.

Sua fonte é abundante e renovável.

Botanicamente, as árvores são classificadas como Fanerogamas, que constituem um

grupo de plantas superiores, de elevada complexidade anatômica e fisiológica. O grupo

das Fanerogamas se subdivide em Gimnospermas e Angiospermas.

Na classe das Gimnospermas destacam-se as coníferas, também conhecidas como

madeiras moles ou “softwoods”. Possuem folhas em forma de agulhas ou escamas, e

sementes agrupadas em forma de cones. Possuem crescimento rápido. Constituem

praticamente sozinhas, principalmente no hemisfério norte, grandes florestas e fornecem

madeiras das mais empregas na indústria e na construção civil. Exemplo: pinheiro-do-

paraná ( Araucaria angustifolia), pinus, pinheiros europeus, norte-americanos, etc.

Na classe das Angiospermas há uma subdivisão: Monocotiledôneas e Dicotiledôneas. As

Monocotiledôneas compreendem as palmas e as gramíneas. As palmas não apresentam

madeiras de boa durabilidade, mas podem ser utilizadas em estruturas temporárias, como

escoramentos e cimbramentos. Nas gramíneas destaca-se o bambu, que não é madeira

no sentido usual da palavra, mas por possuir boa resistência mecânica associada à sua

baixa densidade, pode-se utilizar para construção leve. Já as Dicotiledôneas são

usualmente designadas como madeiras duras ou “hardwoods”. Possuem folhas

achatadas e largas e crescimento lento. Exemplo: peroba, ipê, aroeira, carvalho, etc. As

folhosas de melhor qualidade são também chamadas madeiras de lei.

Geralmente, as folhosas perdem suas folhas no outono, enquanto as coníferas mantém

suas folhas verdes todo o ano.

As classes distinguem-se pela estrutura celular e não propriamente pela resistência.

O crescimento principal da árvore ocorre verticalmente, sentido contínuo e 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


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crescimento das camadas periféricas responsável pelo crescimento horizontal (câmbio).

No corte transversal de um tronco de árvore essas camadas aparecem como anéis de

crescimento.

Figura 1- Descrição simplificada da anatomia da árvore (fonte: RITTER, 1990)

Do ponto de vista macroscópico, podem-se observar as seguintes características: do

crescimento vertical resulta a medula (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.

A seiva bruta, retirada do solo, sobe 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 casca, 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 armazenadas

no lenho. A parte do lenho modificada por essas substâncias é designada como cerne,

geralmente mais densa, menos permeável a líquidos e gases, mais resistente ao ataque

de fungos apodrecedores e de insetos e apresenta maior resistência mecânica. Em

contraposição, o alburno, menos denso, constituído pelo conjunto das camadas externas


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do lenho, mais permeável a líquidos e gases está mais sujeito ao ataque de fungos

apodrecedores e insetos, além de apresentas menos resistência mecânica.

As madeiras de construção devem ser retiradas de preferência do cerne, mais durável.Entretanto, a madeira de alburno aceita melhor a penetração de agentes protetores, como

alcatrão e certos sais minerais.

Em regiões de estações bem definidas, como regiões de climas frios e temperados, o

crescimento do tronco depende da estação. Na primavera e no início do verão, o

crescimento da árvore é intenso, formando-se no tronco de células grandes de paredes

finas. No final do verão e no outono, o crescimento da árvore diminui, formando-se células

pequenas, de paredes grossas. Como consequência, o crescimento do tronco se faz emanéis anuais, formados por duas camadas: uma clara, de tecido brando, correspondente à

primavera; outra escura, de tecido mais resistente, correspondente ao verão. Contando-se

os anéis, pode-se saber a idade da árvore. Nos climas equatoriais, os anéis nem sempre

são perceptíveis.

Devido à orientação das células, a madeira é um material anisotrópico, apresentando três

direções principais: longitudinal, radial e tangencial. Anisotropia é uma característica que

uma substância possui em que uma certa propriedade física varia com a direção. A

diferença de propriedades entre as direções radial e tangencial raramente tem

importância prática, bastando diferenciar as propriedades na direção das fibras principais

(direção longitudinal) e na direção perpendicular às mesmas fibras.

Figura 2 - Eixos principais da madeira em relação à direção das fibras (Fonte: Timber Bridges).


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A madeira é constituídas principalmente por substâncias orgânicas. Os principais

elementos constituintes apresentam-se nas seguintes porcentagens aproximadas,independentemente da espécie vegetal considerada: 50% de carbono, 44% de oxigênio e

6% de hidrogênio. O composto predominante é a celulose, que constitui cerca de 50% da

madeira, formando os filamentos que reforçam as paredes das fibras longitudinais. Outros

dois componentes importantes são as hemiceluloses (20 a 25%) e a lignina (20 a 30%)

que envolvem as macromoléculas de celulose, ligando-as. A lignina provê rigidez e

resistência à compressão às paredes das fibras. A estrutura da madeira ainda apresenta

pequenas quantidades (0,2 a 1%) de sais minerais, que constituem os alimentos dos

tecidos vivos. Esses minerais produzem as cinzas quando a madeira é queimada.

Algumas espécies vegetais apresentam ainda materiais, como resinas, óleos, ceras, etc.,

que são depositados nas cavidades das células, produzindo coloração e cheiro

característicos da espécie.

Podem-se destacar os seguintes fatores que influem nas características físicas da

madeira: classificação botânica, o solo e o clima da região de origem da árvore, fisiologia

da árvore, anatomia do tecido lenhoso e variação da composição química.

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 e resistência química.

Umidade

A umidade da madeira tem grande importância sobre as suas propriedades. O grau de

umidade U é o peso de água contido na madeira expresso como uma porcentagem do

peso da madeira seca em estufa Ps até a estabilização do peso.

A quantidade de água das madeiras verdes ou recém-cortadas varia muito com as

espécies e com a estação do ano. A faixa de variação da umidade das madeiras verdes

tem como limites aproximados 30% para folhosas e 130% para coníferas.

A umidade está presente na madeira de duas formas: água no interior da cavidade das

células ocas (fibras) e água absorvida nas paredes das fibras.

Quando a madeira é posta a secar, evapora-se a água contida nas células ocas,

atingindo-se o ponto de saturação das fibras, no qual as paredes das células ainda estão


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saturadas, porém a água no seu interior se evapora. Este ponto corresponde ao grau de

umidade de cerca de 30%. A madeira é denominada, então, meia seca. Continuando-se a

secagem, a madeira atinge um ponto de equilíbrio com o ar, sendo, então, denominada

seca ao ar. O grau de umidade desse ponto depende da umidade atmosférica, variando

geralmente entre 10 e 20% para a umidade relativa do ar entre 60 e 90% e a 20°C de

temperatura.

Em face do efeito da umidade nas outras propriedades da madeira, é comum referirem-se

estas propriedades a um grau de umidade-padrão. No Brasil e nos Estados Unidos,

adotam-se 12% como umidade-padrão de referência.

Devido à natureza higroscópica da madeira, o grau de umidade de uma peça em serviçovaria continuamente, podendo haver variações diárias ou de estação.

Densidade

A norma brasileira apresenta duas definições de densidade a serem utilizadas em

estruturas de madeira. A primeira é a densidade básica da madeira, definida como a

massa específica convencional obtida pelo quociente da massa seca pelo volume

saturado e pode ser utilizada para fins de comparação com valores apresentados na

literatura internacional. A segunda, definida como densidade aparente, determinada para

uma umidade-padrão de referência de 12%, pode ser utilizada para a classificação da

madeira e nos cálculos de estruturas.

Retratibilidade

Define-se retratibilidade como sendo a redução das dimensões em uma peça da madeira

pela saída de água de impregnação.

Como visto anteriormente a madeira apresenta comportamentos diferentes de acordo

com a direção em relação às fibras e aos 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, também pode causar problemas de torção nas peças de

madeira. Na sequência, a retração radial com valores na ordem de 6% de variação

dimensional, também pode causar problemas de rachaduras nas peças de madeira. Por

último, encontra-se a retração longitudinal com valores de 0,5% de variação dimensional.


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Um processo inverso também pode ocorrer, o inchamento, que se dá quando a madeira

fica exposta a condições de alta umidade onde ao invés de perder água ela absorve,

provocando um aumento nas dimensões das peças.

A retração volumétrica é aproximadamente igual à soma das três retrações lineares

ortogonais.

Resistência da madeira ao fogo

Erroneamente, a madeira é considerada um material 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 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, uma camada mais externa da madeira se

carboniza tornando-se um isolante térmico, que retém o calor, auxiliando, assim, na

contenção do incêndio, evitando que toda a peça seja destruída. A proporção de madeira

carbonizada com o tempo varia de acordo com a espécie e as condições de exposição ao

fogo. Entre a porção carbonizada e a madeira sã encontra-se uma região intermediária

afetada pelo fogo mas não carbonizada, porção esta que não deve ser levada em

consideração na resistência.

Figura 3 - Resistência ao fogo (Fonte: RITTER, 1990)


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Outra característica importante da madeira com relação ao fogo é o fato de não

apresentar distorção quando submetida a altas temperaturas, tal como ocorre com o aço,dificultando assim a ruína da estrutura.

Figura 4 - Aço contorcido apoiado em uma viga madeira carbonizada (Fonte: RITTER, 1990)

Durabilidade natural

A durabilidade da madeira, com relação à biodeterioração, depende da espécie e das

características anatômicas. Certas espécies apresentam alta resistência 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, pois, como visto

anteriormente, o cerne e o alburno apresentam características diferentes, incluindo-se

aqui a durabilidade natural, com o alburno sendo muito mais vulnerável ao ataque

biológico.

A baixa durabilidade natural de algumas espécies pode ser compensada por um

tratamento preservativo adequado às peças, alcançando-se assim melhores níveis de

durabilidade, próximos dos apresentados pelos espécies naturalmente resistentes.


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Resistência química

A madeira, em linhas gerais, apresenta boa resistência a ataques químicos. Em muitas

indústrias é preferida em lugar de outros materiais que sofrem mais facilmente o ataquede agentes químicos. Em alguns casos a madeira pode sofrer danos devidos ao ataque

de ácidos ou bases fortes. O ataque das bases provoca aparecimento de manchas

esbranquiçadas decorrentes da ação sobre a lignina e as hemiceluloses da madeira. Os

ácidos também atacam a madeira causando uma redução no seu peso e na sua

resistência.

Referencial teórico

CALIL JUNIOR, C. SET 406 – Estruturas de Madeira - Notas de aula. Laboratório de

Madeiras e de Estruturas de Madeira (LaMEM), São Carlos, 1998.

PFEIL, Walter; PFEIL, Michéle Schubert. Estruturas de madeira: dimensionamento

segundo a Norma Brasileira NBR 7190/97 e critérios das Normas Norte-

americana NDS e Européia EUROCODE 5. 6. ed. rev., atual. e ampl. Rio deJaneiro: LTC, 2003. 223 p.

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