Universidade Federal do Acre UFACCentro de Cincias Exatas e TecnolgicasEngenharia CivilEstruturas de Madeira e Ao 9 PerodoProf. Dr. Jose Roberto de Lima Murad

Priscila Costa Lima

Rio Branco2015

Priscila Costa Lima

Produtos de madeira e sistemas estruturais e Propriedades mecnicas - bases de clculo

Trabalho realizado durante o Curso de Bacharelado em Engenharia Civil da Universidade Federal do Acre, para compor nota na disciplina de Estruturas de Madeira e Ao, ministrada pelo Prof. Dr. Jose Roberto de Lima Murad.

Rio Branco20151. Produtos de madeira e sistemas estruturais

1.1 Tipos de Madeira de Construo

Os produtos de madeiras utilizados na construo variam desde peas com pouco ou nenhum processamento madeira rolia at peas com vrios graus de beneficiamento, como: madeira serrada e beneficiada, lminas, painis de madeira e madeira tratada com produtos preservativos.Elas podem ser classificadas em duas categorias: madeiras macias: madeira bruta ou rolia, madeira falquejada, madeira serrada. madeira industrializada: madeira compensada, madeira laminada e colada, madeira recomposta.

1.2 Madeira Rolia

A madeira rolia o produto com menor grau de processamento da madeira. Consiste de um segmento do fuste da rvore, obtido por cortes transversais (traamento) ou mesmo sem esses cortes (varas: peas longas de pequeno dimetro). Na maior parte dos casos, sequer a casca retirada. Tais produtos so empregados, de forma temporria, em escoramentos de lajes (pontaletes) e construo de andaimes. Em construes rurais, freqente o seu uso em estruturas de telhado. os rolios de uso mais frequente no Brasil so o pinho-do-paran e os eucaliptos. As madeiras rolias devem ser utilizadas nas condies meio seca ou seca ao ar.Neste tipo de produto tambm se enquadra a madeira rolia derivada dos postes de distribuio de energia eltrica, em geral tratados com produtos preservativos de madeira, que empregada em estruturas de edificaes, assim como a madeira rolia empregada na pr-fabricao das chamadas log homes.Madeiras nativas na forma rolia so empregadas somente nas regies produtoras, como na Amaznia, onde se destaca a acariquara (Minquartia guianensis), pela sua resistncia mecnica e alta durabilidade natural.

1.3 Madeira Falquejada

A madeira falquejada tem as faces laterais aparadas a machado ou enx, podendo formar sees macias, quadradas ou retangulares, de grandes dimenses. A madeira falquejada muito utilizada em escoramentos, estaqueamentos, construes rsticas e pontes de madeira.A seo de uma pea de madeira falquejada depende do menor dimetro da tora de origem. Duas sees so importantes: a seo que produz menor perda, e em conseqncia maior rea da seo transversal, e a seo que produz mximo momento de inrcia. A primeira de interesse nos problemas de trao e compresso e a segunda nos problemas de flexo.

1.4 Madeira Serrada

1.4.1 Corte e Desdobramento das Toras

A madeira serrada produzida em unidades industriais - serrarias - onde as toras so processadas mecanicamente, transformando a pea originalmente cilndrica em peas quadrangulares ou retangulares, de menor dimenso. A sua produo est diretamente relacionada com o nmero e as caractersticas dos equipamentos utilizados, e o rendimento baseado no aproveitamento da tora (volume serrado em relao ao volume da tora), sendo este funo do dimetro da tora (maiores dimetros resultam em maiores rendimentos).

1.4.2 Secagem da Madeira Serrada

A madeira deve passar por um perodo de secagem para reduzir a umidade. A secagem pode reduzir deformaes transversais diferenciais nas peas serradas, dependendo da posio original da pea no tronco. Por isso a madeira deve ser utilizada j seca, evitando-se, assim, danos na estrutura tais como empenamentos e rachas oriundas da secagem. Um bom mtodo utilizado para secagem se baseia em empilhar as peas, colocando separadores para permitir circulao livre do ar em todas as faces. O tempo requerido para secagem natural de um dois anos.A secagem tambm pode ser feita artificialmente, onde a madeira deslocada lentamente atravs de um tnel alongado, no qual a temperatura do ar circulante aumenta proporo que a madeira avana, de modo a aumentar a velocidade de evaporao mais ou menos constante. O tempo necessrio de dez a um ms.As diversas operaes pelas quais a tora passa so determinadas pelos produtos que sero fabricados. Na maioria das serrarias, as principais operaes realizadas incluem o desdobro, o esquadrejamento, o destopo das peas e o pr-tratamento.O pr-tratamento possui carter profiltico e tem por objetivo proteger a madeira recm serrada contra fungos e insetos xilfagos, apenas durante o perodo de secagem natural. realizado, normalmente, por meio da imerso das pranchas em um tanque com uma soluo contendo um produto preservativo de ao fungicida e outro de ao inseticida.Devido ao mtodo de tratamento e natureza dos produtos preservativos utilizados, o pr- tratamento confere uma proteo superficial madeira, pois atinge somente suas camadas mais externas. O pr-tratamento pode ser dispensado pela indstria quando a secagem da madeira feita em estufas, imediatamente aps desdobro das toras, e no deve ser considerado, pelo consumidor, como um tratamento definitivo da madeira que vai garantir sua proteo quando seca e em uso.

1.4.3 Dimenses Comerciais de Madeiras Serradas

As serrarias produzem a maior diversidade de produtos: pranchas, pranches, blocos, tbuas, caibros, vigas, vigotas, sarrafos, pontaletes, ripas e outros. A tabela abaixo apresenta os principais produtos obtidos nas serrarias, bem como as dimenses dos mesmos.

1.4.4 Dimenses Mnimas da Seo Transversal de Peas de Madeira Serrada Usadas em Estruturas

As sees transversais de peas utilizadas em estruturas devem ter certas dimenses mnimas, para se evitar o fendilhamento ou flexibilidade exagerada.

1.5 Madeira Compensada

O compensado um painel composto de vrias camadas de lminas de madeira de pequena espessura coladas entre si por um adesivo. Cada camada ou lmina colocada de forma que a direo das suas fibras forme um ngulo de 90 com a da outra camada adjacente. Geralmente composto de um nmero mpar de lminas. Ao controlar espessura e a quantidade dessas lminas, possvel obter painis de diferentes espessuras. Porm, painis de 3, 5 e 7 lminas so os mais produzidos, cujas espessuras variam de 4 mm a 18 mm.Na sua composio podem ser utilizados diversos tipos de madeira. possvel encontrar vrios tipos de compensado, com diferentes processos de industrializao e madeiras em sua composio, surgindo assim as subcategorias de compensados, que so: os laminados, sarrafeado, naval, blockboard, entre outros. H uma grande variao do tamanho, da espessura e da densidade das placas. O preo do compensado varia muito conforme sua subcategoria.Para fabricar madeira compensada: Uma tora amolecida com vapor e colocada em um torno; Uma lmina descasca finas camadas de madeira transformando-as em folhas de madeira contnua. Quando estiver seca, essa folha de madeira muito forte em uma direo (ao longo da fibra) e muito fraca em outra (na transversal da fibra); Diversas camadas dessa folha de madeira (geralmente entre 5 e 7) so unidas em camadas, com a direo das fibras alternando-se entre as diferentes camadas. Entre as camadas usa-se cola; Essa "pilha" aquecida e submetida presso para formar um painel rgido. Devido direo das fibras nas camadas de folha de madeira alternadas, o painel extremamente forte em todas as direes.

1.6 Madeira Laminada e Colada

A fabricao da madeira laminada colada (MLC) rene duas tcnicas bastante antigas. Como o prprio nome indica, a mesma foi concebida a partir da tcnica da colagem aliada tcnica da laminao, ou seja, da reconstituio da madeira a partir de lamelas.Chama-se, portanto, "madeira laminada colada" as peas de madeira, reconstitudas a partir de lminas, que so de dimenses relativamente reduzidas se comparadas s dimenses da pea final assim constituda. Essas lminas, que so unidas por colagem, ficam dispostas de tal maneira que as suas fibras estejam pararelas entre si. As lminas de madeira so obtidas por um processo de fabricao que se inicia com o cozimento das toras de madeira e seu posterior corte em lminas. A MLC deve ser fabricada utilizando peas individuais de alta resistncia, madeira serrada e seca em cmaras de secagem, laminados juntos sob presso para formar peas de grandes dimenses que mantem a beleza tradicional da madeira juntamente com a fora da engenharia, elevada resistncia ao fogo, eficincia trmica e estabilidade dimensional.

1.7 Madeira Microlaminada e Colada

Formados por finas lminas de madeira variando entre 1 e 5 mm de espessura, aos quais so denominadas de microlaminados. As lminas so obtidas por corte rotatrio do tronco. O LVL ( Laminated Veneer Lumber) produzido a partir dde lminas que, aps a secagem, so empilhadas com as fibras orientadas na direo do comprimento e coladas com as juntas defasadas. a colagem feita sob presso a uma temperatura de 150. Utilizando essa tcnica podem-se produzir diversos produtos com at 20 m de comprimento, na forma de vigas ou chapas, com espessuras variando entre 20 e 200mm.

1.8 Produtos de madeira recomposta na forma de placas

Produtos na forma de placas desenvolvidos a partir de resduos da madeira em flocos, lamelas ou partculas. Em geral no so consideradas materiais de construo devido a baixa resistncia e durabilidade, sendo muito utilizadas na indstria de mveis.So produzidas por fibras de madeira de comprimentos pequenos (~ at 10 cm), recompostas sem a necessidade de orientao das mesmas. So conhecidas como painis OSB (Oriented Strand Board).

1.9 Sistemas Estruturais em Madeira

A madeira como material estrutural normalmente se encontra em diferentes formas tais como: madeira em tora; madeira serrada; madeira laminada colada; madeira compensada e madeiras reconstitudas. O comportamento estrutural desses diferentes tipos de madeira est relacionado com o arranjo da estrutura interna, que dependendo da forma final do produto resulta em maior ou menor grau de anisotropia. Normalmente, as madeiras reconstitudas tm propriedades isotrpicas o que garante seu excelente desempenho estrutural, diversificando seu emprego nas construes. Portanto, sua aplicao como material estrutural exige um domnio do conhecimento da estrutura interna dos diferentes tipos de madeira para orientar as tcnicas de detalhamento das ligaes e de regies especiais das estruturas, garantindo-se a segurana e durabilidade das construes de madeira.

1.9.1 Trelias de Cobertura

A estrutura de madeira composta por uma armao principal e outra secundria, tambm conhecida por trama. A estrutura principal poder ser constituda por tesouras ou por pontaletes e vigas principais, sendo a trama constituda pelas ripas, pelos caibros e pelas teras.

A soluo tipo PRATT quase no usada em estruturas de madeira, apesar da geometria apresentar a convenincia de barras comprimidas mais curtas e barras tracionadas mais longas, do que na soluo tipo HOWE. A razo a grande dificuldade em dar soluo s ligaes das mesmas.

As tesouras tipo BELGA e BOWSTRING so variaes que raramente so usadas, mas que podem ter aplicao justificada, para atender condies especiais.

1.9.2 Vigamentos para Piso

Bastante usado para a confeco de pisos, em que vigas so dispostas a distncias pequenas entre si, dando apoio a peas transversais e tbuas, ou dando apoio diretamente s tbuas.

1.9.3 Prticos

Um aspecto determinante de sua convenincia construtiva o processo de pr- fabricao. Os prticos de madeira podem ser tri-articulados, o que possibilita a pr-fabricao das duas metades na indstria, e o seu posterior transporte e montagem no local. Outro aspecto muito conveniente da concepo do prtico tri-articulado a inexistncia de esforos de flexo nos respectivos apoios (pilares ou fundaes). Isto simplifica bastante a soluo das fundaes, gerando correspondente economia.

1.9.4 Pontes

As pontes de madeira seguem, em linhas gerais, os mesmos sistemas estruturais de outros materiais. Por outro lado, como o material madeira extremamente verstil e associado ao quesito leveza, tm-se solues nicas para algumas situaes. Pode-se trabalhar na questo de concepo de projeto basicamente com elementos lineares e elementos bidimensionais. Alm da madeira macia, em toras ou serrada, dispem-se de composies destes elementos como chapas de madeira laminada compensada, laminated veneer lumber (LVL - chapa laminada prensada de madeira), madeira recomposta (MDF), etc.

As pontes de madeira so compostas basicamente, por:

Vigas, tambm chamadas de longarinas; Transversina; Rodeio e; Por elementos secundrios: defensas e guarda rodas.

1.9.5 Estruturas Aporticas para Edificaes

So geralmente constitudos por grelhas planas para os pisos, com suas vigas principais apoiadas em pilares e formando com estes um sistema de prtico espacial. A estabilidade da edificao tendo em vista as aes horizontais e os efeitos de imperfeies como desalinhamentos de pilares, depende da rigidez das ligaes viga-pilar. Se estas ligaes forem rgidas, as cargas horizontais atuam sobre prticos formados pelas vigas e pilares. Para as ligaes viga-pilar flexveis, aquelas que se aproximam do funcionamento de uma rtula, a estabilidade lateral da edificao depende de sistemas de contraventamento vertical como paredes diafragma ou treliados em X.

1.9.6 Cimbramento de Madeira

Escoramentos so disposies estruturais com a finalidade de sustentar as respectivas formas e seus correspondentes carregamentos, mantendo-as com os devidos alinhamentos e dimenses finais. Neste sentido, diga-se que os escoramentos devem proporcionar a devida absoro de aes que ocorram durante o perodo de sua utilizao, tais como a ao do vento, passagem de materiais, e a presena dos respectivos operrios com seus equipamentos.

Formas para concreto so disposies estruturais com a finalidade de moldagem das peas concebidas no respectivo projeto estrutural de concreto. No se visualiza, no atual momento tecnolgico da Construo Civil, outro material que oferea a versatilidade, praticidade e economia como a madeira o faz, para cumprir os seus propsitos.Considerem-se includos na categoria de formas de madeira os produtos manufaturados, tais como chapas de compensados, e de madeira recomposta, como as chapas OSB (Oriented Strand Board).As formas so estruturas provisrias, que tm a funo de sustentar o concreto fresco at que o mesmo atinja a cura correspondente, auto sustentando-se. Deve-se levar em conta no seu projeto, que as mesmas contenham os empuxos laterais respectivos, o peso prprio e do concreto, alm das sobrecargas previstas durante o processo construtivo. Tambm reveste-se de grande importncia a estanqueidade das mesmas, evitando-se a segregao do concreto fresco.

Captulo 3 - Propriedades mecnicas - Bases de clculo

3.1 IntroduoDeve-se considerar para a elaborao do projeto estrutural, as propriedades mecnicas da madeira, conforme prescreve a norma NBR-7190, estabelecendo-se a distino entre os valores relativos trao e compresso. Tambm importante a considerao das respectivas direes em relao s fibras: direo paralela e normal. Alm disto, a determinao da classe de umidade orientar a definio final de tais valores. De acordo com a NBR 7190, para a caracterizao completa da madeira para uso em estruturas, as seguintes propriedades devem ser determinadas por meio de ensaio: resistncias compresso paralela e normal s fibras; resistncias trao paralela e normal s fibras; resistncias cisalhamento paralela s fibras; resistncias ao embutimento paralela e normal s fibras; mdulo de elasticidade na compresso paralela e normal s fibras; dentre outros.

3.2 Propriedades mecnicas obtidas de ensaios padronizados

Resistncia compresso

3.3 Variao das propriedades mecnicas de madeiras de cada espcie3.4 Variao de propriedades mecnicas de madeira de espcies diferentes3.5 Classificao de peas estruturais de madeira em categorias3.6 Mtodos de clculo3.7 Bases de clculo segundo a NBR 7190 423.8 Critrios de dimensionamento para solicitaes simples segundo a NBR 7190/97 48CAPTULO 33.8. CRITRIO DE DIMENSIONAMENTO PARA SOLICITAES SIMPLES SEGUNDO A NBR 7190/963.8.1 COMPRESSO PARALELA S FIBRASEm peas curtas sujeitas a compresso axial o critrio de segurana dado por:

Onde: = tenso solicitante de projeto= tenso resistente de projeto compresso paralela s fibras, que pode ser usada para peas com fibras inclinadas at 6 em relao ao eixo longitudinal da pea.3.8.2 COMPRESSO NORMAL S FIBRASNas peas submetidas compresso normal s fibras, conforme ilustrado na Fig. 3.16, a segurana garantida com a expresso:

A tenso resistente compresso normal s fibras tomada igual a 0,25 quando a extenso da carga medida na direo das fibras (b na Fig. 3.16) igual ou superior a 15cm. Para b < 15cm a tenso dada pela expresso a seguir, quando a distncia ao extremo da pea for maior que 7,5cm:

Lembrando que a resistncia definida por um critrio de deformao excessiva (Fig. 3.3b), o coeficiente leva em conta a maior rigidez da madeira para esforos aplicados em pequena rea. Esse acrscimo de rigidez devido deformao local, que solicita as fibras trao.

Fig. 3.16 Tenso de compresso normal s fibras ( em peas estruturais de madeira. 3.8.3 COMPRESSO INCLINADA EM RELAO S FIBRASA tenso resistente compresso numa face cuja normal est inclinada do ngulo em relao direo das fibras, conforme ilustrado na Fig. 3.9, dada pela frmula emprica de Hankinson (Eq. (3.14)):

3.8.4. TRAOEm peas tracionadas com esforo paralelo s fibras ou com inclinao de at 6 em relao s fibras, a condio de segurana dada por:

De acordo com a NBR 7190, quando no for possvel a realizao do ensaio de trao uniforme, a resistncia trao paralela s fibras pode ser igualada resistncia trao na flexo (Eq. (3.4)), conforme indicado na Tabela 3.2. Para peas com fibras com inclinao > 6 utiliza-se a frmula de Hankinson (Eq. (3.14)).A resistncia da madeira trao normal s fibras considerada nula para fins de projeto estrutural.3.8.5. FLEXO SIMPLES RETAPara uma viga sujeita flexo em torno de um eixo principal de inrcia, as tenses normais de bordo devem atender s seguintes condies

Nas Eqs. (3.29) as tenses solicitantes de projeto nos bordos comprimido ( e tracionado () so calculadas pela conhecida expresso de Resistncia dos Materiais:

Onde: W o mdulo de resistncia flexo do bordo considerado.Md o momento fletor de projeto.3.8.6 CISALHAMNENTO LONGITUDINAL EM VIGASEm vigas submetidas flexo com esforo cortante, o critrio de segurana referente s tenses cisalhantes dado por:

Onde a tenso resistente de projeto a cisalhamento paralelo s fibras. Na ausncia de dados experimentais referentes a podem ser utilizadas as seguintes relaes para tenses resistentes:Conferas: Dicotiledneas:

Referncias BibliogrficasYAZIGI, W. A Tcnica de Edificar, Editora Pini, So Paulo, 4a Edio- 2002 NETO, M. F. H. Estruturas de madeira da UFPF. Tese de Mestrado. Uiversidade Federal do Paran UFPR, 2012. PFEIL, W; M. PFEIL. Estruturas de madeira , Livros Tcnicos e Cientficos Editora S. A., 6a edio, ISBN 85-216-1385-7, 2003 BAUER, L. A. F. Materiais de Construo. Vol. 1 e 2. So Paulo: LTC, 2000.