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ESTRUTURAS DE MADEIRADimensionamento de Elementos Estruturais em Madeira Segundo a NBR 7190:1997
No Brasil a madeira é empregada para diversas finalidades,
sendo as principais descritas a seguir:
Coberturas: residenciais, comerciais, industriais e construções
rurais;
Cimbramentos para estruturas de concreto;
Pontes, viadutos e passarelas;
Linhas de transmissão de energia elétrica em baixa tensão e
telefonia;
Componentes para edificações: divisórias, esquadrias, forros e
pisos.
UTILIZAÇÃO DA MADEIRA
Um aspecto importante e desconhecido pela sociedade refere-
se à questão ecológica, ou seja, quando se pensa no uso da madeira é
automático para o leigo imaginar grande devastação de florestas.
Consequentemente, o uso da madeira parece representar um imenso
desastre ecológico. No entanto, é esquecido que, em primeiro lugar, a
madeira é um material renovável e que durante a sua produção
(crescimento) a árvore consome impurezas da natureza,
transformando-as em madeira. A não utilização da árvore depois de
vencida sua vida útil devolverá à natureza todas as impurezas nela
armazenada. Em segundo lugar, não se deve esquecer jamais que a
extração da árvore e o seu desdobro são um processo que envolve
baixíssimo consumo de energia, além de ser praticamente não
poluente.
GENERALIDADES
Outro fato importante e quase desconhecido pelos leigos
refere-se a alta resistência mecânica da madeira. As madeiras de
uma forma geral apresentam resistências iniciais idênticas a do
concreto convencional, basta comparar os valores da resistência
característica destes materiais. Concretos convencionais de
resistência significativa pertencem à classe de concretos C20,
enquanto a classe de resistência de madeira começa com C20 e chega
até C60.
Em termos de manuseio, a madeira apresenta uma
importante característica que é a baixa densidade. Esta equivale a
aproximadamente um oitavo da densidade do aço.
GENERALIDADES
A extração e o corte das toras envolvem baixo consumo de energia;
Os processos de produção do aço e do concreto, são altamente
poluentes, antecedidos por agressões ambientais consideráveis
para obtenção de matéria prima. Os referidos processos requerem
alto consumo energético e a matéria prima retirada da natureza
jamais será reposta;
A madeira apresenta alta resistência em relação à densidade, ou
seja, apresentam baixo peso próprio.
Conveniente desempenho a altas temperaturas apesar da sua
inflamabilidade;
Aspecto visual agradável;
Material renovável e abundante no país.
VANTAGENS DA PRODUÇÃO DE MADEIRAS PARA
ESTRUTURAS
Absorve e perde umidade facilmente (higroscopicidade);
Retratibilidade (alteração dimensional, de acordo com a umidade ea temperatura);
Estrutura fibrosa, oferecendo uma propriedade direcional;
Combustibilidade;
Se obtida de forma irregular e descontrolada, pode causar odesmatamento de grandes regiões, contribuindo para odesequilíbrio ecológico;
Por ser fibrosa, apresenta um grau de deterioração considerávelcom o tempo.
Obs.: Vale ressaltar que a madeira tem a desvantagem da sua combustibilidade. Contudo, elaresiste a altas temperaturas e não perde resistência sob altas temperaturas como acontececom o aço, por exemplo. Em algumas situações a madeira acaba comportando-se melhor que oaço, pois apesar dela ser lentamente queimada e provocar chamas, a sua seção não queimadacontinua resistente e suficiente para absorver os esforços atuantes. Ao contrário da madeira,o aço não é inflamável, mas em compensação não resiste a altas temperaturas.
DESVANTAGENS DA PRODUÇÃO DE MADEIRAS PARA
ESTRUTURAS
COMPORTAMENTO DA MADEIRA EM SITUAÇÃO DE
INCÊNDIO
Peças principais isoladas, como vigas
e barras longitudinais de treliças
A madeira tem um processo de formação que se inicia nas raízes. A
partir delas é recolhida a seiva bruta (água + sais minerais) que em
movimento ascendente pelo alburno atinge as folhas. Na presença de luz,
calor e absorção de gás carbônico ocorre a fotossíntese havendo a formação
da seiva elaborada (glicose produzida no processo de fotossíntense). Esta
em movimento descendente (pela periferia) e horizontal para o centro vai
se depositando no lenho, tornando-o consistente como madeira.
FISIOLOGIA DA ÁRVORE E PROCESSO DE FORMAÇÃO
DA MADEIRA
Figura 1 – Processo de formação da madeira.
Como é sabido, a morte de uma árvore ocorrerá caso seja feita
a extração da casca envolvendo todo o perímetro a qualquer altura do
tronco. Basta interromper o fluxo ascendente ou descendente da
seiva bruta ou elaborada. É como interromper o fluxo de sangue para
o coração em um ser humano.
FISIOLOGIA DA ÁRVORE E PROCESSO DE FORMAÇÃO
DA MADEIRA
FISIOLOGIA DA ÁRVORE E PROCESSO DE FORMAÇÃO
DA MADEIRA
Figura 2 – Seção transversal do tronco de uma árvore. Figura 3 – Descrição simplificada da anatomia da madeira.
Observando uma seção transversal (Figura 3) do tronco
percebem-se as seguintes partes: casca, câmbio, medula, alburno e
cerne.
A casca protege a árvore contra agentes externos e é dividida
em duas partes: camada externa, composta de células mortas e
camadas internas, formadas por tecidos vivos.
FISIOLOGIA DA ÁRVORE E PROCESSO DE FORMAÇÃO
DA MADEIRA
O câmbio é a parte viva da árvore. Todo o aumento de
diâmetro da árvore vem dele, por adição de novas camadas e não do
desenvolvimento das mais antigas.
A medula é parte central que resulta do crescimento vertical,
onde ocorre madeira de menor resistência.
O alburno é formado de madeira jovem, mais permeável,
menos denso, e mais sujeito ao ataque de fungos apodrecedores e
insetos e com menor resistência mecânica.
O cerne é formado das modificações do alburno, onde ocorre a
madeira mais densa, sendo esta, mais resistente que a do alburno.
As árvores para aplicações estruturais são classificadas em
dois tipos quanto à sua anatomia: coníferas e dicotiledôneas. As
coníferas são chamadas de madeiras moles, pela sua menor
resistência e menor densidade em comparação com as dicotiledôneas;
são típicas de regiões de clima frio. Os dois exemplos mais
importantes desta categoria de madeira são o Pinho do Paraná e os
Pinus. As dicotiledôneas são chamadas de madeiras duras pela sua
maior resistência; têm maior densidade e aclimatam-se melhor em
regiões de clima quente. Como exemplo temos praticamente todas as
espécies de madeira da região amazônica. Podemos citar mais
explicitamente as seguintes espécies: Ipê, os Eucaliptos,
Maçaranduba, Jatobá, Angelim, etc.
ANATOMIA DA MADEIRA E CLASSIFICAÇÃO DAS
ÁRVORES
Quando se trata da madeira, é pouco provável a obtenção da
matéria-prima isenta de defeitos, que por fim possa ser aproveitada em
sua totalidade. Por ser um material biológico, este guarda consigo uma
carga genética que determina suas características físicas e mecânicas e,
como muitos seres vivos, possui particularidades que são acentuadas ou
abrandadas conforme as condições ambientais. Nas figuras a seguir
serão apresentados os principais defeitos que podem ocorrer nas peças
de madeira.
Nós → Os nós são originários dos galhos existentes nos troncos da
madeira após o desbaste dos mesmos. Reduzem a resistência da
madeira pelo fato de interromperem a continuidade e direção das
fibras.
DEFEITOS DA MADEIRA
Figura 4 – Presença de nós na madeira.
Falhas naturais da madeira → Dois tipos de falhas principais podem
ocorrer devido à natureza da madeira. A primeira delas está
relacionada com o encurvamento do tronco e dos galhos durante o
crescimento da árvore, alterando o alinhamento das fibras e podendo
influenciar na resistência. Outro fator a ser observado é a presença de
alburno, que por suas próprias características físicas apresenta
valores de resistência menores.
DEFEITOS DA MADEIRA
Figura 5 – Presença de alburno na madeira.
Presença de medula→ Quando a peça serrada contém a medula,
provoca diminuição da resistência mecânica e facilita o ataque
biológico. Podem também surgir rachaduras no cerne próximo à
medula, decorrentes de fortes tensões internas devidas ao
processamento.
DEFEITOS DA MADEIRA
Figura 6 – Presença de medula na madeira.
Defeitos por ataques biológicos→ Estes defeitos surgem dos ataques
provenientes de fungos ou insetos. Os insetos causam as perfurações,
que podem ser pequenas ou grandes, já os fungos causam manchas
azuladas e podridões (clara ou parda).
DEFEITOS DA MADEIRA
Figura 7 – Ataques biológicos.
Defeitos de secagem→ São originados pela deficiência dos sistemas de
secagem e armazenamento das peças. Podem ser: encanoamento,
arqueamento, encurvamento e torcimento.
DEFEITOS DA MADEIRA
Figura 8 – Defeitos de secagem.
Defeitos de processamento da madeira→ São defeitos originados na
manipulação, transporte, armazenamento e desdobro da madeira.
Destacam-se dois defeitos principais: as arestas quebradas e a
variação da seção transversal.
DEFEITOS DA MADEIRA
Figura 9 – Defeitos de processamento.
Conhecer as propriedades físicas da madeira é de grande
importância porque estas propriedades podem influenciar
significativamente no desempenho e resistência da madeira utilizada
estruturalmente.
Podem-se destacar os seguintes fatores que influem nas
características físicas da madeira:
Espécie da árvore;
O solo e o clima da região de origem da árvore;
Fisiologia da árvore;
Anatomia do tecido lenhoso;
Variação da composição química.
Devido a este grande número de fatores, os valores numéricos
das propriedades da madeira, obtidos em ensaios de laboratório, oscilam
apresentando uma ampla dispersão.
PROPRIEDADES FÍSICAS DA MADEIRA
Entre as características físicas da madeira, cujo conhecimento éimportante para sua utilização como material de construção, destacam-se:
Umidade → A umidade da madeira é determinada pela expressão:
𝑊 =𝑚1 −𝑚2
𝑚2∗ 100
Onde: m1 é a massa úmida, m2 é a massa seca e W é a umidade (%).
Em relação ao teor de umidade da madeira são utilizados doistermos bastantes comuns:
Madeira verde → Apresenta umidade igual ou superior ao ponto desaturação, ou seja, umidade em torno de 25%.
Madeira seca ao ar → Caracterizada por uma umidade adquirida nascondições atmosféricas locais, ou seja, a madeira atingiu o ponto de equilíbriocom o meio ambiente. A NBR 7190/1997 considera o valor de 12% comoreferência.
PROPRIEDADES FÍSICAS DA MADEIRA
Densidade → A norma brasileira apresenta duas definições de
densidade a serem utilizadas em estruturas de madeira: a densidade
básica e a densidade aparente. A densidade básica da madeira é
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 densidade aparente é determinada para uma umidade padrão
de referência de 12%, pode ser utilizada para classificação da madeira e
nos cálculos de estruturas.
PROPRIEDADES FÍSICAS DA MADEIRA
Retratibilidade → Redução das dimensões pela perda da água de
impregnação da madeira. Como pode ser observado pelo diagrama da
Figura 3, a madeira tem maior retratibilidade na direção tangencial,
seguida pela radial e axial.
PROPRIEDADES FÍSICAS DA MADEIRA
Figura 10 – Comparação de retratibilidades.
Segundo Pfeil e Pfeil (2013), as madeiras utilizadas nas
construções podem ser classificadas em duas categorias:
Categoria I → Maciças
Madeira bruta ou roliça → Empregada em forma de troncos; é utilizada
em estacas, escoramentos, postes e colunas.
TIPOS DE MADEIRA DE CONSTRUÇÃO
Figura 1 – Madeira bruta ou roliça.
Madeira falquejada → As faces laterais são aparadas a machado,
formando seções maciças, quadradas ou retangulares; é utilizada em
estacas , cortinas cravadas e pontes.
TIPOS DE MADEIRA DE CONSTRUÇÃO
Figura 2 – Madeira falquejada.
Madeira serrada → O tronco é cortado nas serrarias, em dimensões
padronizadas para o comércio, passando posteriormente por um período
de secagem.
TIPOS DE MADEIRA DE CONSTRUÇÃO
Figura 3 – Madeira serrada.
Madeira compensada → Bastante utilizada em portas, armários e
divisórias, é formada pela colagem de três ou mais lâminas, alternando-se
as direções das fibras em ângulo reto. Os compensados podem ter três,
cinco ou mais lâminas, sempre em número ímpar. Esse tipo de madeira
apresenta vantagens sobre a maciça em estados de tensões biaxiais, que
aparecem, por exemplo, nas almas das vigas.
TIPOS DE MADEIRA DE CONSTRUÇÃO
Figura 3 – Madeira compensada.
Madeira laminada e colada → Fabricada por meio da colagem, com
adesivos e alta pressão, de lâminas de madeira com fibras em direção
paralela. Quando as lâminas são muito finas (1 a 5 mm de espessura),
fala-se em micro laminados. Trata-se de um produto mais homogêneo que
a madeira serrada, pois não há a presença de nós indesejáveis, o que
permite formar peças de grande comprimento, dentre elas, vigas de seção
retangular. Seu preço, entretanto, é mais elevado.
TIPOS DE MADEIRA DE CONSTRUÇÃO
Figura 3 – Madeira laminada e colada.
Madeira recomposta → é um produto geralmente encontrado na forma de
placas, fabricado por meio de serragem e resíduos de madeira
compensada, convertidos em flocos e colados sob pressão. No caso dos
famosos painéis OSB (Oriented Strand Board), utilizam-se pequenas
lascas de madeira com as fibras orientadas e coladas sob alta
temperatura. O OSB possui reduzida massa específica e é bastante
comum na Europa e América do Norte, tendo sua utilização voltada para
painéis diafragmas, almas de vigas I compostas, revestimentos de piso e
cobertura.
TIPOS DE MADEIRA DE CONSTRUÇÃO
Figura 3 – Madeira recomposta.
DIMENSÕES MÍNIMAS
Seções transversais mínimas
Peças principais isoladas, como vigas
e barras longitudinais de treliças
Peças secundárias
DIMENSÕES MÍNIMAS
Seções transversais mínimas
Peças principais múltiplas
Peças secundárias múltiplas
DIMENSÕES MÍNIMAS
Espessura mínima de chapas
Espessura mínima das chapas
de aço de ligações
9 mm → pontes
6 mm → outros casos
Dimensões mínimas das arruelas
Espessura mínima
9 mm → pontes
6 mm → outras estruturas ≥ 1/8 do lado ou d
DIMENSÕES MÍNIMAS
Diâmetros mínimos de pinos e cavilhas
Diâmetro mínimo
dos pregos3 mm → fyk ≥ 600 MPa
Diâmetro mínimo
dos parafusos10 mm → fyk ≥ 240 MPa
Cavilhas 16, 18 e 20 mm
