aula 3 - construção em madeira - v1

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


Higroscopia

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




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


≥ 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


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

sat

s bas

V

m= ρ


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



12

12ap

V

m= ρ




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


P r o p r i e d


L

R

T

É importantediferenciar as

propriedadesfísicas de acordocom as direçõesdas fibras.

Orientação das fibras


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



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);






Retração

P r o p r i e d


P r o p r i e d


Distorções em peças de madeira em relaçãoaos anéis de crescimento, conseqüência da retração.


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



Retração x

Umidade



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.




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

d e s e l á s t i c a s

P r o p r i e d a



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

r i e d a d e s e l á s t i c a s

P r o p


As propriedadeselásticas sãodefinidas emfunção das direçõesdas fibras.


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




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


P r o p r i e d a


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;


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


P r o p



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






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

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



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



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

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




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

r o p r i e d a d


P r o p r i e d a d



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


P r o p r



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






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


P r o p r i e d a d



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


P r o p r


Ruptura:Inicialmente ocorre falha na região comprimida(flambagem local); ruptura final na região tracionada.


Classes de resistência NBR 7190/97

P



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%.




Classes de resistência NBR 7190/97

P r o p r i e d a d


P r o p r i e d a d


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%.


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

r o p r


P r o p r



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






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

P r o p r i e d a



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

r i e d a d e s t é r m i c a s

P r o p

r i e d a d e s t é r m i c a s


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

P r o p r i e d a d e s t é r m i c a s




Resistência ao fogo

P r o p r i e d a


P r o p r i e d a


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