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1_aula Madeiras

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1_aula Madeiras
MATERIAIS DE CONSTRUÇAO II
Engenharia Civil
Madeiras
Generalidades, Classificação, Propriedades
Vantagens - madeira como material
construção
• disponibilidade em grandes quantidades
– preço relativamente baixo
– capacidade de renovação
• peças com dimensões estruturais que podem ser
desdobradas facilmente em peças pequenas
– facilidade ligações e emendas;
• resistência mecânica elevada
– Flexão: 45MPa (4,5 MPa concreto)
– Cisalhamento: 15MPa (3,5 Mpa concreto);
– peso próprio reduzido.
Vantagens - madeira como material
construção
• resistência mecânica:
• à choques e cargas dinamicas – absorve
impactos
•isolamento térmico e absorção acústica.
• padrões estéticos e decorativos de interesse.
• vida útil prolongada, baixo custo manutenção.
Desvantagens madeira material
construção
degradação de suas propriedades
surgimento tensões internas
alterações em sua umidade
processos de secagem artificial controlada.
A deterioração de suas propriedades
ambientes que favoreçam o desenvolvimento de seus principais
predadores
tratamentos de preservação.
heterogeneidade e anisotropia, limitação dimensões
processos de transformação
laminados e aglomerados de madeira.
Material...
inflamável
biodegradável
Composição química
Localiza-se principalmente na lamela
média onde é depositada durante a
lignificação do tecido vegetal.
Quando o processo de
lignificação é
completado,
geralmente coincide
com a morte da célula
formando o que se
denomina tecido de
resistência. Daí
concluir-se que a
lignina é um produto
final do metabolismo
da planta.
Lamela media
Funções da lignina na planta
•Aumenta a rigidez da parede celular.
•Une (cimenta) as células umas as outras.
•Reduz a permeabilidade da parede celular à
água.
•Protege a madeira contra microorganismos
(sendo essencialmente fenólica, a lignina age
como um fungicida).
Aditivo Plastificante Redutor de Água
O composto orgânico mais empregado na produção
dos aditivos redutores de água é o lignosulfonato.
Permitem a redução da quantidade de água no concreto
para a obtenção de um determinado abatimento,
melhorando as propriedades mecânicas e de durabilidade.
Comercialmente estes aditivos podem reduzir a água total
de mistura entre 5% a 25%, quando comparados à mistura
de referência sem aditivo redutor de água.
O lignosulfonato ionizado permite a geração de cargas na
superfície do cimento e a repulsão eletrostática.
Como aditivo retardador de pega:
Geralmente o lignosulfonato causa um atraso
dos tempos de pega, devido à presença de
impurezas
como
açúcares,
em
sua
composição.
Utilização da madeira
•
•
•
combustível 53%,
material de construção 37%;
matéria prima para outros
usos industriais 10%
Classificação
Madeiras finas
marcenaria, esquadrias, marcos:
Exemplos: loiro, cedro, açoita-cavalos, etc.
Madeiras duras ou de lei
suportes e vigas;
Exemplos: peroba, paraju, grápia, angico, etc.
Madeiras resinosas
construções temporárias ou protegidas do intemperismo;
exemplos: pinho (formas)
Madeiras brandas
pequena durabilidade,
facilidade de trabalho
Não são usadas em construção; timbaúva.
Crescimento das árvores
A seção transversal do tronco de uma árvore permite distinguir as seguintes
partes bem caracterizadas de fora para dentro:
Casca: Protege contra agentes externos.
Câmbio: Camada invisível a olho nu, entre casca e o lenho,
Anel de crescimento: camada de tecido lenhoso formada anualmente. Permitem
caracterizar as três direções diferenciais da anisotropia do material:
• axial - segundo eixo da
árvore,
• tangencial - tangente aos
anéis,
•radial - normal aos
mesmos.
Lenho: (Alburno e Cerne). É a parte resistente das árvores.
• Alburno (células vivas): resiste aos esforços externos e
transporta a seiva das raízes às folhas.
• Cerne (células mortas): resiste aos esforços externos. Tem mais
peso, compacidade, dureza e durabilidade que o alburno e é menos
sujeito ao ataque de insetos e fungos.
Medula: Miolo central, mole, de tecido esponjoso e cor escura. Não tem
resistência mecânica nem durabilidade. Sua presença na peça desdobrada
constitui defeito.
Raios medulares: Transportam e armazenam a seiva. efeito amarração
transversal, inibem a retratibilidade devida a variações de umidade.
Aparecem nas secções radiais ou tangenciais de determinadas espécies
como um “espelhado” de bonito efeito estético e decorativo.
• Defeitos naturais e de processamento:
– A presença de defeitos naturais (nós e bolsas de
resina, p. ex.),
– ou de processamento (empenamentos e rachas de
secagem, p. ex.)
• Afeta a qualidade e desempenho das peças de
madeira serrada.
• Para adequar a qualidade das peças às
necessidades dos consumidores, existem normas
de classificação que distribuem as peças
produzidas em classes de qualidade.
Identificação das árvores
a) Identificação Vulgar: Maneira prática de se fazer a
identificação
b) Identificação Botânica: botânico especializado
determina a família, o gênero e a espécie na
classificação botânica; araucária brasileira - pinho
do Paraná, piptadenia rígida – jatobá, paracotema
peroba - Peroba do campo
c) Identificação Micrográfica: prisma de 1 x 1 x 4 cm;
constituição anatômica do lenho; número, forma e
disposição dos elementos celulares que o
compõem.
Produção das madeiras
Levantamento Dendrométrico:
•aproveitamento econômico adequado, avaliação e
cubagem dos exemplares a serem abatidos.
Corte de árvores:
• realizado em épocas apropriadas, inverno.
• não influi sobre a resistência, mas influi na
durabilidade.
•Árvores abatidas no inverno secam lentamente sem
rachar ou fendilhar e, são menos atraentes a fungos e
insetos.
Toragem:
• Processo de desgalhagem: toras de 5 a 6m para
facilitar o transporte
Produção das madeiras
Desdobro ou desdobramento
• O desdobro é a etapa final para a transformação em material de construção:
• desdobro normal: produz peças inteiras lado à lado do tronco (a).
•Menor qualidade, contudo menor preço.
• desdobro radial: pranchas são retiradas na direção do raio (B).
•O desdobro radial produz peças de melhor qualidade, com menos
rachaduras durante a secagem, menores empenamentos.
Aparelhamento das peças
•serragem e resserragem das pranchas, executadas com serra circular
ou em serra de fita, com um, dois ou três fios de serra
Águas da madeira
1 - Água de Constituição
• combinação química constituintes tecido lenhoso
• não é retirada na secagem em estufa.
2 - Água de Impregnação
• madeira úmida
– paredes celulósicas das células lenhosas
– inchamento na madeira (variações de volume)
– paredes das células completamente saturadas
– Sem extravase para os vazios celulares - ponto de
saturação ao ar.
3 - Água livre
• preenche os vazios celulares, após saturar as paredes das
células
• presença ou ausência não provocam qualquer alteração de
volume do material.
Águas da madeira
• Madeira Verde
– teor de umidade acima do ponto de saturação ao ar (acima de
30%)
• Madeira Semi-seca ; comercialmente seca
– 23 < h < 30%; 18 < h < 23%
• Madeira seca ao ar
– 13 < h < 18%
• Madeira completamente seca
– h = 0%
• Teor de umidade entre 13 e 17% (estado seco ao ar)
– 15% é o teor de referência no laboratório ou normalizado
– também usado para condições de serviço
Propriedades físicas da madeira
ABNT NBR 7190/97, anexo B - determinação das propriedades
das madeiras para projeto de estruturas, tendo como objetivos:
• características físicas e mecânicas das madeiras
– umidade,
densidade,
estabilidade
dimensional,
compressão paralela às fibras, tração paralela às fibras,
compressão normal às fibras, tração normal às fibras,
cisalhamento, fendilhamento, flexão, dureza, resistência ao
impacto na flexão, cisalhamento na lâmina de cola, tração
normal à lâmina de cola e resistência das emendas
dentadas e biseladas.
• dados comparativos
– caracterização de as espécies.
– Cálculo e execução de estruturas de madeira a ABNT adota
a NB-11.
Características físicas
1. Umidade Total
2. Variação Dimensional - Retratibilidade
•
Alterações de volume
•teor de umidade
•retração, Inchamento ou “Trabalho”
•direções principais: axial, radial e tangencial
A contração volumétrica total traduz
percentualmente a variação de volume, quando a
madeira passa do estado verde ao estado seca em
estufa.
A contração volumétrica de seca ao ar para
seca em estufa é chamada contração volumétrica
parcial e traduz a variação percentual de volume
entre esses dois estágios de umidade.
2.1 – Determinação percentual retração e inchamento
Porcentagens de retração total ou deformações
específicas de retração (εr,j), com;
j = 1 para a direção longitudinal;
j = 2 para a direção radial
j = 3 para a direção tangencial,
Porcentagens de inchamento total ou deformações
específicas de inchamento (εi,j):
Onde:
• Li,sat = dimensão linear, para U igual ou superior ao PS;
• Li,seca = dimensão linear, para U igual a 0%.
2.2 – Determinação da Retratibilidade Volumétrica
variação percentual para uma variação de 1% na umidade. É calculado dividindo-se a contração
volumétrica parcial (Ch) pelo teor de umidade seco ao ar (h%) no qual foi determinado:
No tocante ao teor de umidade, recomendase:
 especificar o teor de umidade médio e os
valores mínimo e máximo, considerando o local de
uso da madeira;
 verificar o teor de umidade das peças do lote,
por amostragem, empregando:
1. medidores elétricos (ensaio não destrutivo) de
acordo com as instruções do fabricante,
2. método de perda de massa em estufa (ensaio
destrutivo). Este último, apesar de ser mais
preciso, requer equipamentos de laboratório e é
bem mais demorado.
Curvas de Retratilidade volumétrica e linear
(pinho-do-Paraná – IPT)
Condutibilidade elétrica
• Quando seca
– excelente material isolante de elevada resistividade;
• Quando úmida
– condutora como a maioria dos materiais que contêm sais
minerais.
• Valores médios de resistividade transversal para as madeiras
–
h = 7% - 22.000 ΜΩ/χµ
–
h = 10% - 600 ΜΩ/χµ
–
h = 15% - 28 ΜΩ/χµ
–
h = 25% - 0,5 ΜΩ/χµ
• avaliação indireta do teor de umidade do material
– aparelhos determinação fácil, rápida e suficientemente precisa
do teor de umidade
Condutibilidade térmica
• isolante térmico
– sua estrutura celular (composta principalmente de celulose,
que é má condutora de calor) aprisiona numerosas pequenas
massas de ar.
• coeficiente de condutibilidade térmica, ou de transmissão de
calor:
• o número k de quilocalorias que atravessa uma área de 1m²
de parede desse material
• Alguns valores de k
–
–
–
–
–
–
0,04 - materiais muito isolantes
0,1 - madeiras em geral
0,5 a 1,0 - alvenarias de tijolos
2 a 3 - pedras naturais
50 – aço
300 - cobre
Beneficiamento das madeiras
• Secagem das madeiras
• umidade nas peças compatível com o ambiente
de emprego.
• Vantagens:
• redução do peso do material;
• minimiza a retração;
• aumento resistência mecânica e aos agentes de
deterioração.
• para processos de preservação das madeiras
(impregnação)
• secagem ou ausência de água livre;
• madeira precisa estar seca para receber pintura ou
envernizamento de proteção.
Beneficiamento das madeiras
• Processo de secagem
• evaporação superficial
• do núcleo para a periferia.
• secagem rápidas podem induzir surgimento de
tensões
• deformações (empenos) ou rupturas (fendas),
defeitos de uma secagem mal conduzida.
• secagem natural
• 3 a 4 meses para atingir equilíbrio com o ambiente
• secagem estufas
• tempo de 2 a 3 semanas da artificial (estufas)
Beneficiamento das madeiras
• Preservação ou tratamento
• processos de impregnação superficial
• pinturas superficiais ou imersão, penetração 23mm
• processos de impregnação sob pressão reduzida
• 2 banhos (quente e frio)
• topos de postes e mourões de cerca.
• 100°C - 4h
• penetração de 20 a 30mm no impregnante frio.
• processo de substituição da seiva
• postes mourões e pontaletes quando ainda verdes
• 6 semanas
• processo de impregnação por osmose pressão 2030kg/ cm².
• Preservação ou tratamento
• processos de impregnação sob pressão elevada.
• impregnação em autoclaves
• postes para redes elétricas , dormentes, peças imersas
água do mar
• produtos de preservação tóxicos:
• fungicidas, inseticidas, ou antimoluscos
• óleos preservativos: creosoto de destilação da hulha
de alcatrão, de óleos ou de madeira
• soluções salinas hidrossolúveis: à base de cobre,
cromo e boro (CCB) à base de cobre e arsênico em
solução amoniacal (ACA) à base de cobre, cromo e
arsênico (CCA).
• solução salinas solúveis em óleo: pentaclorofenol
diluído em óleos de baixa viscosidade, por exemplo.
Tratamento de preservação efetiva pode ampliar de 4 a 6
vezes a durabilidade natural da espécie.
Beneficiamento das madeiras
• Madeira Transformada
• reestruturação do material
• rearranjo de suas fibras resistentes
• tecnologia de alteração da estrutura orientada,
correção de características negativas.
• procedimentos reaglomeração
• colagem de finas lâminas desdobradas do material
original: madeira laminada compensada ou
contraplacados de madeira
• pequenos fragmentos;
• fibras: madeira transformada reconstituída.
Madeira na Construção Civil
Defeitos na Madeira
Nós
Nós
nós
Fendas
Bolsa de resina
Ataque por fungos
Abertura por perda de humidade
APLICAÇÃO DA MADEIRA NA
CONSTRUÇÃO CIVIL
A madeira na construção civil é aplicada
de três maneiras:
• através de acabamentos,
• formas de concreto,
• e estruturalmente.
Produtos de madeira
Fôrmas e escoras de madeira para concreto
Madeira roliça:
•produto com menor grau de processamento da
madeira.
•Consiste de um segmento do fuste da árvore,
obtido por cortes transversais (traçamento) ou
mesmo sem esses cortes (varas: peças longas de
pequeno diâmetro).
•Tais produtos são empregados, de forma
temporária, em escoramentos de lajes (pontaletes)
e construção de andaimes.
•Em construções rurais, é freqüente o seu uso em estruturas de telhado.
•Postes de distribuição de energia elétrica, em geral tratados com
produtos preservativos de madeira, que é empregada em estruturas de
edificações, assim como a madeira roliça empregada na pré-fabricação
das chamadas log homes.
•A madeira roliça na região centro-sul do país é proveniente de
reflorestamentos, principal-mente daqueles realizados com as diversas
espécies de eucalipto (Eucalyptus spp.).
Madeira serrada
A madeira serrada é produzida em
unidades industriais - serrarias - onde as
toras são processadas mecanicamente,
transformando a peça originalmente
cilíndrica em peças quadrangulares ou
retangulares, de menor dimensão.
Madeira beneficiada
A madeira beneficiada é obtida pela usinagem das
peças serradas, agregando valor às mesmas.
As operações são realizadas por equipamentos com
cabeças rotatórias providas de facas, fresas ou
serras, que usinam a madeira dando a espessura,
largura e comprimento definitivos, forma e
acabamento superficial da madeira.
Podem incluir as seguintes operações:
•aplainamento,
•molduramento e torneamento,
•desengrosso, desempeno, ranhurado, entre outras.
•Para cada uma destas operações existem máquinas
específicas, manuais ou não, simples ou complexas,
que executam vários trabalhos na mesma peça.
Madeira em lâminas
Existem dois métodos para a produção de lâminas:
Torneamento: tora já descascada e cozida é colocada em
torno rotativo.
As lâminas assim obtidas são destinadas à produção de
compensados.
Lâmina faqueada: é obtida a partir de uma tora inteira, da
metade ou de um quarto da tora, presa pelas laterais, para que
uma faca do mesmo comprimento seja aplicada sob pressão,
produzindo fatias únicas. Normalmente, essas lâminas são
originadas de madeiras decorativas de boa qualidade, com
maior valor comercial, prestando-se para revestimento de
divisórias, com fins decorativos.
Painéis
Os painéis de madeira surgiram da necessidade de amenizar
as variações dimensionais da madeira maciça, diminuir seu
peso e custo e manter as propriedades isolantes, térmicas e
acústicas.
Adicionalmente, suprem uma necessidade reconhecida no
uso da madeira serrada e ampliam a sua superfície útil,
através da expansão de uma de suas dimensões - a largura para, assim, otimizar a sua aplicação.
O desenvolvimento tecnológico verificado no setor dos
painéis à base de madeira tem ocasionado o aparecimento
de novos produtos no mercado internacional e nacional, que
vêm preencher os requisitos de uma demanda cada vez mais
especializada e exigente.
Compensado
O painel compensado é composto de várias lâminas
desenroladas, unidas cada uma, perpendicularmente
à outra, através de adesivo ou cola, sempre em
número ímpar, de forma que uma compense a outra,
fornecendo maior estabilidade e possibilitando que
algumas propriedades físicas e mecânicas sejam
superiores às da madeira original.
A espessura do compensado pode variar de 3 a 35
mm,
Dimensões planas de 2,10 m x 1,60 m, 2,75 m x
1,22 m e 2,20 m x 1,10 m.
Extensamente utilizado na indústria
construção civil, seu preço varia
espécies e a cola utilizadas, com a
faces e com o número de lâminas que
de móveis e
conforme as
qualidade das
o compõe.
Há compensados tanto para uso interno quanto
externo. Chapas finas de compensado apresentam
vantagens
sobre
as
demais
madeiras
industrializadas, pois são maleáveis e podem ser
encurvadas.
São encontrados no mercado três tipos:
laminados, sarrafeados e multissarrafeados.
Laminados: são produzidos com finas lâminas de
madeira prensada.
Compensado sarrafeado: o miolo é formado por
vários sarrafos de madeira, colados lado a lado.
Multissarrafeado é considerado o mais estável, seu
miolo compõe-se de lâminas prensadas e coladas na
vertical, fazendo um “sanduíche”.
Os compensados podem ou não ser comercializados
com aplicação de lâminas de madeira de uso mais
nobre ou mesmo laminado plástico. Nesses casos há
sempre a necessidade de revestimento das bordas.
Chapas de fibra:
•marcas mais conhecidas são
Duratex e Eucatex,
•obtidas pelo processamento da madeira de eucalipto, de cor
natural marrom, apresentando a face superior lisa e a inferior
corrugada.
•As fibras de eucalipto aglutinadas com a própria lignina da
madeira são prensadas a quente, por um processo úmido que
reativa esse aglutinante, não necessitando a adição de
resinas;
• chapas rígidas de alta densidade de massa, com espessuras
que variam de 2,5 mm a 3,0 mm
Chapa de fibra: MDF Chapa de densidade média
•medium density fiberboard - com densidade de massa entre 500 e 800 kg/m³,
são produzidas com fibras de madeira aglutinadas com resina sintética
termofixa.
Chapa de fibra: MDF Chapa de densidade média
•composição homogênea de alta qualidade.
•Estes painéis possuem bordas densas e de textura fina,
apropriados para trabalhos de usinagem e acabamento.
•Este tipo de painel pode ser serrado, torneado, lixado, furado.
•recebe bem pregos, parafusos e colas.
•Pode ser usado em móveis e na construção civil, com destaque
para portas de armário, frentes de gavetas, tampos de mesa,
molduras, pisos e outras aplicações.
•Matéria-prima para MDF: madeira de baixa densidade de massa
e cor clara, sendo favorecido o pinus.
HDF – high density fiberboards:
chapas produzidas pelo mesmo processo a seco, como as MDF mas com
maior densidade de massa – acima de 800 kg/m³.
Este tipo de painel, revestido com materiais apropriados, destina-se à
fabricação de pisos, por exemplo.
Chapas de partículas:
O aglomerado é uma
chapa de partículas de
madeiras selecionadas
de pinus ou eucalipto,
provenientes de
reflorestamento.
Essas partículas, aglutinadas com resina sintética termofixa, se
consolidam sob a ação de alta temperatura e pressão.
O aglomerado deve ser revestido, sendo indicado na aplicação
de lâminas de madeira natural e laminados plásticos.
não apresenta resistência à umidade ou à água
Chapas de partículas: MDP –
São painéis compostos de partículas de madeira ligadas
entre si por resinas de última geração.
têm a densidade elevada das camadas superiores (950 a
1000 kg/m³ em comparação a 800 kg/m³ do MDF), o que
assegura um melhor acabamento para pinturas, impressão e
revestimentos.
maior resistência à flexão, comparando-se com
aglomerados e MDF, ao empenamento e ao arrancamento de
parafusos, maior estabilidade dimensional e menor absorção
de umidade.
é indicado para partes de móveis residenciais e de
escritório que não necessitem de usinagens em baixo relevo,
entalhes ou cantos arredondados.
Chapas de partículas: OSB –
Painéis de partículas orientadas - oriented strand boards,
Possui resistência mecânica exigida para fins estruturais.
Os painéis são formados por camadas de partículas ou de feixes de
fibras com resinas fenólicas, que são orientados em uma mesma direção
e então prensados para sua consolidação.
Cada painel consiste de três a cinco camadas, orientadas em ângulo de
90 graus umas com as outras.
A resistência destes painéis à flexão estática é alta, não tanto quanto a
da madeira sólida original, mas tão alta quanto a dos compensados
estruturais, aos quais substituem perfeitamente.
O seu custo é mais baixo devido ao emprego de matéria-prima menos
nobre, mas não admitem incorporar resíduos ou “finos”, como no caso
dos aglomerados.
Tratamento da madeira
Ensaios de madeira Anexo b NBR7190/97
• Determinação propriedades madeiras - projeto de estruturas
• métodos de ensaio determinação de propriedades das
madeiras
• umidade; densidade;
• estabilidade dimensional;
• compressão paralela às fibras; compressão normal às
fibras;
• tração paralela às fibras; tração normal às fibras; tração
normal à lâmina de cola;
• cisalhamento; cisalhamento na lâmina de cola;
• flexão; resistência ao impacto na flexão;
• fendilhamento;
• dureza;
• embutimento.
• resistência das emendas dentadas e biseladas
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