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Tipologia: Notas de estudo
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A madeira é um material excepcional como material de construção além de ter qualidades muito grandes como matéria prima para outros produtos industrializados, e que vem sendo utilizada desde os primórdios da civilização.
Diversas pesquisas têm sido desenvolvidas no sentido de tratar a madeira para sua utilização em diversas etapas construtivas. As madeiras em seu estado natural têm características próprias que podem ser alteradas com tecnologia moderna. Algumas destas características mais importantes são:
atração na flexão
materiais.
Na medida em que técnicas modernas foram sendo adotadas na tentativa de melhoria de suas qualidades, passou a ser mais utilizada visto que estes procedimentos melhoram sua boas qualidades e eliminam ou minoram as inconvenientes que podem ser:
sendo esta uma maneira eficiente de permitir a seca da mesma em pé. O estrangulamento do tronco com um arame impossibilita seu desenvolvimento e conseqüente morte. Estando em pé a secagem é natural evitando trancas e rachaduras comuns em espécies como o eucalipto. A partir do câmbio são gerados os anéis anuais de crescimento que podem ter coloração diferenciadas, dependendo da época do ano em que se encontram e do tipo de madeira. Apertados indicam árvores com alta resistência, largos, com baixa resistência, definindo-se a idade da árvore pelo número de anéis encontrados. Problemas decorrentes de estiagens, pragas, etc., provocam defeitos que irão alterar as características físicas e mecânicas da madeira.
Lenho: É o núcleo do tronco, sendo portanto a parte resistente da árvore. Desta parte é retirada através de desdobro do material utilizado na construção civil. É constituído pelo alburno que é a parte mais externa, e pelo cerne que é a parte central do tronco, sendo formado por células mortas ou esclerosadas. Este fato torna-o mais resistente visto não existir nesta região a seiva, e consequentemente não ser atrativo à insetos e outros agentes de deterioração. A utilização do alburno e do cerne não deve ser diferenciada apesar desta diferença visto que alem de compor entre 25 e 50% do tronco o alburno é a parte que melhor absorve conservantes.
Medula: E o miolo central do tronco, sendo esta parte constituída de tecido frouxo muitas vezes já apodrecido. Sua presença em material serrado constitui um defeito.
A produção da madeira como material de construção inicia-se no corte da árvore, passando pela toragem, falquejamento, desdobro e beneficiamento.
O corte deve ocorrer em épocas oportunas, sendo no Brasil aconselhável o processo ser efetuado nos meses de inverno, ou sem R. Este fato é importante na secagem do tronco por ser a mesma mais lenta provocando menos rachaduras ou fendas, alem de atraírem poucos insetos por estarem com pouca seiva elaborada.
A toragem é o processo de desgalhamento e corte em tamanhos de 5 à 6 metros que facilitam o transporte. Também nesta etapa são falquejadas e descascadas. O processo de falquejamento é o corte de costaneiras, ficando a seção aproximadamente quadrada o que impede o tombamento no transporte alem da economia de espaço entre troncos.
O desdobro é a etapa final para transformação em material de construção. São feitos de duas maneiras. O desdobro normal que produz peças inteiras de lado à lado do tronco (fig. a). A outra é o desdobro radial que corta o tronco na direção do seu diâmetro evitando-se entretanto a medula ( fig b).
Fig b
Fig a
O desdobro radial produz peças de melhor qualidade, tendo menor rachaduras durante a secagem, menores empenamentos e defeitos provenientes da heterogeneidade. E inconveniente devido ao alto custo de produção, sendo aconselhável somente em aplicações especiais.
A última etapa da produção da madeira é o aparelhamento da peça ou beneficiamento da mesma. Aparelhamento é a padronização das medidas ao passo que o beneficiamento é sua utilização com acabamento aparente.
Os diversos tipos de madeira existentes proporcionam que o seu uso seja específico para cada tipo de aplicação. A escolha só pode ser acertada se forem conhecidos as propriedades físicas e sua resistência às solicitações mecânicas.
Este conhecimento somente será possível se os resultados médios dos ensaios que são executados forem conhecidos. Estes ensaios são realizados levando-se em conta tanto os fatore naturais como tecnológicos decorrentes da realização destes ensaios. Os fatores naturais são:
conhecimento de cada uma delas.
valor já se pode determinar todos os demais parâmetros da madeira
resistência da amostra
da distribuição, dimensões e localização
madeira faz com que, dependendo de sua condição de uso, sejam completamente diferentes as suas propriedades. No estado seco a resistência mecânica é a maior possível, ao passo que saturada apresenta a sua menor resistência.
Os fatores tecnológicos são os decorrentes da forma de execução dos ensaios. As dimensões dos corpos de prova, sua localização no lenho, velocidade das cargas aplicadas podem alterar ou até falsear um ensaio.
Os ensaios normalizados pela ABNT no MB-26/40, onde é mostrado o desenvolvimento e cuidados do método Monin, que trata desde a forma de extração dos corpos de prova, sua orientações dentro do lenho, altura e posição do corpo de prova, cuidados com relação à verificação de todas as partes do lenho, teor de umidade e forma do carregamento.
Características Físicas
As características a serem analisadas são, a umidade, a retratibilidade, a densidade, a condutibilidade térmica, elétrica e fônica alem da resistência ao fogo. as características de cada material permitem a escolha do melhor material para a sua melhor aplicação. Existem materiais muito bons para determinadas aplicações sendo incompatíveis com outras. Este conhecimento permite a escolha ideal para cada projeto.
Umidade - Após a extração da árvore, sua seiva permanece no material em três estados: a água de constituição, a de impregnação e a livre.
A de constituição não pode ser eliminada nem na secagem, sendo portanto impossível a sua retirada. Quando a água contêm somente esta água diz-se que a madeira está completamente seca. Par atingir esta condição basta a madeira ser deixada em estufa à uma temperatura de 100 à 150 oC.
A água de impregnação aparece entre as fibras e células lenhosas. Esta água provoca um inchamento considerável na madeira, alterando todo o comportamento físico mecânico do material. Quando esta água impregna todo a madeira sem escorrimento diz-se que a madeira atingiu o teor de umidade de saturação ao ar.
Após a madeira se encontrar neste estado qualquer outro incremento de umidade pouco importa na sua qualidade, pois está somente preenchendo vasos capilares. Esta condição é chamada de água livre. Quando evaporada ao ar livre, a umidade estando no ponto de saturação do ar, ou seja sem esta água livre, a umidade esta em torno de 30%, sendo entretanto este valor muito variável, principalmente com relação ao tipo de material.
A densidade pode ser entendido como o índice de compacidade das fibras da madeira, mostrando uma maior ou menor quantidade de fibras por unidade de volume aparente. Pode-se correlacionar diversos tipos de madeira conforme esta característica. A densidade varia com a umidade e a posição no lenho.
Condutibilidade elétrica: Quando bem seca é excelente isolante elétrico ao passo que úmida torna-se condutora. Varia com as espécies
Condutibilidade térmica: mau condutor independente da espécie
Condutibilidade sonora: Não é bom isolante acústico porém quando usado em tratamento acústico funciona bastante bem por terem boa capacidade de absorção dos sons.
Resistência ao fogo: Os estudos de capacidade de resistência ao fogo devem ser feitos com temperaturas em torno de 850 0 C, que é a temperatura em incêndios. Deste modo a madeira não pode resistir de maneira alguma nestas condições. O comportamento da madeira deve ser estudado na forma preventiva, sendo a propagação um efeito quase que natural.
Em seu estado natural a madeira inicia a combustão em torno de 275uC, desde que haja oxigênio para a combustão. A combustão superficial forma uma capa de madeira calcinada que impede a passagem do ar dificultando a queima. Esta capa tem aproximadamente 10 mm de espessura, e se a temperatura permanecer constante a queima cessa. Peças com menos de 25 mm não devem ser usadas porque não formam a capa de proteção, destruindo-se rapidamente.
Em incêndios de grande temperatura, com mais de 850 0 C, peças de madeira não rompem imediatamente devido à este fator, permanecendo portanto com alguma resistência. Uma peça de aço em temperaturas próximas de 300^0 C já estão em processo de escoamento.
Em coberturas de incêndio este fatores podem ser levados em consideração. Peças com menos de 10 mm tem alto risco de combustão, com 25mm têm fator de risco menor e com mais de 50mm podem ter menos risco que estruturas metálicas.
O aumento de sua resistência à combustão pode ser obtido com produtos ignífugos ou retardadores de combustão.
São as características de resistência da madeira à diversos tipos de esforços à que estão sujeitas as estruturas. Numa primeira classificação poderíamos ter as características principais e secundárias. esta classificação é devido às propriedades anisotrópicas do material
As características principais são a resistência aos esforços no sentido axial, ou no sentido das fibras. Compressão, tração, flexão estática e dinâmica. As características secundárias são as que ocorrem perpendicularmente às fibras. Compressão e tração normal às fibras, torção, cisalhamento e fendilhamento.
Todas as características estão diretamente ligadas às propriedades anisotrópicas, à absorção de umidade e à densidade de fibras, sendo que quanto maior for esta quantidade maior será a resistência da peça.
Compressão em peças curtas
Corpos de prova retirados de toda a seção transversal do lenho de acordo com o MB 26 da NBR 6230, com tamanho de 2x2x3 cm, de lugares pré determinados e isentos de defeitos, tomando-se o cuidado de carrega-los na direção paralela às fibras. Os corpos de prova são ensaiados em prensas até o rompimento, sendo esta a tensão de limite de ruptura.
De uma tora são retirados 80 corpos de prova sendo 40 em estado verde e 40 secos ao ar. A série verde que está a favor da segurança fornece valores médios que serão utilizados no dimensionamento de peças estruturais. A série seca ao ar depois de corrigida para a umidade de 15% serve como resultado comparativo com outras espécies lenhosas.
O teor de umidade tem fator preponderante na qualidade da resistência da madeira. Quando verde tem resistência quase constante, aumentando a medida que vai secando. Quando seca em estufa chega à sua resistência máxima.
A massa específica também influi significativamente na capacidade de resistência á compressão, sendo que quanto maior a massa maior a resistência.
Os defeitos que possam existir em partes do lenho proporcionam uma redução na capacidade resistente, que serão levados em consideração nos cálculos de coeficiente de segurança para determinação das tensões admissíveis e são da ordem de 75%.
Elasticidade na compressão: Na compressão simples a madeira comporta-se como material elástico sob tensões de até % da tensão limite de resistência. Até este estágio as tensões são proporcionais às deformações, conforme seu módulo de elasticidade. A determinação deste módulo é normalizado pela MB 26 sendo o módulo de elasticidade calculado conforme a equação
E = (^) p /p (kglcm^2 )
Compressão em peças longas - Flambagem: Na compressão em peças longas com possibilidade de flambagem os corpos de prova são de 2 x 2 x variável, retirados em diversos locais da tora, sendo os ensaios executados com prensas, devendo os corpos serem apoiados de modo a refletirem um apoio livre. A variação da altura dos corpos de prova servem para mudar o índice de esbeltez da peça, sendo
=lfl /i índice de esbeltez
i = raio de giração onde I = momento de inércia e S = área
Para cada valor do índice de esbeltez determina-se por rompimento a tensão critica de flambagem, dada por:
fl = P^ crit / 5
obtendo-se uma curva experimental com compressão simples para X < 40, flambagem para 40 <X < 80 e flambagem elástica para ~> 80. No trecho elástico a curva se adapta à curva de Euler descrita pela equação;
fl =^2 E/^2
O limite de aplicação desta fórmula é dada pela tensão no limite de proporcionalidade que pode ser adotada como igual à 2/3 da tensão limite de resistência à compressão de peças curtas.
fl =(2/3).^ p =^2 E/^2
que pode produzir a expressão:
que origina uma expressão diferenciada para a fórmula de Euler
Em ensaios com madeira seca ao ar este índice pode ser analisado da seguinte maneira
entre 40 e 50 madeira rígida
L/f entre 30 e 40 madeira pouco rígida
entre 20 e 30 madeira flexível
As madeiras pouco rígidas rompem sem grandes deformações o que pode ocasionar acidentes graves. As madeiras flexíveis não podem ser utilizadas como estruturais devido à deformação exagerada.
Resistência à compressão normal às fibras
Submetida a este tipo de esforço, logo após um pequeno estágio elástico, a madeira começa a deformar-se indefinidamente sob cargas crescentes. Esta resistência depende fundamentalmente da extensão da área de aplicação da carga, sendo maior a resistência quanto maior for a área livre de carregamento em áreas adjacentes a este carregamento.
40kg/cm 2
20% de deformação
Nas figuras indicadas se o carregamento for perpendicular as fibras, num material que na primeira hipótese resista a 80 kWcm^2 na terceira situação resistirá à metade, estando as deformações também indicadas nas figuras.
Resistência à tração normal às fibras
Nesta situação as fibras são afastadas provocando o rasgamento do material e sua conseqüente destruição. Esta resistência deve ser portanto ser muito analisada sendo aconselhável não se utilizar peças de madeira sob este tipo de esforço. No caso de ser necessário a utilização de estribos ou peças metálicas que impeçam esta destruição é interessante.
Coeficientes de segurança
A fixação de coeficientes de segurança ajustados a cada tipo de esforço estrutural permitem a redução das tensões admissíveis dos diversos tipos de madeira. Os fatores analisados são os seguintes:
1. Perda de resistência por defeitos, que é obtido a partir dos resultados dos ensaios das peças isentas de defeito comparados com aqueles com defeitos. A redução é de 3/4 este coeficiente. 2. Duração das cargas, que no caso das cargas permanentes devem ser mantidas abaixo de limite de proporcionalidade. Abaixo deste limite o material não sofre influencia. Os coeficientes de segurança a serem adotados são de % para a compressão simples e de 9/16 para a flexão estática. 3. Variabilidade de resultados, que podem ocorrer nos ensaios mecânicos dos corpos de prova. A dispersão dos resultados chega à ordem de 25%, isto devido a heterogeneidade da madeira. O fator de redução portanto é 3/4.
4. Possibilidade de sobrecargas que neste caso é o coeficiente de segurança, correspondendo à incerteza na previsão de cargas acidentais que possam ocorrer na estrutura. Este coeficiente é normalmente 2/3.
Sendo uma peça de pinho ensaiado em laboratório que tenha resistência à compressão de 242 kg/cm^2 e de flexão de 437 kg/cm^2 de tensão admissível como segue
c = 3/4 x 3/4 x 3/4 x 2/3 x 242 = 70 kf/cm^2
f = 3/4x9/16x3/4x2/3 x437 = l00kg/cm^2
apresentado terá valores
Preservação da madeira
A durabilidade das peças de madeira esta diretamente ligada à preservação de suas características. Diversos fatores alteram estas condições, tais como fungos, insetos que atacam o tecido lenhoso. A resistência à estes agentes depende da qualidade da madeira, localização dentro do lenho, presença de tanino, assim como de fatores externos como umidade, temperatura, arejamento, etc. Estes fatores podem ser combatidos através de produtos preservantes que irão provocar vida útil mais longa ao material.
A madeira como material orgânico é atacada por organismos vivos sobrevivendo através dela. estes ataques provocam o apodrecimento.
Os principais processos de preservação podem ser classificados em
Independentemente do processo de preservação à ser utilizado, o primeiro fator à ser adotado é a secagem do produto, sendo necessário o descascamento do tronco, a retirada da seiva, trabalho das peças como bitolagem, furação, etc.
Alem de melhorar a qualidade do material, a secagem este facilita a
impregnação dos preservantes. Alem disso a secagem em estufa possibilita a
esterilização das peças eliminando parasitas e germes que ocasionam o
apodrecimento.
A retirada da casca provoca a eliminação de um local onde os fungos e insetos localizam-se preferencialmente.
A desseivagem é uma prática muito antiga e importante no beneficiamento da madeira. Uma maneira eficiente é o transporte através do transporte em rio, onde a seiva é substituída por água, através da capilaridade e osmose. este processo facilita a posterior secagem visto que é mais fácil retirar a água que a seiva.
Processo de impregnação artificial
São processos de pinturas superficiais, ou por imersão das peças em preservantes. Este procedimento é econômico sendo recomendável somente em peças não expostas. Tanto na imersão como na pintura a
A madeira laminada é o corte da madeira em tábuas que são coladas com colas especiais, diminuindo a ocorrência de defeitos nas peças. Á medida que as tábuas vão sendo cortada mais finas, tornando-se lâminas, estas peças podem ser coladas ortogonalmente sendo chamadas então de madeira compensada ou contraplacados.
A madeira quando destruída como resíduos de madeira cortada ou serrada, podem ser reconstituídas com resinas e colas especais, sob pressão são chamadas de aglomerados.
Finalmente as madeiras reconstituídas que são aquelas oriundas de uma fragmentação mecânica, onde o tecido é reduzida à polpa dispersa, passando depois por uma reaglomeração sob pressão, utilizando-se de resinas e colas, da origem a um material onde as fibras não tem direção principal. Este material que tem a mesma textura da madeira pode ser submetido a diversas alterações com aplicação de produtos como os plásticos de madeira, do tipo baquelite, plásticos de papel, que são papeis de alta resistência associados como os contraplacados, através de uma resina resistente, resistindo à forças de tração da ordem de 2500 kg/cm 2 .. As ligas lignocelulósicas supercompactadas, que são fibras reagrupadas pela lignina, densificadas por alta pressão, denominadas benatite, que é usada para estampar metais. As ligas de madeira que são o preenchimento dos espaços vazios do tecido com resinas compatíveis e constituídas de pequenas moléculas de alta penetração, como as resinas fenólicas. As qualidades da madeira ficam preservadas alem de serem acrescidas das qualidades necessárias às técnicas modernas. Este material quando aquecido se transforma em baquelite no interior da célula, formando um componente permanente chamado compreg, sendo inteiramente impermeável, com grande resistência e dureza, com densidade 1,4 kg/dm^3.
Arquivo: materiais_madeira.doc Versão: 0.0 Data: 01/10/99 página: 17/