Aula 2: Propriedades Físicas e Mecânicas da Madeira

Prof MSc Phablo Veríssimo I Dias Centro Universitário Araguaia AULA 2 PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS DA MADEIRA Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 2 2 PROPRIEDADES FÍSICAS DA MADEIRA Fatores que podem influenciar as características 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 ESTRUTURAS DE MADEIRA Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 3 2 PROPRIEDADES FÍSICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 21 Densidade É importante para comparar as espécies de madeira e escolher a espécie adequada s VSAT ms São caracterizadas três densidades a básica aparente e a real A densidade básica é definida pelo quociente da massa seca pelo volume saturado dado pela expressão Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 4 2 PROPRIEDADES FÍSICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA Importante para calcular o peso próprio Importante para transformar o peso em volume e viceversa ap ap V 21 Densidade A densidade aparente é determinada para uma umidade padrão de referência de 12 map Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 5 2 PROPRIEDADES FÍSICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 21 Densidade A densidade real é definida pelo quociente da massa seca pelo volume real descontando os vazios dado pela expressão ms real Vreal real 1530kgm³ Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 6 2 PROPRIEDADES FÍSICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 22 Umidade A água na madeira pode provocar Redução da resistência Variações de volume Durabilidade A água pode estar Livre contida nos vazios pode ser eliminada sem afetar o volume e resistência Impregnada contida entre as células Pode ser eliminada porém ao sair provoca a retratibilidade ms U mu ms 100 Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 7 2 PROPRIEDADES FÍSICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 22 Umidade Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 8 2 PROPRIEDADES FÍSICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 23 Retratibilidade Redução das dimensões pela perda da água de impregnação da madeira A madeira tem maior retratibilidade na direção tangencial seguida pela radial e longitudinal Tangencial até 10 da variação dimensional Pode provocar torção nas peças Radial até 6 da variação dimensional Pode provocar problemas de rachaduras nas peças Longitudinal 05 da variação dimensional Volumétrica de 6 a 27 dependendo da direção Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 9 2 PROPRIEDADES FÍSICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 24 Resistência ao fogo A madeira tem um aspecto interessante em relação ao comportamento diante do fogo Seu problema é a inflamabilidade Diante de incêndios provavelmente terá maior resistência que o aço pois sua resistência sofre pouca alteração sob altas temperaturas Assim em um incêndio a madeira pode ser responsável pela propagação do fogo mas em contrapartida suportará a ação do fogo em alta temperatura durante um período de tempo maior Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 10 2 PROPRIEDADES FÍSICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 24 Resistência ao fogo Após alguns minutos sob ação do fogo uma camada mais externa da madeira se carboniza tornandose um isolante térmico que retém o calor Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 11 2 PROPRIEDADES FÍSICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 25 Dureza Dureza é a força necessária para penetrar na madeira uma esfera de 1 cm de diâmetro É importante para escolher as espécies para um piso Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 12 2 PROPRIEDADES FÍSICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 26 Durabilidade natural A durabilidade da madeira Biodeterioração Espécie Características anatômicas Diferença na durabilidade Região da tora da qual a peça de madeira foi extraída Cerne e alburno apresentam características diferentes O alburno é mais vulnerável ao ataque biológico A baixa durabilidade natural pode ser compensada por um tratamento preservativo adequado às peças alcançandose assim níveis próximos dos apresentados pelas espécies naturalmente resistentes Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 13 2 PROPRIEDADES FÍSICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 26 Resistência química Boa resistência a ataques químicos Em muitas indústrias ela é preferida em lugar de outros materiais que sofrem mais facilmente o ataque de agentes químicos O ataque das bases provoca aparecimento de manchas esbranquiçadas decorrentes da ação sobre a lignina e a hemicelulose da madeira Os ácidos também atacam a madeira causando uma redução no seu peso e na sua resistência Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 14 3 PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA Parâmetro responsável pela resposta da madeira quando o material é solicitado por forças externas Propriedades de resistência Propriedades de elasticidade Como a madeira é um material ortotrópico as propriedades de elasticidade variam de acordo com a direção das fibras Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 15 3 PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA RESISTÊNCIA MECÂNICA São valores de tensões referentes ao quanto o material suporta quando solicitado por uma força qualquer Tração Compressão Cisalhamento Embutimento Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 16 3 PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA Elasticidade é a capacidade do material retornar à sua forma inicial após retirar a ação externa solicitante sem apresentar deformação residual Módulo de Elasticidade Coeficiente de Poisson possui complexa caracterização PROPRIEDADES ELÁSTICAS Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 17 3 PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA São definidos diversos módulos de elasticidade em função do tipo e da direção da solicitação em relação às fibras O valor básico referese ao módulo de elasticidade longitudinal na compressão paralela às fibras Os valores são definidos em função do tipo de solicitação compressão paralela e normal flexão e torção A NBR 719097 considera que o valor de E é igual para solicitações de compressão e tração PROPRIEDADES ELÁSTICAS Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 18 3 PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 31 Compressão Compressão paralela às fibras fc0 Corpo de prova 5x5x15cm Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 19 3 PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 31 Compressão Compressão normal às fibras fc90 Corpo de prova 5x5x10cm Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 20 3 PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 32 Tração Tração paralela às fibras ft0 Tração normal às fibras ft90 Ensaios de tração normal às fibras conduzem à valores extremamente baixos comparados com a tração paralela portanto devese evitar situações que conduzam a este tipo de solicitação Na verdade não há tração mas sim separação ou descolamento das fibras Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 21 3 PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 32 Tração Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 22 3 PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 33 Cisalhamento Cisalhamento paralelo às fibras fv0 Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 23 3 PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 33 Cisalhamento Cisalhamento normal às fibras fv90 A resistência ao cisalhamento normal às fibras apresenta um valor bastante elevado Por este motivo antes de romper ao cisalhamento normal a peça já apresenta problemas quanto a compressão normal Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 24 3 PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 34 Solicitações inclinadas A norma brasileira permite ignorar a influência da inclinação α das tensões normais em relação às fibras da madeira até o ângulo de α6 Caso a inclinação seja superior a este valor é preciso considerar a redução da resistência adotandose a fórmula de Hankinson expressa por Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 25 3 PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 35 Flexão Compressão paralela às fibras Tração paralela às fibras Cisalhamento Compressão normal às fibras nas regiões de apoio Corpo de prova 5x5x115cm Ensaio de flexão de 3 pontos Apoios 5cm Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 26 3 PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 36 Caracterização da madeira Resistências mecânicas Resistência à compressão paralela às fibras fc0 Resistência à compressão normal às fibras fc90 Resistência à tração paralela às fibras ft0 Resistência à tração normal às fibras ft90 Resistência ao cisalhamento paralelo às fibras fv0 Resistência ao embutimento paralelo às fibras fe0 Resistência ao embutimento normal às fibras fe90 Módulos de Elasticidade Módulo de Elasticidade paralelo às fibras E0 Módulo de Elasticidade transversal às fibras E90 Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 27 3 PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 36 Caracterização da madeira Caracterização completa da resistência espécies de madeiras não conhecidas fc0 fc90 ft0 ft90 fv0 fe0 fe90 bas ap Caracterização mínima da resistência espécies de madeiras pouco conhecidas fc0 ft0 fv0 bas ap Caracterização simplificada da resistência espécies de madeiras usuais fc0 Madeira Serrada Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 28 3 PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 36 Caracterização da madeira Caracterização completa da rigidez espécies de madeiras não conhecidas ou pouco conhecidas Ec0m Ec90m Caracterização simplificada da resistência espécies de madeiras usuais Ec0m Madeira Serrada Podese relacionar o módulo de elasticidade à compressão paralela com o módulo de elasticidade à compressão normal 0 90 20 E E Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 29 3 PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 36 Caracterização da madeira Na impossibilidade de realizar o ensaio à compressão simples permitese avaliar o módulo de elasticidade Ec0m por meio de ensaios de flexão Madeira Serrada Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 30 3 PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 36 Caracterização da madeira Recomendase que a amostragem seja feita para cada 12m³ de madeira que definirá um lote de material a ser caracterizado Caracterização de espécies usuais 6 corpos de prova Caracterização de espécies pouco conhecidas 12 corpos de prova Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 31 ESTRUTURAS DE MADEIRA Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 32 ESTRUTURAS DE MADEIRA Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 33 3 PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 36 Caracterização da madeira A realização de ensaios laboratoriais para a determinação das propriedades da madeira fornece valores médios dessas propriedades fm Para a utilização em cálculos de estruturas de madeira estes valores devem ser transformados em valores característicos fk A obtenção de valores característicos para resistência de espécies de madeira já investigadas por laboratórios idôneos é feita a partir dos valores médios dos ensaios pela seguinte relação 12 070 k médio f f Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 34 3 PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 36 Caracterização da madeira Valor característico para um lote de madeira dispor os resultados em ordem crescente e utilizar metade dos resultados encontrados x1 x2 xn xk não pode ser menor que x1 e nem a 07xmedio Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 35 3 PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 36 Caracterização da madeira A NBR 7190 1997 padroniza as propriedades da madeira valores de resistências módulo de elasticidade e densidades Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 36 3 PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 36 Caracterização da madeira A NBR 7190 1997 padroniza as propriedades da madeira valores de resistências módulo de elasticidade e densidades Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 37 3 PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 36 Caracterização da madeira Uma vez caracterizada a resistência à compressão paralela às fibras pode ser relacionada com as demais resistências desconhecidas Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 38 3 PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 36 Caracterização da madeira Obtidos os valores característicos fk das propriedades da madeira devese obter o valor de projetocálculo fd através da seguinte expressão kmod é o coeficiente de modificação das propriedades da madeira w é o coeficiente de minoração das propriedades da madeira dependente da solicitação mod k d w f f k Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 39 3 PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 36 Caracterização da madeira Coeficiente de modificação kmod Afeta os valores de cálculo de propriedades da madeira em função da classe de carregamento da estrutura da classe de umidade e da qualidade da madeira utilizada É determinado pela expressão a seguir kmod kmod1 kmod2 kmod3 Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 40 3 PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 36 Caracterização da madeira O coeficiente de modificação kmod1 leva em conta a classe de carregamento e o tipo de material empregado Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 41 3 PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 36 Caracterização da madeira O coeficiente de modificação kmod1 leva em conta a classe de carregamento e o tipo de material empregado Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 42 3 PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 36 Caracterização da madeira O coeficiente de modificação kmod2 leva em conta a classe de umidade e o tipo de material empregado Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 43 3 PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 36 Caracterização da madeira O coeficiente de modificação kmod3 leva em conta a categoria da madeira utilizada Para madeira de primeira categoria ou seja aquela que passou por classificação visual para garantir a isenção de defeitos e por classificação mecânica para garantir a homogeneidade da rigidez o valor de kmod3 é 10 Caso contrário a madeira é considerada como de segunda categoria e o valor de kmod3 é 08 Para o caso particular das coníferas devese sempre adotar o valor de kmod3 08 para levar em conta a presença de nós não detectáveis pela inspeção visual Nas verificações de segurança que dependem da rigidez da madeira o módulo de elasticidade na direção paralela às fibras deve ser tomado como Ec0ef kmod1 kmod2 kmod3 Ec0m Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 44 3 PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 36 Caracterização da madeira Coeficientes de ponderação w Para estados limites últimos a norma brasileira especifica os valores dos coeficientes de ponderação de acordo com a solicitação Compressão paralela às fibras wc 14 Tração wt 18 Cisalhamento wv 18 Para estados limites de utilização Adotase o valor básico de w 10 Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 45 3 PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 36 Caracterização da madeira Simplificações somente para peças estruturais de madeira serrada de segunda categoria e para estruturas submetidas a carregamentos de longa duração mod k d w f f k an depende do tamanho da ligação entre peças ver Tabela 13 ae depende do diâmetro do pino de ligação ver Tabela 14 Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 46 3 PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 36 Caracterização da madeira A norma especifica as propriedades de resistência da madeira correspondentes a Classe 1 de Umidade Tabela 7 que é relativa ao teor de umidade de equilíbrio de 12 Prof Msc Phablo Veríssimo I Dias 28ago22 47 3 PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA ESTRUTURAS DE MADEIRA 36 Caracterização da madeira Para ensaios realizados com diferentes teores de umidade da madeira os valores de resistência devem ser corrigidos para a umidade padrão de 12 pela expressão Exercício 1 Em um determinado ensaio de resistência foi verificado um valor de 30 MPa a uma umidade de 18 Qual é a resistência referente a umidade de 12 Resposta f12 354 MPa 12 3 12 1 100 U U f f