Lista de Exercicios Projeto de Estruturas de Madeira

PONTIFICIA UNIVERSIDADE CATÓLICA PUC Minas COREU Curso ENGENHARIA CIVIL Disciplina ESTRUTURAS DE MADEIRA Profa Rita David LISTA 1 CARACTERÍSTICAS DA MADEIRA PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS DA MADEIRA 1 Assinale cada sentença verdadeira com a letra V e cada sentença falsa com a letra F Justifique as respostas assinaladas A A madeira consome maior energia específica para ser produzido que aço e concreto B Os anéis de crescimento da madeira são formados anualmente pelo câmbio de modo que os mais antigos ficam próximos à medula e os mais recentes próximos à casca C Madeiras retiradas de árvores do grupo das coníferas são chamadas madeiras duras D Madeiras duras são aquelas que apresentam melhores propriedades mecânicas que as chamadas madeiras macias E A araucária tem madeira classificada como madeira macia F A direção paralela às fibras é chamada direção radial G A direção tangencial aos anéis de crescimento é chamada direção tangencial H A estrutura celular da madeira é a principal razão para a madeira apresentar isotropia I A estrutura celular da madeira é a principal razão para explicar a alta resistência específica da madeira J A madeira verde é toda madeira com grau de umidade acima do valor de equilíbrio entre a umidades relativa do ar e da madeira K A madeira verde não sofre variação volumétrica L A madeira meioseca não sofre variação nas propriedades mecânicas M A madeira verde sofre variação de massa específica N A resistência mecânica da madeira aumenta com o decréscimo do seu grau de umidade O A retrabilidade na direção longitudinal é maior que nas direções radial e tangencial P A dilatação térmica em estruturas de madeira deve sempre ser considerada Q O ataque biológico por fungos ocorre mesmo nas peças de madeira submersas R Peças que contenham nós são mais resistentes que peças de madeira sem nós S Fendas são defeitos naturais em peças de madeira T Fibras reversas são defeitos cuja origem se deve apenas ao processamento da madeira U O desdobramento da madeira deve ser feito após secagem dos troncos V A madeira compensada é em geral mais cara que a serrada W A resistência da madeira à tração normal às fibras é desprezível X A resistência à ruptura por cisalhamento normal às fibras da madeira é menor que a sua resistência ao cisalhamento paralelo às fibras Y A resistência à compressão da madeira é menos sensível à presença de defeitos que a resistência à tração Z O comportamento de fluência da madeira independe da umidade da sua umidade AA A resistência da madeira é maior com cargas de impacto comparadas a carregamento estático de mesma magnitude BB A resistência à compressão paralela é maior que a resistência à tração paralela no caso de madeiras sem defeitos 2 A figura abaixo representa a seção transversal do tronco de uma árvore Com base no que você estudou identifique as seguintes partes Cerne Alburno Câmbio Casca interna floema Casca externa Raios medulares Medula a Descreva brevemente a função de três dessas estruturas no crescimento e na formação da madeira b Por que o câmbio é considerado a parte mais vital para o aumento do diâmetro da árvore Se necessário complete a Figura com os elementos identificados 3 A composição anatômica das madeiras varia de acordo com a classificação da árvore a Quais são os principais elementos anatômicos encontrados em Coníferas Folhosas Dicotiledôneas b Como essa diferença anatômica influencia o comportamento da madeira no uso estrutural principalmente em relação à permeabilidade e à densidade 4 A fisiologia da árvore está diretamente ligada à formação da madeira a Explique o caminho percorrido pela seiva bruta e pela seiva elaborada dentro da árvore b De que forma esse processo influencia a composição química e a formação do cerne ao longo do tempo 5 Observe a tabela abaixo com dados de umidade de equilíbrio estimada para diferentes cidades brasileiras a O que representa a umidade de equilíbrio da madeira b Compare os dados de duas cidades e comente como a umidade de equilíbrio pode influenciar o desempenho de um produto de madeira em ambientes internos 6 Defina o ponto de saturação das fibras PSF Por que ele é uma referência importante no processo de secagem O que acontece na madeira antes e depois de esse ponto ser atingido 7 Em poucas palavras explique a diferença entre água livre e água de impregnação presente na madeira Como cada uma influencia o comportamento da madeira durante a secagem 8 Leia atentamente as definições abaixo e relacioneas corretamente aos termos listados Processo que visa uniformizar a umidade da madeira ao final da secagem e aliviar tensões internas Quantidade de água presente na madeira em relação à sua massa seca Ponto em que a madeira não possui mais água livre apenas água retida nas paredes das células Tipo de defeito causado por retração desigual durante a secagem podendo causar torção ou arqueamento TERMOS 1 Teor de umidade 2 Empenamento 3 Ponto de saturação das fibras 4 Condicionamento 9 Faça um desenho esquemático mostrando os três principais sentidos estruturais da madeira longitudinal radial e tangencial Com base no que foi estudado indique em qual sentido a madeira apresenta maior variação dimensional durante a secagem Justifique sua resposta 10 Analise o quadro comparativo entre dois métodos para determinar a umidade da madeira OBS Método Gravimétrico método de secagem em estufa a Quais vantagens você reconhece no uso de medidores elétricos b Em que situações o método gravimétrico é preferível mesmo sendo mais trabalhoso 11 Liste e explique brevemente três benefícios técnicos e dois benefícios econômicos obtidos com a secagem controlada da madeira 12 A Tabela a seguir mostra a retração da madeira em diferentes direções estruturais a Qual é a principal implicação dessa diferença no comportamento dimensional da madeira durante a secagem b Que práticas podem ser adotadas para minimizar os efeitos indesejáveis dessa retração diferenciada 13 Em uma secagem mal conduzida podem surgir defeitos como rachaduras colapso e endurecimento superficial da madeira a Escolha dois desses defeitos e descreva Suas principais causas Que medidas preventivas podem ser adotadas no processo de secagem b No caso do endurecimento superficial por que esse fenômeno pode comprometer a qualidade final da madeira mesmo sem apresentar defeitos visíveis 14 Elabore com base no que foi estudado um esboço de um programa de secagem convencional para uma madeira que precisa sair de 40 de umidade para 10 Aponte A temperatura inicial e final recomendada A lógica para o aumento gradual de temperature A importância das fases de aquecimento secagem e condicionamento Não é necessário construir uma tabela apenas apresentar os critérios que você considera importantes Exercício 01 A F A madeira exige menos energia para produção pois seu processamento é mais simples que o do aço e do concreto que demandam alta temperatura e processos industriais intensivos B V Os anéis de crescimento da madeira são formados anualmente pelo câmbio de modo que os mais antigos ficam próximos à medula e os mais recentes próximos à casca C F Madeiras de coníferas são chamadas de madeiras macias ou softwood enquanto as madeiras duras hardwood vêm de angiospermas D F Embora muitas madeiras duras tenham boas propriedades mecânicas algumas madeiras macias podem ter resistência comparável ou até superior a certas madeiras duras O termo dura ou mole está mais ligado ao tipo de árvore do que à resistência mecânica E V A araucária tem madeira classificada como madeira macia F F A direção paralela às fibras é chamada de longitudinal G V A direção tangencial aos anéis de crescimento é chamada direção tangencial H F estrutura celular da madeira faz com que ela seja anisotrópica ou seja suas propriedades variam conforme a direção considerada I V A estrutura celular da madeira é a principal razão para explicar a alta resistência específica da madeira J V A madeira verde é toda madeira com grau de umidade acima do valor de equilíbrio entre a umidades relativa do ar e da madeira K F A madeira verde não varia de volume enquanto sua umidade estiver acima do ponto de saturação das fibras No entanto ao perder água abaixo desse ponto ela sofre contração volumétrica L F A madeira meioseca ainda possui umidade variável o que afeta suas propriedades mecânicas À medida que seca sua resistência geralmente aumenta M V A madeira verde sofre variação de massa específica N V A resistência mecânica da madeira aumenta com o decréscimo do seu grau de umidade O F A retrabilidade longitudinal é a menor entre as três direções P F A dilatação térmica da madeira é geralmente desprezível pois suas variações dimensionais são mais influenciadas pela umidade do que pela temperatura Q F Peças de madeira totalmente submersas não são atacadas por fungos pois eles precisam de oxigênio para sobreviver R F Nós são regiões onde havia galhos criando descontinuidade nas fibras e pontos de fraqueza na madeira Isso pode reduzir a resistência mecânica e dificultar o processamento da peça S V Fendas são defeitos naturais em peças de madeira T F Fibras reversas são um defeito natural resultante do crescimento irregular da árvore causando alteração na orientação das fibras Esse defeito pode dificultar o processamento da madeira U F O desdobramento da madeira é feito antes da secagem pois troncos inteiros secam muito lentamente e com maior risco de defeitos como rachaduras V V A madeira compensada é em geral mais cara que a serrada W V A resistência da madeira à tração normal às fibras é desprezível X F A resistência ao cisalhamento paralelo às fibras da madeira é menor do que a resistência ao cisalhamento normal Isso ocorre porque no cisalhamento paralelo as camadas celulares deslizam mais facilmente umas sobre as outras Y V A resistência à compressão da madeira é menos sensível à presença de defeitos que a resistência à tração Z F O comportamento de fluência da madeira depende da umidade Quanto maior a umidade maior a fluência pois as ligações internas enfraquecem e permitem mais deslocamento das fibras AA V A resistência da madeira é maior com cargas de impacto comparadas a carregamento estático de mesma magnitude BB F Em madeiras sem defeitos a resistência à tração paralela às fibras é maior que a resistência à compressão paralela Isso ocorre porque as fibras da madeira resistem bem ao alongamento mas podem se deformar ou colapsar sob compressão Exercício 2 a Descreva brevemente a função de três dessas estruturas no crescimento e na formação da madeira Cerne Parte interna da madeira formada por células mortas e mais densas Dá resistência mecânica e protege contra agentes biológicos Alburno Camada externa composta por células vivas que transportam água e nutrientes essencial para o crescimento da árvore Medula Região central do tronco onde se inicia o crescimento da árvore mas tem pouca influência estrutural na madeira adulta b Por que o câmbio é considerado a parte mais vital para o aumento do diâmetro da árvore É a parte mais vital para o aumento do diâmetro da árvore porque é um tecido meristemático responsável pela produção contínua de novas células Ele gera xilema madeira para dentro e floema casca para fora promovendo o crescimento em espessura da árvore ao longo dos anos Exercício 3 A composição anatômica das madeiras varia de acordo com a classificação da árvore a Quais são os principais elementos anatômicos encontrados em Coníferas Principalmente traqueídeos que realizam tanto a condução de seiva quanto o suporte mecânico além de parênquima axial e raios medulares Folhosas Dicotiledôneas Apresentam vasos condutores para transporte eficiente da seiva além de fibras para resistência mecânica parênquima axial e raios medulares b Como essa diferença anatômica influencia o comportamento da madeira no uso estrutural principalmente em relação à permeabilidade e à densidade A diferença anatômica entre coníferas e folhosas afeta diretamente a permeabilidade e a densidade da madeira no uso estrutural Permeabilidade As coníferas possuem traqueídeos que são células longas e finas resultando em menor permeabilidade e absorção de líquidos mais lenta Já as folhosas têm vasos condutores que facilitam a passagem de líquidos tornandoas geralmente mais permeáveis Densidade As folhosas costumam ter maior densidade pois contêm mais fibras responsáveis pela resistência mecânica Já as coníferas têm menos fibras e mais traqueídeos o que as torna menos densas e em geral mais fáceis de trabalhar Exercício 4 A fisiologia da árvore está diretamente ligada à formação da madeira a Explique o caminho percorrido pela seiva bruta e pela seiva elaborada dentro da árvore Seiva bruta É transportada das raízes até as folhas pelo xilema passando pelo alburno Esse fluxo ascendente ocorre principalmente pelo mecanismo de transpiração e capilaridade Seiva elaborada Após a fotossíntese nas folhas os nutrientes dissolvidos são transportados pelo floema seguindo um fluxo bidirecional geralmente das folhas para as partes que necessitam de energia como o tronco galhos e raízes b De que forma esse processo influencia a composição química e a formação do cerne ao longo do tempo Com o tempo o fluxo da seiva bruta e elaborada influencia a formação do cerne da seguinte forma O alburno onde ocorre o transporte de seiva contém células vivas e alto teor de amido açúcares e extrativos Conforme a árvore envelhece as células do alburno morrem e perdem a capacidade de condução tornandose cerne No cerne ocorre o depósito de extrativos como taninos e resinas que aumentam a durabilidade e resistência da madeira tornandoa mais densa e menos permeável Exercício 5 a O que representa a umidade de equilíbrio da madeira A umidade de equilíbrio da madeira é o teor de umidade no qual a madeira deixa de ganhar ou perder água ao se ajustar à umidade relativa do ambiente Ou seja é o ponto em que a madeira atinge um estado de equilíbrio higroscópico evitando variações dimensionais significativas Esse valor varia conforme o clima de cada região sendo maior em locais úmidos como Belém e menor em regiões mais secas como Brasília b Compare os dados de duas cidades e comente como a umidade de equilíbrio pode influenciar o desempenho de um produto de madeira em ambientes internos Comparando Belém 186 e Brasília 122 percebese que Belém tem uma umidade de equilíbrio maior devido ao clima mais úmido enquanto Brasília por ser mais seca apresenta um valor menor Essa diferença influencia o desempenho de produtos de madeira em ambientes internos pois Um móvel fabricado em Belém e levado para Brasília pode retrair e rachar pois perderá umidade Já um móvel feito em Brasília e levado para Belém pode inchar e empenar devido à absorção de umidade Por isso é essencial considerar a umidade de equilíbrio local para evitar deformações e garantir estabilidade dimensional da madeira Exercício 6 Defina o ponto de saturação das fibras PSF Por que ele é uma referência importante no processo de secagem O que acontece na madeira antes e depois de esse ponto ser atingido É o teor de umidade da madeira em que toda a água livre presente nos lúmens das células foi eliminada mas a água ligada nas paredes celulares ainda está presente Geralmente esse valor fica entre 25 e 30 de umidade O PSF é uma referência fundamental porque as propriedades mecânicas da madeira começam a mudar significativamente abaixo desse ponto Antes do PSF a perda de umidade não causa retração ou alteração estrutural apenas reduz a massa Acima do PSF Apenas a água livre está saindo sem variação dimensional significativa Abaixo do PSF A madeira começa a perder água das paredes celulares levando a retratação aumento da resistência mecânica e mudanças nas propriedades físicas Exercício 7 Em poucas palavras explique a diferença entre água livre e água de impregnação presente na madeira Como cada uma influencia o comportamento da madeira durante a secagem Água livre Está nos lúmens das células e não afeta as dimensões da madeira Sua evaporação ocorre antes do ponto de saturação das fibras PSF e reduz apenas a massa Água de impregnação Está nas paredes celulares e sua remoção ocorre abaixo do PSF causando retratação aumento da resistência e alterações físicas na madeira Durante a secagem a saída da água livre é rápida e sem deformações enquanto a perda da água de impregnação pode causar rachaduras e variações dimensionais Exercício 8 Leia atentamente as definições abaixo e relacioneas corretamente aos termos listados 4 Processo que visa uniformizar a umidade da madeira ao final da secagem e aliviar tensões internas 1 Quantidade de água presente na madeira em relação à sua massa seca 3 Ponto em que a madeira não possui mais água livre apenas água retida nas paredes das células 2 Tipo de defeito causado por retração desigual durante a secagem podendo causar torção ou arqueamento TERMOS 1 Teor de umidade 2 Empenamento 3 Ponto de saturação das fibras 4 Condicionamento Exercício 9 Faça um desenho esquemático mostrando os três principais sentidos estruturais da madeira longitudinal radial e tangencial Com base no que foi estudado indique em qual sentido a madeira apresenta maior variação dimensional durante a secagem Justifique sua resposta A variação dimensional é maior no sentido tangencial depois no radial e menor no longitudinal Isso ocorre porque as fibras da madeira são orientadas longitudinalmente e resistem melhor à retração nessa direção enquanto os anéis de crescimento causam tensões desiguais na direção tangencial favorecendo maior retração e empenamento Longitudinal Exercício 10 Analise o quadro comparativo entre dois métodos para determinar a umidade da madeira a Quais vantagens você reconhece no uso de medidores elétricos Rapidez Fornecem resultados imediatos agilizando o controle da umidade da madeira Praticidade Não exigem preparo de amostra permitindo medições diretas na peça Uso em campo São ideais para inspeções rápidas e avaliação de madeira já instalada ou em processo de secagem b Em que situações o método gravimétrico é preferível mesmo sendo mais trabalhoso Alta precisão necessária Quando é essencial obter valores exatos como em pesquisas científicas ou controle rigoroso da qualidade Medição oficial e normas técnicas Quando a determinação da umidade precisa seguir procedimentos padronizados como em ensaios laboratoriais ou certificação de materiais Madeiras muito úmidas ou secas Como os medidores elétricos são menos confiáveis fora da faixa de 5 a 25 o método gravimétrico é mais adequado nesses casos Exercício 11 Liste e explique brevemente três benefícios técnicos e dois benefícios econômicos obtidos com a secagem controlada da madeira Benefícios técnicos Redução da retração e empenamento A secagem controlada evita variações dimensionais excessivas garantindo maior estabilidade da madeira Aumento da resistência mecânica Com menos umidade nas paredes celulares a madeira se torna mais rígida e resistente Menor risco de ataque biológico Fungos e insetos preferem madeira úmida ao secála corretamente reduzse a chance de deterioração Benefícios econômicos Redução de perdas e desperdícios Madeiras secas corretamente têm menos defeitos reduzindo o descarte de material Maior valor comercial Madeira seca tem mais qualidade durabilidade e melhor desempenho tornandose mais valorizada no mercado Exercício 12 A Tabela a seguir mostra a retração da madeira em diferentes direções estruturais a Qual é a principal implicação dessa diferença no comportamento dimensional da madeira durante a secagem A madeira não se retrai de forma uniforme o que pode causar tensões internas empenamento e rachaduras Menor retração longitudinal 01 09 A madeira praticamente não encurta no comprimento mantendo a estabilidade nessa direção Maior retração tangencial 35 150 em relação à radial 24 110 Isso faz com que a madeira tenha tendência a deformarse formando arqueamentos e rachaduras especialmente em tábuas cortadas sem alinhamento adequado com os anéis de crescimento Retratação volumétrica elevada 60 270 A madeira perde volume total considerável reforçando a importância de um controle adequado da secagem para minimizar perdas e garantir a estabilidade dimensional do material b Que práticas podem ser adotadas para minimizar os efeitos indesejáveis dessa retração diferenciada Secagem controlada e gradual Reduzir a umidade de forma lenta e uniforme evitando tensões internas e rachaduras Controle ambiental Manter umidade e temperatura adequadas no ambiente de armazenamento para evitar absorçãodesidratação excessiva Condicionamento final Igualar a umidade das peças ao final da secagem para aliviar tensões e estabilizar a madeira Uso de pesos ou prensas Manter as peças empilhadas com peso sobre elas ajuda a reduzir empenamentos Escolha adequada do corte Cortes radiais perpendiculares aos anéis de crescimento resultam em menor deformação do que cortes tangenciais Exercício 13 Em uma secagem mal conduzida podem surgir defeitos como rachaduras colapso e endurecimento superficial da madeira a Escolha dois desses defeitos e descreva Suas principais causas Rachadura Secagem muito rápida levando à perda de umidade superficial antes do núcleo gerando tensões internas Diferença excessiva entre umidade superficial e interna da peça Endurecimento superficial Secagem rápida da camada externa formando uma crosta rígida enquanto o interior ainda está úmido e uso de temperaturas muito altas no início do processo Que medidas preventivas podem ser adotadas no processo de secagem Rachaduras Controlar a velocidade de secagem evitando mudanças bruscas de temperatura e umidade utilizar condicionamento ao final da secagem para equilibrar tensões e aplicar vedantes nas extremidades das peças para reduzir a perda rápida de umidade Endurecimento superficial Iniciar a secagem com baixas temperaturas e alta umidade para evitar selamento da superfície controlar a taxa de secagem para permitir que a umidade interna se mova gradualmente para o exterior e utilizar ciclos de reumidificação para equilibrar umidade e evitar tensões na madeira b No caso do endurecimento superficial por que esse fenômeno pode comprometer a qualidade final da madeira mesmo sem apresentar defeitos visíveis Porque cria uma crosta rígida na camada externa enquanto o interior permanece úmido Isso gera problemas como tensões internas ocultas a madeira pode parecer seca externamente mas ainda contém umidade interna aumentando o risco de rachaduras e deformações posteriores Dificuldade na usinagem a camada endurecida pode causar problemas no corte lixamento e colagem reduzindo a qualidade do acabamento Secagem incompleta com o interior úmido a madeira pode sofrer retratação tardia e deformações quando exposta a variações ambientais após ser utilizada Exercício 14 Elabore com base no que foi estudado um esboço de um programa de secagem convencional para uma madeira que precisa sair de 40 de umidade para 10 Aponte A temperatura inicial e final recomendada A lógica para o aumento gradual de temperatura A importância das fases de aquecimento secagem e condicionamento Fase de aquecimento Objetivo Elevar a temperatura gradualmente para preparar a madeira e iniciar a evaporação da umidade sem causar tensões internas Temperatura inicial recomendada 4045C Umidade relativa alta no início para evitar endurecimento superficial Duração variável conforme a espécie da madeira e espessura das peças Fase de secagem controlada Objetivo Remover a umidade livre e depois a umidade ligada evitando rachaduras e empenamentos Aumento gradual da temperatura conforme a madeira perde umidade evitando retração desigual Temperatura intermediária 5060C conforme a madeira atinge cerca de 20 25 de umidade Controle da umidade do ar para equilibrar a secagem entre o núcleo e a superfície Ventilação adequada para garantir remoção eficiente da umidade Fase de condicionamento Objetivo Uniformizar a umidade entre o interior e a superfície da madeira aliviando tensões internas Temperatura final recomendada 6065C Reintrodução de umidade controlada para evitar tensões residuais Duração curta mas essencial para garantir estabilidade dimensional e evitar defeitos futuros Importância do processo Evita defeitos como rachaduras endurecimento superficial e colapso Garante melhor qualidade estrutural e estabilidade da madeira Melhora o desempenho em aplicações finais reduzindo perdas e retrabalho