Estruturas de Madeira - Curso Completo sobre Dimensionamento e NBR 7190

1 AÇAILÂNDIA MA 2023 ESTRUTURAS DE MADEIRA I Prof Deckson Lacerda 2 SUMÁRIO 1 Introdução 2 Características botânicas da madeira 3 Neste curso iremos aprender sobre os estados limites últimos e os estados limites de utilização enfocandose em detalhes como são feitas as combinações em cada estado das ações atuantes na estrutura Serão vistos também como são aplicados os coeficientes de segurança nas tensões características das madeiras e como atingir a tensão resistente de projeto inserindose coeficientes redutores que consideram a umidade da madeira classificação mecânica categoria da peça e a classe de resistência de cada espécie Iremos ver também os critérios de dimensionamento prescritos pela norma NBR 71901997 mostrandoos de forma didática e com roteiros de cálculos e exemplos numéricos de modo a facilitar a aplicação com extrema facilidade no seu dimensionamento INTRODUÇÃO 4 INTRODUÇÃO Iremos ver também algumas características botânicas químicas e físicas da madeira para propiciar um embasamento teórico mais sólido a respeito da madeira e facilitar o entendimento do seu comportamento como material para uso estrutural A madeira é provavelmente o material de construção mais antigo dada a sua disponibilidade na natureza e sua relativa facilidade de manuseio Comparado a outros materiais de construção utilizados atualmente a madeira apresenta uma excelente relação resistênciapeso Tabela 1 propriedades de alguns materiais de construção Fonte PFEIL 2016 5 INTRODUÇÃO A madeira ainda possui outras características favoráveis ao uso em construção tais como facilidade de fabricação de diversos produtos industrializados e bom isolamento térmico Em contrapartida a madeira também possui algumas desvantagens como está sujeito à degradação biológica por ataque de fungos cupins e também à ação do fogo Além disso por ser um material natural apresenta inúmeros defeitos como nós e fendas que interferem em suas propriedades mecânicas Entretanto esses aspectos desfavoráveis são facilmente superados com o uso de produtos industriais de madeira em sistemas estruturais adequados resultando em estruturas duráveis e com boa estética 6 INTRODUÇÃO No Brasil a madeira é utilizada para múltiplas finalidades Na construção civil ela se destaca na solução de problemas relacionados a coberturas residenciais comerciais industriais construções rurais cimbramentos para estruturas de concreto armado e protendido transposição de obstáculos pontes viadutos passarelas para pedestres armazenamento silos verticais e horizontais linhas de transmissão energia elétrica telefonia obras portuárias entre outros Além disto é muito empregada na fabricação de componentes para a edificação como painéis divisórios portas caixilhos lambris forros pisos A indústria moveleira e a indústria de embalagens usam largamente a madeira e os produtos dela derivados tais como chapas de diferentes características 7 INTRODUÇÃO Figura 1 Pergolado de madeira Fonte httpsbrpinterestcompin559501953 709444583 Figura 2 Cimbramento de madeira Fonte httpswwwcimentoitambecombrmassa cinzentacimbramentonaosefazconcretoarmado semessealiado 8 INTRODUÇÃO Figura 3 Ponte de madeira Fonte httpscuiabamadeirascombrmadeiras parapontesmadeiraparaponte Figura 4 Silo vertical de madeira Fonte httpswwwgooglecomimgresimgurlhttps 3A2F2Fstaticwixstatic 9 INTRODUÇÃO Figura 5 Poste de madeira Fonte httpswwwventurolicombrpostes cruzetasedormentes Figura 6 Contenção de madeira Fonte httpswwwpinterestptpin552535448026300391 10 INTRODUÇÃO É importante lembrar também que o crescimento e a extração de árvores bem como o corte das toras envolvem baixo consumo de energia além de não provocarem maiores danos ao meio ambiente desde que providenciada a respectiva reposição Materiais estruturais como o aço e o concreto armado são produzidos por processos altamente poluentes antecedidos por agressões ambientais consideráveis para a obtenção de matériaprima Esses processos requerem alto consumo energético e a matériaprima retirada da natureza jamais será reposta O contrário se verifica com a madeira cuja renovação se processa mesmo sob rigorosas condições climáticas 11 INTRODUÇÃO Apesar de sua inflamabilidade as peças estruturais de madeira evidenciam um conveniente desempenho a altas temperaturas melhor que o de outros materiais em condições severas de exposição A carbonatação superficial das peças se transforma numa espécie de barreira de isolação térmica Sendo a madeira um mau condutor de calor a temperatura interna cresce mais lentamente não provocando maior comprometimento da região central das peças que desta maneira podem manterse em serviço nas condições em que o aço por exemplo já teria entrado em colapso escoamento mesmo não sendo inflamável Outra característica importante da madeira com relação ao fogo é o fato de não apresentar distorção quando submetida a altas temperaturas tal como ocorre com o aço 12 INTRODUÇÃO Figura 6 Resistência ao fogo Fonte Ritter 1990 apud Calil 2003 13 INTRODUÇÃO Embora suscetível ao apodrecimento e ao ataque de organismos em circunstâncias especificas a madeira tem sua durabilidade natural prolongada quando previamente tratada com substâncias preservativas A madeira tratada requer cuidados de manutenção menos intensos Deve ser salientada neste ponto a importância de um projeto elaborado de modo a serem previstos detalhes construtivos que garantam maior durabilidade à madeira impregnada evitandose a exposição excessiva aos raios solares e à umidade proveniente da água da chuva Diante do exposto é possível concluir que a madeira tem significativo potencial para os mais diversificados usos É evidente que a disseminação de seus produtos está condicionada à garantia de sua qualidade e de sua competitividade com outros materiais 14 CARACTERÍSTICAS BOTÂNICAS DA MADEIRA Classificação No final do século XIX o reino vegetal foi dividido em dois grandes grupos criptógamas e fanerógamas Criptógamas são vegetais que não possuem flores e nem sementes sendo as espécies mais simples deste reino As fanerógamas são vegetais mais evoluídos que formam sementes para a sua reprodução As fanerógamas vegetais que apresentam resistência estrutural para o uso na construção civil são classificadas em gimnosperma e angiosperma 15 CARACTERÍSTICAS BOTÂNICAS DA MADEIRA Figura 7 Diagrama da classificação botânica dos vegetais superiores Fonte Hortegal 16 CARACTERÍSTICAS BOTÂNICAS DA MADEIRA Gimnosperma Nas gimnospermas a classe mais importante é a das coníferas também designadas na literatura internacional como softwoods ou seja madeiras moles As gimnospermas são fanerógamas adaptáveis aos climas frios que apresentam sementes expostas folhas pontiagudas e crescimento rápido apresentando dessa maneira menor resistência em relação às desenvolvidas na região tropical As principais representantes são as coníferas que compreende os pinheiros os ciprestes e os pinus Nas árvores classificadas como coníferas as folhas em geral são perenes têm formato de escamas ou agulhas São típicas dos climas temperados e frios embora existam algumas espécies tropicais 17 CARACTERÍSTICAS BOTÂNICAS DA MADEIRA Constituem em particular no Hemisfério Norte Na América do Sul encontrase uma conífera típica o PinhodoParaná Situase no Brasil uma parte dessa espécie englobando os estados do Paraná de Santa Catarina e do Rio Grande do Sul conhecida como mata de araucária Além dessa formação existem matas oriundas de reflorestamentos de pinus de propriedade das indústrias de papel e celulose e madeireiras Fonte Hortegal Figura 8 Gimnosperma 18 CARACTERÍSTICAS BOTÂNICAS DA MADEIRA Angiosperma São vegetais que apresentam sementes alojadas dentro de frutos A divisão das angiospermas compreende duas classes monocotiledôneas e dicotiledôneas Esse critério referese ao número de cotilédones folhas especiais cuja função é alimentar o embrião quando a semente inicia seu desenvolvimento presentes na semente sendo 1 na monocotiledônea e 2 na dicotiledônea Figura 9 Número de cotilédones presentes nas sementes Fonte Hortegal 19 CARACTERÍSTICAS BOTÂNICAS DA MADEIRA As monocotiledôneas apresentam caule do tipo colmo caule aéreo com nós bem nítidos como o da cana e o do bambu e do tipo estipe caule aéreo longo e cilíndrico com um aglomerado de folhas no ápice como o das palmeiras As dicotiledôneas são usualmente designadas na literatura internacional como hardwoods ou seja madeiras duras Elas apresentam caule do tipo tronco caule aéreo lenhoso com ramificações densas como o do ipê do jequitibá etc e do tipo haste caule flexível como o das ervas em geral São madeiras tropicais de folhas largas e de crescimento lento apresentando maior resistência em relação aos demais tipos de vegetais 20 CARACTERÍSTICAS BOTÂNICAS DA MADEIRA Produzem árvores com folhas de diferentes formatos renovadas periodicamente No Brasil diversas essências das dicotiledôneas são consagradas no mercado madeireiro como ipê cedro maçaranduba e etc Dessa maneira podemos concluir que as madeiras utilizadas para fins estruturais são as coníferas e as dicotiledôneas Figura 10 dicotiledônea mangueira Fonte Hortegal 21 CARACTERÍSTICAS BOTÂNICAS DA MADEIRA Crescimento e fisiologia O crescimento vegetal se dá a partir de tecidos meristemáticos que têm a capacidade de formar novas células Eles podem ser apical e cambial O meristema apical localizado no ápice do tronco e ramos tem a função de desenvolver a árvore no sentido vertical O meristema cambial localizado entre o floema casca interna e o alburno promovem o seu crescimento horizontal Na fase jovem da árvore há predominância do meristema apical o que caracteriza o acentuado crescimento vertical nessa etapa 22 CARACTERÍSTICAS BOTÂNICAS DA MADEIRA Esse crescimento é depois de algum tempo acompanhado do crescimento horizontal em camadas formando os anéis de crescimento o que faz aumentar o seu diâmetro O processo fisiológico do crescimento iniciase com a retirada do solo de água e sais minerais seiva bruta ou inorgânica através da raiz Figura 11 Disposição esquemática das camadas de crescimento do tronco Fonte Burger e Richter 1991 apud Hortegal 23 CARACTERÍSTICAS BOTÂNICAS DA MADEIRA Essa seiva é transportada pelas regiões externas do alburno onde está localizado o tecido dotado de vasos lenhosos elementos anatômicos ocos da madeira A seiva elaborada é uma solução rica em compostos orgânicos sendo a principal fonte de energia das células vivas O seu transporte é realizado por um tecido denominado líber ou floema localizado nas regiões internas da casca Com condução descendente parte da solução deslocase para a raiz e outra radialmente para o interior da árvore através dos raios medulares formando o cerne e o alburno