Slide - Aula 3 - Produtos Comerciais de Madeira - Estruturas de Madeira - 2023-2

EES170 - Noções de Estruturas de Madeira Aula 03: Produtos comerciais de madeira Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) 2o. semestre 2023 Produtos de madeira As madeiras utilizadas nas construções podem ser classificadas em duas categorias: • Madeiras maciças: * madeira bruta ou roliça; * madeira falquejada; * madeira serrada. • Madeiras industrializadas: * madeira compensada; * madeira lamelada colada; * madeira microlaminada colada; * madeira recomposta. Produtos de madeira Madeira roliça • Madeiras maciças: * madeira bruta ou roliça; * madeira falquejada; * madeira serrada. • Madeiras industrializadas: * madeira compensada; * madeira lamelada colada; * madeira microlaminada colada; * madeira recomposta. Produtos de madeira Madeira roliça • É utilizada com maior frequência como elemento estrutural sujeito apenas a esforços axiais (pilares, postes e estacas) ou em estruturas provisórias (escoramentos); • Espécies mais utilizadas: eucaliptos; • Processamento: eliminação da casca e secagem da madeira. Existem máquinas especiais para o descascamento e a secagem deve ser feita em lugar arejado e protegido do sol. Produtos de madeira Madeira roliça Máquina para descascamento: Estruturas com madeira roliça: Produtos de madeira Madeira roliça • Quando a madeira utilizada não apresenta durabilidade natural satisfatória à sua condição de uso, ela pode ser tratada com produtos químicos; • Um tratamento muito comum é a aplicação dos produtos químicos em au- toclaves. O CCA (Arsenito de Cobre Cromatado), é o produto químico mais usado para tratar madeira. O cromo funciona como fixador, o arsênio como agente inseticida e o cobre como fungicida. O CCA é aplicado à madeira em solução aquosa. Processo de autoclave: Produtos de madeira Madeira roliça Descrição do tratamento em autoclave: 1. Operação de vácuo inicial: é retirado o ar das células da madeira; 2. Com a bomba de vácuo ainda ligada, a solução preservativa é transferida para a autoclave; 3. uma pressão controlada é aplicada no interior da autoclave; 4. A bomba de pressurização é desligada e uma válvula é aberta para permitir a saída da solução preservativa que não penetrou na madeira; 5. Aplicação de pressão (de ar) final. Produtos de madeira Madeira roliça • A peça roliça apresenta diâmetro variável (tronco de cone). No cálculo para o dimensionamento de peças estruturais, é admissível trata-la como uma peça cilíndrica de diâmetro igual àquele verificado a uma distância de 1/3 do comprimento da peça a partir da extremidade mais esbelta: Dcalc = 1 3(2Dmin + Dmax) com Dcalc ⩽ 3 2Dmin Produtos de madeira Madeira falquejada • Madeiras maciças: * madeira bruta ou roliça; * madeira falquejada; * madeira serrada. • Madeiras industrializadas: * madeira compensada; * madeira lamelada colada; * madeira microlaminada colada; * madeira recomposta. Produtos de madeira Madeira falquejada ● Processamento: é obtida de troncos por cortes de machado com seções transversais quadradas ou retangulares. A partes periféricas do tronco são descartadas (perda). ● A seção que produz menor perda de material (considerando d fixo) é a quadrada: A = bh = (d^2 - h^2)^{1/2}h da/dh = (d^2 - h^2)^{1/2} + 1/2 (-2h)h / (d^2 - h^2)^{1/2}=0 ⇒ d^2 - h^2 = h^2 ⇒ h = b = d/√2 ● Seção com maior módulo resistente à flexão para um diâmetro fixo: W = bh^3/12 * 2/h = bh^2/6 = 1/6(bd^2 - b^3) ⇒ dW/db = 1/6(d^2 - 3b^2) = 0 ∴ b = d/√3 h = √(2/3)d Produtos de madeira Madeira falquejada • Existem máquinas especiais para o descascamento e o corte da madeira: • Também pode receber tratamento em autoclave. Produtos de madeira Madeira serrada • Madeiras maciças: * madeira bruta ou roliça; * madeira falquejada; * madeira serrada. • Madeiras industrializadas: * madeira compensada; * madeira lamelada colada; * madeira microlaminada colada; * madeira recomposta. Produtos de madeira Madeira serrada • Processamento: é obtida pelo processo de desdobramento, através de serras, das toras de madeira em lâminas com dimensões variadas. • O desdobramento do tronco em lâminas de madeira deve ser feito o mais cedo possível, após o corte da árvore, a fim de evitar defeitos decorrentes da secagem da madeira. Produtos de madeira Madeira serrada • Outra forma de desdobramento é o processo no qual o tronco é dividido inicialmente em 4 partes. Estas partes podem ser desdobradas segundo a necessidade. Quando se faz o desdobro na direção radial, as lâminas são mais homogêneas, porém mais onerosas. • O comprimento da tora é limitado por problemas de transporte e manejo. Em geral ele fica na faixa de 4 a 6 metros. Produtos de madeira Madeira serrada • A madeira serrada antes de ser utilizada nas construções deve passar por um período de secagem. Essa secagem pode ser feita naturalmente empi- lhando a madeira, deixando um espaço entre elas para a circulação do ar, e deve estar abrigada contra a chuva. O tempo de secagem varia entre 1 e 3 anos, dependendo da espécie, da espessura e da densidade da madeira. • Para acelerar essa secagem foram desenvolvidos métodos artificiais que consistem basicamente na circulação de ar quente com baixa umidade. Com isso, o tempo necessário se reduz para 5 a 10 dias para cada 5 cm de espessura. • As madeiras serradas são, normalmente, vendidas com seções padronizadas. Produtos de madeira Madeira compensada • Madeiras maciças: * madeira bruta ou roliça; * madeira falquejada; * madeira serrada. • Madeiras industrializadas: * madeira compensada; * madeira lamelada colada; * madeira microlaminada colada; * madeira recomposta. Produtos de madeira Madeira compensada • Colagem de três ou mais lâminas (sempre número ímpar), de 1 a 5 mm de espessura cada; • Lâminas adjacentes são posicionadas de forma que suas fibras fiquem perpendiculares. Produtos de madeira Madeira compensada • As lâminas de madeira são obtidas com facas especiais, normalmente numa máquina rotativa; • Após o corte, a secagem é feita naturalmente em galpões cobertos e ven- tilados ou de forma artificial em estufas com temperatura variando entre 80 e 100oC. Como a espessura é reduzida, a secagem artificial gasta pouco tempo, em geral de 10 a 15 min para lâminas de 1 mm e até 1 h para as lâminas mais espessas. Produtos de madeira Madeira compensada • Pela disposição alternada das fibras, a madeira compensada apresenta vantagens sobre a maciça em estados de tesão biaxiais; • Há uma redução da probabilidade de se encontrar defeitos naturais; • Compensados destinados à utilização em locais abrigados, como móveis e portas, podem ser fabricados com cola de caseína (substância de origem orgânica). Já aqueles destinados à aplicação estrutural em ambientes ex- ternos devem ser fabricados com colas sintéticas; • A colagem deve ser feita sob pressão; • As chapas de compensado são comercializadas em tamanho padrão: (2,50x1,25) m, e espessuras que variam entre 4 e 30 mm. Produtos de madeira Madeira lamelada colada (MLC) • Madeiras maciças: * madeira bruta ou roliça; * madeira falquejada; * madeira serrada. • Madeiras industrializadas: * madeira compensada; * madeira lamelada colada; * madeira microlaminada colada; * madeira recomposta. Produtos de madeira Madeira lamelada colada (MLC) • A MLC é um produto estrutural formado pela associação de duas ou mais lâminas de madeira selecionadas e secas, coladas com adesivo e com as fibras orientadas na mesma direção, formando peças de grandes dimen- sões e comprimentos. As fibras das lâminas têm, geralmente, direção para- lela ao eixo das peças. A espessura das lâminas varia de 1,5 a 3,0 cm, po- dendo atingir até 5,0 cm; • Madeiras de reflorestamento, como eucalipto e pinus, são muito utilizadas na fabricação de peças de MLC. Produtos de madeira Madeira lamelada colada (MLC) • Esse processo de associação de lâminas permite confeccionar peças de grandes dimensões e peças de eixo curvo como arcos, o que favorece sua utilização em estruturas com vãos elevados. Produtos de madeira Madeira lamelada colada (MLC) Produtos de madeira Madeira lamelada colada (MLC) Produtos de madeira Madeira lamelada colada (MLC) Produtos de madeira Madeira lamelada colada (MLC) Produtos de madeira Madeira lamelada colada (MLC) • Uma variação mais recente da MLC é a chamada XLAM, onde as fibras das lâminas adjacentes são dispostas de forma cruzada. Produtos de madeira Madeira lamelada colada (MLC): elementos principais • Podem ser identificados os seguintes elementos numa peça lamelada e colada de madeira: lâminas, linhas adesivas e emendas longitudinais e transversais. Produtos de madeira Madeira lamelada colada (MLC): elementos principais • LÂMINA: a espessura varia de acordo com o tipo de peça e seu emprego. Entretanto, a dimensão não deve ultrapassar 5 cm para não resultar num tempo elevado de secagem. • LINHA ADESIVA: O adesivo depende das condições de uso da estrutura e do tipo de madeira empregado. Resumidamente, para peças internas utilizam-se adesivos à base de caseína ou de uréia e, para aplicações ex- ternas, adesivos à base de resina de resorcinol e fenol. • EMENDAS LONGITUDINAIS: Podem ser de topo (pouco utilizadas em vi- gas devido às tensões de cisalhamento transversais), biseladas (em chan- fro) ou dentadas. São utilizadas com o objetivo de se obter lâminas com comprimento maior que o original. • EMENDAS TRANSVERSAIS: Neste caso, as emendas são empregadas para conseguir larguras superiores à das tábuas disponíveis. Utiliza-se normalmente uma configuração macho e fêmea. Produtos de madeira Madeira lamelada colada (MLC): vantagens técnicas • Boas características mecânicas e baixa densidade; • Possibilidade de fabricar peças cujo comprimento é limitado apenas por questões de transporte; • Possibilidade de realizar obras com grandes vãos livres; • Facilidade na pré-fabricação de peças, racionalização da construção e ganho de tempo na montagem e entrega da obra; • Distribuição dos defeitos naturais residuais no interior do produto final; • Características estéticas importantes, além da vantagem de proporcionar uma grande liberdade ao projetista e possuir uma diversidade de cores e texturas. Produtos de madeira Madeira microlaminada colada • Madeiras maciças: * madeira bruta ou roliça; * madeira falquejada; * madeira serrada. • Madeiras industrializadas: * madeira compensada; * madeira lamelada colada; * madeira microlaminada colada; * madeira recomposta. Produtos de madeira Madeira microlaminada colada • Produtos à base de lâminas finas, de 1 a 5 mm de espessura, introduzidos na construção civil na década de 1970; • As lâminas são obtidas de forma similar à madeira compensada, porém as lâminas são coladas com as fibras paralelas entre si; • A colagem é realizada com pressão e temperatura controladas, gerando vigas ou chapas com espessuras que variam entre 20 e 200 mm; • Muito utilizada em mesas de vigas I: Produtos de madeira Madeira recomposta • Madeiras maciças: * madeira bruta ou roliça; * madeira falquejada; * madeira serrada. • Madeiras industrializadas: * madeira compensada; * madeira lamelada colada; * madeira microlaminada colada; * madeira recomposta. Produtos de madeira Madeira recomposta • Produtos na forma de placas, fabricados a partir de resíduos da madeira serrada e compensada, convertidos em flocos ou partículas e colados sob pressão, sendo um material em geral de baixa resistência utilizado apenas para móveis (exemplo: MDF); • Existe, no entanto, o chamado OSB (Oriented Strand Board), muito popular na América do Norte e Europa; • Os painéis de OSB são fabricados com finas lascas de madeira coladas sob pressão e alta temperatura, sendo que nas duas camadas superfici- ais as lascas são alinhadas com a direção longitudinal dos painéis, en- quanto que nas camadas internas são dispostas aleatoriamente ou na di- reção transversal; • Aplicações: almas de vigas I e revestimentos de pisos e coberturas. Produtos de madeira Madeira recomposta Produtos de madeira Madeira recomposta Produtos de madeira Madeira recomposta Leitura recomendada • Livro Estuturas de Madeira, Walter Pfeil e Michèle Pfeil, 6a. ed, LTC: Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., Rio de Janeiro, 2003: Capítulo 2 - seções 2.1 a 2.8.