02 Propriedades Físicas Da Madeira

8/17/2019 02 Propriedades Físicas Da Madeira

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Propriedades da Madeira

Prof. Gavassoni

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2.1 Introdução

Madeiras duras:

Giardino di Boboli, Firenze, IT

Árvores “frondosas” – Angiospermas – grupo de plantas comsementes formadas dentro de um ovário desenvolvido (fruto)

Crescimento lento: Peroba, Ipê, aroeira, carvalho

As madeiras duras de melhor qualidade são as chamadasmadeiras de lei.



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2.1 Introdução

Peroba:

madeireiracarapo.webnode.com.br

www.panoramio.com

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2.1 Introdução

Ipê:

flores.culturamix.com



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2.1 Introdução

Carvalho:

houseandgardenningaddicts.wordpress.com

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2.1 Introdução

Madeiras macias:

Ostia Antica, Itália

“Coníferas” – grupo mais representativo das gimnospermas –grupo de plantas com sementes não encerradas dentro de umovário desenvolvido (fruto)

Crescimento rápido: Pinheiros



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2.1 Introdução

Floresta da Suíça Bohemia, República Tcheca

Madeiras duras x macias

Uma madeira dura não é necessariamente um material mais duro(mais denso) e uma madeira mole não precisa ser um materialmais mole (menos denso). Por exemplo, a madeira balsa é umadas madeiras mais leves e menos densas que existe, e éconsiderada madeira dura. um exemplo oposto é o do teixo quesendo uma madeira macia é muito mais dura do que a maioriadas madeiras consideradas duras.

Também não se distinguem propriamente pela resistência, nemmecânica, nem ao processamento, e sim pela estrutura celulardos troncos.

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2.1 Introdução

As árvores que produzem madeira de construção crescem pelaadição de camadas externas, sob a casca:

Casca: externa

(morta) e interna

(floema) Alburno – células

vivas (xilema) – 3

a 5 cm

Cerne – alburno

morto –

sustentam o

tronco

Medula – tecido

macio



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2.1 Introdução

Madeira de construção de preferência deve vir do cerne;

A madeira do alburno é mais higroscópica que a do cerne;

A madeira do alburno é portanto mais sensível ao ataque defungos;

A madeira do alburno “aceita” melhor a aplicação de agentesprotetores.

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Ementa

1. Introdução

2. Microestrutura da Madeira

3. Propriedades Físicas

4. Defeitos

5. Madeiras de Construção



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2.2 Microestrutura da Madeira

Gesualdo, 2003

As células da madeira, constituem fibras, que sãocomo tubos de paredes finas alinhados na direçãolongitudinal (axial do tronco)

Seção Transversal - Pfeil e Pfeil, 2014

Nas coníferas as fibras tanto tem função de transporte comoautoportante.

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Gesualdo, 2003

As células da madeira, constituem fibras, que sãocomo tubos de paredes finas alinhados na direçãolongitudinal (axial do tronco)

Seção Tangencial - Pfeil e Pfeil, 2014

Extremidades Permeáveis e perfurações laterais das fibras.



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As Angiospermas(madeira dura) apresentam

fibras fechadas, ou seja,apenas com função

autoportante.

A estrutura celular damadeira constitui a base

da excelente razãoresistência /peso da

madeira

Raven et al., 2013

Ocas e cantosarredondados e

encaixadas

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2.2 Microestrutura da Madeirawww.japlusu.com

boasnoticias.pt

www.nasa.gov



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Composição Química Compostos químicos:

50% celulose (reforço dasparedes celulares)

20-25% hemicelulose20-30% lignina – “cola”das células. (rigidez e

resistência à compressão)

Sais mineirais (cinzas), resinas, óleos, ceras, etc.

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2.3 Propriedades Físicas

A madeira é um material anisotrópico

As propriedades mudam com a direção

Por quê?

Raven et al., 2013

Estrutura fibrosa.



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3 direções principais da madeira:

Em função dos tipos de madeira utilizadasna construção civil, raramente se tem

necessidade de diferenciar as propriedadesnas direções radial e tangencial.

Gesualdo, 2003

pauleira.com.br

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3 direções principais da madeira:

A direção longitudinal, é chamada de direçãodas fibras principais, ou direção principal.

Gesualdo, 2003

Basta diferenciar a direção longitudinal dadireção transversal às fibras principais.

www.acrisoft.com



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Umidade: Grande importância sobre as propriedades

U – Grau de umidade

P i – peso inicialP s- peso seco em estufa (até

estabilizar)100.(%)

s

si

P

P P U

−=

A umidade está presente na madeira de duas formas:

Água no interior das fibras (água livre);

Água absorvida nas paredes das fibras (água deligação) – pontes de hidrogênio;

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A faixa de umidade das madeiras verdes varia de espécie para espécie –30% a 130%

Toda água do interior das fibras éevaporada, as paredes aindaestão saturadas – Ponto de

saturação

P o n t o d e s a t u r a ç ã o

Madeira verde

Madeira meio

seca

Ponto de equilíbrio entre aumidade da madeira e a umidaderelativa do ar – Madeira seca ao ar

M a d e

i r a s e c a

a o a r

Não há variação de volume

O ponto de saturação varia com a espécie a média é de 30%

U m i d a d

e d a m a d e i r a v i v a

Não há variação daspropriedades mecânicas



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O ponto de equilíbrio varia com a umidade do ar, por exemplo entre 10 e20% para umidade relativa do ar entre 60 e 90%.

P o n t o d e s a t u r a ç ã o

Madeira verde

Madeira meioseca

M a d e i r a s e c a

a o a r

Utiliza-se então um grau de umidade padrão – 12% (NBR 7190/97)

Devido a natureza higroscópica (capacidade de absorver água) o grau deumidade de uma peça de madeira em serviço pode variar até mesmodiariamente.

Mudança de volume

U m i d a d e d a m a d e i r a v i v a

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Piazza et al.,2014



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Diminuindo o U abaixo do ponto de saturação há ganho daspropriedades mecânicas (resistência) da madeira.

O pico no aumento da resistência se dá para um valor de U em torno de10-15%.

Para U menores ao valor correspondente ao pico, a resistênciapermanece constante.

A madeira pode ser seca para aumentar a resistência num processocontrolado artificialmente, mas isso eleva o valor da mesma.

Existem medidores portáteis do grau deumidade da madeira.

www.tramexltd.com

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Vantagens da secagem da madeira

Menor peso no transporte.

Melhoria do resultado de acabamentos (tintas, vernizes, etc.)

Redução da probabilidade do ataque de fungos.

Aumento das propriedades de Engenharia do material.

Retração leva a possíveis problemas nas ligações, empenamentos, casoa madeira seja implantada sem secagem.



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Retratibilidade

Retração ou inchamento com variação da umidadeentre 0% e o ponto de saturação.

O fenômeno é mais acentuado na direção tangencial: 5a 10% da dimensão verde;

A retração radial é cerca da metade da tangencial

A retração longitudinal: 0,1 a 0,3% da dimensão verde.

A retração (inchamento) volumétrica é dada pela somadas 3 retrações lineares principais. (Deformação

volumétrica para pequenas deformações)

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Retratibilidade

Gesualdo, 2003

Pfeil e Pfeil, 2014

Exercício 2.1



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Retratibilidade

O comportamento do material (madeira) tem de ser conhecido para ser bem usado.

Não é um material de propriedades “permanentes” –significantes mudanças nas dimensões podem ocorrer em serviço em função das condições atmosféricas.

Mesmo que estimativas de retração não sejam

calculadas, o projetista deve permitir que as mudançasvolumétricas ocorram.

Por isso uma das questões básicas no projeto é apossibilidade da ruptura por tração da madeira.

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Retratibilidade

A madeira tem baixa resistência à tração na direçãoperpendicular às fibras

A retração é muito maior na direção perpendicular às

fibras que na longitudinal.O detalhamento das ligações deve ser cuidadoso parapermitir movimentações e não deixar que sujamtensões.

Além de questões de resistência deve-se atentar paraos efeitos da retração na utilização da estrutura.



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Retratibilidade

Considere o exemplo do exercício 2.1:

Imagine se uma treliça, cobertura, telhado esteja apoiada numaextremidade numa estrutura porticada de madeira e na outra numaparede de alvenaria ou estrutura de concreto.

Uma extremidade sofrerá um abaixamento de 2,1 cm e a outra não.Movimentação diferencial.

Ou considere que uma parte do fechamento lateral não é de paneis

de madeira – caixa da escada, área molhada, etc.. -> Movimentaçãodiferencial numa distância mais curta.

Mesmo quando a retração é uniforme (toda construção emmadeira), acabamentos, fechamentos laterais, encanamentos,sistemas de aquecimento, sistemas elétricos devem permitir eacomodar a movimentação da estrutura.

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Retratibilidade

Uma vez que as diferenças de grau de umidade produzemdiferenças nas dimensões das peças de madeira, qual dimensõesusamos?

E qual valor da área da seção transversal? Do momento de

inércia?

O dimensionamento é feito para o valor de referência da madeiraseca ao ar.

A NBR 7190/97 estabelece o valor de 12%



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Retratibilidade Volumétrica

Coeficiente deretratibilidade

100.(%)sec

sec

a

a sat V

V

V V −=ε

sat

V v

U

ε δ =

Exprime a porcentagem de retração que se verifica paracada 1% nos teores abaixo do Ponto de Saturação.

Piazza et al.,2014

Tangencial Radial Longitudinal

Macia 0,24 0,12 0,01

Dura 0,40 0,20 0,01

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Coeficiente de Retração

Piazza et al.,2014

Na prática despreza-se o valor longitudinal e se podeusar, a favor da segurança os valores tangenciais para

os valores transversais.



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Valores de U comumente aceitáveis para o uso damadeira.

Piazza et al.,2014

Condições Umidade (%)

Níveis Críticos

Início das retrações significativas apr. 30

Valor mínimo com secagem ao ar apr. 15

Nível admissível de segurança contra ataques de fungos apr. 20

Elementos protegidos das intempéries

Locais aerados e com muito aquecimento no inverno 10+-2

Locais aerados e com pouco aquecimento no inverno 13+-2

Locais aerados e sem aquecim ento no inverno 15+-2

Sem fechamento lateral 17+-5

Elementos parcialmente protegidos das intempériesSeções pequenas, forte irradiação solar 14+-5

Seções pequenas, fraca irradiação solar 16+-4

Seções médias, forte irradiação solar 12+-4

Seções médias, fraca irradiação solar 15+-4

Elementos diretamente expostos às intempéries

Seções grandes, não superficiais 18+-6

Seções grandes, superficiais 20+-8

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Influência da umidade na densidade aparente

A quantificação da influência da umidade na densidadeaparente pode ser feita por ábacos ou equações

empíricas.

12

12

V

map = ρ Para um dado teor de umidade, no caso da

NBR 7190/97 – 12%



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Diagrama deKollmann

Espécies declima frio outemperado

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Equação de Logsdon (1998)

Espécies Brasileiras

( )

−−+=

100

12112

U vuu δ ρ ρ ρ

A NBR 7190/97 não indica o procedimento de correçãoda umidade aparente

Exercício 2.2



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Dilatação Térmica Linear

Longitudinal: 0,3x10-5 a 0,45x10-5/oC

1/3 o do aço

Tangencial e Radial: 4,5x10-5/oC (duras) a 8,0x10-5/oC(macias) – varia com o peso específico da madeira

Um aumento de temperatura sob mesma umidade relativa doar leva a uma retração da madeira

A retração é em geral maior que a dilatação térmica – Emgeral pode ser desprezada.

Atenção para o uso de outros materiais integrados às obrasde madeira.

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Durabilidade

Sujeita a:

Ataque biológico

Ataques abióticos (sais, raios solares, fogo).

Se a madeira for usada de maneira apropriada pode serum material permanente.

Se protegida (não exposta às intempéries ou semcontato com o solo) e em condições de baixa umidade

do ar (estruturas internas e cobertas) – não hánecessidade de tratamento químico.

A madeira é durável se continuamente submersa emágua doce limpa.



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Durabilidade

Contudo se o U varia continuamente, ou a madeira estáem contato com o solo, há a necessidade de tratamento

químico.

Lugares úmidos, piscinas, telhados que aprisionam arúmido (sem ventilação).

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Ataque Biológico

Fungos, insetos, moluscos e crustáceos

flagradeumabiologa.blogspot.com

Conhecido também como: teredo, turu ou cupim-

do-mar, trata-se de um molusco perfurador de

madeiras, com corpo alongado e vermiforme,

revestido por um tubo calcário que facilita usa

entrada inicial na madeira, do qual é seu

alimento, porém se alimenta também de

plâncton.

www.forumdaconstrucao.com.br



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Susceptibilidade ao ataque biológico depende de:

Parte do tronco de onde se extraiu a peça: alburno émais susceptível que o cerne

Da espécie da madeira

Condições ambientais (umidade (U<20%), temperatura eoxigênio) – se não houver um dos 3, o apodrecimento éinterrompido;

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Abióticos

Geralmente é resistente a ação química (sais);

Sensível a ação dos raios solares, combinada comoutros agentes atmosféricos (umidade, temperatura,

vento e chuva) dá origem a um mecanismo deenvelhecimento complexo – fotólise.

Degradação superficial por raios UV – degradação dasmoléculas de lignina e celulose.



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Fogo

Combustível – quanto maior o peso específico, maiscombustível é.

Peças robustas se oxidam lentamente, guardando onúcleo íntegro (com propriedades mecânicasinalteradas) por um longo tempo;

Peças esbeltas e/ou com ligações metálicas – precisam

de proteção contra o fogo (retardadores de fogo).

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2.4 Defeitos

Prejudicam a resistência, o aspecto ou a durabilidade:

Classificação quanto à origem:

1. Constituição do tronco

2. Processo de preparação da madeira



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2.4 Defeitos

Nós:

Imperfeições da madeira nos pontos onde existiamgalhos.

Galhos vivos na época do abate produzem nós firmes:existia a continuidade dos anéis e fibras;

Galhos mortos na época do abate produzem nóssoltos: O galho vai sendo englobado com casca e tudo

no tronco – pode cair durante a serragem, produzindoorifícios;

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2.4 Defeitos

Nós

Desviam as fibras longitudinais – reduzem aresistência (+ à tração que compressão). Concentramtensões.

Efeito ornamental desejado.

mind42.com



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2.4 Defeitos

Nós de Pinho

www.contrabaixobr.com

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2.4 Defeitos

Fendas:

Aberturas nas extremidades das peças – secagemmais rápida da superfície;

Planos longitudinais-radiais, atravessam anéis de

crescimento;Evitados por secagemlenta e uniforme damadeira.

Retração tangencial émaior que a radial.



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2.4 Defeitos

Gretas ou ventas:

Separação entre anéis anuais, provocadas por tensõesinternas devido ao crescimento lateral da árvore ouações externas (vento).

1 – greta parcial;2 – greta completa.

Pfeil e Pfeil, 2014

www.hobbithouseinc.com

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2.4 Defeitos

Fibras reversas:

Fibras não paralelas ao eixo da peça:

commons.wikimedia.org

Natural – por exemplo,presença de nós.

Processamento - Serragemem plano inadequado

Reduzem a resistência da peça



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2.4 Defeitos

Esmoada ou quina morta:

Canto arredondado, formado pela curvatura natural dotronco.

Menor resistência –maior quantidade dealburno,

virginiawoodflows.wordpress

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2.4 Defeitos

Lenho de reação:

Resposta morfogênica de um ramo ou caule inclinadopara contrapor a força da gravidade.

Nas coníferas (madeira macia) olenho se desenvolve no ladoinferior da parte inclinada – lenho

de compressão.

Nas gimnospermas (madeira dura)o lenho se desenvolve no ladosuperior da parte inclinada – lenhode tração.

www.contrabaixobr.comwww.contrabaixobr.com



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2.4 Defeitos

Empenamento e torção.

O lenho de compressão possui mais lignina e menoscelulose que a madeira normal.

Durante a secagem a retração na direção axial é 10vezes maior que a madeira normal

A diferença entre a contração da parte normal e daparte que contém o lenho de compressão de uma peçade madeira durante a secagem causa o seu

empenamento e torção – madeira inútil – lenha.www.ebah.com.br

O lenho de tração provocacontrações menores, mastambém provoca deformaçõesexcessivas na secagem

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2.4 Defeitos

Secagem:

Abaulamento: encurvamento nadireção da largura da peça.

Arqueadura: encurvamento nadireção longitudinal da peça.

Pfeil e Pfeil, 2014

Pfeil e Pfeil, 2014



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2.5 Madeiras de Construção

Tipos:

1 – Maciça: bruta ou roliça, falquejada e serrada;2 – Industrializada: Compensada, laminada e colada,recomposta.

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Madeira roliça:

Troncos: estacas, escoramentos, postes e colunas.

Parque Tingui, Curitiba.

Espécies comuns: eucalipto e pinus.

Abate na estação seca – tronco com menor U

Remove-se a casca, e deixa-se o tronco secar em localarejado e abrigado do sol.

Secagem insuficiente ou inapropriada podem fazercom que as extremidades rachem – recomenda-seusar alcatrão ou imperbealizantes nas extremidades.



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Madeira roliça:

Devem ser utilizadas nas condições meio seca ou secaao ar.

Os diâmetros comerciais variam entre 15 e 28 cm.

www.madeireiragoiana.com.br

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Madeira roliça:

As madeiras roliças com diâmetro variável (tronco decone) devem ter o diâmetro de cálculo tomado a 1/3 dotopo e consideradas cilíndricas. (NBR 7190/97)

3

minmaxmin

d d d d −+=

Pfeil e Pfeil, 2014



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Madeira falquejada:

Obtida dos troncos com corte por machado: estacas,cortinas cravadas, pontes.

O processo é simples, mas as partes laterais sãoperdidas.

www.imperiumbrasil.com.br

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Madeira falquejada:

Seção “retangular” de menor perda é um quadrado –64% da área inscrita

Pfeil e Pfeil, 2014



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Madeira falquejada:

Seção com maior módulo resistente – 60% da áreainscrita

Pfeil e Pfeil, 2014

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Madeira serrada:

Mais comum, limitações geométricas e potenciaisdefeitos de fabricação.

Abatimento na maturidade – cerne ocupa a maior

percentagem do tronco, e na estação seca.O desdobramento deve ser feito o mais cedo possívelapós o corte. Evitando efeitos de secagem,

Caso o corte se dê na estação chuvosa, deve-se deixaras toras secar por algum tempo.



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Madeira serrada:

Esquemas de corte:

O radial produz material mais homogêneo, mas é maiscaro, e menos usado. As toras, por restrições delogística tem comprimento máximo entre 4 e 6 m.

Pfeil e Pfeil, 2014

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Madeira serrada:

Secagem e defeitos – dependem da posição

Pfeil e Pfeil, 2014 Secagem natural – empilhada comseparadores – em galpões ventilados. 1-

2 anos (macia) e 2-3 anos (dura)

www.madeireirafalsarella.com.br



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Madeira serrada: Corte incluindo a medula


Corte da metade de umtronco

Corte passando pelamedula

Piazza et al.,2014

Qual tem maior probabilidade de sofrer fissuração?

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Tensões tangenciais


empuxo



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Madeira serrada: Corte incluindo a medula


Chanfro de alívio defissuração

1/3-1/4 da altura -> nãoreduzir resistência

mecânica e ficar invisívelna obra

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Madeira serrada:

Secagem artificial:a) Ar quente controlando umidade e temperatura;b) Deslocar a madeira por um túnel alongado, na qual

a temperatura do ar aumenta gradativamente

Tempo: 10 dias – 1 mês por polegada (2,54 cm) deespessura.

www.madeireirafalsarella.com.br www.zlsul.com.br



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Madeira serrada:

Dimensões comerciais – bitolas nominais em cm (oupolegadas)

Ex:

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Madeira serrada:

Dimensões mínimas (NBR 7190/97) – evitarfendilhamento e flexibilidade exagerada:


Vigas e barras

longitudinais detreliças – exemplosde peças principais.

Pfeil e Pfeil, 2014



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Madeira compensada: Lâminas finas coladasalternando o sentido (ortogonal) das fibras

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Madeira compensada - Comportamento estruturalmelhor que madeira maciça no estado plano detensões (almas de vigas, chapas e placas).

Laminas de 1 a 5 mm são obtidas de toras ou peçasretangulares. Secas ao natural ou artificialmente.

Coladas sob pressão. Compensados estruturais(sujeitos à intempéries) devem ser colados com colasintética.

As chapas tem 2,50 x 1,25 m e espessura de 4-30 mm



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Vantagens da madeira compensada:

Dimensões maiores e menos defeitos.

Menor retração e inchamento (ortogonalidade dasfibras);

Resistência mais uniforme.

Menos trincas na cravação de pregos.

Principal desvantagem – preço elevado.

Fabricação

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Madeira laminada e colada: Lâminas coladas sobpressão formando vigas de seção retangular.

Lâminas (1,5 a 3 cm) coladas com fibras paralelas.

Pode-se colar as extremidades, formando peças com

grande comprimento.Preparo: secagem em estufa, preparo (aplainar e serrarnas dimensões necessárias), colagem sob pressão(não alinhadas), acabamento.

Existem também as emendas dentadas (mais eficiente)



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Madeira laminada e colada

madeiralaminadacolada.com

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Madeira laminada e colada

www.woodworkmachine.com.pt



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Vantagens da madeira laminada:

Dimensões maiores;

Melhor controle de umidade – menor retração;

Otimização das lâminas mais resistêntes em posiçõesde maiores tensões.

Peças curvas

Principal desvantagem – preço elevado.

Contra-flecha

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Contra-flecha



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Contra-flecha

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Contra-flecha



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Contra-flecha

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Contra-flecha



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www.architectural-review.com

Ginásio, Richmond, British Columbia, Canada



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Madeira microlaminada e colada: Finas lâminascoladas sob pressão formando vigas de seçãoretangular.

Lâminas (1 a 5 mm) coladas com fibras paralelas.

Mais homogêneo e resistente que madeirascompensadas e laminada.

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Madeira recomposta: Placas produzidas a partir deresíduos de madeira serrada e compensada.

Em geral não são consideradas material estrutural –propriedades mecânicas insuficientes.



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Leitura recomendada:

Grelha da cobertura da biblioteca Paulo Freire, UNILA – Foz do Iguaçu, PR

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