UEM - UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁDEC - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

Laboratório de Estática - 2597

ENSAIO DE COMPRESSÃO PARALELA ÀS FIBRAS DA MADEIRA

Acadêmicos: Guilherme Lucio Venera R.a. : 43899 Rodrigo Dalla Costa da Silva R.a. : 43879

Professor: Julio César Pigozzo

Maringá,13 de Outubro de 2009

Índice

1 Introdução..................................................................................................................3

1.1 Descrição do Problema.......................................................................................3

1.2 Descrição da Estrutura........................................................................................4

1.3 Objetivos.............................................................................................................6

2 Metodologia...............................................................................................................6

2.1 Instrumentos Utilizados......................................................................................6

2.2 Procedimentos.....................................................................................................7

3 Resultados Obtidos...................................................................................................10

3.1 Ensaio de Referência em um corpo-de-prova padrão.......................................10

3.2 Ensaio Turma 01...............................................................................................10

4 Análise dos Resultados............................................................................................12

5 Conclusão.................................................................................................................13

6 Bibliografia..............................................................................................................13

2

1 Introdução

1.1 Descrição do Problema

Para este experimento serão utilizados os procedimentos de ensaio da

norma NBR 7190/97 seguindo as seguintes recomendações:

1. Para a determinação das propriedades de resistência e rigidez, as

medidas dos lados dos corpo-de-prova devem ser feitas com exatidão

de 0,1 mm, no ensaio a exatidão foi de 0,01mm devido a sensibilidade

do aparelho utilizado para a obtenção das medidas;

2. Para determinação do módulo de elasticidade devem ser feitas medidas

de deformações em pelo menos duas faces opostas do corpo-de-prova;

3. Para determinação do módulo de elasticidade podem ser utilizados

relógios comparadores, com precisão de 0,001 mm, fixados por meio de

duas cantoneiras metálicas pregadas no corpo-de-prova, com distância

nominal de 10 cm entre as duas linhas de pregação (Figura 1.1). No

ensaio foram utilizados transdutores indutivos com sensibilidade de

0,001mm;

Figura 1.1 - Arranjo de ensaio para compressão paralela às fibras

3

4. As medidas das deformações específicas devem ser feitas com

extensômetros com exatidão mínima de 50 μm/m. No ensaio a exatidão

foi de 10 μm/m.

5. A resistência deve ser determinada com carregamento monotônico

crescente, com uma taxa em torno de 10 MPa/min.

6. O carregamento deve ser aplicado com dois ciclos de carga e descarga.

A taxa de carregamento deve ser menor ou igual à 10 MPa/min. No

terceiro ciclo de carregamento leva-se o corpo-de-prova à ruptura.

7. Os registros das cargas e das deformações devem ser feitos para cada

ponto do diagrama de carregamento.

1.2 Descrição da Estrutura

Para a realização do ensaio foi utilizado um corpo de prova com

dimensões 5x5x15 (Figura 1.2.1). No corpo de prova foram instalados

transdutores nas laterais (de acordo com a Foto 1.2.2) para medir os

deslocamentos e esses transdutores estavam ligados ao aparelho de leitura de

deslocamentos HBM Spider 8 (Figura 1.2.3) que repassa os valores de

deslocamentos para o software Catman Easy (Figura 1.2.4). Este software

realiza a montagem de um gráfico de acordo com a aplicação da pressão pela

prensa hidráulica (Figura 1.2.5)

Figura 1.2.1 - Corpo-de-prova para ensaio de compressão paralela às fibrasFonte: NBR 7190; 1997

4

Figura 1.2.2 - Corpo-de-prova com transdutores instalados na lateral

Figura 1.2.3 – HBM Spider 8.0

Figura 1.2.4 – Software Catman Easy

5

Figura 1.2.5 – Prensa Hidráulica

1.3 Objetivos

De acordo com a NBR 7190/1997 – Projeto de Estruturas de madeira, tem-

se como objetivo a determinação da resistência e da rigidez à compressão

paralela às fibras da madeira de um lote considerado homogêneo.

2 Metodologia

2.1 Instrumentos Utilizados

Transdutor de deslocamento;

Software Catman Easy;

Leitura de dados HBM Spider 8;

Paquímetro digital da marca Digimess com sensibilidade de 0,01 mm e

erro de ± 0,01 mm;

Prensa Hidráulica.

6

2.2 Procedimentos

Primeiramente foram medidas as dimensões do corpo de prova em pelo

menos duas faces opostas de acordo com a recomendação (2) presente

anteriormente. A medida foi tomada através do paquímetro digital de precisão

0,01mm (sensibilidade), ou seja, está dentro da norma que recomenda uma

exatidão mínima de 0,1mm.

Em seguida foi montado um sistema, no qual o corpo de prova foi ligado

a dois transdutores indutivos elétricos de deslocamentos com sensibilidade de

0,001mm que está dentro da norma, que estabelece que as deformações

específicas(εc) com exatidão de 50μm/m, que transmitiam os valores para o

computador onde acontecia a leitura dos dados obtidos através do programa

catmanEasy.

O sistema montado foi levado ao pistão hidráulico (atuador) o qual

transmitia cargas de maneira contínua ao corpo de prova. Para que não

ocorresse excentricidade na aplicação das cargas, foi instalada na base inferior

do corpo de prova uma rótula, para não criar ângulos diferentes, permitindo que

os planos ficassem paralelos e o ensaio ocorresse de maneira correta. O

ensaio consistia em realizar leituras fornecidas pelos transdutores em 3 ciclos

de cargas nos quais, os primeiros 2 ciclos consistia num processo de carga e

descarga para que houvesse uma acomodação, ou um ajuste inicial da

estrutura, onde acontecia o carregamento até aproximadamente 8.000 kg e em

seguida seu descarregamento até 1600 kg exceto no terceiro ciclo que o corpo

de prova foi carregado até a ruptura. O carregamento monotônico crescente

deve ter uma taxa de carregamento máxima de 10 MPa/min Após atingir o

valor de 8.000kg foi retirada a instrumentação medindo apenas a carga de

ruptura do corpo de prova. Entre as etapas de carregamento e

descarregamento entre os ciclos, era dado um intervalo de 30 segundos, de

acordo com o gráfico da figura 2.6:

7

Essas cargas foram determinadas de acordo com uma pré-classificação da peça a ser ensaiada, levando em conta o módulo de elasticidade estimado já conhecido de uma madeira da mesma espécie, isso devido ao ensaio não ser destrutivo, não podendo assim chegar à carga de ruptura do material. Então se trabalhou com um coeficiente de segurança para evitar a ruptura, onde se pegou como carga mínima 10% da carga estimada para ruptura e como carga máxima 50% da carga estimada de ruptura para os 2 primeiros ciclos e para o terceiro ciclo uma carga próxima dos 90%, como mostra a figura abaixo:

Figura 2.6 - Diagrama de carregamentoFonte: NBR 7190; 1997

Os estágios de carga foram calculados a partir da carga esperada de

ruptura, que foi determinada a partir de uma pré-classificação da peça,

levando-se em conta valores já conhecidos para madeiras da mesma espécie.

Esse valor foi adotado como aproximadamente 16.000kgf. O estagio de carga

mínimo era 10% da carga de ruptura e o máximo 50% desse valor.

Outro detalhe que foi considerado é o fato de que devido à aplicação de

carga ser contínua, não se teve total domínio sobre os incrementos de carga,

sendo que para uma carga estimada obtinha-se outra carga real, aproximada

da anterior.

Em seguida temos a Foto 2.7, que mostra a estrutura completa da

aplicação de cargas.

8

Foto 2.6 - Estrutura de carregamento

Por fim, temos a imagem do corpo de prova após o momento de

aplicação da carga de ruptura, onde se percebeu a criação de uma trinca,

como mostra a Foto 2.7.

Foto 2.7 - Fissura no corpo de prova

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3 Resultados Obtidos

3.1 Ensaio de Referência em um corpo-de-prova padrão

Dimensões do corpo-de-prova referência

Fco ,max=15520Kg f

σco= FAmed

=1552021,36

=726,59Kg

cm2=76,66MPa

Taxa de Carregamento

Tmax=100Kgf

cm2 .min

Tmax=(100Kgf

cm2 .min ) .21,68cm2

Tmax=2168Kgfmin

3.2 Ensaio Turma 01

Dimensões do corpo-de-prova ensaiado

Asup (cm2) 21,91Ainf (cm2) 21,45Amédia(c

m2) 21,68

Taxa de Carregamento

o Ciclo 1:

Carga: T 1=8000−1600

21,68×(3,83)=77,01

Kgf

cm2

Descarga: T 2=

1000

21,68×35,360

=78,40Kgf

cm2

o Ciclo 2:

Carga: T 3=8020−160021,68×3,16

=93,51Kgf

cm2

Descarga: T 4=8040−158021,68×4,43

=67,21Kgf

cm2

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Asup (cm2) 21,25Ainf (cm2) 21,48

o Ciclo 3:

Carga: T 5=8000−130021,68×4,26

=72,43Kgf

cm2

Como T max=100Kgf

cm2 , logo os carregamentos foram realizados de

forma satisfatória.

No ensaio de compressão paralela às fibras temos os seguintes resultados:

 

Carga Aplicada (kgf)

Carga Real (kgf)

σ δT1 δT2 1 2 (med)

MPa mm mm (μm/m) (μm/m) (μm/m)

1º CICLO

CA

RG

A

0 0 0 0 0 0 0 0

1600 1620 7,47 0,097 0,023 968,75 231,25 600,00

3200 3200 14,76 0,188 0,051 1881,25 512,50 1196,88

4800 4800 22,14 0,269 0,079 2687,50 793,75 1740,63

6400 6420 29,61 0,334 0,121 3343,75 1206,25 2275,00

8000 8000 36,90 0,394 0,154 3943,75 1543,75 2743,75

DE

SC

AR

GA 8000 8160 37,64 0,369 0,135 3687,50 1350,00 2518,75

6400 6420 29,61 0,257 0,074 2568,75 737,50 1653,13

4800 4800 22,14 0,192 0,050 1918,75 500,00 1209,37

3200 3220 14,85 0,180 0,046 1800,00 462,50 1131,25

1600 1600 7,38 0,099 0,026 987,50 262,50 625,00

2º CICLO

CA

RG

A

1600 1600 7,38 0,098 0,026 981,25 262,50 621,87

3200 3220 14,85 0,164 0,055 1637,50 550,00 1093,75

4800 4800 22,14 0,246 0,084 2462,50 837,50 1650,00

6400 6400 29,52 0,314 0,117 3137,50 1168,75 2153,12

8000 8020 36,99 0,375 0,150 3750,00 1500,00 2625,00

DE

SC

AR

GA 8000 8000 36,90 0,378 0,152 3781,25 1518,75 2650,00

6400 6420 29,61 0,311 0,109 3112,50 1087,50 2100,00

4800 4800 22,14 0,277 0,076 2775,00 756,25 1765,63

3200 3220 14,85 0,185 0,050 1850,00 500,00 1175,00

1600 1580 7,29 0,095 0,028 950,00 281,25 615,62

3º CICLO

CA

RG

A

1600 1300 6,00 0,072 0,024 718,75 243,75 481,25

3200 3200 14,76 0,159 0,061 1593,75 606,25 1100,00

4800 4820 22,23 0,241 0,085 2406,25 850,00 1628,13

6400 6420 29,61 0,313 0,120 3125,00 1200,00 2162,50

8000 8000 36,90 0,378 0,156 3781,25 1556,25 2668,75

9600 9620 44,37 0,431 0,187 4306,25 1868,75 3087,50

11200 11200 51,66 0,486 0,224 4856,25 2243,75 3550,00

12800 12820 59,13 0,556 0,255 5562,50 2550,00 4056,25

Carga máxima 15040            

Com os valores de tensão e deformação em (μm/m) temos:

11

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 45000.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

Tensão x Deformação

4 Análise dos Resultados

Com os dados obtidos no ensaio e o gráfico de tensão por deformação

podemos determinar o módulo de elasticidade da madeira, de acordo com os

seguintes passos:

Eco=σ 50−σ10

ε50−ε10

Eco= 36,9−6,0

2668,75×10−6−481,25×10−6

Eco=14127 ,57MPa

onde:

σ10% e σ50% são as tensões de compressão correspondentes a 10% e

50% da resistência fc0, representadas pelos pontos 71 e 85 do diagrama de

carregamento (ver figura 2.6);

ε10% e ε50% são as deformações específicas medidas no corpo-de-prova,

correspondentes às tensões de σ10% e σ50%.

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5 Conclusão

No ensaio de compressão paralela as fibras da madeira que tem como

objetivo determinar a resistência e a rigidez da madeira pode-se comprovar o

método para obtenção do módulo de elasticidade da madeira, que no caso foi

utilizado uma amostra da madeira garapa.

Podemos também comprovar graficamente o valor do módulo de

elasticidade da garapa que se obteve um valor de 14.127,57 MPa, valor

relativamente próximo do proposto pela norma de 18.359 MPa, com margem

de erro perto dos 29%.

Esta diferença observada pode ser justificada pelos vários fatores que

interferem sobre a estrutura, como a aplicação de cargas em planos paralelos,

que impõe uma grande dificuldade de execução exata, assim como o controle

da taxa de carregamento, tendo em vista que o pistão hidráulico serve para

aplicação de cargas elevadas, e a manutenção do incremento contínuo e

permanente das cargas, tanto no processo de carregamento quanto no

descarregamento, que é de difícil obtenção.

6 Bibliografia

Norma ABNT NBR 7190/97 – Projetos de Estruturas de Madeira

Notas de Aula

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