Tecnologia Produtos Florestais · José Saporiti, ISA, novembro 2019 Tecnologia Produtos Florestais Comportamento mecânico da madeira 1. A madeira como material estrutural de natureza

José Saporiti, ISA, novembro 2019

Tecnologia Produtos Florestais

Comportamento mecânico da madeira

José Saporiti MachadoEng. Florestal

Investigador Auxiliar /Laboratório Nacional de Engenharia Civil


Tecnologia Produtos Florestais Comportamento mecânico da madeira

1. A madeira como material estrutural de natureza biológica

2. Comportamento mecânico da madeira

3. Fatores que afetam o comportamento mecânico da madeira

4. Caracterização mecânica da madeira

5. Normalização aplicável

6. Qualificação da madeira para fins estruturais

Contéudo



Flexão estática

Dureza

Compressãoaxial

Massa volúmica


Orientação geral das fibras da madeira em relação ao eixo longitudinal da peça


Inclinação do fio da madeira



Porção de ramo inclusa na madeira

Nós


Alteração local (maior ou menor

extensão) da direcção das

fibras


Nós




Teor de água

A madeira é um material higroscópico

absorvendo ou perdendo moléculas de

água em função do ambiente em que

se encontra exposto



Efeito de teor em água

Propriedade Variação

(%)

Compressão // 5

Compressao 5

Tracção // 2,5

Tracção 2

Corte // 3

Flexão estática 4

Mód. elasticidade 1,5

Fonte: STEP1. A4

Teor de água




Ensaios sobre provetes limpos de defeitos

Ensaios sobre provetes de dimensão estrutural

Ensaio de compressão axial

5x5x15cm3 – norma ASTM

2x2x6cm3 – norma NP

Dimensão em função secção transversal do elemento

EN 408

Comprimento 6x a menor das dimensões transversais



Ensaio de flexão estática

5x5x76cm3 – norma ASTM

2x2x34cm3 – norma NP

Dimensão em função da secção transversal do elemento

EN 408

Comprimento 19x a altura da viga



Ensaio de corte

NP 618



Ensaios sobre provetes de dimensão estrutural

Propriedades de referência

• Tensão de rotura à flexão

• Módulo de elasticidade à flexão

• Massa volúmicaEN 338 ou EN 384


Regulamento dos Produtos da Construção

http://ec.europa.eu/DocsRoom/documents/12318?locale=enhttp://www.lnec.pt/pt/documentos/qualidade-de-produtos-e-empreendimentos/

» As disposições relativas à utilização prevista

de um produto de construção num Estado

Membro, destinadas a cumprir os requisitos

básicos das obras de construção, determinam

as características essenciais cujo

desempenho deverá ser declarado.

» A marcação CE permite a livre circulação no espaço interno europeu


http://ec.europa.eu/DocsRoom/documents/12318?locale=en


Requisitos Básicos das obras de Construção

1. Resistência mecânica e estabilidade

2. Segurança contra incêndio

3. Higiene, saúde e ambiente

4. Segurança e acessibilidade na utilização

5. Proteção contra o ruído

6. Economia de energia e isolamento térmico

7. Utilização sustentável dos recursos naturais





a conformidade do produto de construção com o desempenho

declarado criando condições para a livre circulação em todo o Espaço

Económico Europeu e na Turquia

Quando o fabricante apõe a marcação CE a um produto significa:

A Declaração de Desempenho (DoP) ajuda os clientes e utilizadores finais a

comprovar o desempenho do produto e a compará-lo com o de outros produtos



Produto destinado à construção

Abrangido por uma normaharmonisada

Documento Europeu de Avaliação (EAD)

NÃO

SIM

EN .........Anexo ZA

Avaliação Técnica Europeia(ETA)

Marcação obrigatória Marcação voluntária




http://ec.europa.eu/growth/single-market/european-standards/harmonised-standards/index_en.htm



Nas últimas duas décadas o desenvolvimento de novos produtos foi ainda acompanhado

em Portugal de uma alteração muito profunda ao nível do:

1. Panorama normativo

EN (harmonizada ou não) European Assessment Document

239

19

Total de normasNormas de produto

29

EAD




Instituto Português da Qualidade

Comissão Técnica CT 14 Madeiras

SC1 - Madeira redonda e serrada

SC2 – Placas de derivados de madeira

SC3 - Proteção da madeira

SC4 – Estruturas de madeira

SC5 - Nemátode

CEN/TC175

CEN/TC112

CEN/TC38

CEN/TC124

CEN – Comissão Europeia de Normalização


Norma Europeia

harmonizada Título

EN 13986 Placas de derivados de madeira para uso na construção

EN 14080 Estruturas de madeira - Madeira lamelada colada - Requisitos

EN 14081-1

Estruturas de madeira - Madeira

com secção rectangular classificada segundo a resistência

EN 14229 Madeira para estruturas - Postes de madeira para linhas aéreas

EN 14342 Revestimentos de piso em

madeira

EN 14374 Estruturas de Madeira - Madeira micro lamelada colada

EN 14915

Lambris e painéis de madeira maciça

Qualificação de madeira maciçapara fins estruturais





Madeira material estrutural

1. Material de origem natural

2. Cada peça é única (aparência e propriedades)

3. A sua resistência é função da sua estrutura e dos defeitos

que apresenta (nós, fio inclinado,…)

4. Absorve e liberta moléculas de água (higroscópico)

5. Incha e retrai em função da sua higroscopicidade

6. Passível de degradação física, mecânica e biológica



Fonte: Wood Handbook



Variabilidade

(propriedades físicas e mecânicas)

Classificação

Mecânica Visual

Madeira

comercialmente

disponívelClasse A

Classe B

Distribuição dos valores

de resistência

A B


Classificação de madeira com base na resistência


EN 338

C18

Resistência (N/mm2)

Flexão 18

Tracção paralela 11

Tracção perpendicular 0,5

Compressão paralela 18

Compressão perpendicular 2,2

Corte 2,0

Rigidez (kN/mm2)

Mód. elasticidade paralelo médio 9

5º Mód. de elasticidade paralelo 6

Mód. de elasticidade perpendicular médio 0,3

Módulo de distorção 0,56

Classificação visual sem relação com resistência

mecânica

CRC14C16C18...C50

D30D35D40D50D60D70

Resistência mecânica

Classificação visual relacionada com

resistência mecânica(NP 4305: 1995)

Classe E

Classe EE



Utilização Estrutural

Eurocódigo 5 (EN 1995-1-1) – Introdução do conceito de classes de resistência

Classe de resistência: Classe representada por um conjunto de propriedades físicas e

mecânicas tendo em vista a sua utilização no projeto de estruturas de madeira

Madeira maciça e madeira lamelada colada






Dimensões preferenciais para madeira serrada de Resinosas

Largura (mm)Espes-

sura

(mm)

Dimensões preferenciais



Re

sist

ên

cia

da

mad

eir

a

Medula

Anel de crescimento

Cerne



Medula

A presença de medula por si só não

interfere nas propriedades mecânicas.

No entanto à volta da medula existe o

designado lenho juvenil caracterizado

por uma resistência inferior ao do dito

lenho adulto.



Laboratório Nacional de Engenharia Civil

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Resistência a flexão (N/mm2)

We

ibu

ll D

istr

ibu

içã

o d

e p

rob

ab

ilid

ad

e

Classe P1 JW

Classe P1 MW

Classe P2

Primeiros 7 a 10 anéis de crescimento

Impossibilidade de ser detectado visualmente

Implicações na estabilidade dimensional (empenos)


Medula


Anéis de crescimento



Laboratório Nacional de Engenharia Civil

)(m Volume -

(kg) Massa -

)(kg/m volúmicaMassa -

3

3

V

m

V

m

0

10

0

20

0

30

0

40

0

50

0

60

0

70

0

80

0

90

0

10

00

11

00

12

00

13

00

Bal

sa

Pin

ho

bra

vo

Lign

um

vit

ae

Distribuição de Pinho bravoDist. Normal

Re

sist

ên

cia

da

mad

eir

a

Massa volúmica



Massa volúmica – Taxa de crescimento

Avaliação

anéis de nº

R



Massa volúmica – Taxa de crescimento



Teor em água - Empenos

Deformação da peça de madeira função da variação do seu teor em água e da anisotropia da madeira

Problemas:

1. Dificuldades de aplicação em obra

2. Funcionais



Empenos

Avaliação

Empeno em meia-cana Empeno em hélice

Empeno em arco de face Empeno em arco de canto



Descontinuidades no material que associadas a:

1. outros defeitos

2. tipo de esforço

3. localização em obra

podem reduzir significativamente o desempenho mecânico do elemento, nomeadamente junto a ligações estruturais

Um dos tipos mais comuns são fendas de secagem, as quais são geralmente consideradas como irrelevantes para o comportamento global de um elemento de madeira

Fendas



Avaliação

Dimensão correspondente à distância entre duas linhas que a delimitam, sensivelmente perpendiculares à direcção das fibras

Fendas



Avaliação

Fio = BC/AC

Fio da madeira



Fio da madeira


Pelo padrão de difusão de azulamento na madeira


Nó aderente Nó soltadiço

Nós



Avaliação

Nós



Avaliação

KAR – Projecção dos nós na secção transversal

Nós



Avaliação

Fibras não recuperam a sua orientação geral

Nós agrupados no mesmo KAR

Fibras recuperam a sua orientação geral

Nós considerados separadamente em termos de KAR

Nós



Nós



Avaliação

Avaliados como fendas

Na proximidade de nós, devem ser contabilizados na avaliação do KAR

Bolsas de resina e casca inclusa



Porção remanescente da

superfície do toro que deu

origem à peça esquadriada

Diminuição localizada da secção transversal

(diretamente relacionável com resistência)

Dificuldades de aplicação (apoio) e ligação a outros

elementos

Descaio



Diminuição localizada da secção transversal

(diretamente relacionável com resistência)

Dificuldades de aplicação (apoio) e ligação a outros

elementos

Descaio


Fonte: Design of timber structures - Structural aspects oftimber construction. Vol. 1. Swedish Forest Industries Federation.


Avaliação

a

VV

a

V 321 ou

b

KK

b

Kb 3212 ou

Face Canto

Descaio



Azulamento

Borne manchada em tons de azul devido a fungos cromogéneos

Lenho de compressão Madeira de estrutura anatómica “anormal” constituída em resultado de acções mecânicas permanentes ou cíclicas

Outros defeitos



Árvore em péApós abate – Azulamento pronunciado

Madeira por aplicar – considera-se inaceitável os seguintes tipos de

deterioração

Após abate

Podridões

Caruncho pequeno

Caruncho grande

Térmitas

Ardido

ou

cardido

Defeitos que implicam a rejeição de peças para fins estruturais


Phellinus pini


Tipo de classificação

Visual

Fabricante

Madeira seca (teor de água < 20%)

Norma harmonizadaClasse de resistência

Número de identificaçãoDeclaração de desempenho

Madeira maciça de secção retangular para fins estruturais - EN 14081 partes 1 a 3

Exemplo de marcação CE na peça



Equipamento – Machine Timber Grader (MTG)

Input de informação • Dimensões• Massa• Teor de água• Espécie• Origem

Colocação da viga sobre suportes

Leitura da frequência própria de vibração

ClassificaçãoClasse de resistência


Classificação mecânica





COMB. 1C24 Rejeitado

94,7% 5,3%

COMB. 2C35 C24 C18 Rejeitado

67,7% 9,6% 19,0% 3,7%

COMB. 3C40 C24 C18 Rejeitado

51,6% 27,0% 17,0% 4,4%

Classes de resistência para madeira de resinosas (pinho, espruce, abeto, etc.)

C14 C16 C18 C20 C22 C24 C27 C30 C35 C40 C45 C50

Resistência à flexão(MPa)

14 16 18 20 22 24 27 30 35 40 45 50


Visual

MTG – Possíveis outputs em função dos settings da máquina

6. Qualificação da madeira para fins estruturais Classificação mecânica


Limitações

Os elementos devem possuir:

• Teor de água entre 10% a 25%

• Dimensões compreendidas entre:

• Espessura - e: 36 a 110mm

• Altura – h : 63 a 242 mm

• Comprimento: 1500 a 8000 mm

Necessidade de conhecer a espécie de madeira e a sua origem geográfica

Necessidade de cumprir alguns requisitos

Necessidade do elemento estar isolado, permitindo minimizar a influência da transmissão de outras vibrações para o elemento

h

e

Necessidade de obter a massa do elemento (em obra poderá ser um problema para peças de grande dimensão)




Classe de serviço (CS) – EC5

CS 1 – Interior

30% < HR < 65%

Teor de água 12%

CS 2 – Interior húmido e exterior

abrigado

65% < HR < 85%

12% < Teor de água 20%

CS 3 – Exterior não abrigado

Teor de água > 20%

Resis

tên

cia

Teor de água (%)




Fonte: Design of timber structures - Structural aspects oftimber construction. Vol. 1. Swedish Forest Industries Federation.

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