CARACTERISTICAS MADEIRAS

Lista de Exercícios 10

1) Por que ainda ainda,, no B rasi l, exi exi s te uma res is tê tênci ncia a no uso us o da ma made deir ira a? No Brasil ainda existe um grande preconceito em relação ao emprego da madeira. Isto se deve ao desconhecimento do material e à falta de projetos específicos e bem elaborados. As construções em madeira geralmente são idealizadas por carpinteiros que não são preparados para projetar, mas apenas para executar.

 2) Ci C i te quatro vantag vantag ens para a utili utilização zação da made madeii ra. Vantagens para utilização da madeira:

- material renovável e abundante no país;

- material de fácil manuseio, definição de formas e dimensões;

- obtenção do material na forma de tora e o seu desdobro é um processo relativamente relativame nte

simples, não requer tecnologia requintada, não exige processamento processament o

industrial, industria l, pois o material

já está pronto para uso, demanda apenas acabamento;

- em termos de manuseio, a madeira apresenta uma importante característica que é a baixa densidade. Esta equivale a aproximadamente um oitavo da densidade do aço.

 3) Ci C i te três des vantag vantagens ens para o uso us o da made madeir ir a. Desvantagens para utilização da madeira:

- susceptibilidade susceptibilidade ao ataque de fungos;

- susceptibilidade susceptibilidade ao ataque de insetos; insetos;

- inflamabilidade;

4) Como comba combate terr esta es tass desv desva anta ntagg ens ens??

Estas desvantagens podem ser facilmente contornadas através da utilização de preservativos, que representa uma exigência indispensável para os projetos de estruturas de madeira expostas às condições favoráveis à proliferação dos citados efeitos daninhos. O tratamento da madeira é especialmente indispensável para peças em posições sujeitas a variações de umidade e de temperatura propícias aos agentes citados.

 5) Como se da a formação da madeira?  A madeira tem um processo de formação que se inicia nas raízes. A partir delas é recolhida a seiva bruta (água + sais minerais) que em movimento ascendente pelo alburno atinge as folhas. Na presença de luz, calor e absorção de gás carbônico ocorre a fotossíntese havendo a formação da seiva elaborada. Esta em movimento descendente (pela periferia) e horizontal para o centro vai se depositando no lenho, tornando-o consistente como madeira.

6) Como s ão clas s ificadas as madeiras?  As árvores para aplicações estruturais são classificadas em dois tipos quanto à sua anatomia: coníferas e dicotiledôneas.  As coníferas são chamadas de madeiras moles, pela sua menor resistência, menor densidade em comparação com as dicotiledôneas. Têm folhas perenes com formato de escamas ou agulhas; são típicas de regiões de clima frio. Os dois exemplos mais importantes desta categoria de madeira são o Pinho do Paraná e os Pinus. Os elementos anatômicos são os traqueídes e os raios medulares.  As dicotiledôneas são chamadas de madeiras duras pela sua maior resistência; têm maior densidade e aclimatam-se melhor em regiões de clima quente. Como exemplo temos praticamente todas as espécies de madeira da região amazônica. Podemos citar mais explicitamente as seguintes espécies: Peroba Rosa, Aroeira, os Eucaliptos (Citriodora, Tereticornis, Robusta, Saligna, Puntacta, etc.), Garapa, Canafístula, Ipê, Maçaranduba, Mogno, Pau Marfim, Faveiro, Angico, Jatobá, Maracatiara, Angelim Vermelho, etc. Os elementos anatômicos que compõem este tipo de madeira são os vasos, fibras e raios medulares.

7) C ite e comente as c amadas da madeir a.  As arvores produtoras de madeira de construção são do tipo exogênico, que crescem pela adição de camadas externas, sob a casca. A figura abaixo mostra a seção transversal de um tronco de arvore, com as suas camadas:

Casca: proteção externa da arvore, formada por uma camada externa morta, de espessura variável com a idade e as espécies, e uma fina camada interna (cambio ou líber), de tecido vivo e macio, que conduz o alimento preparado nas folhas para as partes em crescimento.  Alburno ou borne: camada formada por células vivas que conduzem a seiva das raízes para as folhas; tem espessura variável conforme a espécie, geralmente de 3 a 5 cm. A madeira do alburno e mais higroscópica que a do cerne, sendo mais sensível do que esta ultima a decomposição por fungos. Em contrapartida, a madeira do alburno aceita melhor a penetração. de agentes protetores, como alcatrão e certos sais minerais. Cerne ou durâmen: com o crescimento, as células vivas do alburno tornam-se inativas e constituem o cerne, de coloração mais escura, passando a ter a função apenas de sustentar o tronco. As madeiras de construção devem ser t iradas preferencialmente do cerne. Medula: tecido macio, em torno do qual se verifica o primeiro crescimento da madeira nos ramos novos. Centro de crescimento a partir do qual se gerou o engrossamento da arvore.

8) C omo se da o cres cimento da madeira?

Os troncos das arvores crescem pela adição de anéis em volta da medula. Os anéis são gerados por divisão de células em uma camada microscópica situada sob a casca, denominada câmbio, ou líber , que também produz células da casca. Na primavera e no inicio do verão, o crescimento da arvore e intenso, formando-se no tronco células grandes de paredes finas. No final do verão e no outono, o crescimento da arvore diminui, formando-se células pequenas, de paredes grossas. O crescimento do tronco se faz em anéis anuais, formados por duas camadas: uma clara, de tecido brando, correspondente a primavera e outra escura, de tecido mais resistente, correspondente ao final do verão e outono. Contando-se os anéis, pode-se saber a idade da arvore. Nos climas equatoriais, os anéis nem sempre são perceptíveis.

9) Qual a principal diferença na microestrutura das coníferas e das dicotiledôneas ? Nas madeiras coníferas, as fibras longitudinais, alem de ser o elemento portante da arvore, tem a função de conduzir a seiva através dos canais formados pelas cadeias de células. As fibras das arvores coníferas tem extremidades permeáveis e perfurações laterais que permitem a passagem de líquidos. Já nas arvores dicotiledôneas as células longitudinais são fechadas nas extremidades; a seiva circula em outras células de grande diâmetro, com extremidades abertas, justapostas, denominadas vasos ou canais. As fibras tem apenas a função de elemento portante. Esta é a principal diferença entre coníferas e dicotiledôneas no que se refere à microestrutura.

10) Qual o composto org ânico predominante nas madeiras? Qual a sua função? O composto orgânico predominante nas madeiras é o Cerne ou durâmen, sua função é sustentar a estrutura da planta.

11) Qual a caracterís tica anatômic a da madeira que conduz a s ua anis otropia?

Devido a orientação das células, a madeira e um material anisotrópico, apresentando três direções principais: longitudinal, radial e tangencial. A diferença de propriedades entre as direções radial e tangencial raramente tem importância pratica, bastando

diferenciar

as

propriedades

na

direção

longitudinal

e

na

direção

perpendicular.

12) O que e o ponto de s aturação das fibras? Ponto de saturação das fibras corresponde ao grau de umidade de cerca de 30% (madeira meio seca)

13) Como s ão as retrações nas diferentes dir eções da madeira?  As madeiras sofrem retração ou inchamento com a variação de umidade entre 0% e o ponto de saturação das fibras (30%), sendo a variação dimensional aproximadamente linear. A maior retração e na direção tangencial. Para redução da umidade de 30% a 0%, a variação e de 5% a 10% da dimensão verde, conforme as espécies. A retração na direção radial e cerca da metade da tangencial, e na direção longitudinal, a retração e menos pronunciada.

14) Identifi que os defeitos que podem ser causados por: cons tituição do tronco;  proces s o de secag em da madeira; proces s o de s errag em. Defeitos causados pela constituição do tronco: nós, fendas, gretas ou ventas. Defeitos causados no processo de secagem: abaulamento e arqueadura. Defeitos causados no processo de serragem: fibras reversas

15) Onde e mais aplicada a madeir a roliça?

 A madeira roliça é aplicada com maior frequência como escoramento, estacas, postes e colunas.

16) C omo conter o fendilhamento nas extremidades da madeira roliça? Pode-se evitar a formação de fendas pintando-se as extremidades com alcatrão ou qualquer outro meio que retarde a evaporação, ou ainda com proteção anti-rachante.

17) Qual a s eção de menor perda da madeira falquejada? E m que elemento es trutural es ta  s eção e mais útil?  A seção de menor perda é o quadrado. Nas estacas ou pilares de madeira.

18) Por que a madeira s errada deve pas s ar por um período de secagem antes de  s er utilizada em cons truções?  A madeira serrada deve passar por um período de secagem para reduzir a umidade.

19) Para que estado de tens ões a madeira compensada e interes s ante? Em estados de tensões biaxiais, por exemplo, na alma de vigas.

 20) A ponte as vantagens da madeira laminada colada s obre a madeira s err ada em relação aos s egui ntes as pectos : a) Distribuicao dos defeitos ao longo das pecas:   permite a seleção da qualidade das laminas situadas nas posições de maiores tensões;

b) Geometria das pecas: permite a confecção de pecas de grandes dimensões (as dimensões comerciais da madeira serrada são limitadas);

c) D efeitos oriundos de secag em: permite melhor controle de umidade das laminas, reduzindo defeitos provenientes da secagem irregular.

Lista de Exercícios 11 1)

Para

a

estrutura

abaixo,

descreva

as

funcoes

estruturais

dos

contraventamentos no plano do telhado e nos planos verticais.

Contraventamento no plano do telhado:   sua função estrutural é dar

rigidez ao próprio plano, garantindo que não exista rotação nos ângulos retos formados pela tesoura (treliça) e as terças. Contraventamento nos planos verticais:   sua função estrutural é dar

rigidez entre as treliças evitando com que elas saiam do prumo, podem ocorrer em forma de mão francesa ou em “X”, com a treliça subsequente.

2) Para as trelicas abaixo, quais barras estao comprimidas ou tracionadas para cargas gravitacionais?

Howe,

1  – Banzo inferior - tração 2  – Banzo superior  – compressão 3  – Diagonal- compressao 4  – Montante - tração

Pratt

1  – Banzo inferior - tração 2  – Banzo superior  – compressão 3  – Diagonal- tração 4  – Montante - nulo

Belga

1  – Banzo inferior - tração

2  – Banzo superior  – compressão 3  – Diagonal- tração 4  – Montante  – não tem

3) Para que servem os contraventamentos no vigamento do piso?

 A utilização de contraventamento no vigamento do piso propicia uma melhor distrubuição das cargas e reduz o problema das vibrações.

4) Qual o grau de hiperestaticidade nos porticos (a) birotulado e (b) trirotulado? a) Pórtico birotulado: b) Pórtico trirotulado:

5) De que maneiras podemos garantir a estabilidade lateral de estruturas aporticadas?

 A estabilidade frente as cargas horizontais pode ser feita por porticos formados pelas ligações (rigidas) de viga e pilar, ou com sistemas de contraventamento como paredes diafragma ou trelicados em X.

6) Por que os resultados de resistencia obtidos dos ensaios padronizados de amostras de madeira nao podem ser diretamente utilizados como tensoes resistentes de projeto?  As propriedades obtidas dos ensaio não representam as propriedades mecânicas da madeira serrada utilizada em estruturas, pois estas variam ainda com diversos fatores como: • Teor de umidade; • Tempo de duração da carga; • Ocorrência de defeitos. • Conhecendo-se a variação das propriedades mecânicas em função destes fatores chega-se, então, aos valores de esforços resistentes a serem utilizados nos projetos.

7) O que e valor caracteristico de resistencia?

O valor característico é um valor que corresponde ao percentil de 5% da distribuição de probabilidade que melhor se ajustar aos valores obtidos nos ensaios realizados sobre condições específicas.

8) Caracterizar os diagramas tensao x deformacao da madeira em tracao e compressão paralelos as fibras obtidos de amostras sem defeitos relacionadoos a microestrutura da madeira.

Propriedades Mecânicas Obtidas de Ensaios Padronizados

 As propriedades de resistência e rigidez são obtidas com a realização de ensaios com no mínimo 6 corpos-de-prova; - Os corpos de prova tem, em geral, seção retangular (5,0 x 5,0 cm); - Inicialmente, realiza-se um ensaio destrutivo em uma amostra para a estimativa do valor de resistência fr; - Com este valor os ensaios subseqüentes seguem o esquema da figura; - São dois ciclos de carga e descarga para a acomodação do equipamento de ensaio. A segunda recarga segue até a ruptura.

Compressão Paralela às Fibras • Corpos-de-prova 5,0 x 5,0 x 15,0 cm; • Com o auxilio de extensometros (strain gages) sao realizadas medicoes de encurtamento Dl sobre uma base medida l0. Constroi-se, assim, o diagrama tensao-deformacao.

9) Como os defeitos afetam a resistencia de pecas estruturais de madeira? Influência de Defeitos na Resistência • Os nos tem efeito predominante na reducao de resistencia a tracao, reduzindo tambem em menor escala as resistencias a compressao e ao cisalhamento; • Defeitos decorrentes de secagem e decomposicao tambem reduzem a resistencia; • A presenca de fibras reversas reduz a resistencia de uma peca estrutural, sobretudo nas partes tracionadas; • As fendas e ventas tem influencia pronunciada na resistencia ao cisalhamento paralelo as fibras. • Para fixacao de tensoes resistentes de projeto, as pecas estruturais sao classificadas em categorias, conforme a incidencia de defeitos (adiante).

10) Como variam as propriedades de resistencia da madeira em funcao do seu grau de umidade? Com o aumento da umidade, a resistência diminui até ser atingido o ponto de saturação das fibras. Acima desse ponto, a resistência mantém-se constante.

 Acima do ponto de saturação das fibras, o volume e o peso específico não são influenciados pelo grau de umidade. Com a secagem abaixo do ponto de saturação das fibras, observa-se redução de volume e aumento do peso específico e da resistência. Pode

considerar-se

aproximadamente

linear

a

variação

das

propriedades da madeira com a umidade entre 2% e 25%.

11) Explique o fenomeno de fluencia de um material e comente suas consequencias em um projeto de viga sob a acao de carga permanente.

Sob a ação de cargas de atuação demorada, a madeira sofre deformação lenta: é o fenómeno de fluência ou fadiga estática.

 A fluência pode ser atribuída às alterações na estrutura íntima do material carregado e ao gradual deslizamento dos elementos celulares uns em relação aos outros (devido aos movimentos da água contida nas f ibras).

Caso 1: para cargas inferiores à resistência permanente da madeira, a deformação elástica imediata é acrescida de uma deformação de fluência que se estabiliza:

onde ϕ  é o coeficiente de fluência (ele cresce com o valor da tensão aplicada) Caso 2: para cargas superiores à resistência permanente da madeira, as deformações crescem uniformemente com incremento acentuado até próximo à ruptura. A ruptura pode ocorrer sob tensões inferiores à tensão limite de resistência determinada nos ensaios de qualificação com cargas estáticas de curta duração. Para a maioria das espécies lenhosas, o limite de fluência coincida com a resistência permanente da madeira: 50-60 % da resistência obtida nos ensaios de curta duração:

O coeficiente de redução adotado será então de 0,56

Observação: foi mostrado que a carga de ruptura de uma viga sob a ação de um carregamento prolongado era sensivelmente igual à carga correspondente ao limite de proporcionalidade do ensaio de flexão com cargas de curta duração: 9/16

  0,56. Consequentemente, peças de estrutura deverão ser

≅

dimensionadas para trabalhar no regime de deformações elásticas do material com tensões inferiores ao limite de proporcionalidade a fim de ficarem “preservadas” do fenómeno de fluência. Módulo de elasticidade: com as tensões usadas nos projetos, ϕ

  1; a deformação de fluência se estabiliza

≅

após mais ou menos 1 ano de atuação da carga com δtot = 2δel. Então, as deflexões das peças (flechas), a longo prazo, podem ser estimadas usando:

Para uma viga sob carga permanente, as flechas podem atingir valores duplos dos iniciais após alguns anos de serviços, gerando problemas estéticos e funcionais para a estrutura. Soluções: calcular a deformação inicial com uma carga permanente dupla da prevista ou adotar um módulo de elasticidade igual à metade do indicado nas tabelas.

12) Por que o metodo das tensoes admissiveis foi abandonado em favor do metodo dos estados limites?

O método das tensões admissíveis considerava todas as variáveis de forma determinística e isto não é o que realmente ocorre na prática. Os valores utilizados neste método, eram teóricos, porém diversas situações podem

influenciar e

imprecisão

dos

alterar

cálculos.

estes

valores, o

Podemos

também

que

traria uma

citar

como

maior

principais

problemas do método das tensões admissíveis, que a adoção

de um

coeficiente de segurança externo leva a resultados diferentes da adoção d e um coeficiente de segurança interno em estruturas com comportamento não linear e o fato do coeficiente de segurança não ser uma medida direta de segurança pois as variáveis envolvidas são aleatórias. Já o método dos estados limites possui uma base semi-probabilística, ou seja, considera ações e resistências variáveis aleatórias e apenas a configuração de ruína de forma determinística. Isso se mostra mais eficaz quando comparamos os resultados teóricos e práticos. Dessa forma, buscando sempre

uma

maior

precisão,

afim de

evitar colapsos

e

problemas à

estrutura, as normas tem sido atualizadas, agora baseadas no segundo método.