Madeira de Lei - Propriedades e Uso, Trabalhos de Engenharia Civil

Baixe Madeira de Lei - Propriedades e Uso e outras Trabalhos em PDF para Engenharia Civil, somente na Docsity! UNIVERSIDADE DA AMAZÔNIA MADEIRA DE LEI BELÉM 2008 UNIVERSIDADE DA AMAZÔNIA 2 MADEIRA DE LEI Trabalho apresentado ao Prof. José Zacarias Rodrigues da Silva Junior, como parte integrante do 2º NI de Ciências dos Materiais e Materiais de construção II. Dickson Lopes de Lima Junior Aleksandra Madeira Pires André Pinheiro de Moraes Egleson J. dos Santos Peixoto Carlos Alberto Oliveira Silva Jr. BELÉM 2008 5 madeira. A não utilização da árvore depois de vencida sua vida útil devolverá à natureza todas as impurezas nela armazenada. Em segundo lugar, não se deve esquecer jamais que a extração da árvore e o seu desdobro são um processo que envolve baixíssimo consumo de energia, além de ser praticamente não poluente. Em contrapartida, o uso de materiais tais como concreto e aço – sem qualquer desmerecimento a estes, especialmente por serem insubstituíveis em alguns casos – exigem um processo altamente poluente de produção, assim como também exige uma devastação ambiental para retirada da matéria-prima. Deve ser observado que para se produzir aço e concreto demanda-se um intenso processo industrial, que envolve um alto consumo de energia e gera grande poluição ambiental. Estes processos industriais exigem fontes de energia, que em geral é o carvão vegetal, que ardem voluptuosamente dentro de altos-fornos. A matéria prima retirada da natureza jamais poderá ser reposta. É um processo irreversível, ao contrário da madeira que pode ser plantada novamente. Além de todos estes aspectos, também deve-se observar uma obra, especialmente em concreto, que utiliza grande quantidade de madeira para fôrmas e cimbramentos. Observe uma obra destas em fase final, e constate o grande desperdício de madeira usada como auxiliar na construção; é um volume significativo. Podem ser citadas algumas vantagens em relação ao uso da madeira. A madeira é um material renovável e abundante no país. Mesmo com um grande desmatamento o material pode ser reposto à natureza na forma de reflorestamento. É um material de fácil manuseio, definição de formas e dimensões. A obtenção do material na forma de tora e o seu desdobro é um processo relativamente simples, não requer tecnologia requintada, não exige processamento industrial, 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. Um fato quase desconhecido pelos leigos refere-se a alta resistência mecânica da madeira. As madeiras de uma forma geral são mais resistentes que o concreto convencional, basta comparar os valores da resistência característica destes materiais. Concretos convencionais de resistência significativa pertencem à classe de concretos CA18, enquanto a classe de resistência de madeira começa com C20 e chega a C60. Um dos fatores mais importantes refere-se à energia gasta para a produção de madeira em comparação com a exigida na produção de outros materiais. Além de todos os aspectos anteriormente citados, existe um bastante importante que é a beleza arquitetônica. Talvez por ser um material natural, a madeira gera um visual atraente e aconchegante, que agrada a maioria das pessoas. Apesar dos aspectos positivos, podem ser citadas algumas desvantagens para a utilização da madeira. Dentre elas podem ser citadas sua susceptibilidade ao ataque de fungos e insetos, assim como também sua inflamabilidade. No entanto, 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. Vale lembrar que a madeira tem a desvantagem da sua inflamabilidade. Contudo, ela resiste a altas temperaturas e não perde resistência sob altas temperaturas como acontece especialmente com o aço. Em algumas situações a 6 madeira acaba comportando-se melhor que o aço, pois apesar dela ser lentamente queimada e provocar chamas a sua seção não queimada continuam resistentes e suficientes para absorver os esforços atuantes. Ao contrário da madeira, o aço não é inflamável, mas em compensação não resiste a altas temperaturas. 2. FISIOLOGIA DA ÁRVORE E 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 - Como é sabido, a morte de uma árvore ocorrerá caso seja feita a extração da casca envolvendo todo o perímetro a qualquer alturta do tronco. Basta interromper o fluxo ascendente ou descendente da seiva bruta ou elaborada. É como interromper o fluxo de sangue para o coração em um ser humano. 3. ANATOMIA DA MADEIRA E CLASSIFICAÇÃO DAS ÁRVORES 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. A madeira é um material anisotrópico, ou seja, possui diferentes propriedades em relação aos diversos planos ou direções perpendiculares entre si. Não há simetria de propriedades em torno de qualquer eixo. 4. TERMINOLOGIA Existem alguns termos que são normalmente utilizados para caracterizar propriedades da madeira. Especialmente em relação ao teor de umidade são usados dois termos bastante comuns: - Madeira Verde: caracterizada por uma umidade igual ou superior ao ponto de saturação, ou seja, umidade em torno de 25%. 7 - Madeira Seca ao ar: caracterizada por uma umidade adquirida nas condições atmosféricas local, ou seja, é a madeira que atingiu um ponto de equilíbrio com o meio ambiente. A NBR 7190/97 considera o valor de 12% como referência. 5. Classificação Das Madeiras - Madeiras macias: provenientes de árvores coníferas que é a principal ordem das gimmnosperma, também conhecidas como madeira branca. - Madeiras duras :provenientes de árvores angiosperma, da classe das dicotiledôneas, também conhecidas como madeiras de lei. 6. Composição Química As células são formadas por paredes de membranas celulósicas permeáveis, a parede primária, que aos poucos vai se cobrindo de lignina, e a parte secundária, que deixa falhas permeáveis e pontuações. A celulose constitui a estrutura de sustentação das paredes celulares. A lignina é o material aglomerante que liga as células umas às outras. Estes dois componentes são os responsáveis por todas as propriedades da madeira, tais como higroscopicidade, resistência à corrosão, etc. A composição química da madeira, em termos médios, apresenta 60% de celulose, 25 % de lignina e 15% de óleos, resinas, amidos, taninos e açúcares. Celulose: Carboidrato complexo Lignina: Resina natural que protege as células 6.1 Componentes Químicos Elementares Em relação a composição química elementar da madeira, pode-se afirmar que não há diferenças consideráveis, levando-se em conta as madeiras de diversas espécies. Os principais elementos existentes são : • Carbono (C), • Hidrogênio (H), • Oxigênio (O) e • Nitrogênio (N), este em pequenas quantidades. A análise da composição química elementar da madeira de diversas espécies, coníferas e folhosas, demonstram a seguinte composição percentual, em relação ao peso seco da madeira . 8.2- Heterogeneidade Sendo a madeira um produto da natureza, e estando a árvore condicionada, durante o seu desenvolvimento por um grande número de fatores, não é possível obter dentro da mesma espécie florestal e até na mesma árvore, duas amostra iguais tanto mais que, dentro da mesma árvore e afastados alguns centímetros, encontramos madeira cuja formação dista anos entre si. A madeira é, por isso, um material essencialmente heterogêneo. 8.3- Anisotropia Devido à orientação das células, a madeira é um material anisotrópico, apresentando três direções principais: longitudinal, radial e tangencial como mostra a figura diferença de propriedades entre as direções radial e tangencial raramente tem importância prática, bastando diferenciar as propriedades na direção das fibras principais (direção longitudinal) e na direção perpendicular às mesmas fibras. A madeira é um material com excelente relação resistência/peso, que pode ser explicada pela eficiência estrutural das células fibrosas ocas, com seção arredondada ou retangular. Principais direções da madeira Contração da madeira nas diferentes direções. Na direção da corda (tangencial) ------------ 7% Na direção transversal do raio (radial) ----- 4% Na direção longitudinal (axial) --------------- 0.1% Então podemos concluir que a madeira é um material anisotrópico porque não apresenta a mesma propriedade com igual valor em todas as direções. 10 11 8.4- Densidade da Madeira (Massa específica) A massa específica é uma das propriedades físicas mais importantes da madeira porque esta relacionada diretamente com propriedades como resistência mecânica, grau de alteração dimensional e perda ou absorção de água. Dela dependem a maior parte das qualidades físicas e tecnológicas, servindo na prática como parâmetro para classificação de madeiras. A densidade (massa específica) expressa a quantidade de matéria lenhosa por unidade de volume, ou do volume de espaços vazios existentes em uma madeira. ρ = m ÷v Onde: ρ = densidade m = massa V = volume No Sistema Internacional, a massa é medida em kg e o volume, em m3. Assim: ρ = m.v -3 Outras unidades utilizadas são o g.cm-3 e g.l-1 8.4.1- Tipos de Densidade da Madeira 8.4.1.1- Densidade Aparente A Densidade é influenciada pelo teor de umidade da madeira, assim esta relacionada com este teor: • ρ12% = m12% ÷ v12% • ρ15% = m15% ÷ v15% • ρ0% = m0% ÷ v0% 8.4.1.2- Densidade Básica • ρb = mo % ÷ verde 8.4.1.3- Fatores de Influência na Densidade: • Espécie • Teor de Umidade • Lenho Inicial e Lenho Tardio • Posição no Tronco • Influências Externas Fatores de crescimento como o clima, tipo de solo, altitude, umidade do solo, espaçamento e associação de espécies. Podem ainda ser motivados por aplicação de técnicas silviculturais como: adubação, poda, desbaste1 densidade do povoamento, entre outros. Espécie Ex: Lenho Inicial e Lenho Tardio A diferença entre lenho inicial e tardio afeta a textura da madeira 12 8.6- Contração e Inchamento A estas características chamamos de Retratibilidade da Madeira que é o fenômeno de variação nas dimensões e no volume em função da perda ou ganho de umidade que provoca contração em uma peça de madeira. Está relacionada às e aos defeitos de secagem. A contração pode ocorrer e ser avaliada em três aspectos: Contração tangencial - variação das dimensões da madeira no sentido perpendicular aos raios; Contração radial - variação das dimensões da madeira no sentido dos raios; Contração volumétrica - variação das dimensões da madeira considerando-se como parâmetro o seu volume total. Quando a madeira é seca abaixo do Ponto de Saturação das Fibras (PSF), aparece à contração. A contração é o resultado da retirada da água de impregnação, existente na parede das células. A madeira é um material anisotrópico, as contrações são diferentes dependendo do eixo anatômico considerado: 15 16 Contração A contração volumétrica máxima pode ser obtida pela fórmula: ßmax = Vu - Vo x l00(%) Vu Onde: ßmax = máxima contração volumétrica (%) Vu = volume da madeira em estado úmido. Vo = volume da madeira em estado seco. Para determinação das contrações nas dimensões lineares (tangencial, radial e longitudinal) os valores da equação são substituídos pelos valores lineares correspondentes, na equação geral: ßmax = Lu- Lo x l00(%) Lu A diferença de contração nos diferentes eixos é chamada de Anisotropia de Contração e tem grande importância prática: Ac = ßt ßr O máximo inchamento de uma madeira é dado pela diferença entre suas dimensões em estado saturado (PSF> e suas dimensões em estado absolutamente seco. αmax = Vu- Vo x l00 (%) Vo βt > βr >> βl αt > αr >> αl 8.7- Condutividade Térmica Devido a organização estrutural do tecido, que retém pequenos volumes de ar em seu interior, a madeira impede a transmissão de ondas de calor ou frio. Assim a madeira torna-se um mau condutor térmico, isolando calor ou frio. 8.8- Condutividade Sonora A propagação de ondas sonoras é reduzida ao entrar em choque com superfícies de madeira. O procedimento de empregar madeira como revestimento de paredes enfraquece a reverberação sonora e melhora a distribuição das ondas pelo ambiente, tornando-a um produto adequado para o condicionamento acústico. 17 8.9- Resistência da Madeira ao Fogo A madeira é considerada um material de baixa resistência ao fogo, porém, sendo bem dimensionada ela apresenta resistência ao fogo superior à de outros materiais estruturais. Uma peça de madeira exposta ao fogo torna-se um combustível para a propagação das chamas, porém, após alguns minutos, uma camada mais externa da madeira se carboniza tornando-se um isolante térmico, que retém o calor, auxiliando, assim, na contenção do incêndio, evitando que toda a peça seja destruída. A proporção da madeira carbonizada com o tempo varia de acordo com a espécie e as condições de exposição ao fogo. Entre a porção carbonizada e a madeira encontra-se uma região intermediária afetada pelo fogo, mas, não carbonizada, porção esta que não deve ser levada em consideração na resistência. Ao contrário, por exemplo, de uma estrutura metálica que é de reação não inflamável, mas que perde a sua resistência mecânica rapidamente (cerca de 10 minutos) quando em presença de temperaturas elevadas, ou seja, acima de 500°C (SZÜCS et al, 2006). Isto tem levado o corpo de bombeiros de muitos países a preferirem as construções com estruturas de madeira, devido o seu comportamento perfeitamente previsível quando da ação 23 de um incêndio, ou seja, algumas normas prevêem uma propagação do fogo, em madeiras do tipo coníferas, da ordem de 0,7 mm/min. É, portanto com base nas normas de comportamento da madeira ao fogo, já existentes em alguns países, que se pode prever, levando em consideração um maior ou menor risco de incêndio e a finalidade de ocupação da construção, uma espessura a mais nas dimensões da seção transversal da peça de madeira. Com isso, sabe-se que mesmo que a madeira venha a ser queimada em 2 cm, por exemplo, o núcleo restante é suficiente para continuar resistindo mecanicamente o tempo que se quiser estimar. Isto faz com que a madeira tenha comportamento perfeitamente previsível. As coníferas, por exemplo, queimam até 2 cm em 30 minutos e 3,5 cm em 60 minutos. 9. PROPRIEDADES MECÂNICAS O conhecimento das propriedades mecânicas das madeiras é fundamental quando se aplicam as madeiras em obra como peças das estruturas (vigas, pilares, consolas, travessas, tabuleiros de pontes, etc.). 9.1- Elasticidade da Madeira A elasticidade é a propriedade que os corpos têm em maior ou menor grau de retomarem as dimensões ou a forma primitiva logo que cesse a causa deformadora. Os corpos cujas deformações se mantém quando cessa a causa deformadora chamam-se plásticos. Se tiverem várias peças com as mesmas dimensões e submetidas a forças nas mesmas condições, dir-se-á que é mais resistente a peça cuja rotura é provocada pela força de maior intensidade e o material de que é feita essa peça será o mais resistente. 9.2- Dureza Dureza é a resistência que a madeira opõe ao deixar-se riscar, ou à penetração de ferramentas ou outros corpos e está relacionada com a densidade, idade, estrutura A etapa seguinte é o desdobro, etapa onde são obtidos pranchões com espessuras entre 7 e 20cm. A) Desdobro Tangencial; B) Desdobro Radial; C) Desdobro Misto Desdobro: é a obtenção de peças estruturais de madeira maciça. 10.2- Secagem A madeira sempre contém quantidades variáveis de água. Logo depois de derrubada, a porcentagem de água é bastante elevada. Em certas madeiras essa água ou umidade é em tão grande porcentagem que pode exceder o peso da madeira. A umidade tende sempre a diminuir até certo limite, quando se estabelece o equilíbrio entre a existente na madeira e o grau higrométrico ambiente. Essa perda de água é o que se chama de secagem. Além da perda de umidade a secagem proporciona a fixação e a transformação de substâncias orgânicas e inorgânicas existentes na madeira e aparentemente até uma oxidação. A secagem apresenta as seguintes vantagens: 20 21 • Evita estragos de insetos e fungos; • Aumenta a durabilidade em serviço; • Evita contrações e fendas; • Aumenta a resistência; • Diminui o peso Prepara a madeira para tratamentos preservativos e outros usos industriais. A madeira secada artificialmente dura mais que a não tratada por esse processo. Perdendo a umidade a madeira verde não só se contrai como também se deforma e fende dando fácil acesso aos fungos e insetos. Isso porém, não acontece com a madeira secada artificialmente, a não ser em casos excepcionais. Pela secagem natural ou artificial a água de embebição é a primeira que se evapora e que pode ser totalmente evaporada sem que as propriedades da madeira sejam afetadas. O mesmo não se dá com a água de impregnação. Logo que a água de adesão começa a se evaporar a madeira fica mais rija, sua dureza aumenta, mas aparecem fendas e rachas. O limite entre estas duas fases chama-se "ponto de saturação ao ar". Quando a água de embebição se evapora a madeira fica apta a receber em seu lugar as substâncias preservativas. A secagem natural consiste em empilhar as madeiras, onde haja perfeita circulação de ar. É mais econômica, tem facilidade de ser feita e relativa eficiência. As desvantagens são: • Demora na secagem; • Há perigo de incêndios. Na secagem artificial em grande escala das madeiras destinadas a posteriores tratamentos preservativos, usa-se comumente a secagem pelo vapor saturado. Este método é usado em grande escala nos Estados Unidos. Suas principais vantagens são: • A água sendo removida com muita facilidade, a madeira fica praticamente esterilizada; • Não há necessidade de grandes áreas para acumular o estoque • Não há perigo de incêndios • Os pedidos urgentes podem ser prontamente atendidos 22 Nomeclatura das peças de madeira serradas. Nome Espessura (cm) Largura (cm) Pranchão > 7,0 > 20,0 Prancha 4,0 – 7,0 > 20,0 Viga > 4,0 11,0 a 20,0 Vigota 4,0 a 8,0 8,0 a 11,0 Caibro 8,0 a 11,0 05,0 a 8,0 Tábua 1,0 a 4,0 > 10,0 Sarrafo 2,0 a 4,0 2,0 a 10,0 Ripa < 2,0 < 10,0 10.3 Preservação das peças Processos superficiais • Pintura ; • Imersão simples 11- Aplicação da Madeira na Contrução Civil 11.1 Construção Civil Pesada Externa Engloba as peças de madeira serrada na forma de vigas, caibros, pranchas e tábuas utilizadas em estruturas de pontes, ancoradouros, galerias, minas, dentre outros. Os requisitos técnicos necessários são: • Massa específica alta (pesada) • Propriedades mecânicas altas a muito altas; • Duráveis ou tratáveis; • Boa fixação mecânica. • 11.2 Construção Civil Pesada Interna Engloba as peças de madeira serrada na forma de vigas, caibros, pranchas e tábuas utilizadas em estruturas de cobertura, onde tradicionalmente era empregada a madeira de peroba-rosa (Aspidosperma polyneuron). Os requisitos técnicos necessários são: 25 Os requisitos técnicos necessários são: • massa específica média ou alta; • dureza alta ou muito alta; • resistência à compressão alta a muito alta; • retratibilidade média a muito baixa; • trabalhabilidade regular a boa; • acabamento bom; • qualidade de desdobro moderada a muito fácil; • qualidade de secagem moderadamente fácil. 26 12- CONCLUSÃO Com a realização deste trabalho e o conhecimento adquirido através dele conclui-se que: Para nós, a madeira ganha facilmente, pois em comparação ao aço que é um dos elementos mais usados na construção civil a madeira fica quente, porém mesmo nas piores condições ela é mais resistente ao fogo do que geralmente se crê. Resiste ás mudanças de temperatura, umidade, pressão e aos terremotos. A madeira adapta-se ao desejo do utilizador, transforma-se em grande ou pequena, curva ou reta. Ganha força sob pressão e torna-se mais durável quando tratada com calor. A madeira é frugal e consome apenas um pouco de energia na construção e transformação. Apenas precisa de mais conhecimento e ser usadas em obras de grande porte, pois madeira não serve apenas para fôrmas e cimbramentos, mas também para elemento estrutural. 27 13-REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7190: informação e documentação: referências: elaboração. Rio de Janeiro, 1997. PONTÍFICA UNIVERSIDADE DO PARANÁ, A Madeira Como Material de Construção, 1999 FERREIRA, Oswaldo P. Madeira: Uso Sustentável na Construção Civil, São Paulo, 2003 LIMEIRA, Rogério D. Materiais de Construção (Madeira), CESET/UNICAMP, 2003 GESUALDO, Francisco A. R, Universidade Federal de Uberlândia, 2003 SCHWARZ, Leandro. Madeiras e Derivados, 2007 Livro de apontamentos sobre a aplicação da Madeira na Construção Civil, do Instituto Superior Técnico.2007 KLOCK, Umberto, Composição Química da Madeira,2008 KLOCK, Umberto, Engenharia Industrial Madeireira, 2008 Nascimento, Cátia e CUNHA, Ida, A Madeira na Construção Civil O USO DE MADEIRA DE REFLORESTAMENTO NA CONSTRUÇÃO CIVIL, Revista de Pesquisa e Pós- Graduação, Erechim, RS, 2000 <http://aquelefilme.com/conhecendo_a_madeira/madeira.php>. Acessado em 28 de Outubro de 2008. <http://www.ambientebrasil.com.br/composer.php3?base=./florestal/index.html&conteu do=./florestal/industrializacao.html>. Acessado em 30 de Outubro de 2008. <http://www.cnpf.embrapa.br/pesquisa/efb/caracmad.htm>. Acessado em 01 de Novembro de 2008. <http://www.geocities.com/glulammlc/caractmad.html >. Acessado em 07 de Novembro de 2008. <http://www.remade.com.br/pt/revista_materia.php?edicao=77&id=456 >. Acessado em 14 de Novembro de 2008. <http://aquelefilme.com/conhecendo_a_madeira/mecanicas> Acessado em 07 de Novembro de 2008.