Tecnologia Produtos Florestais · José Saporiti, ISA, novembro 2019 Tecnologia Produtos Florestais...
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José Saporiti, ISA, novembro 2019
Tecnologia Produtos Florestais
Comportamento mecânico da madeira
José Saporiti MachadoEng. Florestal
Investigador Auxiliar /Laboratório Nacional de Engenharia Civil
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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
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3. Fatores que afetam o comportamento mecânico da madeira
Flexão estática
Dureza
Compressãoaxial
Massa volúmica
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Orientação geral das fibras da madeira em relação ao eixo longitudinal da peça
3. Fatores que afetam o comportamento mecânico da madeira
Inclinação do fio da madeira
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3. Fatores que afetam o comportamento mecânico da madeira
Porção de ramo inclusa na madeira
Nós
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Alteração local (maior ou menor
extensão) da direcção das
fibras
3. Fatores que afetam o comportamento mecânico da madeira
Nós
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3. Fatores que afetam o comportamento mecânico da madeira
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Teor de água
A madeira é um material higroscópico
absorvendo ou perdendo moléculas de
água em função do ambiente em que
se encontra exposto
3. Fatores que afetam o comportamento mecânico da madeira
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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
3. Fatores que afetam o comportamento mecânico da madeira
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4. Caracterização mecânica da madeira
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
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4. Caracterização mecânica da madeira
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
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4. Caracterização mecânica da madeira
Ensaio de corte
NP 618
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4. Caracterização mecânica da madeira
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
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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
5. Normalização aplicável
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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
Regulamento dos Produtos da Construção
5. Normalização aplicável
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Regulamento dos Produtos da Construção
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
5. Normalização aplicável
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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
5. Normalização aplicável
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Regulamento dos Produtos da Construção
http://ec.europa.eu/growth/single-market/european-standards/harmonised-standards/index_en.htm
5. Normalização aplicável
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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
5. Normalização aplicável
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5. Normalização aplicável
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
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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
5. Normalização aplicável
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6. Qualificação da madeira para fins estruturais
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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
6. Qualificação da madeira para fins estruturais
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Fonte: Wood Handbook
6. Qualificação da madeira para fins estruturais
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Variabilidade
(propriedades físicas e mecânicas)
Classificação
Mecânica Visual
Madeira
comercialmente
disponívelClasse A
Classe B
Distribuição dos valores
de resistência
A B
6. Qualificação da madeira para fins estruturais
Classificação de madeira com base na resistência
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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
6. Qualificação da madeira para fins estruturais
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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
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6. Qualificação da madeira para fins estruturais
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6. Qualificação da madeira para fins estruturais
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Dimensões preferenciais para madeira serrada de Resinosas
Largura (mm)Espes-
sura
(mm)
Dimensões preferenciais
6. Qualificação da madeira para fins estruturais
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Re
sist
ên
cia
da
mad
eir
a
Medula
Anel de crescimento
Cerne
6. Qualificação da madeira para fins estruturais
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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.
6. Qualificação da madeira para fins estruturais
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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)
6. Qualificação da madeira para fins estruturais
Medula
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Anéis de crescimento
6. Qualificação da madeira para fins estruturais
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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
6. Qualificação da madeira para fins estruturais
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Massa volúmica – Taxa de crescimento
Avaliação
anéis de nº
R
6. Qualificação da madeira para fins estruturais
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José Saporiti, ISA, novembro 2019
Massa volúmica – Taxa de crescimento
6. Qualificação da madeira para fins estruturais
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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
6. Qualificação da madeira para fins estruturais
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Empenos
Avaliação
Empeno em meia-cana Empeno em hélice
Empeno em arco de face Empeno em arco de canto
6. Qualificação da madeira para fins estruturais
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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
6. Qualificação da madeira para fins estruturais
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Avaliação
Dimensão correspondente à distância entre duas linhas que a delimitam, sensivelmente perpendiculares à direcção das fibras
Fendas
6. Qualificação da madeira para fins estruturais
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Avaliação
Fio = BC/AC
Fio da madeira
6. Qualificação da madeira para fins estruturais
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Fio da madeira
6. Qualificação da madeira para fins estruturais
Pelo padrão de difusão de azulamento na madeira
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Nó aderente Nó soltadiço
Nós
6. Qualificação da madeira para fins estruturais
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Avaliação
Nós
6. Qualificação da madeira para fins estruturais
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Avaliação
KAR – Projecção dos nós na secção transversal
Nós
6. Qualificação da madeira para fins estruturais
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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
6. Qualificação da madeira para fins estruturais
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Nós
6. Qualificação da madeira para fins estruturais
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Avaliação
Avaliados como fendas
Na proximidade de nós, devem ser contabilizados na avaliação do KAR
Bolsas de resina e casca inclusa
6. Qualificação da madeira para fins estruturais
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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
6. Qualificação da madeira para fins estruturais
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Diminuição localizada da secção transversal
(diretamente relacionável com resistência)
Dificuldades de aplicação (apoio) e ligação a outros
elementos
Descaio
6. Qualificação da madeira para fins estruturais
Fonte: Design of timber structures - Structural aspects oftimber construction. Vol. 1. Swedish Forest Industries Federation.
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Avaliação
a
VV
a
V 321 ou
b
KK
b
Kb 3212 ou
Face Canto
Descaio
6. Qualificação da madeira para fins estruturais
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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
6. Qualificação da madeira para fins estruturais
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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
6. Qualificação da madeira para fins estruturais
Phellinus pini
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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
6. Qualificação da madeira para fins estruturais
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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
6. Qualificação da madeira para fins estruturais
Classificação mecânica
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6. Qualificação da madeira para fins estruturais
Classificação mecânica
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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
Classificação mecânica
Visual
MTG – Possíveis outputs em função dos settings da máquina
6. Qualificação da madeira para fins estruturais Classificação mecânica
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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)
6. Qualificação da madeira para fins estruturais
Classificação mecânica
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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 (%)
6. Qualificação da madeira para fins estruturais
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6. Qualificação da madeira para fins estruturais
Fonte: Design of timber structures - Structural aspects oftimber construction. Vol. 1. Swedish Forest Industries Federation.