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MATERIAIS TÉCNICAS E ESTRUTURAS II

MADEIRACARACTERÍSTICAS E

PROPRIEDADES

MADEIRA

� Parte sólida dos troncos das árvores, que se encontra dentro da sua casca.

� Material elástico, de pouco peso, isolante e fácil de trabalhar.

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MADEIRA

� Produto Natural;

� Proveniente de vegetais completos (flores, folhas, caule e raízes)

MADEIRA

� De acordo com a germinação e crescimento:

� ENDÓGENAS – desenvolvimento de dentro para fora –não servem para estruturas

� Palmeiras;� Bambus...

� EXÓGENAS – desenvolvimento de fora para dentro –servem para produção estrutural

� Ipê;� Peroba;� Pinho do Pará...

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Seção Transversal

MEDULA

•Centro do tronco

•Forma cilíndrica

•Mais macia do que a madeira envolvente

Seção Transversal

CERNE

•Tecido lenhoso

•Cor escura

•Usada na construção

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Seção Transversal

BORNE

•Cor clara

•Circulação da seiva

•Camada mais jovem que se transforma em cerne

Seção Transversal

CÂMBIO VASCULAR

•Dá origem àmadeira

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Seção Transversal

LÍBER

•Camada geradora da casca

•Circula a seixa elaborada

Seção Transversal

CASCA

•Camada protetora dos tecidos da árvore

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Seção Transversal

RAIOS LENHOSOS

•Lâminas radias mortas no cerne e vivas no borne

•Favorecem o fendilhamento da madeira

Propriedades Físicas

•Anisotropia

•Umidade

•Dureza

•Dilatação térmica

•Retração e inchamento

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AnisotropiaDiz-se de um corpo fisicamente homogêneo, mas cujos valores de certas propriedades físicas e químicas variam com a direção: longitudinal, radial e transversal.

ltransversa.Dir

radial.Dir

allongitudin.Dir

ltransversa.Dir

radial.Dir

allongitudin.Dir

Umidade

ÁGUA DE CONSTITUIÇÃO

é a parte integrante da matéria lenhosa

ÁGUA DE IMPREGNAÇÃO OU ADESÃO

retida pelas membranas ou paredes de matéria lenhosa

ÁGUA LIVRE

enche as fibras lenhosas, desaparece depois do derrube ou corte da árvore

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DurezaDepende de fatores como:

•Quanto mais velha – maior será a dureza;

•A madeira do cerne é mais dura do que a do borne;

•A madeira de árvores de crescimento lento émais dura do que as de crescimento rápido

Dilatação Térmica

A dilatação térmica é minorada pela retração, que age no sentido contrário, devido a perda de umidade que acompanha o aumento de temperatura.

O coeficiente de dilatação na direção transversal é 8x maior do que na direção longitudinal.

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Retração e inchamentoÉ a propriedade de alterar suas dimensões e volume quando o teor de umidade varia até30% de umidade.

Abaixo de 30% de umidade o inchamento e a retração são proporcionais ao teor de umidade.

ANTÔNIO PRADO

CASA CARLOS ROTTA FILHO

� Data da construção:entre 1930 e 1931

� Residencial

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ANTÔNIO PRADO

CASA ANTÔNIO GUERRA

� Data da construção:entre 1900 e 1910

� Residencial

ANTÔNIO PRADO

CASA NAPOLEÃO DALLA ZEN

� Data da construção:em 1917

� Comercial (curtume)

� Residencial

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ANTÔNIO PRADO

CASA LUIZ SGARBI

� Data da construção:em 1914

� Escola Pública

CURITIBA

� Memorial da imigração polonesa, inaugurado em 13 de dezembro de 1980, na visita do Papa João Paulo II a Curitiba.

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SÃO PAULO

� Ponte MLC -USP/ 2 - Campus

São Carlos-SP

Defeitos

NÓS

•Se formam nos pontos em que os ramos se unem ao tronco

•Diminui o valor da madeira

•Reduz a resistência

•Dá origem a fendas

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Defeitos

FIBRA TORCIDA OU REVIRADA

•As fibras não se desenvolvem paralelamente ao eixo, mas sim em espiral.

•Devem ser utilizadas apenas como estacas, postes , pilares sem função estrutural.

Defeitos

MADEIRA ENCURVADA

•Árvores cujos troncos não cresceram retas.

•Se o comprimento for pouco extenso, pode-se utilizar como barrotes.

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Defeitos

EXCENTRICIDADE DA MEDULA

•Devido ao vento e a proximidade de rochas, aparece a medula descentrada.

•Se for pequena, não diminui as qualidades da madeiras. Caso contrário, reduz elasticidade e resistência.

Defeitos

IRREGULARIDADES DOS ANÉIS DE CRESCIMENTO

•Causado por bruscas alterações no desenvolvimento da árvore

•Tem menos valor comercial, por ser pouco elástica e se partir com facilidade

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Defeitos

FENDAS

•Rachas no sentido longitudinal, devido aos gelos e também àinsolação e dessecação da madeira

Defeitos

FENDAS ANELARES

•São rachas largas que desintegram os raios medulares

•Inutilizam totalmente a madeira

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Defeitos

FENDAS ACEBOLADAS

•Separação circular dos anéis decrescimento

•Originam-se do frio e do vento intenso.

•A madeira desseca-se

Defeitos

FENDAS EM PATA-DE-GALINHA

•Chegam até o borne e/ou até a superfície exterior

•Acontece devido ao envelhecimento da medula

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Defeitos

DUPLO BORNE

•Deve-se aos frios intensos e prolongados que impedem a transformação do câmbio vascular em borne e deste em cerne, ficando morta uma zona do borne.

Variação das Propriedades

•Posição de origem na árvore

•Maior resistência na base e nas camadas inferiores do tronco

•Maior resistência no cerne do que no borne

•Influência de defeitos

•Classificam as madeiras estruturais em:

•Primeira, segunda e terceira categoria

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Variação das Propriedades

•Influência de umidade

•A resistência diminui até atingir o ponto de saturação das fibras de 30%, após este nível permanece constante.

•Influência de temperatura

•A resistência sofre redução com o aumento da temperatura e vice-versa.

•Fluência da madeira

•Deformação lenta sob a ação de cargas demoradas.

Variação das Propriedades

•Relaxação

•Em deformação constante a tensão elástica sofre relaxação.

•Ruptura retardada

•Submetida a cargas durante longo período, a peça estrutural poderá romper-se após dias ou meses.

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Variação das Propriedades

•Resistência a efeitos dinâmicos

•A resistência é maior para cargas de longa duração.

•Resistência à fadiga

•A resistência à fadiga, em geral é maior à dos metais.

Classificação das madeirasde construção

•Maciças

•Madeira bruta – usada em forma de troncos para postes, escoramentos, estacas, etc.

•Madeira falquejada – seção quadrada ou retangular, utilizada em postes de madeira, cortinas cravadas, estacas.

•Madeira serrada – mais utilizada. Os troncos são desdobrados nas serrarias em dimensões “padronizadas”.

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•Industrializadas

•Madeira laminada e colada – usada largamente na Europa. A madeira é cortada em lâminas e coladas sob pressão com adesivo àprova de água.

•Madeira compensada – as lâminas são coladas com as fibras em sentido alternado.

Classificação das madeirasde construção

•Industrializadas

•Madeira reconstituída – as fibras são unidas por pressão com ou sem adição de ligante.

•Madeira aglomerada – formada por lâminas impregnadas de material ligante. Sem fim estrutural.

Classificação das madeirasde construção

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MDF

•MDF – medium density fiberboard

•é uma chapa fabricada a partir da aglutinação de fibras de madeira com resinas sintéticas e ação conjunta de temperatura e pressão. Para a obtenção das fibras, a madeira é cortada em pequenos cavacos que, em seguida, são triturados por equipamentos denominados desfibradores.

HDF•HDF – high density fiberboard

•São chapas com resistências físico-mecânicas melhoradas para aplicações que requeiram alta resistência à flexão, suportando pesos elevados ou repetidos impactos.

•Estas chapas obtêm-se aumentando a quantidade de fibras, de resina aglutinante, e modificando o ciclo produtivo.

•Uso em: escadas, prateleiras industriais, tampos de bancadas industriais, estruturas de mesas, componentes de cadeiras, assoalhos.

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Classificação comercial da madeira

Quanto à resistência:

• Duras – Provenientes de árvores frondosas e de crescimento lento (Dicotiledôneas, que possuem folhas achatadas e largas). Exemplo: Ipê, Aroeira e Carvalho

•Macias – Provenientes em geral das coníferas. Tem folhas em forma de agulhas ou escamas e apresentam crescimento rápido. Exemplo: Pinho e eucalipto.

Classificação comercial da madeira

Quanto ao número de defeitos:

• Primeira – Isentas de defeitos pela inspeção do método visual normalizado e enquadradas nas tabelas 8 e 9 da NBR 7190 em relação a sua resistência. Cada tipo de madeira deve no mínimo atingir determinada resistência.

• Segunda – Quando não atender aos critérios acima.

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Ensaios de Norma

NBR 7190/1997

Projeto de estruturas de madeira

• Medidas de propriedades físicas

•Umidade

•Densidade

•Dureza

Ensaios de NormaNBR 7190/1997

Projeto de estruturas de madeira

• Medidas de propriedades mecânicas

•Compressão paralela e normal às fibras

•Tração paralela e normal às fibras

•Flexão

•Cisalhamento paralelo às fibras, na lâmina de cola

•Fendilhamento

•Resistência à tração na emendas

•Resistência nas ligações mecânicas

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Ensaios de Norma

NBR 7190/1997

Projeto de estruturas de madeira

• Medidas de resistência dinâmica

•Resistência aos impacto na flexão

Classe de Madeiras

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Classe de Madeiras

Classe de Madeiras

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Classe de Madeiras

Formas Comerciais

Pranchão_________________ 15,0 x 23,0 cm Pranchão_________________ 10,0 x 20,0 cmPranchão_________________ 7,5 x 23,0 cm

Viga_________________ 15,0 x 15,0 cm Viga_________________ 7,5 x 15,0 cm Viga_________________ 7,5 x 11,5 cm Viga_________________ 5,0 x 20,0 cm Viga_________________ 5,0 x 15,0 cm

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Formas Comerciais

Caibro_________________ 7,5 x 5,0 cm Caibro_________________ 5,0 x 7,0 cmCaibro_________________ 5,0 x 6,0 cm

Sarrafo_________________ 3,8 x 7,5 cm Sarrafo_________________ 2,2 x 7,5 cm

Tábua_________________ 2,5 x 23,0 cm Tábua_________________ 2,5 x 15,0 cm Tábua_________________ 2,5 x 11,5 cmRipa _________________ 1,2 x 5,0 cm

Corte

É o conjunto de operações de se efetuam para dividir longitudinalmente os troncos obtidos das árvores e limpos de ramos, fazendo deles peças menores apropriadas para a sua utilização.

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Corte

Corte (falquejamento) com que se obtém uma peça inteiriça com arestas vivas e quatro costaneiras

Corte

Corte em quatro

Consiste em dar dois cortes perpendiculares pelo centro

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Corte

Corte Radial

É feito seguindo a direção dos raios medulares.

Corte

Corte em fiadas paralelas

Obtém-se tábuas e pranchas de diferentes larguras.

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Corte

Corte de Paris

Começa-se por obter uma grossa peça central e seguidamente outras nos lados, de menor tamanho.

Corte

Corte em Cruz

Consiste em tirar uma grossa peça central, dos dois lados obtém-se outras peças grossas e finalmente os quatro pedaços restantes dividem-se radialmente em forma de tábuas.

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Corte

Corte Holandês

Começa-se por um corte em quatro pedaços. Depois faz-se em cada uma das partes uma série de cortes paralelos.

Corte

Corte por encontro de cortes

Separa-se primeiro uma prancha central. Dos dois lados vão-se tirando tábuas e pranchas por meio de encontro de cortes.

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Causas da Deterioração

•APODRECIMENTO

Desenvolvimento de fungos e bactérias, devido a

umidade da atmosfera e a temperatura do meio

ambiente, quando a percentagem de umidade é

superior a 30% e as temperaturas forem superiores

a 25oC ou 30 oC.

Causas da Deterioração

•AÇÃO DOS INSETOS – carunchos e cupins

•FOGO – as peças maiores tem mais resistência, devido a uma camada de carvão mineral na superfície do tronco, que serve como isolante térmico.

•AÇÕES MECÂNICAS – extração de pedaços do tronco

•AGENTES QUÍMICOS

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Causas da Deterioração

APODRECIMENTO

Desenvolvimento de fungos e bactérias, devido a

umidade da atmosfera e a temperatura do meio

ambiente, quando a percentagem de umidade é

superior a 30% e as temperaturas forem superiores

a 25oC ou 30 oC.

Deterioração

Para proteger as madeiras contra estas deteriorações, elas são submetidas a diversos tratamentos.

Em qualquer caso, é importante um BOA SECAGEM – de maneira natural ou artificialmente.

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Processos de preservação

•Superficiais

•Depois da secagem, é aplicada com pincel ou imersão uma camada superficial de preservativo para inibir a passagem de insetos e fungos.

Processos de preservação

•De Impregnação sem pressão

•A madeira é colocada imersa numa solução com preservativo a 100 oC. A ação do preservativo é expelir o ar existente no interior da madeira, fazendo com que o produto seja absorvido pela pressão atmosférica.

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Processos de preservação

•De Impregnação com pressão

•Em grande quantidade de madeira são os mais eficientes.

•A madeira é colocada numa câmara onde é feito o vácuo para remover o ar da madeira. O preservativo é introduzido sob pressão.

Autoclave

MADEIRA AUTOCLAVADA

• significa madeira obtida de florestas

cultivadas e renováveis e impregnada em

unidades industriais (autoclaves) com um

agente preservante, apresentando alta

durabilidade, economia, segurança,

versatilidade, fácil manutenção e garantia de

qualidade.

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Propriedades da madeira estrutural

NBR 7190 de 1997

Resistência Da MadeiraNotações

• resistência à compressão paralela às fibras f c,0

• resistência à tração paralela às fibras f t,0

• resistência à compressão normal às fibras f c,90

• resistência à tração normal às fibras f t,90

• resistência ao cisalhamento paralelo às fibras f v,0

• resistência de embutimento paralelo às fibras f e,0

• resistência de embutimento normal às fibras f e,90

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Caracterização simplificada da madeira

• ft0,k = 1,30 fc0,k

• ftM,k = 1,00 fc0,k

• fc90,k = 0,25fc0,k

• fe0,k = 1,00fc0,k

• fe90,k = 0,25fc0,k

para coníferas:fv0,k = 0,15fc0,k

para dicotiledôneas: fv0,k = 0,12fc0,k

Ensaios de caracterização Tração paralela às fibras

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Ensaios de caracterização Compressão paralela às fibras

Cisalhamento paralelo às fibras

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Caracterização completa da rigidezNotação

•Valor médio do módulo de elasticidade nacompressão paralela às fibras

Ec0,m

•Valor médio do módulo de elasticidade nacompressão normal às fibras

Ec90,m

Caracterização simplificada da rigidez

•Ec90= 1/20 Ec0

133047,72,882,844,4645Pinus taeda L.Pinus taeda

109048,02,560,943,6538Pinus oocarpa shiedePinus oocarpa

118897,42,566,040,4560Pinus elliottii v. elliottiiPinus elliottii

98687,82,650,342,3535P.caribea v.hondurensisPinus hondurensis

71106,82,452,732,6537P.carib.var.bahamensisPinus bahamensis

84317,83,264,835,4579P.caribea var.caribeaPinus caribea

152258,81,693,140,9580Auracaria angustifoliaPinho do Paraná

Ec0MPa

fvMPa

f t90MPa

f t0MPa

fc0MPa

ρρρρap(12%)kg/m3Nome botânicoNome vulgar

VALORES MÉDIOS DE MADEIRAS CONÍFERAS NATIVAS E DE F LORESTAMENTO(U = 12%)

Valores de referência - NBR-7190

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2172411,83,4123,495,21106Diplotropis sppSucupira

2273314,95,4138,582,91143Manikara sppMaçaranduba

141859,03,3111,956,5684Ocotea sppLouro preto

2360715,73,2157,593,31074Hymenaea sppJatobá

1801113,13,196,876,01068Tabebuia serratifoliaIpê

1988112,44,7147,472,71087Eucalyptus paniculataEucalipto paniculata

80585,63,071,431,5600Cedrella sppCedro doce

1461311,16,284,952,0871Cassia ferrugineaCanafístula

1669411,34,8104,976,71170Dinizia excelsaAngelim p. verdadeiro

129128,83,575,559,8694Hymenolobium petraeumAngelim pedra

2082711,83,7117,879,51170Hymenolobium sppAngelim ferro

128767,13,169,250,5688Votaireopsis ararobaAngelim araroba

Ec0MPa

fvMPa

f t90MPa

f t0MPa

fc0MPa

ρρρρap(12%)kg/m3Nome botânicoNome vulgar

VALORES MÉDIOS DE MADEIRAS DICOTILEDÔNEAS NATIVAS E DE FLORESTAMENTO(U = 12%)

Valores médios e característicos

Valor médio de uma propriedade da madeira ésimplesmente a média aritmética dos valores dos resultados obtidos por ensaio.

Valor característico de uma propriedade de madeira éaquele que tem probabilidade de 5% de ser ultrapassado em um determinado lote de material.

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60050014.500630C30

5504508.500525C25

5004003.500420C20

ρρρρaparentekg/m3

ρρρρbas,mkg/m3

Ec0,mMPa

fV0,kMPa

fc0,kMPa

Classes

Coníferas (padrão de referência 12%)

1.00080024.500860C60

95075019.500640C40

80065014.500530C30

6505009.500420C20

ρρρρaparentekg/m3

ρρρρbas,mkg/m3

Ec0,mMPa

fV0,kMPa

fc0,kMPa

Classes

Dicotiledôneas (padrão de referência U=12%)

Valores característicos por classes de resistência

γwc = 1,4resistência à compressãoγwt = 1,8 resistência à traçãoγwv = 1,8 resistência ao cisalhamento

Resistência de cálculo da madeira

Coeficientes de ponderação de resistênciaw

kd

XkX

γmod=

Tensão )(0 MPacσ

0cf

%50σ

%10σ

0 %10ε %50ε

α

0cεespecíficaDeformação )( mmµ%50ε%10ε

α

específicaDeformação

Tensão )(0 MPatσ

0tf

%50σ

%10σ

)(0 mm

t µε

50

peças curvas

0,8 ou 1,0peças retas

Madeira laminada colada

0,81ª e 2ª categoriasMadeira conífera serrada

0,82ª categoria

1,01ª categoriaMadeira dicotiledônea serrada

Valores de kmod 3

2

000.21

−r

t

“t” é a espessura das lâminas e “r” é o menor raio de curvatura das lâminas

Coeficientes de modificação

kmod = kmod,1⋅ kmod,2⋅ kmod,3

0,90,8≥ 25%Uamb ≥ 85%4

0,90,818%75% ≤ Uamb ≤ 85%3

1,01,015%65%≤ Uamb ≤ 75%2

1,01,02%Uamb ≤ 65%1

Madeira recomposta

Serrada, laminada colada e compensada

Tipos de madeiraUmidade de equilíbrio

Umidade relativa do ambiente

Classes de umidade

Valores de kmod 2

kmod,2= 0,65 para madeira submersa

Coeficientes de modificação

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1,101,10Muito curtaInstantânea

0,900,90Menos de uma semanaCurta duração

0,650,80Uma semana a seis messesMédia duração

0,450,70Mais de seis mesesLonga duração

0,300,60Vida útil da construçãoPermanente

Madeira recomposta

Serrada, laminadacolada e cmpensada

Tipos de madeiraDuração acumulada da ação

variável principal da combinaçãoClasses de

carregamento

Valores de kmod 1

Coeficientes de modificação

Barbada ?

… então vamos voltar ao exercício…

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Dimensionar uma viga de madeira laminada colada de 8,00m de vão teórico e seção retangular a ser construída com lâminas de madeira conífera Classe 30, medindo cada uma delas 12cm de largura por 2cm de espessura.

A viga terá por finalidade servir de apoio para as vigas secundárias de 10cm de largura indicadas no esquema abaixo. A ação de cada uma das vigas secundáriassobre a viga principal é decorrente da combinação de cargas permanentes

Gk = 2.5 kN e de cargas variáveis Qk = 5,0 kN. E' cerca de 80% a umidade relativa do ambiente.Não considerar o peso próprio da viga principal.Os entalhes previstos nos extremos da viga principal deverão ter a altura

máxima permitida pela norma.

B B

C

↓cm10

↓cm10

m00,2 m00,2m00,2 m00,2

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Dimensionamento - estados limites últimos

1. Resistências de cálculo das madeiras Coníferas Clas se 30

Coeficiente de modificação

– carregamentos de longa duração:… kmod1=0,70– umidade ambiente Uamb=80%:…… kmod2=0,80- coníferas de 1ª ou 2ª categorias..:… kmod3=0,80

45,080,080,070,0mod =××=⇒ k

Resistências de cálculo

– Compressão paralela às fibras: MPaf

kfMPafwc

kcdckc 6,9

4,1

0,3045,00,30 ,0

mod,0,0 =⋅==⇒=γ

MPaff dcdt 6,9,0,0 ==

MPaf

kfMPafwV

kVdVkV 5,1

8,1

0,645,00,6 ,0

mod,0,0 =⋅==⇒=γ

– Tração paralela às fibras

- Cisalhamento paralelo às fibras

FIM