Prof. Dr. Alcebíades Negrão Macêdo SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ INSTITUTO DE TECNOLOGIA FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL FEC/ITEC/UFPa GRUPO DE ANÁLISE EXPERIMENTAL DE ESTRUTURAS E MATERIAIS ESTRUTURAS DE MADEIRA : PROPRIEDADES MECÂNICAS Prof. Dr. Alcebíades Negrão Macêdo

“As Propriedades Mecânicas são responsáveis pela resposta do material quando submetido à ação de forças externas”, e podem ser divididas em duas categorias: As Propriedades de Rigidez ou Elasticidade; As Propriedades de Resistência.

Rigidez ou Módulo de Elasticidade A rigidez corresponde ao valor médio do módulo de elasticidade determinado na fase de comportamento elástico-linear, NBR 7190/97; A madeira pode ser considerada como material elástico-linear para a maioria das aplicações estruturais; A madeira é um material anisotrópico, suas propriedades de elasticidade são diferentes, variando de acordo com a direção das fibras em relação à direção de aplicação da força;

Módulos de Elastcidade - NBR 7190/97 : O módulo de elasticidade longitudinal (Ec0), determinado através do ensaio de compressão paralela;

O módulo de elasticidade normal (Ec90 = G), que pode ser determinado através de ensaio ou representado como uma fração do módulo longitudinal: Ec90 = Eco/20;

O módulo de elasticidade à flexão (EM) pode ser determinado através de ensaios (NBR 7190/97), podendo também pode ser relacionado com o módulo de elasticidade longitudinal: - Coníferas EM = 0,85 Ec0 - Dicotiledôneas EM = 0,90 Ec0 - Poisson nenhuma consideração.

Resistência a) Compressão a paralela; A norma NBR 7190/97 define resistência como sendo “a aptidão da matéria de suportar tensões”; Esta corresponde a máxima tensão aplicada a corpos de prova isentos de defeito até a ruptura ou deformação especifica excessiva, e são diferentes em relação aos três eixos principais: a) Compressão Existem três tipos solicitações que podem submeter a madeira à compressão, são elas: a paralela; a normal; a inclinada em relação às fibras.

Devido à ação conjunta das fibras, a madeira apresenta maior resistência à compressão quando a solicitação é paralela às fibras; No caso da solicitação normal, o que ocorre é o esmagamento das células, e conseqüentemente uma menor resistência (fc90 = 0,25 fc0); A compressão inclinada às fibras é um misto de compressão normal e compressão paralela, sendo determinados a partir da equação de Hankinson.

As Figuras a seguir, ilustram de forma simplificada o comportamento da madeira quando solicitada à compressão: Compressão paralela Compressão Normal

Compressão paralela Paralela Normal Compressão Normal Inclinada

b) Tração Na tração existem dois tipos solicitações que podem ocorrer nas peças de madeira: a normal a paralela

Em todos os casos a madeira apresenta baixos valores de deformação. As propriedades da madeira p/ estas solicitações variam signifi-cativamente; A ruptura p/ tração paralela pode ocorrer devido ao deslizamento entre células ou p/ alongamento e poste-rior ruptura da parede celular; A ruptura p/ tração normal ocorre por separação ou arranca-mento das células. Paralela Normal Em todos os casos a madeira apresenta baixos valores de deformação.

c) Cisalhamento Três são os tipos de cisalhamento que podem ocorrer nas peças de madeira: cisalhamento vertical; cisalhamento horizontal (longitunal ou paralelo); cisalhamento perpendicular Horizontal Perpendicular Vertical

cisalhamento vertical caracterizado pela deformação das células de madeira perpendicularmente ao eixo longitudinal (não é crítico); cisalhamento horizontal refere-se a força aplicada no sentido paralelo às fibras, conduzindo à ruptura através do escorregamento entre as células madeira (o mais crítico); cisalhamento perpendicular refere-se a força perpendicularmente às linhas dos anéis de crescimento (tendência das células de madeira rolarem transversalmente uma sobre as outras).

Cisalhamentos mais comuns em peças Estruturais Vertical Horizontal Cisalhamentos mais comuns em peças Estruturais

Tipos de Esforços gerados pela Flexão d) Flexâo Flexão simples, ação conjunta de esforços de compressão paralela às fibras, tração paralela às fibras, cisalhamento hori-zontal e nas regiões de apoio compressão normal. Tipos de Esforços gerados pela Flexão

Tipos de Esforços na Madeira

Tipos de caracterização Podem ser divididos em duas categorias: a caracterização da resistência e a caracterização da rigidez (Anexo B da NBR 7190/97). Caracterização da resistência Na classificação de um lote de madeira p/ a utilização estrutural, a NBR 7190/97 específica três procedimentos q/ podem ser adotados p/ a caracterização das propriedades de resistência da madeira: a) Caracterização Completa; b) Caracterização mínima; c) Caracterização simplificada.

a) Caracterização completa da resistência da madeira Recomendada para espécies de madeira desconhecidas: Resistência à compressão paralela às fibras (fwc,0 ou fc,0); Resistência a tração paralela às fibras (fwt,0 ou ft,0); Resistência à compressão normal às fibras (fwc,90 ou fc,90); Resistência à tração normal às fibras (fwt,90 ou ft,90); Resistência ao cisalhamento paralelo às fibras (fwv,0, ou fv,0); Resistência ao embutimento paralela às fibras (fwe,0 ou fe,0); Resistência ao embutimento normal às fibras (fwe,90 ou fe,90); Densidade básica (bas); Densidade aparente (ap).

b) Caracterização mínima da resistência de espécies pouco conhecidas Este tipo de caracterização é recomendado para espécies de madeira pouco conhecidas, e consiste na determinação das seguintes propriedades: Resistência à compressão paralela às fibras (fwc,0 ou fc,0); Resistência à tração paralela às fibras (fwt,0 ou ft,0); Resistência ao cisalhamento paralelo às fibras (fwv,0 ou fv,0); Densidade básica (bas); Densidade aparente (bas).

c) Caracterização simplificada da resistência Tipo de caracterização utilizado para espécies usuais de madeira. Segundo a NBR 7190/97 esta caracterização pode ser feita a partir dos ensaios de compressão paralela às fibras, adotando-se as seguintes relações para os valores característicos das resistências:

Caracterização da rigidez Pode ser realizada de duas maneiras: a caracterização completa e caracterização simplificada, podendo ainda ser feito através de ensaios de flexão. a) Caracterização completa De acordo com a NBR 7190/97, este tipo de caracterização deve ser feito através da determinação dos seguintes valores (U = 12%), com a realização de pelo menos dois ensaios: Valor médio do módulo de elasticidade na compressão paralela às fibras (Ec0,m); Valor médio do módulo de elasticidade na compressão normal às fibras (Ec90,m); Admite-se Ec0,m = Et0,m.

b) Caracterização simplificada * Pode ser feita apenas na compressão paralela às fibras: Valor médio do módulo de elasticidade na compressão paralela às fibras (Ec0,m); Na direção normal vale a relação Ec90 =Ec0 /20 c) Caracterização por meio de ensaio de flexão *Na impossibilidade de realização de ensaio de compressão simples, a NBR7190/97 permite avaliar o módulo de elasticidade Ec0,m por meio de ensaio de flexão, admitindo-se as seguintes relações: -Para coníferas: EM = 0,85 Ec0; - Para dicotiledôneas: EM = 0,90 Ec0