comportamento estrutural

A madeira como material estrutural normalmente é considerada em quatro tipos: madeira serrada; madeira laminada colada; madeira compensada e madeira recomposta.

as propriedades físicas mais relevantes para a utilização da madeira como material estrutural são a densidade aparente, teor de umidade, resistencia mecânica e poder calorífico.

teor de umidade
a madeira logo após ser cortada apresenta um teor de umidade que varia de 30% a 300% de seu peso total. para o seu uso em construção é necessário que ela passe por um processo de secagem, a fim de ser obtido o teor de umidade adequado, pois caso essa providência não seja adotada, ela poderá sofrer diferentes alterações dimensionais, fazendo com que na maioria das vezes provoque um dano ao material, como rachadura e empenamento

desidade aparente
é entendida como a realação entre o peso da madeira e seu volume, a qual encontra-se diretamente ligada à umidade e resitência mecânica da madeira. assim, madeiras muito pesadas são também muito duras, em contrapartida as madeira muito leves são , em geral, moles.

carbonização
uma curiosidade da madeira é seu comportamento, quando exposto ao fogo. as peças robustas de madeira, quando expostas ao fogo, formam uma camada superficial de carvão, que age como uma espécie de isolante, impedindo a rápida saída de gases inflamáveis e a propagação de calor para o interior da seção, resultando tanto em um aquecimento quanto uma degradação do material a uma velocidade menor e, assim, colaborando favoravelmente para melhorar a capacidade de sustentação das cargas da edificação.

Segundo Yopanan as propriedades da madeira são decorrentes do tipo biológico da árvore que lhe deu origem, porém estas propriedades estão sujeitas a alterações, pois, sendo a madeira um material natural, está sujeita, na sua formação e obtenção, aos fatores climáticos, que podem ser muito variáveis ao longo da vida da árvore. Nas regiões tropicais e quentes, as madeiras são em geral duras, escuras e pesadas. Nas regiões temperadas, são mais claras e não tão duras e pesadas. Nas regiões frias, são mais esbranquiçadas, fibrosas e mais leves, mas nem por isso menos resistentes. A madeira é formada por fibras que se desenvolvem segundo uma direção predominante, resultando num material anisótropo* e pouco homogêneo. Por isso, as suas características físicas são bastante diferentes, conforme a direção e o ponto em que se analise o seu comportamento.

*anisotropia:
Um material é dito anisotrópico quando não apresenta as mesmas características físicas em todas as direções. A madeira, por ser formada de fibras que se orientam longitudinalmente ao tronco, apresenta, na direção dessas fibras, características muito diferentes das que se observam na direção normal a elas. A mais evidente dessas diferenças se refere à resistência à tração e à compressão, facilmente verificável.

A madeira serrada é um material originário do tecido vegetal com características intrínsecas definidas pela fisiologia da árvore e apresenta três (3) planos de simetria elástica preferênciais, orientados nas direções longitudinal , radial e tangencial , caracterizando-se assim o modelo ortótropo, porém para cada plano e solicitação existe um comportamento diferente.

compressão paralela às fibras:
-alta resistência e rigidez
-ruptura dá-se por perda de estabilidade
-comportamento elasto-plastico (pode ser frágil)
-ordem de grandeza resistência é de 30 a 80 MPa
-ordem de grandeza rigidez 8000 a 25000 MPa

compressão normal às fibras:
-baixa resistência e rigidez
-ruptura dá-se por esmagamento (convencional)
-corportamento elasto-plastico (altamente plástico)
-ordem de grandeza resistência é de 7 a 20 MPa
-ordem de grandeza rigidez 400 a 1250 MPa

 tração paralela às fibras:
-alta resistencia e rigidez
-ruptura dá-se por deslesamento ou por ruptura das fibras
-comportamento elasto-frágil
-ordem de grandeza resistência é de 50 a 150 MPa
-ordem de grandeza rigidez 10000 a 35000 MPa

tração normal às fibras:
-baixa resitência
-ruptura dá-se separação das fibras
-comportamento elasto-frágil
-ordem de grandeza resistência é até 4 MPa

cisalhamento normal às fibras:
-baixa resitência e rigidez
-ruptura dá-se por compressão normal
-comportamento elasto-plástico
-ordem de grandeza resistência é de 7 a 20 MPa

 cisalhamento paralelo às fibras:
-baixa resitência e alta rigidez
-ruptura dá-se por deslisamento
-comportamento elasto-frágil
-ordem de grandeza resistência é de 4 a 10 MPa

 flexão simples:
-alta resistência e rigidez
-diferença entre o comportamento real e o idealizado
-ordem de grandeza resistência é de 50 a 150 MPa
-ordem de grandeza rigidez 7000 a 22000 MPa

Resumindo o quadro acima, pode-se perceber que os esforços de tração simples são bem absorvidos quando atuam na direção das fibras, ocorrendo o contrário quando atuam na direção normal às mesmas, podendo ser consideradas desprezíveis as resistências nesta direção.

Devido a fatores imponderáveis, os coeficientes de segurança são bastante elevados, podendo chegar a 9, ou seja, trabalha-se com tensões da ordem de 1/9 das que romperiam o material, o que impõe a necessidade de usar mais material do que seria necessário se o grau de confiança fosse maior.

Outra característica que deve ser levado em consideração é que as peças estruturais de madeira apresentam grande dificuldade de transmissão dos esforços de tração simples nos pontos de descontinuidade, ou seja, em emendas e nas ligações entre barras e apoios, essas ligações dificilmente são feitas sem o uso de elementos secundários, como chapas, pinos e parafusos, que podem ser de madeira ou metálicos.

wood-frame:
O comportamento estrutural do wood frame assemelha-se muito ao da alvenaria estrutural. No wood frame, cada elemento recebe esforços de diferentes naturezas, sempre conjugados com outros elementos. Além disso, as estruturas em wood frame apresentam redundância e hiperestaticidade.

Esse comportamento estrutural do wood frame ainda é pouco utilizado nas estruturas de madeira no Brasil, apesar de ser largamente empregado em todo o mundo há muitas décadas. Por ser pouco utilizado, a atual Norma Brasileira 7190/1997 não apresenta critérios claros de dimensionamento dessas estruturas, apesar de poder ser utilizada nas verificações dos seus elementos estruturais independentes (ensaios de desempenho do sistema construtivo foram realizados pelo IPT (Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo), tais como desempenho estrutural, segurança ao fogo, estanqueidade à água, etc., e seus resultados podem ser obtidos diretamente com os autores desse artigo).

Na NBR 7190/1997 são especificadas dimensões mínimas para os elementos estruturais, que foram definidas considerando-se a segurança de estruturas isostáticas de treliças. Porém, essas são impraticáveis em estruturas de wood frame. Por existir repetição de elementos cumprindo a mesma função, existe a chamada redundância, ou seja, uma redistribuição de esforços caso um dos elementos venha a falhar, permitindo a utilização de seções menores e otimizando o consumo de madeira. Uma analogia grosseira desse comportamento é a armação de lajes de concreto. É fácil imaginar que, se uma única barra dessa armação falhar, haverá uma redistribuição dos esforços para as demais no seu entorno. As paredes do wood frame também apresentam esse comportamento.

Diante disso, o dimensionamento das estruturas em wood frame pode ser feito utilizando-se critérios de normas de outros países, dentre as quais o Eurocode 5 apresenta bases mais semelhantes à norma brasileira, o que permite utilizá-la complementarmente à nossa. De forma bastante resumida, o dimensionamento dessas estruturas considera que as paredes e pisos têm comportamento de placa e chapa, recebendo cargas tanto no seu plano quanto perpendicularmente a esse.

Os painéis de piso recebem as cargas de peso próprio e acidentais, perpendiculares ao seu plano, que são resistidas pelas chapas de OSB e vigas I por flexão simples. As vigas I são apoiadas nas paredes, que assim solicitam os montantes à compressão paralela às fibras. Esses, por sua vez, descarregam esses esforços no pavimento inferior ou nas fundações. Por estarem fixados às chapas de OSB, esses montantes não apresentam flambagem na menor inércia, sendo verificada a instabilidade na maior inércia.

madeira laminada:
a laminação de madeira consiste na sobreposição por colagem. As disposião das lâminas realiza-se sempre de forma a que as fibras se disponham paralelamente. Pelo fato de a fabricação das peças finais ser o resultado da junção aleatória de multiplas tábuas individuais, às quais foram retiradas previamente os principais defeito, o resultado final é um produto mais homogêneo e resistente que a madeira maciça.

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