Aula4- Propriedades da madeira [Somente leitura]...Variação das Propriedades •Resistência a...
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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