Ao projetar, desenvolver ou fabricar estruturas de madeira, é importante conhecer as propriedades de resistência do material - a resistência de projeto da madeira, que é medida em um quilograma por centímetro quadrado. Para estudar os indicadores, são utilizadas amostras de tamanhos padrão, serradas a partir de tábuas ou madeira do grau exigido, sem defeitos externos, nós e outros defeitos. Em seguida, a amostra é testada quanto à resistência à compressão, flexão, alongamento.
Tipos de madeira
A madeira é um material versátil que pode ser facilmente processado e utilizado em diversas áreas de produção: construção civil, móveis, utensílios domésticos e outros utensílios domésticos. A área de aplicação depende do tipo de madeira com diferentes propriedades físicas, químicas e mecânicas. Na construção, coníferas como abeto, cedro, pinheiro, larício, abeto são especialmente populares. Em menor grau, árvores de folha caduca - bétula, álamo, álamo tremedor, carvalho, aveleira, tília, amieiro, faia.
As variedades de coníferas são utilizadas na forma de madeira redonda, madeira, tábuas para a fabricação de estacas de sustentação, treliças, postes, pontes, casas, arcos, instalações industriais e outras estruturas de construção. Os materiais de madeira dura representam apenas um quarto do consumo total. Isso se deve às piores propriedades físicas e mecânicas das madeiras de lei, por isso estão tentando ser utilizadas para a fabricação de estruturas com baixas cargas de rolamento. Geralmente eles vão para nós de rascunho e objetos temporários.
O uso da madeira na construção é regulamentado pelas normas de acordo com as propriedades físicas e mecânicas da madeira. Essas propriedades dependem da umidade e da presença de defeitos. Para elementos portantes, a umidade não deve exceder 25%, para outros produtos não existem tais requisitos, mas existem normas para defeitos específicos da madeira.
Composição química
Em 99% da massa da madeira são substâncias orgânicas. A composição de partículas elementares para todas as rochas é a mesma: nitrogênio, oxigênio, carbono e hidrogênio. Eles formam longas cadeias de moléculas mais complexas. A madeira consiste em:
- A celulose é um polímero natural com alto grau de polimerização de moléculas em cadeia. Substância muito estável, não se dissolve em água, álcool ou éter.
- A lignina é um polímero aromático com estrutura molecular complexa. Contém uma grande quantidade de carbono. Graças a ele, surge a lignificação dos troncos das árvores.
- A hemicelulose é um análogo da celulose comum, mas com menor grau de polimerização das moléculas da cadeia.
- Extrativosubstâncias - resinas, gomas, gorduras e pectinas.
O alto teor de resinas nas árvores coníferas preserva o material e permite que ele mantenha suas propriedades originais por muito tempo, ajudando a resistir às influências externas. Os produtos de madeira de baixa qualidade e com alto número de defeitos são utilizados principalmente na indústria química da madeira como matéria-prima para a fabricação de papel, madeira colada ou extração de elementos químicos como taninos usados na fabricação de couro.
Aparência
A madeira tem as seguintes propriedades externas:
- Cor. Percepção visual da composição espectral refletida da luz. Importante na escolha da serra como material de acabamento.
- A coloração depende da idade e tipo de árvore, bem como das condições climáticas onde cresceu.
- Brilho. A capacidade de refletir a luz. A taxa mais alta é observada em carvalho, freixo, acácia.
- Textura. O padrão formado pelos anéis anuais do tronco.
- Microestrutura. Determinado pela largura do anel e conteúdo de madeira tardia.
Indicadores são usados na avaliação externa da qualidade da extração. A inspeção visual revela defeitos e a adequação dos materiais para uso posterior.
Defeitos da madeira
Apesar das vantagens óbvias sobre os materiais sintetizados, a madeira, como qualquer matéria-prima natural, tem suas desvantagens. A presença, o grau e a área da lesão são reguladosdocumentos normativos. Os principais defeitos da madeira incluem:
- derrota, podridão, fungos e pragas;
- oblique;
- bolsas de resina;
- nós;
- rachaduras.
O nó reduz a resistência da madeira, de particular importância é o seu número, tamanho e localização. Os nós são divididos em tipos:
- Saudável. Cresça firmemente junto com o corpo da árvore e sente-se firmemente nos bolsos, não tenha podridão.
- Lista suspensa. Descasque e caia depois de serrar o material.
- Tesão. De cor escura e estrutura mais densa em relação à madeira vizinha;
- Escurecido. Nós com o estágio inicial de decaimento.
- Loose - podre.
De acordo com a localização, os nós são divididos em:
- costurado;
- garrado;
- crescimento;
- enteados.
A inclinação também reduz a resistência à flexão da madeira e é caracterizada pela presença de rachaduras e camadas espirais na madeira redonda, no material serrado elas são direcionadas em ângulo para as nervuras. Produtos com esse defeito são de baixa qualidade, usados exclusivamente como fortificações temporárias.
As causas das rachaduras dependem das condições externas e da espécie da madeira. Eles são formados como resultado de secagem irregular, geada, estresse mecânico e muitos outros fatores. Eles aparecem tanto em árvores vivas quanto em árvores cortadas. Dependendo da posição no tronco e forma, as rachaduras são chamadas de:
- gelado;
- sernitsa;
- metics;
- encolher.
As rachaduras não apenas reduzem a qualidade da madeira, mas também contribuem para a rápida deterioração e destruição das fibras.
A podridão é formada como resultado da infecção por fungos putrefativos e outros tipos de fungos que aparecem em árvores em crescimento e derrubadas. Os fungos que vivem em troncos vivos são parasitas, que infectam os anéis anuais e os fazem descascar. Outras espécies já se instalam em estruturas acabadas e causam decomposição, delaminação, rachaduras.
O motivo do aparecimento de organismos nocivos é um ambiente favorável à sua reprodução: umidade superior a 50% e calor. Em madeira bem seca, os microrganismos não se desenvolvem. Uma categoria especial de pragas deve incluir insetos que preferem se instalar em estruturas de madeira, movendo-se nelas, danificando as fibras e reduzindo sua resistência.
Umidade da Madeira
Um dos indicadores importantes para a resistência normativa e de projeto da madeira. Afeta a porcentagem de água nas fibras do tronco. Umidade - porcentagem da massa de umidade para o material seco. A fórmula de cálculo fica assim: W=(m–m0)/m0 100, onde m é a massa inicial da peça de trabalho, m 0 - peso da amostra seca absoluta. A umidade é determinada de duas maneiras: secando e usando medidores eletrônicos de umidade especiais.
A madeira é dividida em vários tipos de acordo com o teor de umidade:
- Molhado. Comteor de umidade superior a 100%, o que corresponde a uma longa permanência na água.
- Acabado de cortar. Com um conteúdo de 50 a 100%.
- Seco ao ar. Com teor de água de fibra variando de 15 a 20%.
- Quarto-seco. Com um teor de umidade de 8 a 12%.
- Totalmente seco. Com 0% de teor de água, obtido por secagem a 102°.
A água está na árvore em forma livre e ligada. A umidade livre está nas células e no espaço intercelular, ligada - na forma de ligações químicas.
Influência da umidade nas propriedades da madeira
Existem vários tipos de propriedades dependendo do teor de umidade na estrutura da madeira:
- A contração é uma diminuição no volume das fibras da polpa de madeira quando a água ligada é removida delas. Quanto mais fibras, mais umidade do tipo encadernado. A remoção da umidade não produz esse efeito.
- Empenamento - uma mudança na forma da madeira no processo de secagem. Ocorre quando as toras não são devidamente secas ou serradas.
- Absorção de umidade - a higroscopicidade da madeira ou a capacidade de absorver a umidade do ambiente.
- Inchaço - aumento do volume das fibras da madeira quando o material está em ambiente úmido.
- Absorção de água - a capacidade da madeira de aumentar sua própria umidade ao absorver o líquido pingando.
- Densidade - medida como massa por unidade de volume. À medida que a umidade aumenta, a densidade aumenta e vice-versa.
- Permeabilidade - a capacidade de passar água através de si mesma sob alta pressão.
Após a secagema madeira perde sua elasticidade natural e fica mais rígida.
Dureza
O coeficiente de dureza é determinado usando o método Brinell ou o teste Yankee. Sua diferença fundamental está na técnica de medição. De acordo com Brinell, uma bola de aço endurecido é colocada sobre uma superfície plana de madeira e uma força de 100 quilogramas é aplicada a ela, após o que a profundidade do furo resultante é medida.
O teste Yankee usa uma bola de 0,4 polegada e mede quanta força, em libras, é necessária para empurrar a bola com metade do diâmetro na árvore. Assim, quanto maior o resultado, mais dura a árvore e maior o coeficiente. No entanto, dentro da mesma variedade, os indicadores diferem, dependendo do método de corte, umidade e outros fatores.
Abaixo está uma tabela de dureza das madeiras Brinell e Yankee para as espécies mais comuns.
| Nome | Dureza Brinell, kg/mm2 | Dureza Yankee, libras |
| Acacia | 7, 1 | |
| Birch | 3 | 1260 |
| Bétula da Carélia | 3, 5 | 1800 |
| Olmo | 3 | 1350 |
| Pêra | 4, 2 | |
| Carvalho | 3, 7-3, 9 | 1360 |
| Spruce | 660 | |
| Linden | 400 | |
| Larch | 2, 5 | 1200 |
| Amieiro | 3 | 590 |
| noz europeia | 5 | |
| Noz Espanhola | 3, 5 | |
| Aspen | 420 | |
| Fir | 350-500 | |
| Rowan | 830 | |
| Pinho | 2, 5 | 380-1240 |
| Cherry | 3, 5 | |
| Macieira | 1730 | |
| Cinza | 4-4, 1 | 1320 |
Da tabela de dureza da madeira pode-se ver que:
- aspen, abeto, pinheiro - árvores muito macias;
- bétula, tília, amieiro e lariço são madeiras macias;
- elm e noz são de dureza média;
- carvalho, maçã, cerejeira, pêra e têm um coeficiente de dureza normal;
- faia, gafanhoto e teixo são variedades muito difíceis.
Madeira dura é durávelao estresse mecânico e é usado para componentes críticos de estruturas de madeira.
Densidade
A densidade está diretamente relacionada ao teor de umidade das fibras. Portanto, para obter indicadores de medição homogêneos, é seco a um nível de 12%. Um aumento na densidade da madeira leva a um aumento em sua massa e resistência. De acordo com a umidade, a madeira é dividida em vários grupos:
- As rochas de menor densidade (até 510 kg/m3). Estes incluem abeto, pinheiro, abeto, álamo, cedro, salgueiro e nogueira.
- Vermelhos com densidade média (na faixa de 540-750 kg/m3). Estes incluem lariço, teixo, olmo, bétula, faia, pêra, carvalho, freixo, sorveira, maçã.
- Rochas com alta densidade (mais de 750 kg/m3). Esta categoria inclui bétula e estoque.
Abaixo está uma tabela de densidade para diferentes espécies de árvores.
| Nome da Raça | Densidade da rocha, kg/m3 |
| Acacia | 830 |
| Birch | 540-700 |
| Bétula da Carélia | 640-800 |
| Faia | 650-700 |
| Cherry | 490-670 |
| Olmo | 670-710 |
| Pêra | 690-800 |
| Carvalho | 600-930 |
| Spruce | 400-500 |
| Salgueiro | 460 |
| Cedro | 580-770 |
| bordo europeu | 530-650 |
| bordo canadense | 530-720 |
| field maple | 670 |
| Larch | 950-1020 |
| Amieiro | 380-640 |
| Nogueira | 500-650 |
| Aspen | 360-560 |
| Fir | 350-450 |
| Rowan | 700-810 |
| Lilás | 800 |
| Ameixa | 800 |
| Pinho | 400-500 |
| álamo | 400-500 |
| Thuya | 340-390 |
| Cereja de pássaro | 580-740 |
| Cherry | 630 |
| Macieira | 690-720 |
As espécies de coníferas têm a menor densidade, enquanto as espécies decíduas têm a maior densidade.
Estabilidade
A resistência calculada da madeira inclui algo como estabilidade aexposição à umidade. O grau é medido em uma escala de cinco pontos quando a umidade do ar muda:
- Instabilidade. Deformação significativa aparece mesmo com uma ligeira mudança na umidade.
- Estabilidade média. Um grau notável de deformação aparece com uma ligeira mudança na umidade.
- Estabilidade relativa. Um pequeno grau de deformação aparece com uma ligeira mudança na umidade.
- Estabilidade. Nenhuma deformação visível com ligeira mudança de umidade.
- Estabilidade absoluta. Não há absolutamente nenhuma deformação, mesmo com uma grande mudança na umidade.
Abaixo está um gráfico de estabilidade de espécies de madeira comuns.
| Nome da Raça | Grau de estabilidade |
| Acacia | 2 |
| Birch | 3 |
| Bétula da Carélia | 3 |
| Faia | 1 |
| Cherry | 4 |
| Olmo | 2 |
| Pêra | 2 |
| Carvalho | 4 |
| Spruce | 2 |
| Cedro | 4 |
| Bordo Europeu | 2 |
| Bordo Canadense | 2 |
| Field maple | 1 |
| Larch | 2-3 |
| Amieiro | 1 |
| Noz Americana | 4 |
| Noz do Brasil | 2 |
| Nogueira | 4 |
| noz europeia | 4 |
| Noz Espanhola | 3 |
| Aspen | 1 |
| Fir | 2 |
| álamo | 1 |
| Cereja de pássaro | 1 |
| Cherry | 2 |
| Macieira | 2 |
Os valores são calculados para madeira com teor de umidade de 12%.
Características mecânicas
A qualidade da madeira é determinada pelos seguintes indicadores:
- Resistência ao desgaste - a capacidade da madeira de resistir ao desgaste durante o atrito. Com o aumento da dureza do material, seu desgaste diminui com uma distribuição desigual sobre a superfície da amostra. O teor de umidade da madeira também afeta a resistência ao desgaste. Quanto menor, maior a resistência.
- Deformabilidade - a capacidade de restaurar a forma após o desaparecimento das forças atuantes. Quando a madeira é comprimida,deformação da peça, que desaparece com a carga. O principal indicador de deformabilidade é a elasticidade, que aumenta com o teor de umidade da madeira. Com a secagem gradual, a elasticidade é perdida, o que leva a uma diminuição da resistência à deformação.
- Flexibilidade - a capacidade natural da madeira de dobrar sob cargas. Espécies decíduas têm bom desempenho, coníferas em menor grau. Essas habilidades são importantes na fabricação de produtos dobrados, que são primeiro umedecidos e depois dobrados e secos.
- Resistência ao impacto - a capacidade de absorver a força do impacto sem lascar a madeira. O teste é realizado usando uma esfera de aço, que é lançada sobre a peça de trabalho de uma altura. As variedades caducifólias apresentam melhores resultados do que as coníferas.
Cargas constantes deterioram gradualmente as propriedades da madeira e levam à fadiga do material. Mesmo a árvore mais durável não é capaz de resistir a influências externas.
Especificações Regulamentares
Indicadores de resistência normativa são necessários para a fabricação de diversos tipos de estruturas. A madeira é considerada adequada se os indicadores não forem inferiores aos valores calculados. Nos testes, apenas amostras padrão com um teor de umidade não superior a 15% são usadas. Para madeira com um valor de umidade diferente, é usada uma fórmula especial para resistência de projeto e, em seguida, os indicadores são convertidos em valores padrão.
Ao projetar estruturas de madeira, é importante conhecer os valores reais de resistência do material de origem. Na realidade, são inferiores aos normativos obtidos em amostras de teste. Data de referênciaobtido por carregamento e deformação de amostras de tamanhos padrão.
Características do projeto
A resistência de projeto da madeira são as tensões em diferentes planos de amostras de madeira criadas por certas cargas que uma árvore pode suportar qualquer quantidade de tempo até ser completamente destruída. Esses números diferem para estiramento, compressão, flexão, cisalhamento e esmagamento.
Os valores reais são obtidos multiplicando os dados normativos pelos coeficientes das condições de trabalho.
| Nome | Coeficiente de resistência da madeira do projeto | ||
| Esforço ao longo das fibras | Tensão nas fibras | Lascar | |
| Larch | 1, 2 | 1, 2 | 1 |
| cedro siberiano | 0, 9 | 0, 9 | 0, 9 |
| Pinho | 0, 65 | 0, 65 | 0, 65 |
| Fir | 0, 8 | 0, 8 | 0, 8 |
| Carvalho | 1, 3 | 2 | 1, 3 |
| Maple, Ash | 1, 3 | 2 | 1, 6 |
| Acacia | 1, 5 | 2, 2 | 1, 8 |
| Faia, bétula | 1, 1 | 1, 6 | 1, 3 |
| Olmo | 1 | 1, 6 | 1 |
| álamo, amieiro, álamo tremedor, tília | 0, 8 | 1 | 0, 8 |
As condições de trabalho são influenciadas por toda uma lista de fatores. Os coeficientes acima levam em conta tais fatores. Qualquer exposição à umidade nas estruturas resulta em uma redução no desempenho final.
Conclusão
Ao projetar estruturas de madeira, é importante conhecer os indicadores calculados dos materiais utilizados na construção. Nós individuais sofrerão cargas permanentes ou temporárias que podem levar à sua destruição completa. Os dados especificados em GOST e SNiP foram obtidos testando amostras padrão. No entanto, os valores reais serão muito diferentes dos normativos. Portanto, as fórmulas fornecidas pelas normas são usadas para cálculos.
