Cap 17 - A Madeira como Material de Construção

Prévia do material em texto

<p>A MADEIRA CAPÍTULO 17 COMO MATERIAL DE CONSTRUÇÃO Prof. ADAMASTOR A. URIARTT Univ. Fed. Rio Grande do Sul 17.1. INTRODUÇÃO DAS MADEIRAS.COMO MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO Na introdução a seu estudo como material de construção, nada mais oportuno que apresentar as madeiras como um material excepcional e como matéria-prima industrial de múltiplo aproveitamento, material e matéria-prima que acompanham e sustentam a civi- lização desde seus Em países onde não se alcançou um estágio avançado na tecnologia dos materiais, pretende-se ver ainda nas madeiras, em decorrência de sua vulnerável durabilidade, um material destinado a papéis secundários em subempregos acessórios, provisórios e de breve amortização. É exatamente esse o material que entusiasma todos os pesquisadores e projetistas, dedicados a seu estudo e aplicações com dedicação e engenho, a ponto de a ele sempre se referir Jean Campredon, o projetista de renome internacional e Diretor do Centre Technique du Bois, como "o excepcional e insubstituível material que, por ter o decoro de sua origem, não se deixa dobrar por frias matemáticas, pois já foi árvore altaneira que em muitos confrontos venceu mais desafios que simples peça de estrutura". E a ponto de levar Harry Uhl, presidente da Timber Engineering Company, a deixar consignado no prefácio do Timber Design and Construction Handbook, da TECO, que, se não fosse um material existente, já deveria ter sido inventado, quando considera: "Imaginem que, de experiências de laboratório, surgisse um novo e surpreendente material Na condição de material de construção, as madeiras incorporam todo um conjunto de características técnicas, econômicas e estéticas que dificilmente se encontram em outro material existente. Assim, esse material: apresenta resistência mecânica tanto a esforços de compressão como aos esforços de tração na flexão: foi o primeiro material de construção a ser utilizado tanto em colunas como em vigas e vergas; tem resistência mecânica elevada, superior ao concreto, com a vantagem do peso próprio reduzido; resiste excepcionalmente a choques e esforços dinâmicos: sua resiliência permite absorver impactos que romperiam ou estilhaçariam outros materiais;</p><p>438 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO apresenta boas características de isolamento térmico e absorção acústica; seco, é satisfatoriamente dielétrico; tem facilidade de afeiçoamento e simplicidade de ligações: pode ser trabalhado com ferramentas simples: tem custo reduzido de produção, reservas que podem ser renovadas e, quando convenientemente preservado, perdura em vida útil prolongada à custa de insigni- ficante manutenção; em seu estado natural, apresenta uma infinidade de padrões estéticos e deco- rativos. No entanto, a madeira somente adquiriu reconhecimento como moderno material de construção, em condições de atender às exigências de técnicas construtivas recen- temente desenvolvidas, quando outros tantos processos de beneficiamento permitiram anular as características negativas que apresenta em estado natural: a degradação de suas propriedades e o surgimento de tensões internas, decor- rentes de alterações em sua umidade, anulados pelos processos de secagem arti- fical controlada; a deterioração, quando em ambientes que favoreçam o desenvolvimento de seus principais predadores, contornada com os tratamentos de preservação; a marcante heterogeneidade e anisotropia próprias de sua constituição fibrosa orientada, assim como a limitação de suas dimensões, resolvidas pelos processos de transformação nos laminados, contraplacados e aglomerados de madeira. Mas não é somente como material de construção que devem ser apresentadas as madeiras. Estreitamente relacionados e complementares a esse emprego estão suas múl- tiplas possibilidades de aproveitamento como industrial. Nessa condição, devem ser examinadas a partir de seus principais empregos, que podem ser discriminados nos seguintes divulgados pela FAO, referentes a um país altamente desenvolvido, os Estados Unidos (dados de 1970): Como combustível 53%; Na construção em geral 37%; Em outros usos industriais: papel, rayon, álcoois, resinas e plásticos 10%; Como combustível, de fraco poder calorífico, seu consumo equivale a um subem- prego: gera apenas calorias por quilograma, e não mais de são aproveitadas nos fornos, fogões e lareiras; o carvão tem poder calorífico seis vezes maior. o apro- veitamento do gás de madeira, que desprende sem aproveitamento pelas chaminés, trans- formaria a madeira em combustível valorizado: o processo dos gasogêneos, de recondução dos gases com conveniente dosagem de ar ao circuito das fornalhas, triplicaria o poder calorífico aproveitável. Como material de construção, tem a importância de ser, depois dos aços, o segundo material de maior consumo, mesmo no adiantado desenvolvimento norte-americano. Pode</p><p>A MADEIRA COMO MATERIAL DE CONSTRUÇÃO / 439 participar nessa condição, provisória ou definitivamente, em todas as partes de uma construção, desde as fundações, estrutura, pavimentos, vedações e revestimentos, até a cobertura. É um material de construção tecnicamente adequado e economicamente competitivo para todas as obras de engenharia, desde lastro de vias férreas até torres, pontes e estruturas de coberturas em grandes vãos. Conforme ainda a FAO, tem um consumo, como material de construção em geral, sob a forma de madeira natural e derivados, estimado em 5 t por habitação, na Europa, e em 10 t por habitação nos Estados Unidos. Como matéria-prima para outros usos industriais, a madeira pode ser considerada como um material bruto que permite o aproveitamento dos sucessivos fragmentos a que pode ser reduzida. Esse fracionamento sucessivo, que transforma o que antigamente era considerado resíduo em subprodutos aproveitáveis, é conduzido atualmente até os seus constituintes básicos, suas moléculas e compostos químicos. o fluxograma de seu rendimento industrial atende atualmente ao seguinte desenvol- vimento: madeira madeira serrada: peças estruturais lâminas: chapas de madeira compensada aparas: chapas de madeira aglomerada fibras: chapas de madeira reconstituída CELULOSE LIGNINA, resinas, taninos polpa: papéis rayon compostos químicos: açúcares, álcoois, resinas etc. Toda a madeira de uma árvore, incluindo a galharia e parte das raízes, pode ser reduzida a aparas ou flocos que, reaglomerados, dão origem a uma crescente variedade de novos materiais. Estes, praticamente homogêneos e isótropos, agrupam-se sob título de chapas e artefatos de madeira transformada. o papel, ainda o mais importante produto industrial da madeira, seria também outro tipo de madeira transformada e reconstituída a partir das fibras dispersas em polpas de celulose. A tecnologia faz, nesse caso, uma revisão realmente drástica na constituição natural da madeira: cozinhando-se aparas de madeira com ácidos (celulose sulfite) ou com álcalis (celulose sulfato), a lignina é separada e completamente removida. No papel, substitui-se esse aglomerante natural por um processo mecânico ou um produto aglu- tinador, e as fibras são ligadas umas às outras de modo a se conseguirem as propriedades desejadas no produto acabado. A dissolução das fibras por este ou aquele processo químico as moleculas à disposição da moderna indústria da celulose para a criação de materiais novos: depois do</p><p>440 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO papel, o rayon e os plásticos da Sintetizada novamente em fibras artificiais, as de celulose transformam-se no rayon, que ocupam o segundo lugar na produção mundial de tecidos. E é difícil reconhecer nos filmes fotográficos, no celofane e nos inúmeros outros plásticos da celulose sua filiação às fibras de madeira. Sem esquecer outro importante derivado: a nitrocelulose, o antigo algodão-pólvora, explosivo e pro- pulsor. Se a indústria da celulose ainda mantinha essa substância e a utilizava em sua forma original de macromolécula, a moderna tecnologia da madeira abriu agora um novo campo da química: a molécula é dissociada para aproveitamento químico da celulose. o principal ponto de partida é a conversão da celulose em açúcar, o inverso do processo que sintetiza a celulose nas árvores; pela fermentação, o açúcar transforma-se em álcool de madeira; este rivaliza com o petróleo e o carvão na produção de combustíveis líquidos, óleos lubrificantes, solventes, borracha sintética, diversas espécies de plásticos, tintas, vernizes, medicamentos e Outras modificações na molécula de celulose produzem alimentos para o homem e ração para os animais, inclusive um alimento rico em proteínas pela ação da levedura Terula utilis. A hidrólise da celulose oferece, enfim, três valiosas alternativas: de kg de madeira seca podem ser extraídos 500 kg de polpa e 40 litros de álcool, ou 500 kg de forragem e 80 litros de álcool, ou 240 a 320 litros de álcool. Finalmente, toda essa condição prioritária da madeira como matéria-prima impor- tante e essencial continuará sendo perenemente assegurada, em decorrência de ser um material universal, abundante e praticamente inesgotável. É um material universal mesmo no duplo sentido da palavra, pois pode atender a todas as necessidades humanas e não é privilégio de nenhuma região ou país do mundo. Diferentes espécies lenhosas adaptam-se desde as zonas tropicais até as fronteiras árticas. É abundante o suficiente para enfrentar seu desperdício espantoso: de quatro árvo- res abatidas, menos de uma chega ao consumidor sob forma de produtos valorizados. No entanto, há reservas que cobrem 1/4 das terras emersas: 40 milhões de quilômetros quadrados, dois terços das florestas primitivas; em comparação, parecem sem significado as jazidas de petróleo e carvão. E será praticamente inesgotável, quando as reservas florestais existentes deixarem de ser consideradas como minas e jazidas que se esgotam e passarem a ser entendidas, definitivamente, como áreas cultivadas que podem e devem ser renovadas. Mais do que qualquer outro recurso natural, é preciso lembrar para concluir sua vital função de suporte biológico a todos os seres 17.2. ORIGEM E PRODUÇÃO DAS MADEIRAS 17.2.1. Classificação das Árvores. A madeira natural é produto direto do lenho dos vegetais superiores: árvores e arbustos lenhosos. Todas as suas características como material de construção, principalmente sua heterogeneidade e anisotropia, são decorrentes dessa sua origem de seres vivos e organizados. Para o perfeito conhecimento do material interessa, portanto, considerar os diferentes tipos de árvores existentes e as alterações no tecido lenhoso que apresentam.</p><p>A MADEIRA COMO MATERIAL DE CONSTRUÇÃO / 441 Botanicamente, os vegetais superiores pertencem ao ramo dos fanerógamas ou espermatófitos: vegetais completos com raízes, caule, copa, folhas, flores e sementes. Classificam-se as conforme sua germinação e crescimento; em: 1. de germinação interna. Quando o desenvolvimento transversal do caule se processa de dentro para fora; a parte externa do lenho é mais antiga e mais endurecida. Compreende essa classe as árvores tropicais ocas, palmeiras e bambus; é ainda pouco aproveitada na indústria madeireira produtora de materiais de construção; 2. exógenas de germinação externa. Têm no crescimento um desenvol- vimento transversal do caule com adição, de fora para dentro, de novas camadas concên- tricas de células: os anéis anuais de crescimento. Constituem grande grupo de árvores aproveitáveis para a produção de madeiras de construção. As árvores exógenas diferenciam-se, morfológica e anatomicamente, em dois grandes grupos: ginospermas e angiospermas. A. Nas ginospermas destaca-se a classe importante das coníferas ou resinosas. As ginospernias não produzem frutos, têm suas sementes (pinhas) descobertas. Vestem-se com folhas perenes em forma de agulha, folhas aciculares, e têm, geralmente, lenho de madeira branda. Correspondem ao grupo das softwood, na classificação norte-americana. Compreendem 35% das espécies conhecidas, com cerca de 400 espécies indus- trialmente úteis. B. As angiospermas ou Também designadas frondosas, folhosas, hardwood ou, na denominação brasileira, "árvores de madeira de lei": assim apelidadas as espécies que, no ciclo econômico da extração de madeiras, durante a época colonial, tinham seu abate controlado pela Coroa Portuguesa, pela lei vigente. Abrangem 65% das espécies conhecidas, com espécies úteis: 50% frondosas tropicais e 15% em zonas temperadas. 17.2.2. Fisiologia e Crescimento das Árvores. Compõem uma árvore a raiz, o caule e a copa. A raiz ancora a árvore no solo e dele retira água contendo sais minerais dissolvidos: a seiva bruta, necessária ao desenvolvimento do vegetal. o tronco ou caule sustenta a copa com sua galharia e conduz por capilaridade tanto a seiva bruta, desde a raiz até as folhas da copa, como a seiva elaborada, das folhas para o lenho em crescimento. A copa desdobra-se em ramos, folhas, flores e frutos. Nas folhas processa-se a transformação da água e sais minerais em compostos orgânicos: a seiva elaborada. Tomando o tronco como a parte imediatamente útil para a produção de peças de madeira natural, material de construção, vamos examinar, em detalhe, sua constituição diversificada. Conforme mostra a Fig. 17.1, a seção do tronco de uma árvore permite distinguir, da casca para o miolo, as seguintes partes bem distintas. 1. Casca Tem a ação própria de proteger o lenho e ser o veículo da seiva elaborada das folhas para o lenho do tronco. Dois estratos singulares assumem essa dupla</p><p>442 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO incumbência: um estrato externo e epidérmico, formado de tecido morto, denominado cortiça ou canada cortical, e outro, interno, formado de tecido vivo, mole e úmido, condutor de seiva elaborada, denominado líber ou casco alburno cerne medulo vasos Fig. 17.1. Corte transversal do caule de uma A cortiça protege os tecidos mais novos da inclemencia do ambiente, dos excessos de evaporação e dos agentes de destruição. Racha, cai e é renovada, pois, sendo um tecido morto, não tem crescimento. De um modo geral, não apresenta interesse como material de construção: no desdobro do lenho é quase sempre extraída e rejeitada. Em algumas espécies, como o Sobral, o Angico Rajado e a Corticeira, no entanto, a cortiça tem um desenvolvimento tão grande que permite a retirada de lâminas espessas. Essas lâminas, que apresentam vantajosas propriedades têm emprego adequado em processos de isolamento: revestimentos de paredes e forros, recheios de entrepisos. Pela outra camada da casca, o líber ou casca interna, desce a seiva que foi elaborada nas folhas a partir de substâncias retiradas do solo e do ar Do solo, recolhido através dos absorventes das raízes provém principalmente a água indispensável. Essa água, contendo em solução compostos minerais, constitui a seiva bruta que sobe por capilaridade pela parte viva do lenho, o alburno, até as folhas da copa. Nas folhas e noutras partes verdes da copa são absorvidos do o anidrido nico e o oxigênio. o anidrido carbônico fixa-se nas células clorofiladas das folhas e é transformado em açúcar pela adição da água. A síntese do açúcar realiza-se nos cloro- plastos em presença dos raios solares ou de qualquer outra fonte de luz e calor. A reação, conhecida como função clorofiliana ou é aproximadamente: 6CO2 + + 647cal = (monossacarídeo, glicose) + 6H2 o (transpira- ção) + (respiração). o excesso de água elimina-se por transpiração e o oxigênio resultante é liberado na atmosfera. o açúcar diluído desce pela casca interna como seiva elaborada e pode ficar armazenado nas células sob forma de amido. Partindo dos as árvores sintetizam todas as substâncias orgânicas que compõem as células lenhosas. Essa transformação ocorre principalmente no estrato de tecidos que vem logo a seguir à casca: o câmbio.</p><p>A MADEIRA COMO MATERIAL DE CONSTRUÇÃO / 443 2. Câmbio Comparece na seção transversal do caule como uma fina e quase invisível camada de tecidos está situado entre a casca e o lenho. É constituído por um tecido de células em permanente o tecido meristemático. Tão vitais são para o crescimento da tanto o líber quanto o câmbio que seccionamento de ambos, acidental ou provocado, ocasiona inevitavelmente a morte vegetal. Um processo de secagem com a árvore em pé, recomendado para madeiras de difícil secagem (como algumas variedades de eucaliptos), consiste em estrangular as árvores vivas com um forte arame de aço argolamento até sua morte, seguida de perda gradual de umidade. No câmbio acontece a importante transformação dos açúcares amidos em celulose e lignina. principais constituintes do tecido lenhoso. o crescimento transversal realiza-se pela adição de novas camadas concêntricas e periféricas provenientes dessa transformação no câmbio: os anéis anuais de crescimento. Nos anéis anuais de crescimento refletem-se as condições de desenvolvimento da árvore: são largos e poucos distintos em essências tropicais de rápido crescimento: aper- tados e bem configurados nas espécies oriundas de zonas temperadas ou frias. Em cada anel que se acrescenta, ano a ano, duas camadas podem destacar-se muitas vezes niti- damente: uma de cor mais clara, com células largas de paredes finas, formada durante a primavera e verão, e outra, de cor mais escura, com células estreitas de paredes grossas, formada no verão-outono. A primeira camada chama-se lenho inicial e a segunda, lenho tardio. Os anéis de crescimento registram a idade da árvore e servem de referência para a consideração e o estudo da marcante característica de anisotropia da madeira. Para esse efeito, na avaliação do desempenho físico e mecânico do material serão sempre consi- derados nos ensaios três direções ou eixos principais: a direção tangencial, direção transversal tangencial aos anéis de crescimento; b. direção radial, direção transversal radial aos anéis de crescimento; direção axial, no sentido das fibras, longitudinal ao caule. Falsos anéis de crescimento ou descolamentos de anéis podem ser provocados por interrupções de crescimento, devido a estiagens, ataques de pragas ou abalos sofridos pela planta. Constituirão defeitos que irão provocar anomalias no comportamento do material. 3. Lenho É o núcleo de sustentação e resistência da árvore; pela sua parte viva sobe a seiva bruta. Constitui a seção útil do tronco para obtenção, por desdobro e serragem, das peças estruturais de madeira natural ou madeira de obra. Em quase todas as espécies o lenho apresenta-se com duas zonas bem contras- tadas: o alburno e o cerne. o alburno externo tem cor mais clara que o cerne e está formado de células vivas e atuantes. Além da função resistente, faz-se condutor da seiva bruta, por ascensão capilar, desde as raízes até a copa. o cerne interior, de cor mais escura que o alburno, está formado de células mortas e esclerosadas. As alterações no alburno vão formando e ampliando o cerne. As alterações progressivas são processos de crescente espessamento das paredes celulares, provocados por sucessivas impregnações de lignina, resinas, taninos e corantes. Em o</p><p>444 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO cerne tem mais densidade, compacidade, resistência mecânica e, principalmente, mais durabilidade, sendo constituído de tecido morto, sem seiva, amido ou açúcares, não é atrativo aos insetos e outros agentes de deterioração. Sua freqüente impregnação por resinas e óleos torna-o tóxico ou repelente aos predadores da madeira. é desaconselhável e antieconômica a prática rotineira de retirar todo o alburno (branco das árvores) como imprestável para a construção; desaconselhável não só do ponto de vista econômico, pois a proporção do alburno varia, conforme a espécie, de 25 a 50% de lenho, mas também do ponto de vista tecnológico, porque o alburno é a parte que melhor se deixa impregnar por produtos antideteriorantes nos processos de preservação da madeira, além de apresentar características mecânicas satisfatórias. 4. Medula É o miolo central da seção transversal da tora de madeira. Tem tecido frouxo, mole e esponjoso, muitas vezes já apodrecido: é o vestígio do vegetal jovem, quando ainda constituído de tecido meristemático. Não tem nem resistência mecânica nem durabilidade; sua presença em peças serradas constitui um defeito. 5. Raios Medulares São desenvolvimentos transversais radiais de células lenhosas cuja função principal é o transporte e armazenamento de nutrientes. Nas seções radiais ou tangenciais de determinadas espécies aparecem como um "espelhado" de bonito efeito estético e decorativo: carvalho, cedro, louro etc. Sua presença, quando significativa, é vantajosa na medida em que realizam uma amarração transversal das fibras, impedindo que "trabalhem" exageradamente frente a variações de teor de umidade. 17.2.3. Estrutura Fibrosa do Lenho. Para sua auto-sustentação, condução de sucos vitais e armazenamento de reservas nutritivas, o lenho está constituído por toda uma variedade de células elementares: tem uma estrutura anatômica celular. As dimensões, formas e grupamentos dessas células elementares são variáveis conforme sua localização no lenho e a espécie lenhosa. Dessa diferenciada constituição do tecido lenhoso resultam não só o heterogêneo e anisótropo comportamento físico-mecânico do material, em geral, como o desigual desem- penho de peças provenientes de espécies diferentes ou diversamente localizadas na mesma tora. É indispensável, para um razoável entendimento do comportamento do material, uma visão suficiente da diversificada estrutura fibrosa das espécies lenhosas. o lenho nas resinosas (Fig. 17.2) é composto principalmente por células alongadas de diâmetro quase constante, semelhantes a finos tubos, botanicamente denominadas traquídeos ou traqueóides. Desempenham a dupla função de condução da seiva e suporte mecânico. Observando-se sob lente de aumento, verifica-se que, além dos tubos longos (tra- existem numerosas linhas finas e claras desenvolvendo-se na direção radial: são os raios medulares ou raios lenhosos. Servem para conduzir e/ou armazenar substâncias nutrientes no sentido radial do tronco. As resinosas contêm ainda os chamados canais resinosos, que podem ser observados mesmo a vista desarmada. Aparecem nas seções transversais do lenho como diminutas aberturas ou pontuações mais escuras. Estão normalmente impregnados de óleo e resinas.</p><p>BIBLIOTEC A MADEIRA COMO MATERIAL DE CONSTRUÇÃO / 445</p><p>446 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO</p><p>A MADEIRA COMO MATERIAL DE CONSTRUÇÃO / 447 o lenho de uma essência folhosa (Fig. 17.3) difere do lenho de uma resinosa por conter vasos lenhosos ou traquéias que, no exame sob lente de aparecem em grande número como pequenos furos circulares ou poros. Num corte transversal no lenho, os vasos são células bem maiores que os demais elementos fibrosos. Desempenham a função específica de condutores de seiva bruta. A principal característica anatômica das folhosas são as células fibrosas, as fibras propriamente ditas, que com grande destaque, o seu tecido lenhoso. As fibras diâmetro menor que os traquídeos das resinosas e estão dispostas longitudinalmente no caule. Têm grande comprimento, extremidades fechadas e afiladas, diâmetros variados e reduzidos. Em seu conjunto, fortemente aglomerado, constituem o tecido de resistência sustentação das árvores folhosas. Os raios medulares nas folhosas são mais desenvolvidos que os seus iguais nas muitas vezes podem ser observados sem auxílio de lente de aumento. Conforme a espécie, são muito finos (unisseriados) ou largos (multisseriados). Destacam-se, for- mando desenhos ou "espelhados" nas superfícies tangenciais ou radiais de peças ou de madeira. Finalmente, em algumas espécies, tanto de resinosas quanto de folhosas, observa-se, mesmo sem lente de aumento, um certo tipo de tecido mais claro que a parte fibrosa do lenho: é o parênquima lenhoso. Pode ser abundante ou escasso e geralmente ocorre em volta dos vasos lenhosos. As células do parênquima são armaze- nadoras de reservas nutritivas. 17.2.4. Composição Química das Madeiras. As substâncias básicas na composição química das madeiras são a holocelulose e a lignina, em proporções aproximadas de 60% e 25% Outros constituintes, em bem menores estão contidos nas cavidades das ou são produzidos por modificações das mesmas: óleos, resinas, açúcares, amidos, taninos, substâncias nitrogenadas, sais inorgânicos e ácidos orgânicos. Pode-se dizer que a madeira, nas paredes das células lenhosas, é quimicamente composta por hidratos de carbono. Estes, protótipos elementares de todas as substâncias orgânicas, são compostos químicos constituídos por carbono, oxigênio e hidrogênio, os dois últimos elementos associados na mesma proporção que ocorre na água. Os mais simples hidratos de carbono são certos açúcares conhecidos como monossacarídeos, glucose, por exemplo. Os mais complexos são os carboidratos polissacarídeos, como a celulose A química da madeira divide a holocelulose em celulose a celulose B e celulose y. As duas últimas, pequenas de polissacarídeos mais pectose, são solúveis em soda cáustica. A celulose a, base estrutural das paredes celulares, é uma substância incolor, elástica, solúvel em ácido sulfúrico e insolúvel em soda cáustica e ácidos fracos ou diluídos. A lignina compõe-se também de carbono, oxigênio e hidrogênio; está, portanto, intimamente ligada à celulose. Apresenta-se como uma substância impermeável, pouco elástica, de resistência mecânica apreciável e insensível à umidade e às temperaturas habituais. A lignina é uma resina natural que reveste externamente as células, aglomerando-as em conjunto. Na parte viva do lenho, envolve parcialmente as fibras tubulares de celulose, deixando soluções de continuidade, "as pontuações", para passagem de líquidos entre as</p><p>448 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO mesmas. Com o conhecimento do tecido lenhoso, no cerne do lenho, vai-se espressando aos poucos e termina por envolvê-las completamente. 17.2.5. Identificação Botânica das Espécies Lenhosas. A estrutura anatômica e a.cons- tituição do tecido lenhoso, aproximadamente constantes em uma determinada espécie lenhosa, variam de espécie para espécie. Como direta, o comportamento físico-mecânico do material será aproximadamente constante, em torno de valores médios, em uma espécie, mas variará consideravelmente de espécie para espécie. Dessa consideração decorre a indispensável necessidade de proceder-se à perfeita identificação botânica das espécies lenhosas úteis. Identificar botanicamente uma essência lenhosa significa localizá-la no reino vegetal, determinando sua família, gênero e espécie. Três procedimentos complementares conduzem à identificação das espécies lenho- sas: a identificação vulgar, a identificação e a identificação A identificação vulgar, uma primeira aproximação, prende-se a características notáveis da espécie, tais como: configuração do tronco e copa, textura da casca, aspecto das flores e frutos, sabor do lenho etc. É realizada por conhecedores com prática adqui- rida. A espécie fica, então, identificada pelo seu nome vulgar, normalmente relacionado a uma característica predominante. Não tem valor científico: um mesmo nome identifica espécies diferentes (canela, por exemplo) ou a mesma espécie tem, conforme a região, nomes diferentes (pau-ferro, por exemplo). São, no entanto, nomes sugestivos que tradu- zem um conhecimento íntimo da espécie, assim: açoita-cavalo (resiliência dinâmica elevada), pau-ferro (grande resistência mecânica), pau-marfim (aparência homogênea do lenho) etc. A identificação botânica, em segunda aproximação, exige confrontações com atlas de herbários, onde estão registradas e colecionadas fotografias das espécies em diferentes estágios de crescimento, exemplares de folhas, flores e frutos e sementes. Com a coleta de elementos de identificação, um botânico especializado tem condições de determinar o gênero e a espécie do exemplar. A peroba-rosa fica classificada botanicamente como Aspidosperma polyneuron; a peroba-de-campos, como Paratecoma peroba; o pinho-do- paraná, como Araucaria angustifolia etc. A identificação é cientificamente exata e baseia-se no estudo comparado da estrutura anatômica do lenho, cuja constituição varia de gênero para e, em muitos casos, de espécie para espécie, ainda que botanicamente afins. Conforme esse procedimento, retira-se do lenho do exemplar a identificar um prisma de 1 X 4 cm perfeitamente orientado em relação às fibras. Do pequeno prisma, com um micrótomo bem afiado, são extraídas três lâminas com 10 a 20 micrôme- tros de espessura: uma lâmina tangencial aos anéis de crescimento, outra no sentido radial e a terceira no sentido longitudinal-axial das fibras. As lâminas são dessecadas, coloridas, examinadas em microscópio de 50 aumentos e comparadas com lâminas-padrão ou com um atlas de microfotografias. No atlas constam os elementos anatômicos típicos: grupa- mento, dimensões e forma das células lenhosas. As espécies lenhosas nacionais, industrialmente úteis, estão relacionadas e identi- ficadas pela sua denominação vulgar e científica na T.B. 12 (Terminologia Brasileira 12, da ABNT), Madeiras Brasileiras (Tab. 17.1).</p><p>A MADEIRA COMO MATERIAL DE CONSTRUÇÃO / 449 Tabela 17.1. Sinonímia e Outros Nomes Vulgares de Espécies Lenhosas Nacionais Estribeiro, Ivi- Desde sul do Estado de Móveis, acabamentos Luhea divericata tingui, Ivitinga, Minas Gerais até o Rio de interiores, tornea- Tiliáceas Grande do Sul. ria, tanoaria, palitos, peças para esportes, de sapatos, compensados, imple- mentos agrícolas, postes. Bálsamo, Região costeira, desde sul Móveis, acabamentos Myrocarpus frondosus da Bahia até Santa Catari- de interiores, tábuas e Leguminosas na; comum no vale do tacos de assoalho, tor- pecó, em Santa Catarina e nearia, marchetaria, no vale do Rio Paraguai. construçõescivis, obras externas. CANELA-PRETA Canela-escura, Nas terras altas e vertentes Móveis, acabamentos mollis Canela-parda, das serras da Mantiqueira e de interiores, dormen- Lauráceas Louro-preto do Mar, desde Espírito tes. Santo até Santa Catarina. CEDRO Cedro-rosa, Ce- Amazônia, sul da Bahia e Móveis, acabamentos Cedrella spp dro-branco Santa Catarina, São Paulo, de interiores, caixas Meliáceas Paraná e Mato Grosso. de charuto, constru- ção naval. LOURO-PARDO Louro, Cascudi- Serra de Paranapiacaba, do Móveis, acabamentos Cordia trichotoma nho, Louro-da- Estado de São Paulo até o de interiores, compen- serra Rio Grande do Sul, comum sados, tabuados, em- no vale do Xapecó em San- barcações leves. ta Catarina até Rio Gran- de do Sul. PEROBA Sobro, Peroba- Paraná, Mato Grosso, Goiás, Móveis, esquadrias, ta- polyneuron amargosa Minas Gerais, São Paulo, e cos de assoalho, carro- Apocinaccac vale do Rio Doce e sul da construções ci- vis, vigamentos. PINHO BRASILEIRO Pinho-do-paraná, Estados do Paraná e Santa Móveis, acabamentos angustifolia Araucária Catarina, nas regiões mon- de interiores, compen- Araucariaceas tanhosas do planalto cen- sados, instrumentos tral e da vertente interior musicais, tanoaria, da Serra do Mar. No Rio pasta para papel. Grande do Sul, na Zona Serrana fronteirica a Santa Catarina. Em formações menos densas é encontrado nas regiões elevadas, acima de 100 m, em São Paulo e Minas Gerais. Fonte: Benedicto Primo, IPT 857. 17.2.6. Produção das Madeiras. A produção das madeiras de obra, peças de madeira natural serradas, inicia-se com o corte das árvores e desenvolve-se na toragem, falque- jamento, desdobro e aparelhamento das peças. Na exploração bem conduzida de reservas florestais, a operação de corte das árvores é sempre precedida por um levantamento dendrométrico que esclarece sobre o apro- veitamento econômico adequado, avaliação e cubagem dos exemplares a serem abatidos.</p><p>450 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO o corte ou derrubada das árvores é realizado em épocas apropriadas, geralmente durante o inverno: no Brasil é boa prática realizá-los nos meses sem A época do corte não influi sobre a resistência da madeira, mas pode ter importância para sua durabilidade: madeiras de árvores abatidas durante o inverno secam lentamente sem rachar ou fendilhar e, por não conterem seiva elaborada nos tecidos, tornam-se menos atrativas a fungos e insetos. Na operação de corte são usados machados de lenhador, serras traçadoras manuais, serras traçadoras mecânicas e, como ferramentas auxiliares, cunhas, alavancas e jiraus. É recomendável iniciar um corte abrindo um "talho" ou "barriga" no lado "seco" da árvore, onde o lenho é mais resistente (lado dos ventos predominantes), e concluir com um corte de traçador pelo lado oposto: evita-se que o tronco fendilhe de alto a baixo ou tombe sobre o operador. Na toragem a árvore é desgalhada e traçada em toras de 5 a 6 m para facilitar o transporte. É comum serem descascadas ou descortiçadas nessa oportunidade. Também é serem "falquejadas": quando, a machado ou a serra, são retirados quatro costaneiras, ficando a seção grosseiramente retangular. o desdobro ou desdobramento é a operação final na produção de peças estruturais de madeira bruta. Realiza-se nas serrarias, com a utilização de serras de fita contínuas ou alternadas (serras de engenho), que podem ter uma só lâmina reforçada (serras americanas ou serras de centro) ou várias lâminas paralelas (serras francesas), dispostas horizontal ou verticalmente. A essas serras está adaptado usualmente um carro porta-toras para deslo- camento gradual e firme da tora contra o fio da serra. Pequenas serrarias de interior dispõem normalmente de uma serra americana e de uma serra francesa para operações de desdobro. Uma serra circular é também indispen- sável para acabamento das peças. No desdobro são obtidos os pranchões, pranchas ou com espessura maior que 7 cm e largura maior que 20 cm. Dois são os principais tipos de desdobro: desdobro normal, quando as pranchas são paralelas aos anéis de crescimento, e desdobro radial, quando as pranchas são retiradas normalmente aos anéis de crescimento (Fig. 17.4). Fig. 17.4. Desdobro normal e desdobro radial.</p><p>Tabela 17.2. Madeira Serrada e Beneficiada I - Nomenclatura das Peças de Madeira Serrada Nome da Peça Espessura em cm Largura em cm Pranchões > 7,0 > 20,0 Prancha 4,0 7,0 > 20,0 Viga 4,0 11,0 20,0 Vigota 4,0 8,0 8,0 11,0 Caibro 4,0 8,0 5,0 8,0 1,0 4,0 > 10,0 Sarrafo 2,0 4,0 2,0 10,0 Ripa < 2,0 < 10,0 II Dimensões da Madeira Serrada Nome Dimensões A Pranchão 345,0 666,7 200,0 808,6 661,3 172,5 Vigas 562,5 225,0 527,3 281,3 112,5 404,3 165,5 86,3 5,0 20,0 208,3 333,3 100,0 5,0 X 15,0 156,3 187,5 75,0 Caibros 7,5 7,5 263,7 70,3 56,3 7,5 5,0 78,1 46,9 37,5 5,0 7,0 72,9 40,8 35,0 6,0 62,5 30,0 30,0 Sarrafos 2,8 7,5 34,3 35,6 28,5 2,2 7,5 6,7 20,6 16,5 Tabuas 2,5 23,0 29,9 220,4 57,5 2,5 15,0 19,5 93,8 37,5 2,5 11,5 15,0 55,1 28,8 Ripas 1,2 5,0 0,7 5,0 6,0 III - Dimensões da Madeira Beneficiada Tipo Dimensões Soalho Forro Batentes Rodapé Tacos 2,0 2,1</p><p>452 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO o desdobro radial produz pranchas de melhor qualidade: na secagem têm menores contrações na largura e, em menos empenos e rachas; têm maior homoge- neidade de e, portanto, resistência uniforme ao longo da peça. Não é usado em larga escala devido ao alto custo e às perdas elevadas que ocasiona. É indicado, no entanto, para a produção de peças destinadas a aplicações especiais: construção tica, fabricação de instrumentos musicais, móveis de estilo etc., quando o custo do material é reduzido frente ao custo total. Finalmente, uma tora pode ser usada como peça estrutural sem estar comple- tamente desdobrada. Duas alterantivas podem, então, ocorrer: ou se pretende uma seção com a maior área possível ou uma peça com o maior momento resistente. No primeiro caso, interessará o maior quadrado inscrito na seção da tora. No segundo, será um retângulo com a menor dimensão igual a 0,57 do diâmetro da tora e altura igual a 0,82. A produção de peças de madeira natural termina com o aparelhamento das peças. Nesta última operação são obtidas peças nas bitolas comerciais por serragem e resserragem das pranchas, executadas em serra circular ou em serra de fita com um, dois ou três fios de serra. As peças de madeira serrada podem ainda, para empregos que o exijam, ser aplai- nadas em duas ou quatro faces. A nomenclatura e as dimensões da madeira serrada estão fixadas na PB5 da ABNT: Madeira Serrada e Beneficiada (Tab. 17.2). 17.3. PROPRIEDADES FÍSICAS DAS MADEIRAS 17.3.1. Fatores de Alteração das Propriedades Físicas e Mecânicas. A escolha da madeira de uma determinada espécie lenhosa para um determinado emprego somente poderá ser conduzida, com economia e segurança, conhecendo-se os valores médios que definem o seu comportamento físico e sua resistência às solicitações mecânicas. Esse conhecimento indispensável é adquirido como resultado da realização de numerosos ensaios de qualificação sobre amostras representativas de madeira da espécie lenhosa em questão. Tais ensaios de qualificação devem, necessariamente. levar em consideração todos os fatores de alteração das características do material, tanto os fatores naturais, decorrentes da própria natureza do material, como os fatores tecnológicos, decorrentes da técnica de execução dos ensaios. São fatores naturais de variação: 1. a espécie botânica da madeira a estrutura anatômica e a constituição do tecido lenhoso, primeiros responsáveis pelo comportamento físico-mecânico do material, variam de espécie para espécie lenhosa. fazer-se necessária a perfeita identificação botânica da espécie a ser qualificada; 2. a massa específica do material a massa específica aparente, peso por unidade de volume aparente do material, é um índice da distribuição ou concentração de material existente e resistente no tecido lenhoso. Está tão estreitamente relacionada às</p><p>A MADEIRA COMO MATERIAL DE CONSTRUÇÃO / 453 demais propriedades do material que é possível avaliá-las com o simples conhecimento dessa sua constante física: fórmulas de correlação, experimentalmente determinadas, relacionam as propriedades do material à sua massa específica aparente; 3. a localização da peça no lenho o resultado de qualquer ensaio sofrerá alterações conforme o corpo-de-prova for extraído do cerne, do alburno, próximo às ou próximo à copa. Como já foi visto, são notáveis as alterações do tecido lenhoso e a massa específica aparente conforme as diferentes zonas do lenho; 4. a presença de defeitos a presença de defeitos (nós, fendas, fibras torcidas, etc.), dependendo de sua distribuição, dimensões e, principalmente, de sua localização, provoca consideráveis anomalias no comportamento físico-mecânico da peça ou corpo- de-prova; 5. a umidade a madeira está constituída por fibras de paredes celulósicas hidrófilas. A impregnação de umidade determina profundas alterações nas propriedades do material. Assim, apresentará o máximo de resistência mecânica quando completamente seca, o mínimo quando completamente saturada e valores intermediários para diferentes teores de umidade entre esses dois extremos. São fatores tecnológicos de variação aqueles que decorrem do procedimento desen- volvido na execução dos ensaios de qualificação: forma e dimensões dos corpos-de-prova, orientação das solicitações em relação aos anéis de crescimento e velocidade de aplicação das cargas nas solicitações mecânicas. Esses fatores dizem respeito à distribuição de tensões internas nas peças, variável conforme sua forma e dimensões, e às respostas anisotrópicas do material decorrentes de sua estrutura fibrosa orientada. 17.3.2. Ensaios Normalizados. As considerações sobre a influência dos fatores de alte- ração nas propriedades do material conduziram os pesquisadores e tecnologistas a concluir que os corpos-de-prova destinados aos ensaios de qualificação de espécies lenhosas deveriam ser, para que os resultados fossem comparáveis: de dimensões reduzidas, extraídos de todas as zonas da seção e da altura das toras e ensaiados em condições convencionadas de teor de umidade, orientação das solicitações em relação às fibras e velocidade de carregamento. A Conferência Internacional de Tecnologia da Madeira, reali- zada em Genebra, em 1949, ratificou essas conclusões, que ficaram conhecidas como Método Monin de Ensaios de Qualificação. No Brasil é adotado o método Monin, normalizado pela ABNT no MB-26/40: (NBR 6230), Método para Ensaios Físicos e Mecânicos de Madeiras. o MB-26 tem como objetivos: a indicar como devem ser feitas as seguintes determinações de características físicas e mecânicas das madeiras: umidade, massa específica aparente, retratibilidade, compressão paralela às fibras, flexão estática, flexão dinâmica (choque), tração normal às fibras, fendilhamento, dureza e cisalhamento; b. obter dados comparativos, referentes a toras de madeira, visando caracterizar as espécies. Para um conhecimento bastante exato das propriedades de uma espécie de determinada zona devem ser ensaiadas pelo menos três toras.</p><p>454 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO As Figs. 17.5 e 17.6 indicam aproximadamente: a localização na tora para retirada dos corpos-de-prova, a maneira de retirá-los e suas dimensões, para toras de diâmetro 80 140 80 S3 S2 S1 21 23 S3 25 27 13579 11 13 15 17 19 S1 31 33 S2 22 35 37 41 24 26 39 43 28 2 4 10 16 18 20 42 44 46 45 50 5.2 32 47 34 56 49 38 40 51 Fig. 17.5. Marcação dos corpos-de-prova nas seções da tora (MB-26) (NBR 6230). E de flexão - qualificação CO CO flexão - qualificação verde seco ao com seções S1 S2 30 30 J 30 45 255 2 2 cm 45 255 30 18 18 18 37 7,5 7,5 7,5 7,5 seções S2 cisalhamento 6 6 seco cisalhamento flexão tração tração dureza verde normal normal elasticidade e seco verde seco dureza verde verde choque choque seco verde Fig. 17.6. Maneira de retirar os corpos-de-prova (MB-26) (NBR 6230).</p><p>A MADEIRA COMO MATERIAL DE CONSTRUÇÃO / 455 acima de 0,50 cm e comprimento superior a 3,00 m. Sendo o diâmetro inferior, são necessários dois trechos centrais de 1,40 m; nesse caso, a tora deve ter, no mínimo, 4,50 m de comprimento. 17.3.3. Características Físicas das Madeiras. Nas madeiras, sob o título de caracte- rísticas físicas, são normalmente examinadas: a umidade, a a densidade, a condutibilidade elétrica, térmica e fônica e a resistência ao fogo. Definem o compor- tamento do material e as alterações que sofre seu estado físico quando ocorrem variações de umidade, de temperatura ou outras em seu ambiente de emprego. A determinação de valores médios relativos às diferentes espécies, referentes a essas características, permite classificá-las sob critérios de usos e empregos recomendados ou, o que também é muito útil orientar uma escolha adequada para um emprego específico, pois é evidente que as exigências com respeito à madeira que deva ser empregada em marcenaria ou em construção naval e não serão as mesmas que as estabe- lecidas para simples postes telegráficos. Na construção civil em geral, analogamente, o conhecimento e a classificação segundo as características físicas permitem utilizar melhor as qualidades de cada madeira e eliminar aquelas que são 17.3.3.1. Umidade. A água, que nas árvores é condição de sobrevivência do vegetal, permanece na madeira extraída sobre três estados ou condições: água de constituição, de impregnação e água livre. A água de constituição está em combinação química com os principais constituintes do material lenhoso. Faz parte da sua constituição e não pode ser eliminada sem des- truição do material. Não é eliminada na secagem. Quando a madeira não contém outra umidade além da água de constituição, diz-se que está completamente seca ou seca em estufa. Basta permanecer certo tempo em estufa aquecida a 100-150°C para atingir essa condição. A água de impregnação comparece na madeira úmida infiltrada ou impregnada nas paredes celulósicas das células lenhosas: as paredes celulósicas são hidrófilas. Essa infil- tração de água entre as fibrilas de celulose que estruturam as paredes das células provoca considerável inchamento dessas paredes; o efeito global e somatório é uma notável alte- ração de volume da peça de madeira. Todo o comportamento físico-mecânico do material fica alterado com a presença ou a variação da água de impregnação. Quando as paredes das células estão completamente saturadas de água de impreg- nação, sem que a água extravase para os vazios celulares, diz-se que a madeira atingiu o teor de umidade denominado ponto de saturação ao ar. Depois de impregnar completamente as paredes das células, a água começa a encher os vazios capilares: está na condição de água livre, água de embebição, água de capilari- dade. Nem a presença nem a retirada dessa água livre causam qualquer alteração no estado ou comportamento do material. Quando evapora por secagem apenas a água livre, a umidade do material está no ponto de saturação ao ar já definido. Esse ponto é variável conforme a espécie e em torno de 30% de umidade. Fazendo-se a secagem da madeira por exposição ao ar, começa a evaporar a água de impregnação. Essa evaporação é provocada pela diferença de duas tensões de vapor</p><p>456 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO d'água: a elevada tensão de vapor d'água nos tecidos impregnados e a tensão de vapor no ambiente, variável conforme seu grau higrométrico. Quando se equilibram as duas tensões de vapor, cessa a evaporação da umidade da madeira, estabilizando seu peso: diz-se, então, que a madeira atingiu o teor de umidade de seca ao Portanto, a madeira está seca ao ar quando, exposta ao durante algum tempo, não apresenta alteração de peso entre duas pesagens sucessivas e brevemente distanciadas. Nessa situação, a madeira tem um teor de umidade entre 13 e o teor de umidade seco ao é importante por ser muito nos empregos correntes do material. Por essa razão é utilizado como teor de referência na determinação das características do material: os ensaios para determinação da massa específica e demais características físico-mecânicas do material são realizados nesse estágio de umidade. No entanto, a fim de que os valores obtidos sejam perfeitamente comparáveis, devem ser corrigidos para um teor constante de umidade. Esse teor de umidade é, conven- cionalmente, fixado em 15% e recebe a denominação de teor de umidade normal ou teor de umidade normalizado. No que diz respeito ao teor de umidade, são comuns as seguintes expressões: madeira verde com teor de umidade acima do ponto de saturação ao ar, normalmente acima de 30%; madeira semi-seca inferior ao ponto de saturação, acima de 23%; madeira comercialmente seca entre 18 e 23%; madeira seca ao an entre 13 e 18%; madeira dessecada entre 0 e 13%; madeira completamente seca com A determinação do teor de umidade, em corpos-de-prova destinados a ensaios, é realizada pesando-se os mesmos na condição de umidade em que se encontram (Ph) e na condição de seco em estufa a C A condição de seco em estufa será atingida quando, após duas passagens pela estufa, sucessivas e distanciadas de um certo tempo, apresentarem constância no peso É expresso percentualmente em relação ao peso seco: = 100 (%) Po 17.3.3.2. Retratilidade. É a propriedade que apresentam as madeiras de sofrer alte- rações de volume e dimensões quando seu teor de umidade varia entre o ponto de saturação ao ar e a condição de seca em estufa. Também denominada contração, inchamento ou "trabalho" das madeiras, manifesta-se a retratilidade como uma conse- qüência da absorção de água das paredes celulósicas das células do tecido lenhoso. É apropriado e conveniente considerar essa característica da madeira, para efeitos de qualificação das espécies lenhosas, em termos de retratilidade volumétrica e retrati- lidade linear. A retratilidade línear será examinada, ainda, conforme as três direções anisotrópicas principais: tangencial, radial e</p><p>A MADEIRA COMO MATERIAL DE CONSTRUÇÃO / 457 1. Retratilidade volumétrica Nos ensaios de qualificação das espécies lenho- sas, conforme o MB-26 (NBR 6230) a retratilidade volumétrica é determinada pela obser- vação de 20 corpos-de-prova de 2X 2 X 3 cm retirados da tora. Os corpos-de-prova são retirados das duas seções extremas da tora, I e II, segundo dois diâmetros ortogonais. Para o cálculo dos valores que definem a retratilidade volumétrica, os corpos-de-prova têm seus pesos e volumes determinados, com extrema precisão, em três estágios de umidade: verde, seco ao ar e seco em estufa. As alterações de volume na evolução da secagem desenvolvem-se conforme a curva da Fig. 17.7. são diretamente proporcionais ao teor de umidade até o ponto de saturação ao ar (aproximadamente 30%), e quase constantes para teores de umidade superiores ao mesmo. 15,0 Volumétrica Radial 12,5 10,0 Tangencial (8,0) 7,5 5,0 Radial (3.8) 2,5 5 10 15 20 25 30 35 40 Umidade em % Fig. 17.7. Curvas de retratilidade volumétrica e linear (Pinho-do-Paraná, IPT). Conforme o MB-26 (NBR 6230), três índices representativos caracterizam a retrati- lidade volumétrica: a contração volumétrica total, a contração volumétrica de seca ao para seca em estufa e o coeficiente de retratilidade volumétrica. A contração volumétrica total traduz percentualmente a variação de volume, quan- do a madeira passa do estado verde ao estado de completamente seca em estufa: V - A contração volumétrica de seca ao ar para seca em estufa, também denominada contração volumétrica parcial, traduz a variação percentual de volume entre esses dois estágios de umidade. Diz-se que os corpos-de-prova estão secos ao ar quando são expostos ar durante certo tempo e apresentam verificada constância de peso. o valor dessa contração é expresso pela fórmula:</p><p>458 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO o coeficiente de retratilidade volumétrica significa a variação percentual no volume para uma variação de 1% na umidade. É calculado dividindo-se a contração volumétrica parcial (Ch) pelo teor de umidade seco ao ar (h) no qual foi determinado: V Ch o conhecimento da retratilidade volumétrica das espécies lenhosas permite classi- ficá-las conforme essa característica e orienta a escolha de madeiras para empregos adequados. Veja-se, por exemplo, a Tab. 17.3. Tabela 17.3. Classificação das Madeiras Conforme Sua Retratilidade Retratilidade Total Qualificação Exemplos (%) 15 a 20 Forte Toras com grandes fendas de secagem. Devem ser rapida- mente desdobradas Toras com fendas médias de secagem. Podem ser conser- 10 15 Média vadas e usadas em forma cilíndrica (galerias de minas, pontaletes). Resinosas em geral 5 10 Fraca Toras com pequenas fendas, aptas para marcenaria e la- minados o coeficiente de retratilidade permite uma classificação das espécies lenhosas semelhante à precedente. Considerando-se o coeficiente em madeiras já desdobradas em peças como tábuas, vigas etc., podem ser definidas quatro classes com diferentes possibi- lidades de utilização. Tabela 17.4. Classificação e Empregos das Madeiras Conforme o Coeficiente de Retratilidade Coeficiente de Qualificação de Exemplos de Utilização Retratilidade Retratilidade Madeiras dificilmente utilizáveis (algumas variedades 0,75 a 1 Exagerada de eucaliptos) 0,55 a 0,75 Forte Madeiras para desdobro radial 0,35 a 0,55 Média Madeiras de construção utilizáveis em carpintaria 0,15 a 0,35 Fraca Madeiras para marcenaria e laminados</p><p>A MADEIRA COMO MATERIAL DE CONSTRUÇÃO / 459 2. Retratilidade Linear Conforme o MB-26 (NBR 6230) esta característica das espécies lenhosas é determinada em pequenos corpos-de-prova de X 2 X 3 cm, retirados da tora na mesma quantidade e localização que os precedentes. Devem estar perfeitamente orientados em relação às fibras: cada dimensão corresponderá a uma das três direções prin- cipais. Para a determinação das retratilidades segundo as três direções principais tangencial aos anéis, radial aos anéis, axial no sentido das fibras -, os corpos-de-prova têm três pares de pequenos pregos, fixados em duas faces, conforme aquelas direções. A distância entre cada par de pregos é medida, com um pálmer de precisão, nos três estágios- limite de umidade: verde, seco ao ar e seco em estufa. As três contrações lineares são calculadas pela expressão Lh C 100 Verifica-se, então - e isto vale para todas as espécies lenhosas em geral -, que a retratilidade axial é quase desprezível, que a tangencial é o dobro da radial e que a volumétrica é, aproximadamente, o somatório das anteriores. Em termos médios, podem ser aceitos os valores constantes na Tab. 17.5 Tabela 17.5. Valores Médios de Retratilidade das Madeiras em Geral em Porcentagem Retratilidade Verde a 0% Verde a 15% Linear tangencial 4 14 2 7 Linear radial 8 Linear axial 0,05 - 0,1 Volumétrica Tal comportamento anisotrópico da retratilidade linear é conseqüente da existência de dois estratos de células, com desenvolvimento celular bem diferenciado, em cada anel anual de crescimento: o lenho inicial, de primavera-verão, e o lenho tardio, de verão- outono. o lenho tardio, que está constituído de paredes celulares espessas, tem, relati- vamente, movimento muito maior com as variações de umidade que o lenho inicial, constituído de fibras de paredes muito mais finas No sentido tangencial, os estratos de lenho tardio dominam a retratilidade linear: atuam como feixes de molas em estiramento e arrastam todo o conjunto. Na direção radial, as células dos dois estágios de crescimento alternam-se com tanta exatidão que o efeito fica atenuado. É preciso considerar, também, o efeito inibidor na retratilidade radial dos raios medulares: feixes de células, muito numerosos em certas espécies, como o carvalho e o cedro, que se desenvolvem, com efeito de amarração, no sentido radial do lenho.</p><p>460 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO Esse anisotrópico comportamento da retratilidade linear desperta no lenho tensões internas também diferenciadas, causadoras de empenos, rachas e fendas de secagem; serão, mais exatamente, defeitos de secagem mal conduzida. A Fig. 17.8 mostra alguns efeitos anisotrópicos da retratilidade na seção transversal de peças de madeira diversamente situadas em relação aos anéis de crescimento. Fig. 17.8. Efeitos de retratilidade em peças de Três principais precauções conforme o caso, para atenuação dos efeitos de retratilidade: a. emprego de peças de madeira com teores de umidade compatíveis com o ambiente; b. emprego de desdobro adequado; ou impregnação das peças com óleos e resinas impermeabilizantes. A primeira precaução decorre da consideração de que a umidade da madeira, por absorção e cessão de água, tende a um equilíbrio com a umidade do ambiente. Expe- riências de secagem permitem o traçado de curvas de equilíbrio higroscópico que são de grande valia para a indispensável condução escalonada da secagem artificial das madeiras em estufas. Portanto, para que as retrações e inchamentos não venham a prejudicar o desem- penho de peças de serviço - alargamento de juntas em tacos colocados, empenos em lambris e esquadrias, surgimento de tensões imprevistas em peças de estruturas é indispensável que sejam empregadas com o mais seco possível teor de umidade para o ambiente, e mantidas nessa situação com cuidados de proteção e arejamento. Servem como orientação tabelas de teores adequados de umidade, conforme o ambiente de emprego (Tab. 17.6).</p><p>A MADEIRA DE CONSTRUÇÃO / 461 Tabela 17.6. Teores de Umidade no Emprego das Madeiras Tipo de Construção Teor de Umidade Correspondente Tipo de Secagem a Realizar Construções submersas, pilotis, Madeira saturada de água, pontes, açudes etc. 30% acima do ponto de saturação ao ar Construções expostas à umida- 18 Madeiras úmidas, ditas "co- Secagem parcial no canteiro de. não cobertas e não abriga- a mercialmente secas" de obras das: cimbres, torres etc. 23% Construções abrigadas em local 16 Madeiras relativamente secas Secagem no canteiro ou seca- coberto mas largamente aberto: a gem artificial sumária hangares, entrepostos, telheiros 20% Construções em locais fechados 13 Madeiras "secas ao ar" Secagem natural ou artificial e cobertos: carpintaria de telha- a até aproximadamente 15% dos e entrepisos 17% Empregos em locais fechados e 10 aquecidos a Madeiras bem secas Secagem artificial 12% Empregos em locais com 8 cimento artificial a Madeiras dessecadas Secagem artificial 10% Tabela 17.7. Retratilidade em Espécies Lenhosas Nacionais Radial Tangencial Volumétrica Espécies (%) (%) (%) Coeficiente 3,04 7,29 11,93 0,44 Cabriúva 2,75 6,12 10,03 0,47 Canela-preta 2,90 7,16 14,51 0,46 Cedro 2,96 5,40 11,81 0,38 Eucalipto tereticornis 6,46 17,10 23,24 0,56 Louro 3,42 7,78 10,30 0,41 Pinho 3,50 6,76 13,10 0,51 Peroba-rosa 3,70 6,90 12,20 0,55 Fonte: ITERS, RS. A segunda recomendação - desdobro adequado - conduz, quando o custo de produção é compatível, ao processo de desdobro radial e suas variantes. É um processo indicado quando se trata de produção de peças para a indústria aeronáutica e naval, fabricação de móveis e esquadrias de estilo e instrumentos musicais.</p><p>462 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 17.3.3.3. Nas madeiras, esta constante física é normalmente considerada em termos de massa aparente peso por unidade de volume aparente sempre referida ao teor de umidade no qual foi determinada: Ph = o valor médio, característico da espécie lenhosa, é determinado com a pesagem e a determinação do volume de numerosos corpos-de-prova de cm, retirados em todo o diâmetro e comprimento de uma tora. Uma vez que o peso e o volume aparente são alterados pela umidade, a definição de massa específica aparente só tem sentido e é comparável quando referida a um teor constante de umidade: por orientação de Norma Técnica, é sempre referida ou corrigida para o teor de umidade normal, 15% de umidade. A fórmula de correção tem a seguinte expressão: onde h é o teor de umidade do corpo-de-prova, quando foram determinados seu peso e volume, e d é o coeficiente de correção: variação da massa específica aparente para uma alteração de 1% na umidade. Como pode ser deduzido facilmente, d tem a seguinte expressão: sendo v o coeficiente de retratilidade volumétrica da espécie em questão. A fórmula de correção da massa específica aparente para a umidade normal fica sendo, portanto, 100 A massa específica aparente é um índice de compacidade da madeira: traduz a maior ou menor concentração de tecido lenhoso resistente por unidade de volume aparente. É fácil de entender, portanto, que todas as características de resistência mecânica do material sejam diretamente proporcionais à mesma. Conhecida a massa específica aparente de uma determinada espécie lenhosa, suas características mecânicas poderão ser avaliadas através de fórmulas empíricas de correlação. A massa específica varia de peça para peça, conforme a localização no lenho do exemplar de origem, e de exemplar para exemplar, conforme as condições regionais de crescimento. São consideradas densas as resinosas com massa específica superior a</p><p>A MADEIRA COMO MATERIAL DE CONSTRUÇÃO / 463 0,7 nas folhosas, as densas têm valores entre 0,8 e 1,00, e as muito densas, acima de A espessura e a concentração dos anéis de crescimento permitem, por inspeção visual, avaliar a densidade da madeira. Em especificações de qualidade para emprego estrutural de madeiras, esses podem estar limitados a determinados valores extremos permissíveis. Tabela 17.8. Massa Específica Aparente, a 15% de Umidade, de Espécies Lenhosas Nacionais Espécies 0,62 Cabriúva 0,89 Canela-preta 0,63 Cedro 0,49 Eucalipto tereticornis 0,89 Louro 0,69 Peroba-rosa 076 Pinho 0,56 Fonte: ITERS, RS. 17.3.3.4. Condutibilidade Elétrica. Bem seca, a madeira é um excelente material isolante de elevada resistividade; quando úmida, é condutora, como a maioria dos materiais que contêm sais minerais. Suas características isolantes podem ser melhoradas pela impregnação, sob pressão, de resinas, baquelita etc., processos que melhoram também suas características mecânicas. Para um determinado teor de umidade, a resistividade depende da espécie lenhosa, do sentido em relação às fibras e da massa específica. É duas a quatro vezes mais fraca no sentido axial que no sentido transversal e um pouco mais fraca no radial que no tangen- cial. A madeira seca é, geralmente, um bom material isolante para instalações e equi- pamentos de baixa tensão, mas é preciso não esquecer que a umidificação pode prejudicar sua eficácia, donde a conveniência de pintura e envernizamento das peças como proteção adequada. Valores médios de resistividade transversal para as madeiras em geral, em megaohms/cm, conforme o teor de umidade, são: com h = 7% 10% 600 15% 18 25% 0,5. A determinação da resistividade permite uma avaliação indireta da umidade do material. Existem no comércio diversos aparelhos que, baseados nessa correspondência,</p><p>464 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO possibilitam uma determinação fácil, rápida e suficientemente precisa do teor de umidade de peças de madeira em depósitos de exportação, usinas de tratamento e instalações de secagem em estufa. Dispõem, em geral, de duas agulhas metálicas solidárias, mas conve- nientemente distanciadas, que são introduzidas com pouca pressão no topo das peças. Entre as duas agulhas faz-se passar uma fraca corrente elétrica. Um ohmímetro inter- calado no circuito está graduado diretamente para o teor de umidade equivalente à resistência elétrica. 17.3.3.5. Condutibilidade Térmica. A madeira é, termicamente, um mau condutor: sua estrutura celular aprisiona numerosas pequenas massas de an e está composta princi- palmente de celulose, que é má condutora de calor. Chama-se coeficiente de condutibilidade térmica ou de transmissão de calor de um material, o número K de quilocalorias que atravessa 1 de parede desse material durante uma hora, por metro de espessura e por grau de diferença de temperatura entre as duas faces da parede: 0,04 para materiais muito isolantes; 0,1 para madeiras em geral; 0,5 a 1,0 para alvenarias de tijolos; 2 a 3 para pedras naturais; 50 para o aço; 300 para o cobre. Coeficiente de resistência térmica é o inverso do coeficiente de condutibilidade térmica: igual a 1/K. Para se calcular a resistência térmica de uma parede de vedação, calcula-se sepa- radamente a resistência térmica de cada elemento, considerando-se como tal o espaço de ar aprisionado; soma-se ainda, para cada elemento, um valor fixo chamado efeito de parede. Este efeito de parede, que independe da espessura uma parede muito fina permanece ainda barreira térmica tem normalmente o valor de 0,2; um vazio com ar, de 4 a 15 cm, vale 0,18. Uma parede de bom isolamento térmico supõe quase sempre um vazio de ar: por exemplo, uma parede dupla de alvenarias de 15 cm, com 4 cm de espaçamento, terá como resistência térmica: 1 0,15 = 2 + 0,2 + 0,78. 0,75 Uma parede dupla de madeira, com 2,5 cm cada elemento e um espaçamento de 4 cm: 1 0,025 = 2 + K 0,1 Conclui-se que as paredes de madeira são excelentes barreiras térmicas: as casas nos países frios são construídas ou revestidas de madeiras. 17.3.3.6. Condutibilidade Sonora. o nível sonoro de um ruído é avaliado em decibéis (dB), unidade de intensidade fisiológica do som. o número de decibéis de um som é expresso pela fórmula: 10</p><p>A MADEIRA COMO MATERIAL DE CONSTRUÇÃO / 465 i é a intensidade fisiológica do som em decibéis, I, a intensidade física do som e Io, a intensidade de som correspondente ao limiar da percepção. Um relógio e um murmúrio correspondem a 20 dB. Uma rua movimentada corres- ponde a 60 dB, um banco de ensaio de motores, a 120 dB. o nível sonoro cresce segundo escala logarítmica: dois ruídos não se somam, o resultado é apenas mais forte que o mais alto dos dois, o mais fraco torna-se inaudível. Estreitamente relacionados com as propriedades acústicas dos materiais estão seus empregos como materiais de isolamento acústico e de absorção acústica. As madeiras, em geral, são contra-indicadas para isolamento acústico, mas são bons materiais para tra- tamentos de absorção acústica. Isolamento acústico A propagação de um som através de uma parede determina enfraquecimento do nível sonoro; esse enfraquecimento é função logarítmica do peso da parede. Varia de 14 dB, aproximadamente, para uma parede de 1 até 54 dB, para uma parede de 1 Os materiais muito leves apresentam um isolamento da ordem de 2,5 dB por centímetro de espessura. o valor do isolamento acústico dos diferentes materiais é levado em consideração projetos de isolamento acústico, conforme a NB:101: Norma Brasileira para Isola- mento e Absorção Acústica. Fixado o nível de som compatível com o ambiente e conhecido nível de som exterior, obtém-se, por diferença, a queda de som a realizar-se com paredes e vedações. Tabela 17.9. Valores de Isolamento Acústico de Diversos Materiais Material Espessura dB de tijolo maciço 53 Concreto, laje entre pavimentos 68 Vidro de janela de 1,8 a 3,8 mm 24 Compensado de madeira 6,5 cm 20 Chapas de fibra de madeira 12 mm 18 A madeira, material leve, determina apenas uma pequena redução sonora quando em paredes de vedação. Mesmo os tabiques de contraplacados duplos dão um mau isolamento acústico seria preciso encher o vazio com um material pesado, como areia, por exemplo. Condicionamento acústico No interior de um recinto, onde é emitido um som de determinado nível sonoro, certos elementos atenuam sua intensidade, ao refletirem-no: móveis, os ocupantes e as paredes absorvem uma parte do som. o coeficiente de absorção dos vários materiais envolvidos interessa ao cálculo de condicionamento acústico, procedimento pelo qual se procura garantir num recinto tempo ótimo de reverberação e, se for o caso, também a boa distribuição sonora. Por</p><p>466 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO tempo de reverberação entende-se o tempo em segundos, para que um som deixe de ser ouvido, depois de cessar a emissão na fonte sonora. A madeira apresenta-se, portanto, como um excelente material para absorção acústica; o revestimento com madeira das paredes de uma sala determina um enfraqueci- mento fônico da ordem de 5 dB. Esse efeito depende ainda do tratamento superficial da madeira: papel de parede e pintura projetada aumentam a absorção do som; verniz e laca diminuem. Tabela 17.10. Coeficientes de por m2 de Parede, de Alguns Materiais, para Uma do Som de 500 C/s Alvenaria rebocada 0,025 Chapas acústicas de fibra de madeira 0,64 Concreto simples 0,02 Lambri de madeira 0,06 Piso de madeira 0,09 Piso cimentado 0,012 Cortina leve 0,10 17.3.3.7. Resistência ao Fogo. Nas construções, um incêndio nasce, propaga-se e extingue-se, conforme os materiais envolvidos. o estudo das características de inflamabi- lidade dos materiais e os regulamentos de proteção ao fogo permanecem ainda, no que diz respeito a essas considerações, muito arcaicos. A preocupação usual é classificar os materiais conforme sua resistência a tempe- raturas da ordem de 850°C, temperaturas que ocorrem no centro de um incêndio. Para que um incêndio se extinga, é preciso que os materiais possam resistir a essas tempe- raturas: a madeira, então, em caso algum, poderá extinguir um incêndio. Na realidade, é mais fácil impedi-lo de nascer, que impedi-lo de propagar-se rapidamente. É nesse domí- nio que devemos estudar o comportamento da madeira em relação ao fogo. A madeira natural, não tratada, prende fogo espontaneamente em temperaturas da ordem de 275°C quando há suficiente oxigênio em contato com ela, para que tenha lugar a combustão. Esta é, de início, superficial: forma-se uma verdadeira cortiça de madeira dura, meio calcinada, sem as primitivas características mas não possuindo mais gases de fácil inflamação. Mantendo-se a temperatura em torno de 275°C o fogo interrompe quando a espes- sura da madeira calcinada atinge 10 mm, aproximadamente, e uma peça com mais de 25 mm conservará ainda certa solidez. Constata-se, por outro lado, que, num incêndio normal, a velocidade de combustão da madeira é da ordem de 10 mm cada 15 minutos. Aumentando-se a temperatura exterior, a madeira continua a queimar e, em certos casos, alimenta o incêndio. De qualquer maneira não se rompe rapidamente: uma viga de madeira num incêndio de 100°C, conserva durante certo tempo uma relativa resistência mecânica; um perfil metálico, ao contrário, tem sua resistência comple- tamente alterada e pode entrar em colapso com temperaturas da ordem de 300°C nível</p><p>A MADEIRA COMO MATERIAL DE CONSTRUÇÃO / 467 de temperatura que realiza no metal, por tratamento térmico, uma completa alteração de sua estrutura e composição Esse fato é levado em consideração na avaliação de taxas de seguro contra fogo e nos regulamentos de procedimentos para extinção de incêndios. É possível, portanto, classificar as estruturas de madeira em diferentes categorias; as que a 300°C propagam o incêndio, perdendo rapidamente toda a resistência mecânica, e as que resistem durante certo tempo a temperaturas elevadas. Essas duas categorias diferenciam-se unicamente pelas dimensões mínimas das peças existentes: toda peça com espessura inferior a 20 mm é considerada propagadora de incêndio. Peças com tal dimensão devem ser sistematicamente recusadas; havendo necessidade de devem ser ignifugadas seriamente, ou, melhor ainda, protegidas com estreita colagem de materiais incombustíveis. As peças de madeira com mais de 25 mm oferecem menos risco; em todos os casos, porém, onde não houver grande possibilidade de correntes violentas de ar na ativação do incêndio. As peças com mais de 50 mm de espessura podem ser empregadas normalmente: do ponto de vista de segurança, serão sempre menos perigosas que as metálicas. Deve-se considerar, além do que foi dito, que a madeira não produz mais do que 800 calorias por quilograma de material, enquanto a maioria dos materiais sintéticos que participam nas construções modernas produz de a calorias borrachas, betuminosos etc. Existem no comércio numerosos produtos que são ou retardantes do fogo, à base de fosfatos ou silicatos, para pintura superficial ou impregnação sob pressão. 17.4. PROPRIEDADES MECÂNICAS DAS MADEIRAS 17.4.1. Propriedades Mecânicas e Estrutura do Material. São assim denominadas as características de resistência da madeira a todos os tipos de solicitações mecânicas consi- deradas na disciplina de resistência dos materiais. Uma tentativa de classificá-las, levando-se em consideração a singular anisotropia do material, reúne as principais características mecânicas em duas classes. Características mecânicas principais. Serão as exercidas no sentido axial ou no sen- tido das fibras da madeira, relacionadas à sua coesão axial: compressão, tração, flexão estática e flexão dinâmica. Características mecânicas secundárias. Serão as que se exercem transversalmente às fibras, relacionadas à sua coesão transversal: compressão e tração normal às fibras, torção, cisalhamento e fendilhamento. Todas as características mecânicas do material estão estreitamente relacionadas não à anisotropia da madeira, mas também à sua heterogeneidade e à sua capacidade de absorver água; em última análise, à variedade, distribuição e concentração de seus prin- cipais constituintes celulares: fibras e traquídeos, vasos lenhosos, raios medulares e células parenquimáticas. Cada um desses elementos contribui de maneira diversa para a resis- tência mecânica do material às diferentes solicitações.</p><p>468 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO Os feixes de fibras são os principais elementos de resistência mecânica do material. Quando os vazios das fibras são grandes, as madeiras são moles e pouco resistentes. Quando as fibras são longas, os tecidos são mais ligados e é maior a resistência à flexão. Uma grande concentração de fibras em feixes fortes confere ao lenho compacidade e rigidez; em fraca proporção e repartição regular, originam flexibilidade. Os vasos lenhosos e canais secretores constituem os principais vazios no tecido lenhoso e, portanto, pontos fracos de resistência mecânica. Os raios medulares são, também, elementos de enfraquecimento: formam planos de menor resistência, ao longo dos quais, sob carga, podem desenvolver-se fendas e deslo- camentos transversais de início de rupturas. As células de parênquimas, pouco rígidas, dão à madeira plasticidade e permitem o jogo dos outros elementos, principalmente durante a secagem: bem distribuídas, evitam o aparecimento de fendas de secagem; em grandes massas, determinam rupturas prematuras. 17.4.2. Resistência à Compressão Axial em Peças Curtas 17.4.2.1. Ensaios de Qualificação das Espécies quanto à Compressão Axial. Para qua- lificar uma espécie lenhosa quanto à sua resistência mecânica à compressão axial, dispõe o método brasileiro MB-26 (NBR 6230) que devam ser ensaiadas, em cada tora, duas séries de corpos-de-prova de 2 3 cm, retirados, criteriosamente, em todo o diâmetro e ex- tensão da tora. Os corpos-de-prova serão isentos de defeitos e perfeitamente orientados em relação às fibras, isto é, a maior dimensão no sentido axial das fibras e, na seção trans- versal, uma dimensão na direção tangencial e outra na direção radial. Numa prensa de compressão os corpos-de-prova são ensaiados, até romperem sob carregamento estático e contínuo. É anotada a tensão de ruptura ou tensão-limite de resistência, em MPa, como índice representativo de resistência a esse tipo de solicita- ção. É ensaiado, em cada tora, um total de 80 corpos-de-prova: 40 no estado verde e 40 na condição de secos ao ar. Nesse ensaio, como nos demais ensaios de qualificação mecânica, essas duas séries têm a seguinte justificativa: a série ensaiada verde tem por objetivo fornecer um valor médio para o cálculo das tensões admissíveis (tensões de segurança) que serão adotadas nos projetos de estruturas de madeira para dimensionamento das peças. Os valores de tensão- limite de resistência serão obtidos para a condição mais desfavorável de umidade e, portanto, a favor da segurança; o valor médio de tensão-limite de resistência na série ensaiada seca ao ar, depois de corrigido para um teor fixo de umidade 15%, umidade normal é compa- rável aos obtidos para outras espécies lenhosas. É um resultado, portanto, qualifi- cador da espécie ensaiada. 17.4.2.2. Resistência à Compressão em Função da A influência da umidade na resistência à compressão axial da madeira é examinada com a ruptura de 40 corpos-de- prova em diferentes condições de umidade desde verdes até secos em estufa.</p><p>A MADEIRA COMO MATERIAL DE CONSTRUÇÃO / 469 Os pares de valores, umidade tensão limite de resistência, assim obtidos permitem o traçado de uma curva experimental representativa (Fig. 17.9). Do trecho aproximadamente retilíneo, entre 10 e 20% de umidade, calcula-se um fator de correção que permite referir as resistências obtidas na série seca ao ar para o teor de umidade normal de Esse fator de correção é chamado coeficiente de influência da umidade. C = 100 ou 10 (MPa) 10 A de correção dos valores obtidos na série seca ao ar será 10 = MPa o exame das curvas de resistência/umidade permite concluir que as madeiras apre- sentam resistência mecânica máxima quando secas em estufa; que a resistência é dire- tamente proporcional ao teor de umidade quando secas ao ar; e que apresentam resis- mínima, quase constante, quando verdes, ou seja, com teor de umidade acima do ponto de saturação ao ar das fibras (em torno de 30%). Sobre esses valores mínimos ou, mais exatamente, sobre o valor médio da série ensaiada verde são calculadas as tensões- limite admissíveis de segurança. 150 100 de 10 20 3 40 Unidade em % Fig. 17.9. Variação da resistência à compressão em função da umidade (Peroba-Rosa, IPT).</p><p>COMPRESSÃO PARALELA ÀS FIBRAS - MADEIRA VERDE 50 40 30 e 8 0 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 MASSA ESPECÍFICA APARENTE Fig. 17.10. Variação da resistência à compressão em função da massa específica aparente, 200 toras (IPT, MB-26).</p><p>A MADEIRA COMO MATERIAL DE CONSTRUÇÃO / 471 17.4.2.3. Resistência à Compressão em Função da Massa Específica Aparente. Os valores médios de resistência à compressão, obtidos para diferentes espécies lenhosas, possibilitam o traçado de curvas que relacionam a resistência com a massa específica. A equação das curvas experimentais resistência/massa específica é fórmula de correlação entre essas duas variáveis. Os ensaios de qualificação quanto à compressão de mais de 200 espécies lenhosas, realizados no Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo, IPT, conduziram à fórmula de correlação: (663 L 1,04) 10 MPa Igual procedimento com as demais características mecânicas permite, para as espécies ainda não ensaiadas em laboratório, uma avaliação aproximada de sua resistência mecânica quando apenas conhecida sua massa específica. 17.4.2.4. Resistência à Compressão e Defeitos. A influência de defeitos, tais como nós, desvios de fibras, fendas de secagem etc., poderá ser determinada realizando-se ensaios em corpos-de-prova, fora de série, portadores dos mesmos. Nesses corpos-de-prova o defeito deverá estar perfeitamente identificado no que diz respeito ao tipo, dimensões e locali- zação. A comparação dos resultados de ensaios desses corpos-de-prova com os resultados em corpos-de-prova sãos, isentos de defeitos, mas em idênticas condições de localização no lenho, umidade etc., permitirá o estabelecimento de coeficientes de redução de resis- devidos a defeitos. Assim, por exemplo, é possível verificar que a presença de nós aderentes tem reduzida influência na resistência da madeira à compressão no sentido das fibras: 20% no bem ao contrário do que sucede na flexão, quando esse defeito se situa na zona de tração. Os coeficientes de redução da resistência devida a defeitos serão levados em consi- deração nos cálculos dos coeficientes de segurança, para determinação das tensões admissíveis em projetos de estruturas de madeira; por isso sua determinação é importante. São da ordem de 0,75, aproximadamente. 17.4.2.5. Elasticidade na Compressão. Na compressão simples, a madeira comporta-se como um material elástico para tensões que não ultrapassem 3/4, aproximadamente, da tensão-limite de resistência. Nesse estágio, as deformações são diretamente proporcionais às tensões, conforme seu módulo de elasticidade. A determinação do módulo de elasticidade à compressão axial em peças curtas está normalizada no MB-26 (NBR 6230) com o ensaio de 12 corpos-de-prova de X 6 18 cm, retirados, em dois diâmetros ortogonais, da parte central na altura da tora (SII). Os cor- pos-de-prova estarão isentos de defeitos, perfeitamente orientados em relação às fibras e serão ensaiados na condição de verdes. São solicitados à compressão axial, entre os pratos de uma prensa, com aumentos de carga à razão de 10 MPa por minuto. Opera-se, medindo-se as deformações por meio de dois alongâmetros fixados sobre chapinhas de latão, cravadas em duas faces laterais opostas do corpo-de-prova.</p><p>Ensaio de flexão-elasticidade Ensaio de compressão-elasticidade Corpo-de-prova Corpo-de-prova 60 24 L.R. L.R. 50 20 40 16 30 12 L.P. 20 8 Lim. prop. 29,3 MPa Lim. prop. 18,1 Lim. resist. 58,0 MPa Lim. resist. 22,5 MPa Módulo 13 GPa Módulo 14 GPa 10 4 2,5 5 10 15 20 25 0,5 1,0 1,5 2,0 Deformações em % Flechas em m/m Fig. 17.11. Curva experimental tensão/deformação, ensaio de compressão/elasticidade e flexão/elasticidade, Pinho-do-Paraná (IPT).</p><p>A MADEIRA COMO MATERIAL DE CONSTRUÇÃO / 473 A carga ou solicitação é exercida de forma crescente, até próximo da ruptura, observando-se e registrando-se, simultaneamente, as deformações nos dois alongâmetros. Com os pares de valores registrados, obtém-se o primeiro resultado do ensaio: a curva experimental, traçada por pontos, do comportamento elasto- plástico do material à compressão axial em peças curtas (Fig. 17.11). Nas curvas experimentais é localizado, graficamente, o limite de proporcionalidade entre as tensões e as deformações; por definição: a tensão máxima do trecho de propor- cionalidade retilínea entre tensões e deformações até onde o material atende, em sua deformação, à lei de Hook. A tensão-limite de proporcionalidade equivale, como verificações experimentais demonstram exaustivamente, a cerca de 3/4 da tensão de ruptura. o módulo de elasticidade é, então, calculado dividindo-se a tensão no limite de proporcionalidade pela deformação unitária correspondente: E = Tabela 17.11. Resistência à Compressão Axial (MB-26 NBR 6230) em Espécies Lenhosas Nacionais, em kg/cm2 (ITERS). Módulo de Limite de Pro- Limite de Resistência Espécies Elasticidade (Verde) (15%) porcionalidade (Verde) (Verde) Açoita-cavalo 332 446 116 364 265 Cabriúva 617 762 478 Canela-preta 268 397 199 Cedro 242 379 209 Eucalipto tereticornis 400 543 307 Louro 468 592 367 Pinho 293 551 245 Peroba-rosa 430 537 112 900 296 17.4.3. Resistência à Compressão Axial em Peças Longas: Flambagem. A resistência à compressão paralela às fibras em peças longas resistência à flambagem das diferentes espécies lenhosas pode ser determinada com o ensaio de corpos-de-prova de 2X2X al- tura variável, em cm, retirados de dois diâmetros ortogonais da parte central da tora. Os ensaios, ainda não normalizados pela ABNT, são realizados em qualquer prensa de compressão, desde que se adaptem aos pratos da máquina rótulas especiais, de maneira a considerar-se o corpo-de-prova livremente apoiado nas duas Fazendo-se variar a altura, os corpos-de-prova terão crescentes índices de onde i = = raio de giração mínimo da seção S, sendo I o módulo de inércia.</p><p>474 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO Para cada valor de de esbeltez determina-se, com a ruptura do corpo-de- prova, a correspondente tensão critica de = 10 = MPa S Com os pares de valores assim obtidos traça-se, por pontos, a curva experimental de flambagem (Fig. 17.12). Na curva experimental de flambagem estão bem distintos os três estágios carac- terísticos do comportamento do material em relação à compressão no sentido das fibras. 300 250 8 Curva média o 200 150 Mínimos dos ensaids 100 > 8 Taxas 50 curva c. longas 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 ALORES DA RELAÇÃO Fig. 17.12. Curva experimental de flambagem IPT).</p><p>A MADEIRA COMO MATERIAL DE CONSTRUÇÃO / 475 Trecho 1 Corresponde a tensões críticas inferiores à tensão-limite de propor- cionalidade (op), ao qual corresponde um equivalente índice de esbeltez fácil de calcular. o Trecho 1 diz respeito às colunas longas ou peças longas, quando o material se comporta em regime de estabilidade elástica: as deformações ou flambagens ocorrem dentro do período de elasticidade do material, para tensões críticas inferiores ao seu limite de proporcionalidade. o trecho correspondente da curva ajusta-se, muito proximamente, à hipérbole de Euler, válida para os materiais perfeitamente elásticos: 2 E o índice de esbeltez limite de aplicação da fórmula de Euler, será determinado substituindo-se na expressão a tensão crítica (ofl) pela tensão no limite de proporcionali- dade (op). Essa tensão pode ser considerada, com suficiente aproximação e segurança, igual a 2/3 da tensão-limite de resistência à compressão de peças curtas (oc): Substituindo, portanto, na fórmula de Euler, teremos: = 2 E donde 2 = 3 E 2 que origina uma nova expressão da fórmula de Euler, em função de desde que se substitua, na mesma, o valor do denominador pelo equivalente álida para este trecho de flambagem em colunas longas. Trecho 2 - Corresponde a tensões críticas superiores ao limite de proporcionali- dade, não tendo mais, por esse motivo, validade a fórmula de Euler. Esse trecho diz respeito às colunas intermediárias, muito em estruturas de madeira, com índices de esbeltez variáveis de 40 a</p><p>476 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO As peças nesse trecho estão condicionadas ao comportamento elastoplástico do material. Muitas empíricas foram propostas para tradvzir a equação das curvas experimentais nesse trecho. A Norma Brasileira NB-11, para o cálculo e execução de estruturas de madeira, propõe, a favor da segurança, considerar-se o trecho como reti- líneo, tendo para equação: Trecho 3 Para valores 40. Conforme determinações experimentais, o limite de esbeltez máximo das peças ou colunas curtas. A tensão crítica nesse trecho é a tensão-limite de resistência das peças curtas. 17.4.4. Resistência à Tração Axial. Em serviço, a madeira, cuja estrutura fibrosa em feixes se presta exatamente para esforços de tração axial, raramente rompe por tração pura. Rompe, quase sempre, quando solicitada em tração axial, sob a ação de esforços secundários e parasitas que acompanham a solicitação, resultantes das necessidades de transmissão do esforço por meio de ligações. Essas ligações interrompem as fibras, reduzem a seção resistente e originam na peça solicitações secundárias de compressão normal, cisalhamento ou fendilhamento, às quais o material oferece muito menor resis- tência. Na tração axial, as contrações transversais, decorrentes da solicitação, aproximam os feixes de fibras, reforçando, portanto, sua coesão e aderência mútua, exatamente ao contrário do que acontece na compressão axial, onde as tensões internas provocam afastamento das fibras umas das outras, determinando a ruptura das mesmas por flam- bagem individual. É por essa razão que a ruptura da madeira por tração ocorre sob cargas mais elevadas (até três vezes superiores) que sob compressão. As cargas de ruptura por tração simples são difíceis de determinar em ensaios tecnológicos sobre corpos-de-prova adequados. A mesma dificuldade de transmissão do esforço às peças em serviço ocorre na execução dos ensaios. Não é fácil obter-se uma forma satisfatória para os cabeços dos corpos-de-prova, a fim de que transmitam inte- gralmente a carga sem solicitações secundárias: empregam-se, normalmente, corpos-de- prova com a forma ilustrada na Fig. 17.13, providos de grandes cabeços para a fixação das garras da máquina de tração. Os ensaios de tração não estão ainda incorporados ao MB-26. Fig. 17.13. Corpos-de-prova para ensaios de tração axial.</p><p>A MADEIRA COMO MATERIAL DE CONSTRUÇÃO / 477 A norma técnica NB-11 (NBR 7190) considera, a favor da segurança, a tensão-limite de resistência à tração na flexão estática como tensão-limite de resistência à tração pura das madeiras. 17.4.5. Resistência à Flexão Estática 17.4.5.1. Ensaios de Qualificação das Espécies Quanto à Flexão Estática. Para qua- as espécies lenhosas quanto à resistência mecânica à solicitação de flexão estática, dispõe o Método Brasileiro MB-26 (NBR 6230) a realização de ensaios sobre 80 corpos- prova de 2 X 2 X 30 cm, retirados nos dois extremos da tora e em dois diâmetros das Com os mesmos objetivos dos ensaios de qualificação à compressão axial, uma é ensaiada verde e outra seca ao ar. ensaio consiste em carregar os corpos-de-prova, por meio de uma carga central, produzir-se a ruptura. Os corpos-de-prova são simplesmente apoiados nos extremos e a é aplicada tangencialmente aos anéis de crescimento, por meio de um cutelo central na mesma forma e dimensões dos apoios. A velocidade de carga é tal que a nptura seja provocada num tempo mínimo de dois minutos. São registrados, na ocasião da ruptura, a carga (p) e a flecha (f). Calcula-se a tensão convencional de limite de resistência à flexão, por meio da expressão clássica: 3 P L 2 bh2 É preciso esclarecer que essa expressão, válida para materiais perfeitamente elásti- isótropos e homogêneos, não corresponde às tensões que realmente se desenvolvem corpos-de-prova por ocasião da ruptura. A madeira comporta-se como material anisó- tropo que é: tem resistência mecânica à tração cerca de 2,5 vezes superior à resistência à compressão. Na flexão, os dois tipos de solicitação estão presentes na peça carregada: compressão nas fibras de intradorso e tração nas de extradorso. o diferente comporta- do material aos dois tipos de solicitação determina, para tensões que ultrapassam o limite de resistência à compressão no bordo comprimido, um início prematuro de ruptu- ali localizadas. o resultado é uma redução da seção resistente e uma migração da linha neutra em direção ao bordo tracionado. As peças terminam rompendo-se por ruptura e estilhaçamento das fibras do bordo tracionado, quando a tensão-limite de resistência à tração é ultrapassada. Esse comportamento é acentuado nas peças de grande altura de que conduzem a cargas mais elevadas de ruptura. Nos diagramas de distribuição das tensões na seção da peça flexionada, mostrados Fig. 17.14, o diagrama (a) corresponde ao comportamento dos materiais ideais conforme a fórmula estabelecida pela resistência dos materiais; a distribuição real das tensões, por ocasião da ruptura, corresponde ao diagrama (b); em (c) este último diagrama retificado.</p><p>478 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO ( ) ) (c) Fig. 17.14. Diagramas de distribuição de tensões em peças de madeira flexionadas. Marcel Monnin, pesquisador pioneiro na tecnologia da madeira, foi o primeiro a preocupar-se com o cálculo mais acurado das tensões que realmente se exercem nas peças flexionadas. Propôs substituir as fórmulas da resistência dos materiais por fórmulas empíricas ajustadas à realidade; foi, então, conduzido a substituir a expressão do módulo de resistência das peças de seção retangular por bhn onde n denominado "in- 6 dice de forma" variaria com a qualidade das madeiras e em torno de um valor médio n = 10/6. A priori, a idéia pode parecer curiosa, porque não é simples: um expoente nário conduz a cálculos logarítmicos. Não resolve também, ou pelo menos completa- mente, os casos de seções não retangulares e, em particular, os casos de seções compostas. Apresenta, todavia, a vantagem de determinar, sejam quais forem as dimensões das seções retangulares dos corpos-de-prova, uma mesma e comparável cota de qualidade. No entanto, a adoção da fórmula clássica pelas Normas Técnicas Brasileiras também tem sua vantagem, pois conduz a valores menores no cálculo das tensões-limite de segurança portanto, a favor da segurança. Esses valores serão tanto mais afastados das tensões reais quanto menores forem as dimensões da seção da peça, o que é conveniente: a presença de qualquer defeito, um nó, por exemplo, será tanto mais prejudicial quanto mais reduzida for a seção da peça em serviço. 17.4.5.2. Cotas de Rigidez. A tensão-limite de resistência na ruptura não esclarece completamente o comportamento de uma madeira em relação à flexão estática; é preciso também determinar sua maior ou menor tendência a grandes deformações quando flexionada. Em outras palavras, é preciso determinar um índice de rigidez que caracterize a espécie lenhosa. Um material será rígido à flexão quando romper logo que for ultrapassado o limite de proporcionalidade, sem que deformações (flechas) notáveis anunciem a ruptura iminente; será flexível no caso contrário. Madeiras de espécies lenhosas diferentes, embora apresentando mesmos módulos de elasticidade e resistência, têm, sob esse aspecto, comportamento muito variado. Em algumas espécies a ruptura acontece sem que o material apresente deformações elásticas sensíveis: são as madeiras rígidas, e quebradiças como a canjerana, a canafístula e a por exemplo. o índice de rigidez é calculado, nos ensaios de flexão estática, dividindo-se vão dos apoios do corpo-de-prova pela flecha que apresentar no instante da ruptura: Tem</p><p>A MADEIRA COMO MATERIAL DE CONSTRUÇÃO / 479 valor constante para uma essência, seja qual for a seção do corpo-de-prova, desde que seja constante a relação L/h. Para L/h = 12 (relação existente nos ensaios de qualificação) e para a madeira seca ao ar, podem-se distinguir, conforme a cota de rigidez, as seguintes categorias: madeiras rígidas madeiras pouco rígidas a 40 (madeiras de carpintaria) madeiras flexíveis 20 a 30 (madeiras trabalháveis). o conhecimento da cota de rigidez das diferentes essências tem grande interesse para aplicações: as madeiras muito rígidas são perigosas, rompem sem que a deformação reduzida denuncie grandes fadigas. Madeiras muito flexíveis devem, também, ser descar- tadas, pois as peças têm tendência a deformar-se exageradamente em serviço. 17.4.5.3. Resistência à Flexão em Função da Umidade, Massa Específica e Defeitos. A determinação da influência da umidade na resistência das madeiras à flexão deve ser conduzida com procedimento idêntico ao da compressão: ensaio de corpos-de-prova dentro de um largo espectro de umidades, traçado da curva experimental de variação e cálculo de um coeficiente de influência da umidade com os resultados entre 10 e 20% de umidade. A experiência demonstrou que esse coeficiente de correção corresponde, para as madeiras em geral, à metade do coeficiente de influência da umidade na compressão paralela às fibras: C/2. A aplicação do coeficiente aos resultados obtidos em corpos-de- prova ensaiados secos-ao-ar permite a correção dos mesmos ao teor de umidade normal de Somente esses resultados corrigidos terão valor comparativo. No que diz respeito à influência da massa específica e dos defeitos sobre a tência à flexão, são também válidos e idênticos os procedimentos e considerações desen- volvidos para à compressão paralela às fibras. 17.4.5.4. Módulo de Elasticidade à Flexão. Conforme o MB-26 (NBR 6230), o módulo de elasticidade à flexão das madeiras é determinado pelo ensaio de 12 corpos-de-prova verdes, retirados da parte central do lenho das toras, com dimensões de cm, isentos de defeitos e bem-orientados em relação às fibras. Os corpos-de-prova repousam livremente sobre apoios articulados, de modo a cons- tituir um sistema estaticamente determinado. o carregamento é concentrado e central no vão de 84 cm. A aplicação da carga é feita normalmente aos anéis de crescimento, à razão de 10 MPa por minuto. As flechas, correspondentes a incrementos sucessivos de carga, são lidas em um elasticímetro, apoiado de forma a registrar o deslocamento de um ponto situado na linha neutra da peça. Com os pares correspondentes de valores registrados, tensão/flecha, são traçadas as curvas experimentais da deformação e é determinado graficamente o valor da carga no limite de proporcionalidade. o módulo de elasticidade convencional à flexão estática é, então, calculado, para a carga (P) e flecha (f) no limite de proporcionalidade, conforme a expressão clássica.</p><p>480 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO E = GPa 17.4.6. Resistência à Flexão Para efeitos de qualificação das madeiras de diferentes espécies lenhosas quanto à flexão dinâmica, ou seja, suas propriedades de resiliência capacidade de resistir ou absorver esforços dinâmicos ou de choque -, são ensaiados, conforme o MB-26 (NBR 6230), 24 corpos-de-prova de 2 X 30 cm, secos- -ao-ar e retirados da parte central da tora. Na realização desses ensaios é utilizado um pêndulo de Charpy com capacidade de 10 kg/m especialmente destinado a esse fim. o corpo-de-prova repousa sobre dois apoios, de forma a ser atingido pelo martelo sempre no meio do vão de 24 cm. A leitura do trabalho total (W) absorvido pela ruptura é realizada diretamente em uma escala graduada em kg m, sobre a qual desliza um cursor acionado pelo próprio martelo quando descreve sua trajetória ascendente depois do impacto. A altura atingida pelo martelo é inversamente proporcional ao trabalho absorvido. Calcula-se um coeficiente de resiliência por meio da expressão W K = 10 bh 6 e uma cota dinâmica: K|D2 (D = massa específica do corpo-de-prova no momento do ensaio). Essa cota tem significado, principalmente, para a seleção de madeiras destinadas a construções móveis sujeitas a choques: carrocerias, fuselagens, cavernas de barcos etc. o valor da cota dinâmica aumenta com a massa específica, pois o coeficiente (K) aumenta mais rapidamente que o quadrado da mesma. o conhecimento da cota dinâmica de uma essência permite, como mostra a Tab. 17.12, escolher o valor do coeficiente (K) a partir do qual a madeira oferece ao choque uma resistência satisfatória para utilização em construções móveis. Tabela 17.12. Classificação e Emprego das Madeiras Conforme Sua Cota Dinâmica Cota Dinâmica Categorias K Utilização Madeiras Madeiras inadequadas ao emprego em construções móveis Madeiras medianamente 0,8 - 1,2 Madeiras para peças submetidas a choques e vibra- resilientes ções: vagões, carrocerias, transversinas, caixas etc. Madeiras aptas para as utilizações anteriores e Madeiras resilientes > 1,2 ainda coin capacidade para suportar grandes solici- tações dinâmicas, como na construção cabos de ferramentas, esquis, pás de ventilador etc.</p><p>A MADEIRA COMO MATERIAL DE CONSTRUÇÃO / 481 A experiência adquirida em ensaios de corpos-de-prova demonstra que a resiliência das madeiras aos esforços de flexão dinâmica: a. é proporcional à seção das peças e praticamente independente do vão das mesmas; b. é praticamente independente da umidade: com o aumento desta a resistência e as deformações variam em sentido inverso, mas o produto (trabalho de deformação) é praticamente constante; é máxima quando o esforço está aplicado em direção radial, aos anéis de crescimento, principalmente quando os anéis são bem marcados. É com essa disposição que devem ser usadas as peças submetidas a choques: os anéis trabalham frente esforços como molas superpostas; d. é mínima quando o esforço está aplicado tangencialmente aos anéis de crescimento; essa é a resiliência medida nos ensaios de qualificação. Finalmente, comparando-se a resiliência, medida pelo trabalho de deformação (W), com a resistência viva total na flexão estática, medida pela área envolvida pela curva de deformação, seguem-se as seguintes conclusões: a. os dois valores são muito próximos em corpos-de-prova de madeiras sãs e normais; b. em madeiras anormais, alteradas ou estufadas, a resiliência é muito menor. A diferença entre a resistência viva e a resiliência corresponde ao trabalho de "desfi- bramento" realizado pelo tratamento que alterou o material. Diz-se, por isso, que certos tratamentos industriais estufamento a vapor, secagem a altas temperaturas, ignifugação - matam o "nervo" da madeira, ou "destemperam" a madeira, tornando-a e quebradiça, sem segurança para certos empregos móveis, ainda que os tratamentos possam determinar aumento nas cargas de ruptura a solicitações estáticas. Ensaios de flexão dinâmica permitirão descartar madeiras alteradas ou anormais. Tabela 17.13. Resistência ao Choque (MB-26) de Espécies Nacionais (ITERS), Secos ao Ar Espécies Coeficiente Cota de Resiliência Dinâmica 0,57 1,50 Cabriúva 0,84 1,65 Canela-preta 0,51 1,32 Cedro 0,34 1,33 Eucalipto tereticornis 0,59 0,73 Louro 0,49 1,01 Peroba-rosa 0,38 0,60 0,31 0,98</p><p>482 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 17.4.7. Resistência à Compressão Normal e às Fibras. Submetida a esforços de compressão transversal, normal às fibras, logo após uma fase de deformações elásticas, muito breve, a madeira esmaga-se, indefinidamente, sob cargas crescentes e ilimitadas ou sofre fendilhamentos consideráveis sob uma carga aproximadamente constante. De qual- quer modo, torna-se inapta para resistir a outros esforços. É sobre a tensão no limite de proporcionalidade que se calculam as tensões de segurança para esse tipo de solicitação. Varia conforme a orientação da carga em relação aos anéis de crescimento: máxima no sentido tangencial, média no radial e mínima quando a 45° em relação aos mesmos. A resistência das madeiras à compressão normal depende ainda, e consideravel- mente, da extensão e distribuição das cargas sobre a face carregada da peça em serviço. Será maior e crescente quando ficarem livres margens descarregadas com extensões, medidas no sentido das fibras, iguais ou superiores à metade da extensão do carregamen- to; de qualquer modo, nunca inferior a uma vez e meia a espessura da peça (Fig. 17.15). As tensões no interior da peça distribuem-se aproximadamente segundo um bulbo de pressões, atingindo uma zona de influência com dimensão maior que a extensão do carregamento. MPa 8 6 P 2 0 5 10 15 20% DEFORMAÇÕES (%) Fig. 17.15. Compressão normal às fibras, função da distribuição das cargas. Apesar de ser uma solicitação mecânica muito nas construções e estru- turas de madeira em geral - onde comparece transmitida por pontaletes e prumos nos</p><p>A MADEIRA DE CONSTRUÇÃO / 483 apoios, por arruelas e conetores nas ligações, por trilhos em dormentes etc. os ensaios de compressão normal não estão ainda incorporados nas Normas Técnicas Brasileiras. Podem ser conduzidos em corpos-de-prova com 6X 6 X 18 cm, aplicando-se a com- pressão normal sobre uma face do corpo-de-prova através de uma chapa metálica indefor- mável com 6 cm de largura. Para determinação do limite de proporcionalidade são registradas as deformações para incrementos sucessivos de carga. Cumpre observar que, a compressão não é nem rigorosamente axial nem transversal. É lógico, então, fixar para compressão oblíqua valores de resistência intermediários aos dos casos extremos. A fórmula geral é a seguinte, onde A traduz a do carregamento em relação às fibras: Raxial Rnormal Robliqua = Raxial + Rnormal A 17.4.8. Resistência à Tração Normal às Fibras. o tecido lenhoso opõe como resis- tência, frente a uma solicitação de tração normal, apenas a aderência mútua entre as fibras. Essa aderência é muito fraca è o descolamento não exige esforços consideráveis. É recomendável, na prática, evitar esforços desse nas peças em serviço; quando forem inevitáveis, devem ser previstos dispositivos de reforço: chapas ou estribos metá- licos, por exemplo. Ao contrário das demais características mecânicas, não se altera conforme a massa específica da madeira: a aderência entre as fibras não está relacionada à densidade do tecido lenhoso; depende da composição química do aglomerante das fibras e da dispo- sição relativa dos elementos celulares. Tabela 17.14. Resistência à Tração Normal de Espécies Nacionais, Madeira Verde (ITERS) Espécies MPa 6,9 Cabriúva 16,0 Canela-preta 5,9 Cedro 4,5 Eucalipto tereticornis 7,6 Louro 5,8 Peroba-rosa 7,1 Pinho 3,3 o Método Brasileiro MB-26 (NBR 6230) prevê o ensaio de 48 corpos-de-prova, secos ao ar, com formato e dimensões apropriados para receberem as garras de tração (Fig.17.16). Os valores médios de ruptura destinam-se apenas a finalidades comparativas entre espécies.</p><p>484 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 74 37 37 20 48 10 13 22 20 45 5,08 Fig. 17.16. Forma e dimensões dos corpos-de-prova para ensaios de tração normal, fendilhamento e cisalhamento.</p><p>A MADEIRA COMO MATERIAL DE CONSTRUÇÃO / 485 17.4.9. Resistência ao o fendilhamento é uma característica típica de materiais fibrosos como a madeira. Traduz-se por um descolamento ao longo das provocado por um esforço de tração normal às mesmas e exercido excentricamente em relação à seção considerada. Para efeito de ensaios em corpos-de-prova, o esforço é apli- cado na extremidade de uma peça entalhada, onde, por tratar-se da ação de um momento fletor, a resistência depende do braço de alavanca de aplicação da força; essas condições estão asseguradas no corpo-de-prova padronizado pelo MB-26 (NBR 6230) (Fig. 17.16). o número e a dos corpos-de-prova, nos ensaios de qualificação, são os mesmos referentes aos ensaios de São ensaiadas duas séries: uma verde e outra seca ao ar. Os resultados obtidos, em MPa, dividindo-se a carga de ruptura pela seção de fendilhamento, têm significado apenas convencional, pois dependem da forma e dimensões do corpo-de-prova. Servem exclusivamente como índices compara- tivos da resistência ao fendilhamento entre espécies diferentes. Caracterizam, no entanto, a fissibilidade das diferentes espécies de madeira, infor- mação interessante quando se trata de utilizá-las em seções compostas ou ligações pregadas. Assim como a tração normal às fibras é uma solicitação que deve ser evitada na execução das estruturas de madeira, pode ser atenuada com a furação prévia ou o despon- tamento dos pregos nas ligações pregadas, com a colagem ou associação de peças a contrafio e com o emprego correto de conetores, cavilhas e blindagens. Tabela 17.15. Resistência ao Fendilhamento de Espécies Nacionais, Madeira Verde (ITERS) Espécies MPa 0,8 Cabriúva 1,1 Canela-preta 0,6 Cedro 0,5 Eucalipto tereticornis 0,9 Louro 0,8 Peroba-rosa 0,9 Pinho 0,4 17.4.10. Resistência ao Cisalhamento. Os esforços que provocam o deslizamento de um plano sobre o outro, cisalhamento puro, podem ocorrer nas peças de madeira paralela, oblíqua ou normalmente às fibras. A resistência é mínima quando o cisalhamento se desenvolve paralelamente às fibras: é o que mais ocorre na prática, e para isso se realizam os ensaios. Está presente nas vigas longas, onde o esforço cortante faz nascer, junto aos apoios, uma solicitação de cisalhamento longitudinal igual ao cisalhamento transversal. Ocorre em todos os tipos de ligações, principalmente quando ensambladas ou entalhadas. A resistência ao cisalha- mento longitudinal é muito afetada pela presença de defeitos preexistentes, princi- palmente fendas e fissuras de origem variada.</p><p>486 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO o cisalhamento oblíquo ocorre na compressão de peças curtas e, não fosse a hetero- geneidade do material, deveria acompanhar plano de tensões principais a o cisalhamento normal às fibras praticamente não chega a ocorrer; a ruptura dá-se por esmagamento das fibras que suportam a aplicação da carga. Conforme o MB-26 (NBR 6230), a resistência ao cisalhamento longitudinal é minada em 48 corpos-de-prova, metade verdes e metade secos ao ar, convenientemente projetados para receberem a carga sobre um ressalto ou degrau lateral (Fig. 17.16). Tabela 17.16. Resistência ao Cisalhamento de Espécies Lenhosas Nacionais, Madeira Verde (ITERS) Espécies MPa Açoita-cavalo 8,8 Cabriúva 13,6 Canela-preta 9,2 Cedro 6,8 Eucalipto tereticornis 13,1 Louro 10,4 Peroba-rosa 11,8 Pinho 6,0 17.4.11. Resistência à Penetração e ao Desgaste: Dureza Superficial. Dureza superficial é a resistência do material à penetração localizada, à riscagem e ao desgaste. Qualquer ensaio proposto terá um resultado apenas convencional, pois depende essen- cialmente do método No MB-26 (NBR 6230), é adotado o método Janka, que consiste em medir o esforço necessário para introduzir no topo (sentido axial) dos corpos- de-prova uma semi-esfera de aço, de 1 de seção diametral, até uma profundidade igual ao raio. São ensaiadas duas séries de corpos-de-prova de X 6 X 15 cm, verdes e secos ao ar. Em cada corpo-de-prova são feitas duas impressões, uma em cada topo, expressas em quilogramas, para a penetração. A carga para a impressão é o número de du- reza característico da espécie lenhosa. Esse ensaio tem os seguintes significados: a. Relacionado às demais características mecânicas do material, por meio de fórmulas de correlação, é um índice de qualidade, com todas as conveniências de um ensaio não destrutivo. b. Relacionado à resistência ao desgaste e usura, permite selecionar as madeiras de maior dureza superficial para emprego em pavimentação, como tacos ou parquês. Relacionado à facilidade de afeiçoamento, permite caracterizar as madeiras quanto à trabalhabilidade e adequar ferramentas e máquinas. d. Finalmente, as madeiras mais duras são as que opõem mais resistência ao arrancamento de pregos, cravos e outros elementos de ligações.</p>