Características da Madeira

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO SUDOESTE DA BAHIA
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS E MECÂNICAS DA MADEIRA
Trabalho acadêmico com vistas à aprovação na disciplina Tecnologias de Matéria Limpas, apresentado ao Prof. José Wildes Barbosa, Turma 2014, PL 2014.2 do Curso de Engenharia Ambiental da Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia.
Discentes: Camila Andrade Coqueiro Moraes, Claudia Laís Rodrigues e Romário Oliveira de Santana.
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Itapetinga – Outubro de 2014
INTRODUÇÃO
A madeira é o mais antigo material de construção utilizado pelo homem, sendo aplicada sobretudo como material estrutural, isso se deve ao fato dela possuir uma série de fatores favoráveis, como leveza, resistência, facilidade em talhar e grande disponibilidade, que, associados, eram difíceis de encontrar em outros materiais. Na Idade Média e séculos XVI, XVII e XVIII foi possível observar as suas mais diversas aplicações e as mais variadas construções com esta matéria-prima (FRANCO, 2008).
No entanto, no final do século XVIII com o aparecimento de novos materiais, como o aço, a madeira começou gradativamente a ceder o seu lugar, continuando, porém com suas propriedades quase desconhecidas (FRANCO, 2008).
Nos últimos anos, com uma maior consciência da necessidade de conseguir uma construção cada vez mais sustentável, a madeira voltou a ter atenção (FRANCO, 2008), uma vez que se constitui em um material renovável e biodegradável. Além disso, a fim de não utilizar madeira nativa e suprir a necessidade desta matéria-prima, surgiram as florestas plantadas (PEREIRA et al, 2000), cujas árvores podem ser escolhidas previamente conforme a sua finalidade.
O processo de escolha e especificação da madeira mais adequada a cada tipo de atividade precisa incorporar espécies alternativas com propriedades semelhantes às das espécies tradicionais ou nativas e, para isso, devem ser estudadas as suas propriedades, sobretudo as físicas e mecânicas, para que seja garantido o sucesso no seu manuseio.
REVISÃO DE LITERATURA 
 Classificação das árvores
As árvores estão inseridas em dois grandes grupos botânicos: as Angiospermas e as Gimnospermas.
Nas Gimnospermas, a classe de maior destaque é a das Coníferas (ou Resinosas), também designadas na literatura internacional como madeiras brandas (softwoods). Elas se caracterizam por ter folhas persistentes, na maioria dos casos, sendo geralmente estreitas de pontas aguçadas, com frutos em forma de cone e muitas das vezes com escamas lenhosas. Um exemplo bem conhecido de uma resinosa é o Pinho (FRANCO, 2008; CARVALHO, 1996).
Por outro lado, as Angiospermas subdividem-se em: Monocotiledôneas e Dicotiledôneas, com destaque para estas últimas, também denominadas Folhosas ou madeiras duras (hardwoods), cuja madeira possui uma estrutura lenhosa da qual deriva esta última denominação. Possuem como características: sementes, flores com pétalas, frutos de grande diversidade de forma, textura e cor; folhas persistentes ou caducas, com forma geralmente plana e uma rede de finas nervuras. Como exemplo de folhosas, temos: o Carvalho, a Cerejeira e o Eucalipto (FRANCO, 2008; CARVALHO, 1996).
Anatomia da madeira
A madeira é um material heterogêneo e anisotrópico, ou seja, formada por células de diversos tipos morfológicos e que possui diferentes propriedades em relação aos diversos planos perpendiculares: longitudinal, radial e tangencial. (GESUALDO, 2003; FRANCO, 2008). Ou seja, não há simetria de propriedades em torno de qualquer eixo (GESUALDO, 2003).
Figura 1 – Eixos relacionados às direções das fibras da madeira.
Através da figura 1, pode-se observar que o sentido longitudinal corresponde ao eixo paralelo às fibras, o radial é perpendicular aos anéis de crescimento, enquanto o tangencial é perpendicular às fibras e tangencial aos anéis de crescimento.
Uma árvore é composta por raiz, a responsável por sustentar a árvore no solo copa, a responsável por absorver e processar água e sais mineirais em compostos orgânicos (seiva) e tronco, o objeto de obtenção da madeira para os mais diversos processamentos (FRANCO, 2008).
O tronco pode ser subdividido em casca, entrecasco (ou líber), câmbio, borne, cerne e medula, sendo esta classificação feita do lado externo para o lado interno, como pode-se visualizar na figura 2.
Figura 2 – Constituição de um tronco.
Abaixo se encontram as principais funções das partes de um tronco, conforme estabelecido por Franco em 2008:
Casca: tem como função proteger o lenho e conduzir a seiva que foi elaborada nas folhas;
Câmbio: camada fina e quase imperceptível a olho nú, situada entre a casca e o lenho, formado por tecidos vivos que atuam para o crescimento transversal da árvore, ou seja, é o responsável pelos anéis de crescimento;
Lenho: base de sustentação e resistência da árvore, em cuja parte viva circula a seiva bruta, além disso ele constitui a parte útil do tronco para o fornecimento da matéria-prima lenhosa, divide-se em borne e cerne;
Borne: camada mais externa, com cor mais clara que o cerne, constituído por células vivas por onde circula a seiva bruta por ascensão capilar desde a raiz até à copa;
Cerne: camada mais interior, de cor mais escura e constituído por células mortas, com maior densidade, compacidade, resistência mecânica e durabilidade;
Medula: conteúdo central do tronco, que possui um tecido mole e esponjoso, muitas vezes já apodrecido (raio medular). Não tem resistência mecânica, nem durabilidade, e a sua presença em peças serradas é considerada um defeito.
 Constituição da madeira
Quatro substâncias se distinguem quimicamente nas células da madeira, cada uma desempenhando uma função específica, sendo elas:
Celulose (40-50%): polímero com elevada resistência mecânica, e responsável pela higroscopicidade da madeira; 
Hemicelulose (20-30%): garante a função de união entre as fibras de celulose, sem influenciar a sua dureza e/ou características mecânicas; 
Lenhina (20-30%): contribui também para a integridade estrutural das fibras de celulose, e para a rigidez e resistência da madeira à compressão e ao corte; 
Outras substâncias (5-7%): tal como as resinas, os taninos, os trementinos, as ceras e outras substâncias tais como proteínas e pectinas.
 Propriedades físicas da madeira
Higroscopicidade
Devido à presença, em grandes quantidades, de grupos OH na molécula de celulose, esta apresenta polaridade e atrai água de soluções aquosas. Logo, a higroscopicidade da madeira se deve ao fato desta ser rica em celulose.
A receptividade da água pela celulose é muito importante para inúmeros aspectos de seu processamento e dos produtos dela obtidos, o mesmo podendo ser dito em relação à madeira, pois quando a fibra celulósica absorve água, apresenta um aumento de dimensões, principalmente, no seu diâmetro; esta variação dimensional é chamada entumecimento.
Resumindo, a higroscopicidade é a capacidade da madeira de absorver umidade da atmosfera envolvente (entumecimento) e de perdê-la por evaporação (retração).
Resistência ao fogo 
Apesar da sua inflamabilidade, a madeira tem um aspecto interessante em relação ao comportamento diante do fogo, pois diante de altas temperaturas provavelmente terá maior resistência que o aço, pois sua resistência não se altera sob altas temperaturas, enquanto a do aço sim.
Densidade
A densidade é um importante parâmetro, que visa estimar, sob um estado saturado de umidade, a massa de matéria lenhosa contida num volume de madeira aparente. A análise desta característica permite determinar a porosidade total da amostra, parâmetro muito utilizado para a determinação da qualidade de uma madeira, pois está intimamente relacionado às diversas propriedades de origem mecânicas e tecnológicas, sendo de extrema importância para a confecção de vários produtos.
Flexibilidade
É a capacidade da madeira de se distorcer, combinando elasticidade e rigidez, por ação de forças exercidas sobre si, sem quebrar.
Durabilidade
Propriedade que mede a resistência temporal da madeira aos agentes prejudiciais, sem putrificar.Propriedades mecânicas da madeira
Resistência à compressão
É a resistência da madeira a forças que tendem a encurtar o seu comprimento.
A compressão na madeira pode ocorrer segundo três orientações: paralela, normal e inclinada em relação às fibras.
Quando a peça é solicitada por compressão paralela às fibras, as forças agem paralelamente ao comprimento das células. As células reagindo em conjunto conferem uma grande resistência da madeira à compressão. No caso de solicitação normal ou perpendicular às fibras, a madeira apresenta resistências menores que na compressão paralela, pois a força é aplicada na direção normal ao comprimento das células, direção na qual possuem baixa resistência.
Figura 3 – Madeira sob compressão.
Resistência à tração
É a resistência da madeira a forças com tendência a estender o seu comprimento.
Na madeira, a tração pode ocorrer com orientação paralela ou normal às fibras. A ruptura por tração paralela pode ocorrer por deslizamento entre as células ou por ruptura das paredes das células. Em ambos os casos, a ruptura ocorre com baixos valores de deformação, o que caracteriza como frágil, e com elevados valores de resistência.
A resistência de ruptura por tração normal às fibras apresenta baixos valores de deformação. A solicitação age na direção normal ao comprimento das fibras, tendendo a separá-las, afetando a integridade estrutural e apresentando baixos valores de deformação. Pela baixa resistência apresentada pela madeira sob este tipo de solicitação, essa deve ser evitada nas situações de projeto.
Figura 4 – Madeira sob tração.
Resistência à flexão
É a resistência da madeira a forças ao longo do seu comprimento.
Na solicitação à flexão simples, ocorrem quatro tipos de esforços: compressão paralela às fibras, tração paralela às fibras, cisalhamento horizontal e, nas regiões dos apoios, compressão normal às fibras.
A ruptura em peças solicitadas à flexão ocorre com a formação de minúsculas falhas de compressão seguidas pelo esmagamento macroscópico na região comprimida. Este fenômeno gera o aumento da área comprimida na seção e a redução da área tracionada, causando acréscimo de tensões nesta região, podendo romper por tração.
Dureza
Geralmente a dureza é definida como a resistência requerida para um corpo sólido penetrar em outro por meio de esforço, ou como a resistência oferecida pelo material testado à penetração de um certo dispositivo (esfera, agulha, cilindro, etc.).
A dureza da madeira é uma propriedade importante para aparelhos de esporte, entalhes, assoalhos, tacos e roletes, também sendo, em geral, uma indicadora da “trabalhabilidade” da madeira.
Defeitos da madeira
Um dos temas de grande interesse no estudo da madeira é o que diz respeito aos defeitos e às consequências tecnológicas do aproveitamento da matéria lenhosa, uma vez que todas as irregularidades ou desvios na madeira diminuem a sua capacidade de utilização.
É entendido como defeito toda e qualquer irregularidade, descontinuidade ou anomalia estrutural, alteração química ou de coloração, modificação morfológica do fuste ou das peças, originada durante a vida da árvore, na exploração e transporte da madeira, na conversão primária, na secagem, na preparação e noutras operações tecnológicas, sempre que qualquer um desses aspectos comprometa o valor intrínseco da madeira. Assim, é considerado defeito toda a irregularidade na constituição e estrutura da madeira que resultem em alterações lesivas às propriedades físicas e mecânicas e por consequência na sua aplicação.
A acrescentar aos defeitos de produção, os quais ocorrem durante a formação do lenho podendo ser de responsabilidade genética, edafoclimática, cultural, acidental e biótica, industrialmente surgem defeitos na madeira resultantes da imperfeita exploração, secagem, conversão e laboração. Os defeitos de exploração resultam da deficiente condução das operações de abate, extracção, conservação na mata e de transporte, podendo surgir na forma de falha de abate, fractura de abate, cavidade de abate, fendimento terminal, entre outras.
Quanto aos defeitos de secagem, provenientes da má realização das operações de secagem do lenho, resultam fendas de secagem entre as quais rachas e fendimento superficial, empenos, em forma de arco, meia-cana, aduela e hélice, em colapsos e queimado de estufa.
Por fim, no que diz respeito aos defeitos de conversão e laboração, estes resultam da má utilização das máquinas e ferramentas ou da sua deficiente manutenção, em conjunto com a falta de preparação e desatenção dos operários. Os possíveis defeitos são, entre outros, a falha, o descaio, o desvio de dimensões, o desvio de corte, o fio diagonal, os ressaltos, os riscos de serra e rugosidade, sendo um dos mais comuns a obtenção de tábuas contendo a medula, o que origina a diminuição da resistência mecânica entre outros inconvenientes.
CONCLUSÃO 
Como resultado da sua origem biológica a madeira apresenta, em geral, grande variabilidade, verificando-se este fato dentro da mesma espécie, mas, sobretudo entre material proveniente de espécies diferentes. Além disso, é um material que exibe uma heterogeneidade significativa e uma anisotropia acentuada.
 Por estas razões, é de especial interesse a identificação e o conhecimento das características anatômicas das espécies de madeira, assim como, a apreciação da qualidade da madeira nas peças que posteriormente serão usadas para diversos fins na construção. Impõem-se ainda um especial cuidado no dimensionamento, que deverá ter em conta as diferentes propriedades físicas e mecânicas nas três direções principais de simetria anatómica: longitudinal, tangencial e radial.
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REFERÊNCIAS 
CARVALHO, A. Madeiras Portuguesas - Estrutura Anatômica, Propriedades, Utilizações. v.1. Lisboa: Instituto Florestal, 1996. 340 p.
FERREIRA, Oswaldo Poffo (Org.). Madeira: uso sustentável na construção civil. São Paulo: Instituto de Pesquisas Tecnológicas: Secretaria do Verde e do Meio Ambiente do Município de São Paulo: Sindicato da Indústria da Construção Civil do Estado de São Paulo, 2003.
FRANCO, Sónia. Proposta de Atribuição de Propriedades Mecânicas a Elementos Estruturais de Madeira por Inspeção In Situ. Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil, FEUP, Porto, 2008.
GESUALDO, F. A. R. Estruturas de Madeira, URL: 2003. Disponível em: http://upf.br/~zacarias/Notas_de_Aula_Madeiras.pdf. Acesso em: 27/09/2014.
MORESCHI, J.C. Propriedades tecnológicas da madeira. Manual didático, FPR, 169 p., 2005.
PEREIRA, J.C.D.; SCHAITZA, E.G.; BAGGIO, A.J. Propriedades físicas e químicas e rendimentos da destilação seca da madeira de Grevillea robusta. Colombo: Embrapa Florestas, 2000.