MADEIRA: sistema construtivo

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MADEIRA: Sistema construtivo[1: Paper apresentado à Disciplina Sistemas e Materiais Construtivos da Unidade de Ensino Superior Dom Bosco – UNDB.]
Larissa Cavalcanti[2: Aluna do 2º Período do Curso de Arquitetura da UNDB.]
Luiz Phelipe[3: Professor da Disciplina de Arquitetura da UNDB.]
RESUMO
A madeira é um dos materiais mais antigos utilizados em construções, usado desde as civilizações menos desenvolvidas até as civilizações históricas. A revolução industrial na Inglaterra provocou profundas transformações na arquitetura da época, pois foi neste período que ocorreu a transição da madeira para o ferro, e com isso madeira foi vista como um material obsoleto. Apesar do longo período sem o seu uso, em meados do século XX foram feitas teorias técnicas sobre as estrutura de madeira, acarretando significativo resultado, pois hoje há diversos métodos para projetos feitos com estruturas de madeira. Atualmente a utilização da madeira como sistemas construtivos ecologicamente corretos, implica em modernos métodos de reflorestamento junto com o progresso de produtos industrializados de madeira com o mínimo prejuízo. Esta pesquisa consiste em discorrer sobre a origem histórica, propriedades físico-mecânicas, tipos, vantagens e desvantagens do uso da madeira, para que esta não sofra o preconceito de ser de péssima qualidade.
Palavras-chaves: Estrutura. Madeira. Arquitetura.
1 INTRODUÇÃO
A madeira é um material orgânico e ecologicamente correto, encontrada em todo mundo, tanto em florestas nativas quanto em florestas artificiais frutos de reflorestamento.
Quando usada como estrutura, a madeira disputa com outros materiais como o aço e o concreto armado, no entanto ainda exista uma ideia pré-concebida no quesito da durabilidade e resistência da madeira, pelo fato de alguns setores da sociedade não terem o mínimo de conhecimento sobre este material.
Esse pensamento foi amadurecido no decorrer da história, pois as indústrias de aço e concreto armado foram privilegiadas em grande número e porte em detrimento as indústrias de madeira, e tiveram um alto investimento em pesquisa, acompanhado pelo incentivo de profissionais renomados, proporcionando a concepção de projetos com excelente qualidade.
As indústrias de madeiras, também chamadas de serrarias, se desenvolveram de forma desorganizada e foram acompanhadas de forma inadequada. Mas com a utilização de maneira certa da madeira, por meio da escolha apropriada da espécie e do sistema estrutural adequado, pode se igualar e até ultrapassar em relação ao aço e concreto armado. Em razão da realização do processo de secagem, preservação adequada, durabilidade da madeira e juntamente com avançadas técnicas de uso, podem propiciar à madeira uma certificação de resistência de várias décadas.
2 ORIGEM HISTÓRICA
É datado o seu uso desde o período neolítico há cerca de 6000 A.C., os seres humanos utilizavam troncos de madeiras para a construção de suas casas para se abrigar, já que as cavernas que antes os abrigavam não considera tão seguras.
Os vestígios encontrados por arqueólogos são habitações em formato retangular com a estrutura principal de madeira e as paredes eram feitas de argila e telhados feito de palha. Esse tipo de moradia feita com madeira fez com que o homem deixasse de ser nômade (sem moradia fixa), para se tornar sedentário (com moradia fixa) e propiciando o surgimento das primeiras comunidades (aldeias e tribos). A madeira foi vista como um material com grande função estrutural e com o tempo as construções se tornaram mais complexas e imponentes. 
 
Casa feita com estrutura de madeira e parede de argila.
Com a revolução industrial, entre os séculos XVII e XIX, a madeira passou a ser substituída pelo ferro. Antes mesmo, as edificações feitas de madeiras foram sendo substituído em grande escala por materiais mais resistentes e assim o uso desse material ficou em segundo plano. No século XX, com a criação do concreto, a madeira teve seu uso ainda mais desprezado, consequentemente teve sua composição arruinada para gerar um material de baixo custo e tendo pouca qualidade e seu uso foi bastante diminuído se tornando quase nulo.
3 PROPRIEDADES DA MADEIRA
3.1 Propriedades físicas
Devido às numerosas espécies de madeira torna-se importante o conhecimento de suas propriedades físicas, pois a utilização de determinada espécie de madeira possa ser executado de acordo com as exigências mínimas de segurança e economia.
3.1.1 Resistência ao fogo
A madeira é classificada, erroneamente, como um material de baixa resistência ao fogo. Isto é devido à ausência do mínimo de conhecimento de suas propriedades sobre a resistência quando submetida a elevadas temperaturas, pois sendo bem dimensionadas têm uma resistência superior ao fogo em relação a outros materiais.
Viga de madeira queimada (Dias, 2007) Viga de madeira suporta duas barras de ferro
(Dias, 2007)
Uma estrutura de madeira quando exposta as chamas, pode torna-se um combustível para o alastramento do fogo, porém depois de certo tempo a camada mais externa da madeira carboniza transformando-se em um isolante térmico e ajudando no combate ao incêndio. A porcentagem de madeira carbonizada varia de acordo com a espécie e a exposição ao fogo. Na camada intermediária está a parte da madeira que não foi carbonizada, essa porção não deve ser considerada na resistência. Em seu interior a madeira mantém suas propriedades resistentes.
3.1.2 Umidade
O teor umidade tem uma enorme importância, pois influência em outras propriedades da madeira. O grau de umidade (U) é o peso de água inserido na madeira expresso em porcentagem do peso da madeira seca em Ps no qual Pi é o peso inicial da madeira (Pfeil W.; Pfeil M., 2012).
A água é essencial para o desenvolvimento da árvore e há duas maneiras que a água se distribui pelo seu interior: a água livre que esta contida no interior das células vegetais (lúmens) e a água impregnada ou higroscópica que se localiza dentro da parede das células. 
Umidade na madeira
Após a derrubada da árvore, esta vai perder drasticamente a água livre em seu interior, até o ponto que o lúmen das células fique vazio, isso é conhecido como ponto de saturação das fibras.
A quantidade das madeiras verdes ou recém-cortadas varia muito com as espécies e com a estação do ano. A faixa de variação da umidade das madeiras tem como limites aproximados 30% para as madeiras mais resistentes e 130% para as madeiras ais macias. (PFEIL W.; PFEIL M., 2012).
O processo de secagem da madeira busca a harmonia entre a umidade e o meio ambiente. Durante o período de perda de água livre, a madeira não apresenta uma redução dimensional. No entanto, se continuar com o processo de secagem, ficando abaixo do ponto de saturação das fibras, a madeira começa a perder água impregnada, causando variação na dimensão. Por esse fato, a secagem deve ser feita com o máximo de precaução, evitando afetar a qualidade da madeira.
3.1.3 Densidade
Essa propriedade é dividida entre densidade básica e densidade aparente. A densidade básica (ρbas) é definida como a massa específica convencional obtida pela relação entre a massa seca (Mseca) e volume saturado (Vsat) (NBR 7190-Projetos de estruturas de madeira).
A densidade aparente (ρu) é determinada para uma umidade padrão de 12% e é definido como a massa especifica aparente, sendo obtida pela relação entre massa (Mu) e o volume (Vu) da madeira de acordo com a umidade padrão. 
3.1.4 Deterioração da madeira 
A durabilidade da madeira, em relação à deterioração, varia da espécie e de sua anatomia. Algumas espécies têm uma enorme resistência natural a fungos, cupins, moluscos e crustáceos marinhos já outros são pouco resistentes.
Outro fator a ser destacado é diferença na durabilidade da madeira conforme o local do tronco foi extraído, pois o clima e a qualidade do solo podem influenciar em sua durabilidade.
3.2 Propriedades mecânicas
A resistência a forças externas e tensões internasé um aspecto que vai de acordo com as propriedades mecânicas da madeira. A resistência é também conforme o peso que é sujeito e a função da intensidade. 
3.2.1 Compressão
São três tipos aos quais pode sujeitar a madeira na compressão: paralela, normal e inclinada em relação às fibras de madeira.
Compressão paralela: tende a limitar as células da madeira por toda extensão de seu eixo longitudinal.
Compressão normal: comprime as células da madeira em direção perpendicular ao eixo longitudinal.
Compressão inclinada: atua tanto paralelamente quanto perpendicularmente às fibras.
 
Compressão paralela Compressão normal compressão inclinada
(Fonte: RITTER, 1990)
Quando a peça é submetida à compressão paralela às fibras, as forças externas atuam paralelamente em direção ao tamanho da célula. Desse modo as células, reagem em conjunto, proporcionando uma alta resistência à madeira.
A madeira, em relação à compressão normal, possui valores de resistência inferior que os de compressão paralela, já que a força é empregada na direção normal ao tamanho das células, essa é a direção onde às células têm uma pequena resistência. O valor de resistência à compressão paralela são 400% do valor apresentado pela madeira na compressão normal.
3.2.2 Tração
São dois tipos de tração ao qual pode acontecer em elementos de madeira: tração paralela ou tração perpendicular.
Tração paralela: prolongamento das células da madeira através do eixo longitudinal.
Tração normal: tendência a dividir as células da madeira perpendicularmente aos seus eixos, no qual a resistência é baixa.
Tração paralela Tração normal
 (Fonte: RITTER, 1990)
 
O rompimento por tração paralela às fibras pode resultar de duas formas, por deslize entre as células ou por rompimento das paredes celulares. Nos dois casos de ruptura a madeira tem pequenos valores de deformação e grandes valores de resistência.
Em relação à ruptura por tração normal, a madeira expressa valores inferiores de resistência. Na tração, similar ao ato da compressão normal às fibras, os esforços atuam perpendicularmente ao comprimento ao tamanho das fibras querendo separa-las, mudando consideravelmente sua capacidade estrutural e exibe pequenos valores de deformação.
3.2.3 Cisalhamento
São três tipos de cisalhamento quem podem acontecer nas pecas de madeira. 
Cisalhamento horizontal: tem a tendência das células da madeira se dividirem.
Cisalhamento vertical: desfigura as células da madeira no sentido perpendicular ao eixo longitudinal.
Cisalhamento perpendicular: tem a tendência das células da madeira girarem umas sobre as outras.
Cisalhamento vertical Cisalhamento horizontal Cisalhamento perpendicular
(Fonte: RITTER, 1990)
O primeiro é quando a ação atua perpendicularmente às fibras (cisalhamento vertical), esse tipo ação não é grave, pois antes despedaçar por cisalhamento o elemento já apresentará defeitos de resistência na compressão normal.
O segundo tipo de cisalhamento relaciona-se à força exercida no sentido longitudinal às fibras (cisalhamento horizontal) e a força que atua no sentido perpendicular às linhas dos anéis de crescimento. O caso mais grave é o cisalhamento que tem a quebra pelo deslize entre as células de madeira
4 TIPOS DE MADEIRA
Trabalhar com madeira necessita de tempo e sabedoria, pois é um material com uma grande diversidade no mercado podendo encontrar madeira de todas as propriedades, preços e cores.
Angelim (nome científico: Vatairea heteroptera Ducke) – Madeira pesada tem superfície áspera, textura grossa e muito resistente aos fungos. Por ser uma madeira pesada tem altas propriedades mecânicas, podendo ser usada tanto para acabamentos internos e externos.
Aroeira, também conhecida como Muiracatiara (nome científico: Astronium lecointei Ducke) – É uma madeira leve, mas muito resistente a cupins e fácil de ser trabalhada, por isso usada como portas, janelas, batentes, rodapés, assoalhos e peças decorativas.
Cedro – As árvores do gênero Cerdus são conhecidas por terem um odor característico e é um repelente natural contra insetos, por isso sendo utilizados como forro. 
Cumaru, mais conhecida como Ipê Champanhe (nome científico: Dipteryx odorata) – Bastante dura e resistente muito utilizada em assoalhos e degraus, pois consegue suportar um grande peso a baixo custo.
Curupixá (nome cientifico: Micropholis venulosa) – Fácil de ser trabalhada tendo um bom acabamento, usada em moveis, adornos, moldura para quadros e portas.
Itaúba (nome científico: Mezilaurus Itauba) – Madeira dura, pesada e difícil de ser trabalhada mesmo com o uso de maquinas, mas com uma resistência mecânica e durabilidade, usada em pontes, caibros, batentes, janelas e vigas.
Jatobá (nome científico: Hymenaea courbaril) – Fácil de ser trabalhada podendo ser parafusa, pregada e colada sem dificuldade alguma e é altamente resiste a fungos sendo muito usada na engenharia civil, utilizadas em vigas caibros, portas janelas, degraus e assoalhos.
Jequitibá – As espécies mais conhecidas são o Jequitibá-Branco (nome científico: Cariniana estrellensis) e Jequitibá-Rosa (nome científico: Cariniana legalis). São árvores com troncos de grande altura e diâmetro, a madeira é leve, usada em obras internas, pois tem pouca durabilidade.
Louro-Canela ou Canela (nome científico: Ocotea spp) – Boa para ser trabalhada tendo um ótimo acabamento, resistente a fungos, porém pouco resistente a cupins e usada como vigas, caibros, ripas, pranchas, entre outros.
Peroba (nome científico: Paratecoma peroba) – Dura, moderadamente pesada, superfície irregular e não muito resistente a fungos, usada como decoração. 
As madeiras Angelim, Cumaru, Curupixá, Jatobá e Peroba-Rosa são árvores brasileiras muito utilizadas em construções. Dentre essas árvores, Angelim, Cumaru, Jatobá são consideradas madeiras nobres, são aquelas que possuem uma longa vida útil, tanto plantada no solo quanto fora dele.
5 VANTAGENS E DESVANTAGENS DO USO DA MADEIRA NA ARQUITETURA 
Vantagens:
Renovável - A madeira bruta é um produto natural e sustentável, em relação aos outros materiais industrializados, tem baixo consumo energético e preserva a natureza. Enquanto houver reflorestamento para repor as árvores derrubadas, a madeira vai continuar a disposição.
Segurança – Estruturas metálicas quando estão com uma temperatura muito alta em decorrência de um incêndio acaba por se desfigurar, mas com a madeira isso não acontece porque ela não oxida.
Isolamento térmico – É um isolante natural tem uma baixa capacidade conduzir calor, a madeira é uma péssima condutora térmica devido a sua estrutura celular, assim os cômodos da edificação terão uma temperatura agradável.
Versátil – É uma matéria prima muito fácil de manusear, podendo ser utilizada das mais variadas formas.
Desvantagens: 
Vulnerabilidade – Edificações feitas com madeira econômica são mais vulneráveis aos desastres naturais e também ao cupim, tendo que passar por um tratamento químico para que a casa não vá abaixo.
Dimensão – Os tamanhos são limitados à altura e ao diâmetro da árvore.
Ruídos - Algumas construções podem apresentar rangido comum de madeira e incomodando os moradores que gostam de silêncio.
6 CONCLUSÃO
A madeira quando usada com seus devidos cuidados garante a qualidade do produto e acaba tendo um rendimento melhor que o concreto, porque se trata de um material resistente, no entanto, maleável que se molda no projeto.
Ter um conhecimento mínimo sobre a capacidade que a madeira pode oferecer como sistema estrutural, é um produto valioso, de fácil aquisição e farto, é uma solução para adversidades nos dias atuais enfrentados pela população brasileira e para o resto do mundo.
REFERÊNCIAS
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NOGUEIRA, Joaquim. A HABITAÇÃO....ao longo dos tempos. 2008. Disponível em: <http://wwwnovas.blogspot.com.br/2008/04/habitaoao-longo-dos-tempos.html?m=1>. Acesso em: 16 mar. 2016.
LOURENÇO, Paulo B.; BRANCO, Jorge M.. Dos abrigos da pré-história aos edifícios de madeira do século XXI. 2013. 14 f. Tese (Doutorado) - Curso de Engenharia Civil, Universidade do Minho, Guimarães, 2013. Disponível em: <https://repositorium.sdum.uminho.pt/bitstream/1822/26503/1/Lourenco_Branco.pdf>. Acesso em: 11 mai. 2016.
VÁRIOS AUTORES. CATÁLOGO DE PARA A CONSTRUÇÃO CIVIL MADEIRAS BRASILEIRAS. São Paulo: Athalaia, 2013. 103 p. Disponível em: <http://www.wwf.org.br/informacoes/bliblioteca/?40242/Catlogo-de-madeiras-brasileiras-para-a-construo-civil>. Acesso em: 12 mai. 2016.
RITTER, M. A. Timber bridges. Forest Products Laboratory - Forest Service,
Madisson, 1990.
MARTINS, Tomás Francisco Ribeiro. Dimensionamento de estrutura em madeira: Cobertura e pavimentos. 2010. 151 f. Dissertação (Mestrado) – Universidade Técnica de Lisboa, Lisboa, 2010.
CAILIL JUNIOR, Carlito. Estrutura de madeira. 1998. 107 f. Tese (Doutorado) – Curso de Engenharia, Departamento de Engenharia de Estruturas, Universidade de São Paulo, São Carlos, 1998.