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TRABALHO DE TÉCNICAS CONSTRUTIVAS MADEIRA: PROPRIEDADES E APLICAÇÕES NA ARQUITETURA UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ - ARQUITETURA E URBANISMO TÉCNICAS CONSTRUTIVAS 2017.1 - PROFº. CARLOS RODRIGO AVILEZ CAROLINA MESQUITA JULIANA PAIVA LARISSA MARQUES LUCAS PORTO LUÍS FERNANDO MATHEUS AFFONSO YASMIN ALMEIDA Universidade Estácio de Sá – Arquitetura e Urbanismo – 2017.01 Madeira: Propriedades e Aplicações na Arquitetura A presente apostila foi elaborada para fins didáticos e seu download e cópia estão disponíveis para qualquer pessoa interessada. Contudo a alteração de seu conteúdo, a transcrição da totalidade ou parte de seu texto, bem como a tradução total ou parcial não estão autorizadas, exceto se devidamente citada a sua fonte. 2 Sumário Anatomia, Fisiologia e Extração........................................................................................5 Anatomia e Fisiologia.............................................................................................................6 Composição Elementar..........................................................................................................6 Composição Molecular..........................................................................................................6 De Onde Vem a Madeira? ....................................................................................................10 Que Fatores Promovem a Extração da Madeireira? .................................................................11 Madeira Legal vs. Madeira Ilegal............................................................................................12 Ciclo de Extração da Madeira................................................................................................13 Composição Física e Química da Madeira......................................................................15 Composição Química...........................................................................................................16 Substâncias Macromoleculares.............................................................................................16 Substâncias Poliméricas Secundárias.....................................................................................18 Propriedades da Madeira....................................................................................................19 Propriedades Físicas...........................................................................................................20 Heterogeneidade...............................................................................................................20 Anisotropia.......................................................................................................................21 Higrometricidade...............................................................................................................22 Umidade...........................................................................................................................22 Contração e Inchamento Volumétrico...................................................................................24 Porosidade........................................................................................................................27 Dureza.............................................................................................................................28 Propriedades Organoléticas da Madeira...............................................................................28 Textura............................................................................................................................28 Cor..................................................................................................................................29 Cheiro..............................................................................................................................29 Brilho................................................................................................................................30 Densidade.........................................................................................................................30 Condutibilidade Elétrica.......................................................................................................31 Condutibilidade Térmica......................................................................................................32 Universidade Estácio de Sá – Arquitetura e Urbanismo – 2017.01 Madeira: Propriedades e Aplicações na Arquitetura A presente apostila foi elaborada para fins didáticos e seu download e cópia estão disponíveis para qualquer pessoa interessada. Contudo a alteração de seu conteúdo, a transcrição da totalidade ou parte de seu texto, bem como a tradução total ou parcial não estão autorizadas, exceto se devidamente citada a sua fonte. 3 Condutibilidade Sonora......................................................................................................34 Os Principais Conceitos Teóricos da Acústica.........................................................................34 Isolamento do Som............................................................................................................35 Durabilidade.....................................................................................................................39 Propriedades Mecânicas e Estruturas de Madeiras.....................................................41 Propriedades Mecânicas.....................................................................................................42 Definição..........................................................................................................................42 Elasticidade e Plasticidade...................................................................................................42 Dependências Gerais das Propriedades Mecânicas e Elásticas da Madeira.................................47 Influências Internas da Madeira.....................................................................................................47 Influências Externas da Madeira...........................................................................................54 Estruturas de Madeira........................................................................................................56 Revestimentos de Paredes Internas e Externas...........................................................64 Definição.........................................................................................................................65 Tipos de Madeiras Utilizadas..............................................................................................66 Fotos..............................................................................................................................79 Revestimentos de Pisos e Forros.................................................................................90 Considerações Gerais........................................................................................................91 Pisos, Instalações e Acabamentos.......................................................................................92 Vantagens.......................................................................................................................92 Desvantagens..................................................................................................................93 Conservação dos Pisos de Madeira de um Modo Geral........................................................104 Forros de Madeira..........................................................................................................104Instalação......................................................................................................................105 Manutenção..................................................................................................................105 Cortes da Madeira, Encaixes e Aplicações................................................................106 Introdução....................................................................................................................107 Tipos de Encaixes...........................................................................................................107 Materiais Para Fixação dos Encaixes.................................................................................111 Encaixes Japoneses........................................................................................................119 Tipos de Cortes..............................................................................................................120 Aplicações na Arquitetura...............................................................................................125 Universidade Estácio de Sá – Arquitetura e Urbanismo – 2017.01 Madeira: Propriedades e Aplicações na Arquitetura A presente apostila foi elaborada para fins didáticos e seu download e cópia estão disponíveis para qualquer pessoa interessada. Contudo a alteração de seu conteúdo, a transcrição da totalidade ou parte de seu texto, bem como a tradução total ou parcial não estão autorizadas, exceto se devidamente citada a sua fonte. 4 Vantagens e Desvantagens do Uso da Madeira e Suas Patologias.........................132 Construção de Casas de Madeira....................................................................................133 Vantagens...................................................................................................................133 Desvantagens..............................................................................................................134 Utilização em Geral.......................................................................................................134 Vantagens....................................................................................................................134 Desvantagens...............................................................................................................136 Patologias Relacionadas.................................................................................................136 Agentes Físicos.............................................................................................................137 Agentes Biológicos........................................................................................................137 Prevenção e Tratamento...............................................................................................138 Tratamento de Preservação...........................................................................................139 Medidas Curativas........................................................................................................140 ABNT - NBR 7190......................................................................................................141 Generalidades..............................................................................................................142 Hipóteses Básicas de Segurança.....................................................................................143 Ações.........................................................................................................................144 Bibliografia...............................................................................................................146 Universidade Estácio de Sá – Arquitetura e Urbanismo – 2017.01 Madeira: Propriedades e Aplicações na Arquitetura A presente apostila foi elaborada para fins didáticos e seu download e cópia estão disponíveis para qualquer pessoa interessada. Contudo a alteração de seu conteúdo, a transcrição da totalidade ou parte de seu texto, bem como a tradução total ou parcial não estão autorizadas, exceto se devidamente citada a sua fonte. 5 Anatomia, Fisiologia e Extração Anatomia e Fisiologia De Onde Vem a Madeira? Universidade Estácio de Sá – Arquitetura e Urbanismo – 2017.01 Madeira: Propriedades e Aplicações na Arquitetura A presente apostila foi elaborada para fins didáticos e seu download e cópia estão disponíveis para qualquer pessoa interessada. Contudo a alteração de seu conteúdo, a transcrição da totalidade ou parte de seu texto, bem como a tradução total ou parcial não estão autorizadas, exceto se devidamente citada a sua fonte. 6 Anatomia e Fisiologia Composição Elementar Os três principais elementos constituintes da madeira são o carbono, o oxigênio e o hidrogênio. A percentagem referente a cada elemento é dada na tabela I: Composição Molecular A celulose, a hemicelulose e a lignina são as principais substâncias que compõem a madeira. A celulose é um polímero linear natural formado pela união de moléculas de glicose, um produto da fotossíntese. As figuras abaixo apresentam uma molécula de glicose e uma cadeia de celulose: Por ser formada pela repetição de monômeros de glicose, a celulose, portanto, é um polissacarídeo. Elemento Percentagem (em peso) Carbono 49 Oxigênio 44 Hidrogênio 6 Universidade Estácio de Sá – Arquitetura e Urbanismo – 2017.01 Madeira: Propriedades e Aplicações na Arquitetura A presente apostila foi elaborada para fins didáticos e seu download e cópia estão disponíveis para qualquer pessoa interessada. Contudo a alteração de seu conteúdo, a transcrição da totalidade ou parte de seu texto, bem como a tradução total ou parcial não estão autorizadas, exceto se devidamente citada a sua fonte. 7 A união de cadeias de celulose adjacentes por pontes de hidrogênio forma regiões cristalinas denominadas microfibrilas. Cerca de 65% da celulose encontra-se nestas regiões; o resto forma regiões amorfas. A celulose, que compõe cerca de 60% da madeira, confere resistência e dá suporte aos organismos vegetais. As hemiceluloses, compondo entre 20 e 35% da madeira, possuem uma estrutura muito próxima à da celulose. No entanto, enquanto a celulose é um homopolissacarídeo, ou seja, um polissacarídeo composto de apenas um tipo de unidade básica, as hemiceluloses são heteropolissacarídeos. Por serem hidrófilas, as hemiceluloses contribuem para a elasticidade e as variações dimensionais da madeira. A lignina - palavra proveniente do latim lignum (madeira) - é um polímero tridimensional cuja unidade funcional básica é a fenil-propana. Esta substância, que constitui de 15 a 35% da madeira, possui como funções interligar a celulose, preencher vazios e dar à parede celular rigidez e impermeabilidade. Por último, uma pequena parte da madeira é composta por outros compostos, como extrativos (óleos, graxas, resinas, etc.), compostos orgânicos (ceras, ácidos, ácidos graxos, etc.) e inorgânicos. Estrutura interna: Casca Floema Câmbio Xilema Casca: é a região mais externa do tronco. Esta camada tem como funções proteger a árvore de fatores externos, como variações climáticas e insetos, e reter a umidade durante períodos secos. Câmbio: é responsável pelo crescimento radial de uma árvore. Nesta região ocorre a divisão e a diferenciação de novas células, dando origem ao floema e ao xilema, tecidos vasculares secundários. Floema ou Líber: localizado entre a zona cambial e a casca, é responsável pelo transporteda seiva elaborada. A seiva elaborada ou orgânica é produzida nas folhas durante a fotossíntese e é composta por água e açúcares. Após certo tempo, as células mais externas do floema morrem e passam a fazer parte da casca. Universidade Estácio de Sá – Arquitetura e Urbanismo – 2017.01 Madeira: Propriedades e Aplicações na Arquitetura A presente apostila foi elaborada para fins didáticos e seu download e cópia estão disponíveis para qualquer pessoa interessada. Contudo a alteração de seu conteúdo, a transcrição da totalidade ou parte de seu texto, bem como a tradução total ou parcial não estão autorizadas, exceto se devidamente citada a sua fonte. 8 Xilema ou Lenho: é a camada central da árvore, situada abaixo do câmbio, e possui a função de distribuir a seiva bruta ou inorgânica (água e sais minerais). O xilema - palavra proveniente do grego xylon (madeira) - é o que constitui a madeira propriamente dita. O xilema divide-se em duas regiões distintas: o alburno (sapwood) e o cerne (heartwood). O alburno, composto por células vivas e ativas, é mais claro, menos denso, contém mais água e é menos resistente mecanicamente e a insetos e micro-organismos. O cerne, por outro lado, é composto apenas por células mortas e inativas e apresenta maior resistência mecânica e ao ataque de insetos e micro-organismos. Geralmente, devido à acumulação de compostos orgânicos e à ausência de água, o cerne é mais escuro que o alburno. O tronco também possui nós, os nós são porções de ramos incluídos no tronco da planta ou ramo principal. Os ramos originam-se, em regra, a partir do eixo central do caule de uma planta (a medula) e, enquanto vivos, tal como o tronco, aumenta em tamanho com a adição anual de camadas lenhosas. Durante o desenvolvimento da árvore, a maiorias dos ramos, especialmente os mais baixos, morrem, mas continuam presos à árvore por algum tempo, muitas vezes por anos. As camadas de crescimento posteriores deixam de ser incluídas no ramo (agora morto), mas são depositados ao redor dele. Assim os troços de inserção dos ramos mortos dão origem aos nós, que são apenas o conteúdo de um furo preenchido com material oriundo do troço do ramo incluído, e podem soltar- se facilmente quando a madeira é serrada ou seca. Para os diferentes fins de uso da madeira, os nós são classificados de acordo com a forma, tamanho, sanidade e firmeza com que estão presos ao caule. Os nós afetam a resistência da madeira a rachas e quebras, assim como sua maneabilidade e flexibilidade. Esses defeitos enfraquecem a madeira e afetam diretamente seu valor, principalmente para o uso em estruturas, onde a resistência é importante. Anéis de Crescimento A produção de madeira (xilema) difere de acordo com a época do ano. Na primavera, as células formadas são mais largas, com paredes mais finas, resultando em madeira menos densa, menos resistente, mais clara e mais acessível à água. Durante o verão, outono e inverno, por outro lado, as novas células criadas são menores e suas paredes celulares são mais espessas. Consequentemente, a madeira formada é mais densa, escura e resistente e menos permeável. Esta alternância de células menos densas e mais densas forma os anéis de crescimento. A camada formada durante a primavera, denominada lenho inicial, primaveril ou madeira de primavera, aparece como uma faixa mais clara, ao passo que a camada originada no verão, chamada de lenho tardio, estival ou madeira de verão, pode ser vista como uma região mais escura. Os anéis de crescimento são mais visíveis em árvores de regiões de clima temperado, onde as diferenças entre as estações são mais pronunciadas. Universidade Estácio de Sá – Arquitetura e Urbanismo – 2017.01 Madeira: Propriedades e Aplicações na Arquitetura A presente apostila foi elaborada para fins didáticos e seu download e cópia estão disponíveis para qualquer pessoa interessada. Contudo a alteração de seu conteúdo, a transcrição da totalidade ou parte de seu texto, bem como a tradução total ou parcial não estão autorizadas, exceto se devidamente citada a sua fonte. 9 Como a alternância entre o lenho inicial e o lenho tardio ocorre de forma anual, os anéis de crescimento indicam a idade de uma árvore (este método é conhecido como dendrocronologia). No entanto, falsos anéis podem surgir devido a mudanças climáticas bruscas (secas, geadas, etc.). Classificação As madeiras costumam ser classificadas em duas categorias: as coníferas e as folhosas. Pinho, araucária, abeto e cipreste são alguns exemplos de coníferas; eucalipto, carvalho e álamo são exemplos de folhosas. As folhosas e as coníferas apresentam várias diferenças quanto às estruturas celulares de seus xilemas. Embora existam exceções, a madeira das folhosas geralmente é mais dura que a das coníferas. Por isso, as folhosas também são conhecidas como madeiras duras (hardwood), e as coníferas são denominadas madeiras moles (softwood). As folhosas são árvores da subclasse das dicotiledôneas, pertencente à classe angiosperma. Suas sementes são protegidas por carpelos, e suas folhas caem durante o outono e crescem novamente na primavera. As folhosas possuem basicamente quatro tipos de células: os vasos, as fibras, o parênquima longitudinal e o parênquima radial. Os vasos, células alongadas com seção transversal vazada, atuam na condução de seiva bruta de modo vertical. As fibras são células alongadas e afinadas nas extremidades, possuindo como principal função a sustentação da árvore. As coníferas pertencem à classe das gimnospermas. Ao contrário das folhosas, suas sementes são nuas (a palavra gimnosperma vem do grego gimno, que significa nu). A composição celular das coníferas é mais simples e uniforme. Os traqueídeos ou fibras constituem a maior parte das células deste tipo de árvore. Estas células possuem formato alongado e orientação vertical (paralela ao eixo do tronco) e são responsáveis por transportar a seiva bruta verticalmente e por dar força e suporte à madeira. O restante das células das coníferas são os raios, células alongadas e achatadas Universidade Estácio de Sá – Arquitetura e Urbanismo – 2017.01 Madeira: Propriedades e Aplicações na Arquitetura A presente apostila foi elaborada para fins didáticos e seu download e cópia estão disponíveis para qualquer pessoa interessada. Contudo a alteração de seu conteúdo, a transcrição da totalidade ou parte de seu texto, bem como a tradução total ou parcial não estão autorizadas, exceto se devidamente citada a sua fonte. 10 com orientação radial (perpendicular aos anéis de crescimento). O papel dos raios é armazenar e distribuir a seiva bruta horizontalmente. Tipos de seções De acordo com o corte realizado em um tronco ou em uma tora, podem ser observados diferentes planos ou seções de madeira. A figura a seguir apresenta os três tipos de seções existentes: A seção transversal pode ser vista ao observar a extremidade de uma tora de madeira. Neste plano, os anéis de crescimento aparecem aproximadamente como circunferências (ou arcos de circunferências) concêntricas, e os raios são vistos como linhas normais aos anéis. O plano radial é gerado ao cortar uma tora segundo a orientação de um raio (ou seja, de maneira perpendicular aos anéis de crescimento). Nesta superfície, os anéis aparecem como um conjunto de linhas paralelas. Os raios podem igualmente ser observados como pequenas manchas. Por último, como o próprio nome sugere, a seção tangencial refere-se à superfície que tangencia os anéis de crescimento, com orientação normal aos raios. De Onde Vem a Madeira? A madeira pode ser definida como sendo o tecido lenhoso das árvores, ele é o principal produto mercantil florestal. É obtida do corte das árvores, é preciso que a extração seja feita em florestas controladas, ondeapenas uma pequena fração das árvores é cortada para evitar o desmatamento em larga escala. Após o corte, as árvores têm seus galhos removidos e são cortadas novamente em diagonal antes de serem transportadas para tratamento adicional. Ao chegar à serralheria, os cortes de madeira são convertidos em pranchas de tamanho diversificado e recebem um tratamento com Universidade Estácio de Sá – Arquitetura e Urbanismo – 2017.01 Madeira: Propriedades e Aplicações na Arquitetura A presente apostila foi elaborada para fins didáticos e seu download e cópia estão disponíveis para qualquer pessoa interessada. Contudo a alteração de seu conteúdo, a transcrição da totalidade ou parte de seu texto, bem como a tradução total ou parcial não estão autorizadas, exceto se devidamente citada a sua fonte. 11 conservantes para prolongar sua vida útil. A utilização da madeira em grande escala se deve à razão entre a sua resistência e o seu peso que são altos, por isso é um excelente material de construção. Possui propriedades como durabilidade e solidez que são essenciais para estruturas resistentes. Além disso, a madeira é muito fácil de ser trabalhada, objetos que exigem um trabalho artesanal como mobílias, instrumentos musicais, artigos de arte e painéis são trabalhados em madeira. A madeira dá origem à matéria-prima da indústria do papel: a chamada polpa de celulose, que é o principal ingrediente do papel. A celulose é extraída da polpa da madeira, praticamente qualquer árvore pode ser utilizada para produzir celulose. Além do papel, é ainda usada na obtenção de produtos químicos como: rayon, alcatrão, tanino e acetato de celulose, produtos usados para fabricar tintas e no curtimento de couro. Quando a celulose é tratada com ácido nítrico e sulfúrico, produz vários nitratos como, por exemplo, o trinitrato de celulose, também conhecido como algodão pólvora, utilizado na fabricação de explosivos. Que Fatores Promovem a Extração da Madeireira? A floresta tropical é objeto da exploração econômica pela possibilidade de extração de madeira, caça e matéria prima para materiais de construção. A derrubada de árvores está intimamente ligada à construção de rodovias e a movimentos migratórios. O acesso rodoviário facilita a entrada na mata e a extração seletiva de madeira. As áreas que foram objeto de extração seletiva têm maior chance de serem ocupadas por novos moradores e de sofrerem corte raso para o cultivo de pasto ou grãos. Por outro lado, as áreas de floresta com maior dificuldade de acesso permanecem intactas e têm menos chances de serem ocupadas. Universidade Estácio de Sá – Arquitetura e Urbanismo – 2017.01 Madeira: Propriedades e Aplicações na Arquitetura A presente apostila foi elaborada para fins didáticos e seu download e cópia estão disponíveis para qualquer pessoa interessada. Contudo a alteração de seu conteúdo, a transcrição da totalidade ou parte de seu texto, bem como a tradução total ou parcial não estão autorizadas, exceto se devidamente citada a sua fonte. 12 Extração Ilegal na Amazônia Embora existam leis que autorizem a exploração madeireira em áreas específicas, a extração ilegal de madeira está amplamente difundida no Brasil e em vários países amazônicos. As operações extrativas ilegais acontecem em áreas florestais remotas e caracterizam-se por qualquer um dos seguintes aspectos: Uso de licenças falsas. Corte de qualquer árvore comercialmente valiosa, independentemente de quais árvores sejam protegidas por lei. Corte em quantidades superiores às cotas permitidas por lei. Corte fora de áreas de concessão florestal. Corte dentro unidades de conservação e terras indígenas. Madeira Legal vs. Madeira Ilegal Madeira Legal Madeiras nativas de origem legal são madeiras de espécies nativas que provêm do corte autorizado pelo órgão ambiental competente e que possuam o documento de licença de transporte e armazenamento (DOF, GF, GCA ou afins), acompanhada da Nota Fiscal correspondente. Para exploração de madeira legal é necessária a Autorização de Exploração (AUTEX), que pode ter origem a partir de: Plano de Manejo Florestal Sustentável (PMFS), Autorização de Desmate para Uso Alternativo do Solo ou Autorização para Supressão da Vegetação. Nesses dois últimos tipos de extração, o manejo é o convencional e, apesar de legal nos termos da lei, não é sustentável. Por outro lado, quando a madeira é extraída de áreas com Plano de Manejo Florestal Sustentável, o impacto ambiental gerado é muito menor, garantindo a conservação das florestas e a continuidade da disponibilidade de matéria prima para as próximas gerações. Madeira Ilegal A exploração ilegal é aquela realizada sem autorização de exploração e se caracteriza pela sua ação rápida, predatória e devastadora de grandes áreas de floresta nativa. Muitas vezes ocorre inclusive em Área de Preservação Permanente (APP) e Reserva Legal (RL), ou seja, em áreas protegidas por lei. A exploração ilegal de madeira ainda é um grande problema no Brasil, e a Floresta Amazônica é a principal afetada por esta atividade. Estima-se que 80% da extração anual de madeira da região seja de origem ilegal. Universidade Estácio de Sá – Arquitetura e Urbanismo – 2017.01 Madeira: Propriedades e Aplicações na Arquitetura A presente apostila foi elaborada para fins didáticos e seu download e cópia estão disponíveis para qualquer pessoa interessada. Contudo a alteração de seu conteúdo, a transcrição da totalidade ou parte de seu texto, bem como a tradução total ou parcial não estão autorizadas, exceto se devidamente citada a sua fonte. 13 O Estado de São Paulo consome cerca de 25% da madeira extraída da Amazônia, e destes, 70% é consumido pelo setor da construção civil. Desta forma, o Estado de São Paulo, através do seu poder de compra e do transporte, armazenamento e comercialização responsável, atua como um dos principais agentes reguladores e indutores da preservação dos recursos florestais da Amazônia. Madeira Legal vs. Certificada O termo ‘legalizada’ significa que a extração é autorizada por órgãos ambientais e, assim, o produto possui o Documento de Origem Florestal (DOF). Isso não determina, porém, que a retirada da madeira não afeta o ecossistema. É proveniente do desmatamento. Já a certificada cumpre exigências desde o processo de extração até o comércio. Possui o selo FSC® (Conselho Brasileiro de Manejo Sustentável) e conserva a floresta, respeita os trabalhadores e as comunidades locais, pode ser rastreada e assegura o pagamento de impostos. Para minimizar este impacto, algumas medidas são tomadas, como a retirada de apenas duas ou três árvores a cada 30 anos numa área equivalente a um campo de futebol. Madeira com Selo de certificação Ciclo de Extração da Madeira Após a árvore atingir o seu estado de maturidade é feita sua colheita, e logo depois de as toras serem cortadas em tamanhos padronizados, e delas serem extraídos os galhos, é feito o transporte até a fábrica de pisos, painéis MDP e MDF e revestimentos. O processo de produção das placas, propriamente dito, começa com as toras sendo descascadas em um tambor descascador, onde elas se chocam até que as cascas soltem-se naturalmente. A próxima Universidade Estácio de Sá – Arquitetura e Urbanismo – 2017.01 Madeira: Propriedades e Aplicações na Arquitetura A presente apostila foi elaborada para fins didáticos e seu download e cópia estão disponíveis para qualquer pessoa interessada. Contudo a alteração de seu conteúdo, a transcrição da totalidade ou parte de seu texto, bem como a tradução total ou parcial não estão autorizadas, exceto se devidamente citada a sua fonte.14 etapa é a de picagem e produção dos cavacos (pequenos pedaços de madeira que podem ter tamanhos variáveis entre 5 a 50mm). Através de uma grande peneira é feita a seleção dos cavacos que serão utilizados na produção, cuja dimensão é determinante já que cada tipo de produto requer tamanhos diferentes. Nem os cavacos não selecionados e nem as cascas são desperdiçadas: eles se tornam biomassa que auxilia o processo de queima das peças. Já os cavacos selecionados são cozidos em uma máquina específica, e em outro equipamento são desfibrados, ou seja, transforma-se em fibras e recebem uma resina sintética antes de serem secas com ar quente para obterem a umidade exata necessária. A partir daí, a matéria-prima está pronta para ser transformada em piso ou painéis. Processo produtivo do painel mdf, desde a sua extração, até a forma final No caso dos pisos, o processo produtivo segue exatamente as mesmas etapas, porém inclui uma a mais: a fase de usinagem do painel para confecção do encaixe de sistema click. Após todas essas etapas, os produtos são fabricados e prontos para entregar em suas lojas. Universidade Estácio de Sá – Arquitetura e Urbanismo – 2017.01 Madeira: Propriedades e Aplicações na Arquitetura A presente apostila foi elaborada para fins didáticos e seu download e cópia estão disponíveis para qualquer pessoa interessada. Contudo a alteração de seu conteúdo, a transcrição da totalidade ou parte de seu texto, bem como a tradução total ou parcial não estão autorizadas, exceto se devidamente citada a sua fonte. 15 Propriedades Químicas e Físicas da Madeira Composição Química Propriedades Físicas Heterogeneidade Higrometricidade Umidade Contração e Inchamento Volumétrico Porosidade Dureza Textura, Cor, Brilho e Cheiro Densidade Condutibilidade Elétrica Condutibilidade Térmica Condutibilidade Sonora Durabilidade Universidade Estácio de Sá – Arquitetura e Urbanismo – 2017.01 Madeira: Propriedades e Aplicações na Arquitetura A presente apostila foi elaborada para fins didáticos e seu download e cópia estão disponíveis para qualquer pessoa interessada. Contudo a alteração de seu conteúdo, a transcrição da totalidade ou parte de seu texto, bem como a tradução total ou parcial não estão autorizadas, exceto se devidamente citada a sua fonte. 16 Composição Química Em relação a composição química elementar da madeira, pode-se afirmar que não há diferenças consideráveis, levando-se em conta as madeiras de diversas espécies. Os principais elementos existentes são o Carbono (C), o Hidrogênio (H), o Oxigênio (O) e o Nitrogênio (N), este em pequenas quantidades. A análise da composição química elementar da madeira de diversas espécies, coníferas e folhosas, demonstram a seguinte composição percentual, em relação ao peso seco da madeira: Elemento % C 49 - 50 H 6 O 44 – 45 N 0,1 – 1 Além destes elementos encontram-se pequenas quantidades de Cálcio (Ca), Potássio (K), Magnésio (Mg) e outros, constituindo as substâncias minerais existentes na madeira. Substâncias Macromoleculares Do ponto de vista da análise dos componentes da madeira, uma distinção precisa ser feita entre os principais componentes macromoleculares constituintes da parede celular: • Celulose • Polioses (hemiceluloses) • Lignina Que estão presentes em todas as madeiras, e os componentes minoritários de baixo peso molecular, extrativos e substâncias minerais, os quais são geralmente mais relacionados a madeira de certas espécies, no tipo e quantidade. As proporções e composição química da lignina e polioses diferem em coníferas e folhosas, enquanto que a celulose é um componente uniforme da madeira. Universidade Estácio de Sá – Arquitetura e Urbanismo – 2017.01 Madeira: Propriedades e Aplicações na Arquitetura A presente apostila foi elaborada para fins didáticos e seu download e cópia estão disponíveis para qualquer pessoa interessada. Contudo a alteração de seu conteúdo, a transcrição da totalidade ou parte de seu texto, bem como a tradução total ou parcial não estão autorizadas, exceto se devidamente citada a sua fonte. 17 Exemplo: Composição Média de Madeiras de Coníferas e Folhosas: Constituinte Coníferas Folhosas Celulose 42 ± 2% 45 ± 2% Polioses 27 ± 2% 30 ± 5% Lignina 28 ± 2% 20 ± 4% Extrativos 5 ± 3% 3 ± 2% O quadro anterior e o esquema a seguir, apresentam uma curta introdução à composição química da madeira: Em madeiras oriundas de zonas temperadas, as porções dos constituintes alto poliméricos da parede celular, somam cerca de 97~99% do material da madeira. Para madeiras tropicais este valor pode decrescer para um valor médio de 90%. A madeira é constituída de cerca de 65 a 75 % de polissacarídeos. Celulose É o componente majoritário, perfazendo aproximadamente a metade das madeiras tanto de coníferas, como de folhosas. Pode ser brevemente caracterizada como um polímero linear de alto peso molecular, constituído exclusivamente de β-D-glucose. Devido a suas propriedades químicas e físicas, bem como à sua estrutura supra molecular, preenche sua função como o principal componente da parede celular dos vegetais. Universidade Estácio de Sá – Arquitetura e Urbanismo – 2017.01 Madeira: Propriedades e Aplicações na Arquitetura A presente apostila foi elaborada para fins didáticos e seu download e cópia estão disponíveis para qualquer pessoa interessada. Contudo a alteração de seu conteúdo, a transcrição da totalidade ou parte de seu texto, bem como a tradução total ou parcial não estão autorizadas, exceto se devidamente citada a sua fonte. 18 Polioses (hemiceluloses): Estão em estreita associação com a celulose na parede celular. Cinco açucares neutros, as hexoses, glucoses, manose e galactose; e as pentoses: xilose e arabinose, são os principais constituintes das polioses. Algumas polioses contêm adicionalmente ácidos urônicos. As cadeias moleculares são muito mais curtas que a de celulose, podendo existir grupos laterais e ramificações em alguns casos. As folhosas, de maneira geral, contêm maior teor de polioses que as coníferas, e a composição é diferenciada. Lignina: É a terceira substância macromolecular componente da madeira. As moléculas de lignina são formadas completamente diferente dos polissacarídeos, pois são constituídas por um sistema aromático composto de unidades de fenilpropano. Há maior teor de lignina em coníferas do que em folhosas, e existem algumas diferenças estruturais entre a lignina encontrada nas coníferas e nas folhosas. Do ponto de vista morfológico a lignina é uma substância amorfa localizada na lamela média composta, bem como na parede secundária. Durante o desenvolvimento das células, a lignina é incorporada como o último componente na parede, interpenetrando as fibrilas e assim fortalecendo, enrijecendo as paredes celulares. Substâncias Poliméricas Secundárias: Estas são encontradas na madeira em pequenas quantidades, como amidos e substâncias pécticas. Proteínas somam pelo menos 1% das células parenquimáticas da madeira, mas são principalmente encontradas nas partes não lenhosas do tronco, como o câmbio e casca interna. Substâncias de Baixo Peso Molecular: Junto com os componentes da parede celular existem numerosas substâncias que são chamadas de materiais acidentais ou estranhos da madeira. Estes materiais são responsáveis muitas vezes por certas propriedades da madeira como: cheiro, gosto, cor, etc. Embora estes componentes contribuem somente com uma pequena porcentagem da massa da madeira, podem apresentar uma grandeinfluência nas propriedades e na qualidade de processamento das madeiras. Alguns componentes, tais como os íons de certos metais são mesmo essenciais para a árvore viva. As substâncias de baixo peso molecular pertencem a classes muito diferentes em termos de composição química e portanto há dificuldades em se encontrar um sistema claro e compreensivo de classificação. Uma classificação simples pode ser feita dividindo-se estas substâncias em material orgânico e Universidade Estácio de Sá – Arquitetura e Urbanismo – 2017.01 Madeira: Propriedades e Aplicações na Arquitetura A presente apostila foi elaborada para fins didáticos e seu download e cópia estão disponíveis para qualquer pessoa interessada. Contudo a alteração de seu conteúdo, a transcrição da totalidade ou parte de seu texto, bem como a tradução total ou parcial não estão autorizadas, exceto se devidamente citada a sua fonte. 19 inorgânico. O material orgânico é comumente chamado de extrativos, e a parte inorgânica é sumariamente obtida como cinzas. No que concerne a análise é mais útil a distinção entre as substâncias na base de suas solubilidades em água e solventes orgânicos. Os principais grupos químicos que compreendem as substâncias de baixo peso molecular são: Compostos aromáticos (fenólicos) - as substâncias mais importantes deste grupo são os compostos tanínicos que podem ser divididos em: taninos hidrolisáveis e flobafenos condensados, além de outras substâncias como estilbenos, lignanas e flavonoides e seus derivados. Terpenos - englobam um grande grupo de substâncias naturais, quimicamente podem ser derivados do isopreno. Duas ou mais unidades de isopreno constituem os mono - sesqui - di - tri - tetra e politerpenos. Ácidos alifáticos - ácidos graxos saturados e insaturados são encontrados na madeira principalmente na forma dos seus ésteres com glicerol (gordura e óleo) ou com álcoois (ceras). O ácido acético é ligado as polioses como um grupo éster. Ácido di e hidroxi- carboxílico ocorrem principalmente como sais de cálcio. Álcoois - a maioria dos álcoois alifáticos na madeira ocorrem com componentes éster, enquanto que os esteróis aromáticos, pertencentes aos esteroides, são principalmente encontrados como glicosídeos. Substâncias inorgânicas - os componentes minerais das madeiras são predominantemente Ca, K e Mg. Outros componentes - mono e dissacarídeos são encontrados na madeira somente em pequenas quantidades, mas ocorrem em altas porcentagens no câmbio e na casca interna. Pequenas quantidades de aminas e eteno são também encontradas na madeira. Propriedades da Madeira A madeira é um material heterogêneo, isto é, não apresenta as mesmas propriedades em todos os seus pontos; também é um material anisótropo, isto é, não apresenta a mesma propriedade, com valores iguais, em todas as direções. Das várias características que diferenciam os diversos tipos de madeira, que se podem obter a partir Universidade Estácio de Sá – Arquitetura e Urbanismo – 2017.01 Madeira: Propriedades e Aplicações na Arquitetura A presente apostila foi elaborada para fins didáticos e seu download e cópia estão disponíveis para qualquer pessoa interessada. Contudo a alteração de seu conteúdo, a transcrição da totalidade ou parte de seu texto, bem como a tradução total ou parcial não estão autorizadas, exceto se devidamente citada a sua fonte. 20 da sua extração das árvores que a produzem na natureza, temos as propriedades ditas de “físicas” e as propriedades “mecânicas”. Fundamentalmente, o que as diferencia é o fato de, no que diz respeito às primeiras (as físicas), elas se referirem às características intrínsecas independentemente da utilização que dela se faça, ou do destino que se lhe pretenda dar. No que se refere às segundas (às mecânicas), já é relevante o que toca às suas utilizações ou destinos, constituindo um importante meio de verificação da sua aptidão para ser utilizada nos mais diversos fins para que é extraída. Dada a sua importância como forma de a caracterizar, também, e de aferir a sua qualidade, dividimos o tratamento destas propriedades em duas seções autônomas. Propriedades Físicas Relativamente as propriedades físicas que caracterizam as “madeiras” podemos enquadrá-las num conjunto de treze principais e que se passa a expor (embora algumas delas se devam entender mais como características do que por propriedades, dado que não beneficiam o comportamento das madeiras): Heterogeneidade Higrometricidade Umidade Contração e Inchamento Volumétrico Porosidade Dureza Textura, Cor, Brilho e Cheiro Densidade Condutividade Elétrica Condutividade Térmica Condutividade Sonora Durabilidade Heterogeneidade Entende-se por propriedade da heterogeneidade da madeira, o fato de qualquer que seja a porção que é extraída, mesmo que seja de um mesmo tipo de árvore, ser sempre diferente o pedaço em questão. Tal assim é derivado da existência de, para o mesmo tipo, existirem tecidos celulares das árvores que são diferentes. É o caso dos tecidos dos “anéis de crescimento” na estação da Primavera e na estação do Outono, ou menos quando temos os tecidos do “cerne” comparados com outros Universidade Estácio de Sá – Arquitetura e Urbanismo – 2017.01 Madeira: Propriedades e Aplicações na Arquitetura A presente apostila foi elaborada para fins didáticos e seu download e cópia estão disponíveis para qualquer pessoa interessada. Contudo a alteração de seu conteúdo, a transcrição da totalidade ou parte de seu texto, bem como a tradução total ou parcial não estão autorizadas, exceto se devidamente citada a sua fonte. 21 tecidos (do alburno, por exemplo). A variabilidade e a sua heterogeneidade materializam-se na diferente dureza, densidade e cor, entre outras características. A título de exemplo podemos ver duas porções de madeira que são heterogêneas, muito embora tenham sido retiradas da mesma árvore. Fonte: https://www.movelpratico.com.br/media/wysiwyg/corte_madeira.jpg Anisotropia Esta característica identifica-se com o fato de a madeira ser diferente do ponto de vista da direção ou do sentido em que cresceu na árvore, ou seja, as suas propriedades são diferentes para cada uma das três dimensões. Está intimamente ligada e é uma consequência de ela ter crescido mais ou menos em altura, qualquer que seja a árvore. Desta forma as fibras que a compõe tomam a disposição desta condicionante. Classe Valor (%) Qualidade Exemplos Baixa < 1,5 Madeiras consideradas excelentes, procuradas para usos que não permitem deformações (janelas, móveis, instrumentos musicais). Cedros, zimbros, nogueira, aderno Universidade Estácio de Sá – Arquitetura e Urbanismo – 2017.01 Madeira: Propriedades e Aplicações na Arquitetura A presente apostila foi elaborada para fins didáticos e seu download e cópia estão disponíveis para qualquer pessoa interessada. Contudo a alteração de seu conteúdo, a transcrição da totalidade ou parte de seu texto, bem como a tradução total ou parcial não estão autorizadas, exceto se devidamente citada a sua fonte. 22 Higrometricidade Esta propriedade é referente à relação que se pode estabelecer entre um pedaço extraído de madeira e a quantidade de umidade possuída por ela (pelo facto de estar em contato com a natureza antes de ser extraída da árvore que lhe deu origem). É importante referir que a maior ou menor umidade afeta o crescimento da árvore da qual se procedeu a extração da madeira. Tecnicamente, estas diferenças consubstanciam-se em dois aspectos: um que designamosde “empolamento” e outro que apelidamos de “retração”. O empolamento diz respeito ao maior corpo possuído pela madeira. Quando ela absorve umidade, nota-se que com muita frequência ela aumenta de volume nas fases mais iniciais do seu processo de crescimento (menos ou de forma insignificante na fase de maturidade). Por seu lado, a “retração” traduz precisamente a ideia contrária: diminuição do corpo possuído pela madeira quando perde umidade fazendo com que ela diminua de volume. No entanto, neste caso, esta retração pode ser definida como podendo ser de dois tipos diferentes: “retração transversal” quando atravessa o diâmetro da árvore (podendo ser o mesmo “tangencial” ou “radial”); “retração longitudinal” quando se refere ao comprimento da árvore em altura, por exemplo. Umidade Como todo o tecido vivo, a madeira contém, sempre, uma forte proporção de água. Esta água pode ser: Água de impregnação, se faz parte integrante da matéria lenhosa. Esta massa de água mantém-se invariável, enquanto não se faça sofrer à madeira um tratamento brutal, pelo calor ou pela ação de Média 1,6 a 1,9 Madeiras normais. Pinho bravo, pseudotsuga, castanho, plátano Alta ≥ 2,0 Madeiras de baixa qualidade, inapropriadas para várias utilizações, mas algumas ainda de grande interesse comercial. Pinho Larício, criptoméria, carvalhos, eucaliptos Universidade Estácio de Sá – Arquitetura e Urbanismo – 2017.01 Madeira: Propriedades e Aplicações na Arquitetura A presente apostila foi elaborada para fins didáticos e seu download e cópia estão disponíveis para qualquer pessoa interessada. Contudo a alteração de seu conteúdo, a transcrição da totalidade ou parte de seu texto, bem como a tradução total ou parcial não estão autorizadas, exceto se devidamente citada a sua fonte. 23 agentes químicos que a destruam. Água de embebição, que satura as paredes das células e que, por isso, também por vezes, se costuma chamar de saturação. Água livre, que se encontra no interior das células e nos espaços intercelulares, sob a forma líquida, que não aparece senão quando as paredes estão saturadas e não podem mais absorver o líquido em excesso. Esta propriedade identifica-se com o fato de a água estar presente como um dos elementos que a constituem e que é imprescindível ao seu processo evolutivo. Com efeito, a água fazendo parte do lenho só é possível ser eliminada se efetuar a destruição da própria madeira ou, melhor dizendo, da árvore da qual se extraiu. De um ponto de vista técnico, quando somente existe a água que faz parte intrínseca do lenho, então diz-se que o teor de umidade é nulo. Se a umidade for retida nas paredes das suas fibras, diz- se que a umidade ou água é de “impregnação”. Se a umidade ou água for referente às fibras (surge quando as paredes que constituem estas atingiram o ponto de saturação) designa-se de água livre. Fibras perdendo água Fonte: https://static.wixstatic.com/media/a8dace_07c5fd4ced364340bb2ca8f7a7230cd5.png/v1/fill/w_600,h_199,al_c,usm_0.66_1.00_0.01/a8dace_07c5fd4 ced364340bb2ca8f7a7230cd5.png Como a madeira é constituída por celulose, a sua ligação com a água é de extrema importância pois absorve muito desta e de forma célere. As dimensões que a madeira consegue atingir estão intrinsecamente associadas com a capacidade de absorver água, os valores extraídos podem atingir grandes magnitudes. Se as “madeiras” forem de peso mais leve, de um modo geral, retém mais água do que as madeiras mais pesadas. A quantidade de água que uma madeira pode absorver depende da sua espécie, podendo-se encontrar valores entre 30% aos 400% do seu peso. Quando se abate recente a umidade é muito variável, mas, em geral, as madeiras de muito baixa Universidade Estácio de Sá – Arquitetura e Urbanismo – 2017.01 Madeira: Propriedades e Aplicações na Arquitetura A presente apostila foi elaborada para fins didáticos e seu download e cópia estão disponíveis para qualquer pessoa interessada. Contudo a alteração de seu conteúdo, a transcrição da totalidade ou parte de seu texto, bem como a tradução total ou parcial não estão autorizadas, exceto se devidamente citada a sua fonte. 24 densidade podem apresentar valores entre 200% a 300% e as espécies de alta densidade entre 40% a 50%. A madeira é considerada “verde” se a sua umidade ainda assume valores entre 20% e 30%. Por outro lado, uma madeira de umidade entre 18% e 20% já se pode classificar como comercialmente seca. Contudo, uma madeira só se encontra nas condições ideais de aplicação quando a sua umidade está de acordo com a do local de aplicação, o que no nosso país corresponde, a grosso modo, a 15% a 18% no Inverno e 12% a 15% no Verão. Caso não seja este o valor da umidade no seio da madeira a colocar, podem advir abertura de juntas (se estiver com umidade a mais, irá perder para o ambiente, após a aplicação), ou empolamento (caso a madeira esteja excessivamente seca face ao local de emprego, o que determinará que a mesma vai receber futuramente umidade do ambiente). Umidade previsível da madeira face a situação ou local de aplicação: Umidade previsível da madeira face a situação ou local de aplicação: Um valor de referência para o emprego de madeiras em habitações e edifícios de serviços é de 12%. Contração e Inchamento Volumétrico É a propriedade que se traduz no fato de a madeira sofrer uma alteração das suas dimensões quando se modifica o teor de água que ela possui. Ao absorver água a madeira aumenta de volume (incha) e ao liberar água perde volume (contrai). Tal como acontece para a maior parte dos corpos sólidos, a madeira varia de dimensões com a temperatura. No entanto, esta variação é pequena e, na pratica, desprezível. É que, deve notar-se, a cada aumento de temperatura que conduz a uma dilatação correspondente, em geral, uma diminuição do grau de umidade e, portanto, uma retração. Devido a madeira ser um material anisotrópico, ocorre o desenvolvimento de defeitos em diversas Situações ou Locais de Aplicação da Madeira Umidade da Madeira (%) Contato com focos de umidade 22 – 30 Locais abertos e descobertos 18 – 22 Locais abertos e cobertos 15 – 18 Locais fechados e cobertos 13 – 15 Locais fechados e aquecidos 10 – 13 Locais fechados e continuamente aquecidos 08 – 10 Universidade Estácio de Sá – Arquitetura e Urbanismo – 2017.01 Madeira: Propriedades e Aplicações na Arquitetura A presente apostila foi elaborada para fins didáticos e seu download e cópia estão disponíveis para qualquer pessoa interessada. Contudo a alteração de seu conteúdo, a transcrição da totalidade ou parte de seu texto, bem como a tradução total ou parcial não estão autorizadas, exceto se devidamente citada a sua fonte. 25 localizações no tronco durante a fase de secagem ou de seu recondicionamento, tais como rachaduras, torções, empenamentos e abaulamentos, decorrentes de contrações diferenciadas, conforme representadas na figura: Fonte: http://static.wixstatic.com/media/a8dace_c224c77cc77d48d791ee2beed6da45ad.png_srz_600_448_85_22_0.50_1.20_0.00_png_srz Coeficiente de contração transversal: É o coeficiente de retração linear correspondente à retração na direção transversal. Coeficiente de contração radial: É o coeficiente de retração linear correspondente à retração na direção radial. Coeficiente de contração tangencial: É o coeficiente de retração linear correspondente à retração na direção tangencial. Coeficiente de inchamento volumétrico máximo: É oquociente, expresso em porcentagem, pela diferença entre os volumes da madeira no estado saturado de umidade e no estado absolutamente seco, relacionada ao menor teor de umidade. Coeficiente de contração volumétrica máxima: É o coeficiente dado pela diferença entre os volumes no estado saturado de umidade e no estado absolutamente seco, em relação ao volume da madeira no estado saturado de umidade. Coeficiente de contração volumétrica unitária: É o coeficiente de retração volumétrica total, pelo teor de umidade de saturação das fibras. Coeficiente de contração linear: É o quociente, expresso em porcentagem, da deformação linear de um segmento tomado sobre uma peça de madeira, devida a diminuição de umidade, pelo comprimento desse segmento correspondente ao menor teor de umidade. Os efeitos da retratibilidade podem ser atenuados, para tal existindo vários processos. Dentre eles destaque-se o mais simples: adotar a utilização de “madeiras” que se encontrem no estado bem Universidade Estácio de Sá – Arquitetura e Urbanismo – 2017.01 Madeira: Propriedades e Aplicações na Arquitetura A presente apostila foi elaborada para fins didáticos e seu download e cópia estão disponíveis para qualquer pessoa interessada. Contudo a alteração de seu conteúdo, a transcrição da totalidade ou parte de seu texto, bem como a tradução total ou parcial não estão autorizadas, exceto se devidamente citada a sua fonte. 26 seco e, após serem trabalhadas, envolve-las em uma película que seja impermeável a umidade e a água. A ideia, em geral, é impedir a penetração da umidade na peça. Coeficiente de retratibilidade volumétrica Classe Valor (%) Comportamento da Madeira Madeira muito nervosa 1,00 a 0,75 Madeira muito sensível a variações da umidade (alto dinamismo higroscópico – faia, eucaliptos) Madeira nervosa 0,75 a 0,55 Madeira preferivelmente serrada radialmente (carvalhos duros, robínia) Madeira medianamente nervosa 0,55 a 0,35 Madeira de construção normal (pinhos heterogêneos, castanho bravo) Madeira pouco nervosa 0,35 a 0,15 Madeira de marcenaria, ebanisteiria, escultura e torneamento (nogueiras, resinosas heterogêneas, folhas brandas, carvalhos moles de lento crescimento) Se o corte for radialmente consegue-se que a peça de madeira fique menos exposta a este processo de erosão e desgaste. Estes efeitos, para além de afetarem a qualidade, atingem igualmente a resistência, em particular no que se refere as tensões que ela suporta sem causar defeitos ou consequências na flexão paralela as fibras. A resistência da madeira a compressão é inferior quando ela é exercida perpendicularmente a fibra do que quando é exercida paralelamente. Universidade Estácio de Sá – Arquitetura e Urbanismo – 2017.01 Madeira: Propriedades e Aplicações na Arquitetura A presente apostila foi elaborada para fins didáticos e seu download e cópia estão disponíveis para qualquer pessoa interessada. Contudo a alteração de seu conteúdo, a transcrição da totalidade ou parte de seu texto, bem como a tradução total ou parcial não estão autorizadas, exceto se devidamente citada a sua fonte. 27 Métodos de serragem/corte de madeira: Efeitos da retratibilidade conforme a localização de uma peça na seção transversal. Porosidade É a propriedade que se traduz no fato de a madeira ser um material que deixa passar determinados elementos de caráter fluido através da sua superfície e saliências. O cerne é menos poroso do que o borne ou alburno. Corte Radial Cortes Paralelos Peça Inteiriça Cruz Explodida Cantibay Fios Paralelos Fios Encontrados Corte Holandês Corte Paralelo Corte Encartonado Universidade Estácio de Sá – Arquitetura e Urbanismo – 2017.01 Madeira: Propriedades e Aplicações na Arquitetura A presente apostila foi elaborada para fins didáticos e seu download e cópia estão disponíveis para qualquer pessoa interessada. Contudo a alteração de seu conteúdo, a transcrição da totalidade ou parte de seu texto, bem como a tradução total ou parcial não estão autorizadas, exceto se devidamente citada a sua fonte. 28 Fonte: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/ed/VeluweTreeTrunk.jpg Dureza Opõe-se, de certo modo e por contraposição, a porosidade, muito embora esta propriedade faça alusão mais a penetração de outros elementos, como sejam ferramentas, parafusos, pregos e outros objetos que podem ser aplicados ou com os quais a madeira possa estar em contato. Esta propriedade varia, com o tempo de duração ou a idade da madeira, com a espécie que estiver em causa e, normalmente, é maior a dureza na parte do cerne do que no borne. Esta propriedade reflete-se na resistência que a madeira possui, sendo um tanto proporcional a sua resistência em relação a sua dureza. Propriedades Organoléticas da Madeira As propriedades organoléticas da madeira são aquelas que impressionam os órgãos sensitivos, sendo elas: cor, grã, textura e desenho que se apresentam no material, bem como odor e sabor, e são diretamente ligadas ao seu valor decorativo e ornamental, e aos usos onde o cheiro e gosto de produtos armazenados/ embalados com a madeira possam ser alterados. Textura A textura que a madeira possui é variável e encontra-se intimamente ligada com a distribuição dos tecidos e das células que a compõem, assim como da porosidade. Os seguintes tipos de textura são apresentados, de acordo com o grau de uniformidade pela madeira: Cerne Borne Universidade Estácio de Sá – Arquitetura e Urbanismo – 2017.01 Madeira: Propriedades e Aplicações na Arquitetura A presente apostila foi elaborada para fins didáticos e seu download e cópia estão disponíveis para qualquer pessoa interessada. Contudo a alteração de seu conteúdo, a transcrição da totalidade ou parte de seu texto, bem como a tradução total ou parcial não estão autorizadas, exceto se devidamente citada a sua fonte. 29 Textura grossa ou grosseira: apresentada em madeiras com poros grandes e visíveis a olho nu (diâmetro tangencial maior que 250 µm), parênquima axial abundante ou raios lenhosos largos. Textura média: situação intermediária entre a textura grossa e a textura fina. Textura fina: apresentada em madeiras cujos vasos têm dimensões muito pequenas e se encontram distribuídos principalmente na forma difusa no lenho, parênquima escasso e tecido fibroso abundante, conferindo à madeira uma superfície homogênea e uniforme. Cor A cor da madeira é originada por substâncias corantes depositadas no interior das células que constituem o material lenhoso, bem como impregnadas nas suas paredes celulares. Entre estas substâncias podem-se citar resinas, gomas, goma-resina, derivados tânicos e corantes específicos. A região periférica do alburno, juntamente com a do tecido cambial, apresenta coloração mais clara que a madeira de cerne, situado na região mais interior do fuste de uma árvore. Alguns dos produtos depositados no interior das células e das paredes celulares, responsáveis pela coloração da madeira, podem ser tóxicos a agentes xilófagos, os quais conferem a várias madeiras de coloração escura uma alta durabilidade em situações de uso que favorecem a bio-deterioração. Embora com menor frequência, madeiras com cerne de coloração clara também podem ser impregnadas com substâncias que as protegem contra agentes xilófagos. De forma geral, madeiras mais leves e macias são sempre mais claras que as mais pesadas e duras. Por outro lado, em regiões quentes predominam as madeiras com cores variadas e mais escurasque em regiões de clima frio; nas de clima frio predominam as madeiras denominadas “madeiras brancas”. Com o propósito de aumentar o valor comercial de algumas espécies de madeira, pode-se causar a modificação artificial da cor da madeira por meio de tinturas, descolorações ou outros meios, como alterações na cor por tratamentos com água ou vapor d’água, ozônio e/ou temperatura. Para escurecer madeiras recém cortadas no sentido de dar-lhes um aspecto envelhecido, e obviamente aumentar o seu valor comercial, utiliza-se com sucesso o tratamento de corrente contínua de ar quente carregado com ozônio, o que produz, simultaneamente, a secagem e o envelhecimento artificial da madeira, por evaporação da água e por oxidação das substâncias existentes no material lenhoso. Cheiro O odor típico que algumas espécies de madeira apresentam deve-se à presença de substâncias voláteis, concentradas principalmente na madeira de cerne. Por consequência ele tende a diminuir com o tempo em que a superfície da madeira fica exposta, mas pode ser realçado com a raspagem da sua superfície, produzindo-se cortes ou umedecendo o material a ser examinado. O odor natural da madeira pode ser agradável ou desagradável, valorizando-a ou limitando-a quanto Universidade Estácio de Sá – Arquitetura e Urbanismo – 2017.01 Madeira: Propriedades e Aplicações na Arquitetura A presente apostila foi elaborada para fins didáticos e seu download e cópia estão disponíveis para qualquer pessoa interessada. Contudo a alteração de seu conteúdo, a transcrição da totalidade ou parte de seu texto, bem como a tradução total ou parcial não estão autorizadas, exceto se devidamente citada a sua fonte. 30 a sua utilização. Contudo ela também pode ser inodora, característica que a qualifica para inúmeras finalidades, em especial na produção de embalagens para chás e produtos alimentícios. Brilho O brilho da madeira é causado pela reflexão da luz incidente sobre a sua superfície. Porém, como este material é constituído de forma heterogênea, ocorre variação em brilho entre as suas três faces anatômicas. Dentre elas a face radial é sempre a mais reluzente, por efeito de faixas horizontais do tecido que forma os raios da madeira. A importância do brilho é principalmente de ordem estética. Densidade A densidade constitui uma das propriedades mais importantes da madeira, pois dela dependem a maior parte de suas propriedades físicas e tecnológicas, servindo na prática como uma referência para a classificação da madeira. Em regra geral madeiras pesadas são mais resistentes, elásticas e duras que as leves. Porém, em paralelo a estas vantagens, são de mais difícil trabalhabilidade e apresentam maior variabilidade. O conhecimento da densidade serve como uma informação útil sobre a sua qualidade, e para a classificação de uma madeira. Essa propriedade varia de acordo com o local concreto da árvore de onde a madeira foi extraída, o estado de conservação da árvore, sua idade, etc. Classes de densidade (g/cm³) em dois grupos de árvores Arvores Resinosas Classe Valor Exemplo Muito Pesada > 0,70 Teixo Pesada 0,60 a 0,70 Zimbro comum, pinho bravo Moderadamente Pesada 0,50 a 0,59 Pinhos (bravo, manso, larício, silvestre, de alepo) Leve 0,40 a 0,49 Espruce, abeto, ciprestes, camecipar Muito Leve < 0,40 Criptoméria, pinho branco, tuia Universidade Estácio de Sá – Arquitetura e Urbanismo – 2017.01 Madeira: Propriedades e Aplicações na Arquitetura A presente apostila foi elaborada para fins didáticos e seu download e cópia estão disponíveis para qualquer pessoa interessada. Contudo a alteração de seu conteúdo, a transcrição da totalidade ou parte de seu texto, bem como a tradução total ou parcial não estão autorizadas, exceto se devidamente citada a sua fonte. 31 Arvores Folhosas Classe Valor Exemplo Muito Pesada > 0,95 Azinho, casuaria vermelha, oliveira Pesada 0,80 a 0,95 Eucalipto de cerne claro a negro, carvalhos duros (rápido crescimento) Moderadamente Pesada 0,65 a 0,79 Carvalhos moles (lento crescimento), faia, plátano, Austrália, castanho bravo) Leve 0,50 a 0,64 Vidoeiro, sicómoro, castanho manso, nogueiras, cerejeira, eucaliptos de cerne rosa Muito Leve < 0,50 Choupos, amieiro Acrescentando que esta propriedade é um dos índices que mais informações fornecem sobre as características gerais de uma madeira. A maior dureza corresponde, com efeito e quase sempre, maior retratilidade, maior dificuldade de elaboração e secagem, resistência mecânica mais eficiente, menor permeabilidade e maior durabilidade natural. Condutividade Elétrica Esta propriedade relaciona-se com o fato de a madeira constituir um material que permite, em determinados casos, efetuar um isolamento. Quando temos materiais que contém sais minerais e, no caso da madeira quando ela se encontra úmida, também permite ser utilizada como condutora de eletricidade. As suas características como fatos de isolamento podem ser aumentadas pelo recurso de impregnação, sujeição a resinas sobre pressão e a cobertura por baquelite, designadamente. Estes processos permitem, por seu lado e acréscimo, a obtenção de substanciais melhorias das propriedades mecânicas da madeira. Universidade Estácio de Sá – Arquitetura e Urbanismo – 2017.01 Madeira: Propriedades e Aplicações na Arquitetura A presente apostila foi elaborada para fins didáticos e seu download e cópia estão disponíveis para qualquer pessoa interessada. Contudo a alteração de seu conteúdo, a transcrição da totalidade ou parte de seu texto, bem como a tradução total ou parcial não estão autorizadas, exceto se devidamente citada a sua fonte. 32 Se a madeira encontra-se em estado seco, referindo-se ao grau de umidade, ela constitui um bom material isolante para quaisquer equipamentos que possuam uma tensão elétrica baixa. A sua eficácia como fator de isolamento é maior se a madeira for pintada e/ou envernizada. Condutividade Térmica A condutividade térmica de peças de madeira é normalmente responsável por apenas uma pequena parcela da condutividade térmica de peças de outros materiais que compõe uma edificação, o que a coloca numa posição de destaque para esta finalidade. Esta propriedade assume importância onde se pretende o isolamento de temperatura (calor ou frio) em edificações, e também na industrialização da madeira onde se utilizam os processos de aquecimento, vaporização ou cozimento (secagem artificial, fabricação de lâminas e moldagem, etc.). Devido à estrutura porosa da madeira, o seu coeficiente de condutividade térmica é relativamente baixo (λ = 0,12), o que a caracteriza como um bom isolante de temperatura. Isto se deve à porção de ar existente no seu interior, este com um coeficiente λ = 0,0216, e ao fato da baixa condutividade térmica do próprio material lenhoso. Diferentemente de materiais homogêneos, o fluxo de calor pela madeira varia em cada direção anatômica, e também em função de irregularidades estruturais (fendas, nós, etc.) e de outras variáveis, como apresentadas a seguir: Quanto maior for a densidade (menor é a proporção de ar por unidade de volume e maior a proporção de material lenhoso), maior será a sua condutividade térmica; Quanto maior for o teor de umidade da madeira, maior será a condutividade térmica deste material (coeficiente de condutividade térmica da água = 0,5); Exemplos de alguns coeficientes de condutividade térmica: Material Kcal / m.h. °C Vácuo 0,00 Ar 0,0216 Poliestireno Expandido 0,035 Lã de Vidro Seca (20 kg/m³) 0,05 Universidade Estácio de Sá – Arquitetura e Urbanismo – 2017.01 Madeira: Propriedades e Aplicaçõesna Arquitetura A presente apostila foi elaborada para fins didáticos e seu download e cópia estão disponíveis para qualquer pessoa interessada. Contudo a alteração de seu conteúdo, a transcrição da totalidade ou parte de seu texto, bem como a tradução total ou parcial não estão autorizadas, exceto se devidamente citada a sua fonte. 33 Madeira Balsa 0,054 Chapa Aglomerada 0,07 a 0,12 Pinho do Paraná 0,12 Tijolo Vasado 0,5 Água 0,5 Concreto Armado 1,75 Cobre 50,0 Alumínio 230,0 Ferro 330,0 Por isso a madeira é muito procurada para a construção de revestimentos isolantes e de paredes de espaços isotérmicos (caixas frigorificas, vagões frigoríficos, contentores, etc). Para atender as necessidades de uma edificação, no que concerne o isolamento térmico, suas consequentes vantagens econômicas e de conforto ambiental ao usuário, o coeficiente de resistência à transmissão térmica de uma parede é determinado como: Onde: 1/K = Coef. de resistência à transmissão térmica, ou de calor/frio; Qi = Coef. de transmissão térmica entre o ar do ambiente interior e a superfície interior da parede considerada; d = Espessura individual da camada da parede que está sendo considerada; λ = Coeficiente de condutividade térmica do material que constitui a camada considerada; Qe = Coeficiente de transmissão térmica entre o ar do ambiente exterior e a superfície exterior da parede considerada. Universidade Estácio de Sá – Arquitetura e Urbanismo – 2017.01 Madeira: Propriedades e Aplicações na Arquitetura A presente apostila foi elaborada para fins didáticos e seu download e cópia estão disponíveis para qualquer pessoa interessada. Contudo a alteração de seu conteúdo, a transcrição da totalidade ou parte de seu texto, bem como a tradução total ou parcial não estão autorizadas, exceto se devidamente citada a sua fonte. 34 As normas técnicas de construção normalmente trazem valores mínimos de 1/k, para atender as exigências térmicas de ambientes construídos. Como exemplos de especificações, podem-se citar os seguintes valores: 1/k = 0,55 para lajes entre apartamentos; 1/K = 0,75 para teto de porões ou de pisos. Condutividade Sonora Uma vez que a madeira é utilizada na fabricação de instrumentos musicais e no revestimento de paredes e assoalhos (casas, auditórios, escolas, etc.), algumas de suas propriedades acústicas são de elevada importância. Para entendê-las melhor, se faz indispensável o conhecimento dos conceitos teóricos dessa área específica de conhecimento, a saber: Os principais conceitos teóricos da acústica são: Som: O som é a impressão fisiológica produzida por vibrações de corpos e que chegam a nossos ouvidos por meio de ondas mecânicas, necessitando de um meio material para se propagar (ondas longitudinais). Na construção civil, o som propagado pelo ar é diferenciado do som propagado por materiais sólidos, como os que constituem as paredes e pisos de edificações. Frequência ( F ): A frequência de uma onda sonora depende do seu emissor: Enquanto ouvimos o som emitido por ondas nas frequências entre 20 Hz e 20.000 Hz, as emitidas com frequências inferiores a 20 Hz (infra sonoras) e superiores a 20.000 Hz (ultrassonoras) não provocam qualquer sensação no aparelho auditivo humano. Velocidade do som ( V ): A velocidade do som depende das características elásticas do meio em que ele se propaga e é dada por: Onde: V = velocidade do som; E = módulo de elasticidade do material ou meio de propagação; r = massa específica do material. Universidade Estácio de Sá – Arquitetura e Urbanismo – 2017.01 Madeira: Propriedades e Aplicações na Arquitetura A presente apostila foi elaborada para fins didáticos e seu download e cópia estão disponíveis para qualquer pessoa interessada. Contudo a alteração de seu conteúdo, a transcrição da totalidade ou parte de seu texto, bem como a tradução total ou parcial não estão autorizadas, exceto se devidamente citada a sua fonte. 35 Exemplo: Utilizando-se uma madeira a 12%U, módulo de elasticidade paralelo às fibras igual a 160.000 kg/ cm2 e uma massa específica de 0,67 g/ cm3, obteremos uma velocidade de propagação de som de: 4.900 metros por segundo, no sentido paralelo às fibras, quando a madeira estiver com 12%U. Exemplos de propagação do som em diferentes materiais: Ar 340 m/seg Cortiça 500 m/seg Borracha 500 m/seg Água 1.450 m/seg Cimento 4.000 m/seg Aço 5.000m/seg Intensidade do som ( I ): Intensidade do som é a intensidade sonora física mensurável, dada pelo quociente entre a energia transportada pela onda sonora e a área de uma superfície perpendicular à direção de propagação da onda, em unidade de tempo. Portanto, ela indica a potência da onda por unidade de área (l = P/A), dada em erg/ seg. x cm2 = 10-7 W/ cm2 = 1 dB (decibel). Isolamento do som Para conseguirmos adequado isolamento do som, devemos diferenciar os dois casos supracitados, ou seja, propagação do som pelo ar e propagação do som por materiais sólidos, levando-se em conta as seguintes considerações: Propagação sonora no ar: a acústica de recintos depende da relação entre o som refletido e/ou absorvido pelos seus diferentes materiais de construção. Além disso, ela é influenciada pela geometria das peças, a qual repercute na frequência e no ângulo de reflexão do som; Universidade Estácio de Sá – Arquitetura e Urbanismo – 2017.01 Madeira: Propriedades e Aplicações na Arquitetura A presente apostila foi elaborada para fins didáticos e seu download e cópia estão disponíveis para qualquer pessoa interessada. Contudo a alteração de seu conteúdo, a transcrição da totalidade ou parte de seu texto, bem como a tradução total ou parcial não estão autorizadas, exceto se devidamente citada a sua fonte. 36 O grau de absorção do som “A” depende do valor da frequência. Por tal razão a madeira tem um grau de absorção favorável em relação a outros materiais, por absorver mais as frequências baixas que as altas, resultando num efeito agradável para a audição, importantes na qualidade de som para salas de aula, auditórios, etc. Efeito de um forro acústico confeccionado de chapa de fibras de madeira perfuradas: a) penetração das ondas sonoras pelos buracos, e perda de energia por efeito da reflexão sucessiva nas paredes do espaço vazio entre o teto e o forro aplicado; b) reflexão de parte da onda sonora incidente na superfície da chapa de fibras; e c) absorção da onda sonora pela chapa de fibras. Exemplos de graus de absorção sonora de alguns materiais: Material Grau de Absorção (A) 120Hz 2.000Hz Janela aberta* 1,00 1,00 Telhas, cimento, água e vidro 0,10 0,02 Madeira 0,10 0,08 Chapa compensada 0,20 0,10 Chapas isolantes 0,12 a 0,30 0,20 a 0,75 *referência para fins comparativos com os demais materiais – não há absorção de som em janela aberta, o som apenas sai do ambiente. Universidade Estácio de Sá – Arquitetura e Urbanismo – 2017.01 Madeira: Propriedades e Aplicações na Arquitetura A presente apostila foi elaborada para fins didáticos e seu download e cópia estão disponíveis para qualquer pessoa interessada. Contudo a alteração de seu conteúdo, a transcrição da totalidade ou parte de seu texto, bem como a tradução total ou parcial não estão autorizadas, exceto se devidamente citada a sua fonte. 37 Propagação do som de um ambiente para outro pelas paredes: O choque de ondas sonoras que se propagam no ar, incidentes sobre uma parede, faz com que a parede entre em vibração e as propague do outro lado da parede. A figura abaixo apresenta,
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