Estruturas de madeira

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CAPÍTULO 01 
CONSTITUIÇÃO E ESTRUTURA DA MADEIRA 
 
1.1 INTRODUÇÃO 
 
A madeira é um material orgânico, de origem vegetal. É matéria prima inesgotável, 
pois é encontrada em contínua formação, aos milhões de metros cúbicos, em todas as 
partes do mundo, sob a forma de árvores em florestas naturais ou artificiais resultantes de 
reflorestamento racional. 
 
Na atual situação do desenvolvimento industrial, a maior parte da madeira 
consumida na fabricação de chapas de madeira aglomerada, chapas de fibras de madeira 
ou na fabricação de celulose e papel é proveniente de árvores de espécies selecionadas, 
plantadas com a finalidade de atender a essa utilização específica, num prazo determinado, 
geralmente compreendido entre quatro a oito anos de idade da árvore. Para a utilização da 
madeira roliça como estacas, postes e dormentes as árvores devem atingir os 15 anos de 
idade, tendo havido durante esse intervalo de tempo, alguns desbastes para eliminar as 
arvores defeituosas ou raquíticas dando melhores condições para o crescimento das 
restantes. Todavia, mesmo entre as espécies mais promissoras e com a melhor técnica 
silvicultura, dificilmente uma árvore com menos de 30 anos de idade pode produzir boas 
peças de madeira serrada para estruturas. 
 
No Brasil a utilização dos eucaliptos (saligna, grandis, alba, robusta, citriodora e 
outros) na fabricação de papel e de chapas de fibras de madeira explica o grande 
desenvolvimento que tem sido dado ao reflorestamento com essas espécies. Para o papel 
vem tendo grande aceitação também a madeira de Pinus eIliottii, Pinus taeda e outros já 
introduzidos no país. 
 
Tendo em vista a crescente utilização da madeira nas suas várias formas e 
produtos, é necessário conhecer bem as suas características, para poder utilizá-la 
adequadamente. 
 
 
1.2 CLASSIFICAÇÃO DAS ÁRVORES 
 
As árvores têm sua classificação botânica entre os vegetais do mais alto nível de 
desenvolvimento e da mais elevada complexidade anatômica e fisiológica. 
 
O conhecimento esquemático dessa classificação é útil para a compreensão do 
comportamento de algumas espécies de madeira. 
 
As árvores são classificadas na botânica na divisão das Fanerógamas, plantas 
superiores propriamente dita. As Fanerógamas se subdividem em: Gimnospermas e 
Angiospermas. 
 
 
 
 
 
 
 
 1.2 
 
1.2.1 GIMNOSPERMAS - CONIFERAS 
 
 A classe mais importante das Gimnospermas é a Conífera, também designada na 
literatura internacional como madeiras moles “soft wood”. As árvores classificadas entre as 
coníferas apresentam folhas com formato de escamas ou agulhas, geralmente perenes e 
resistentes, mesmo ao inverno mais rigoroso. São árvores típicas de climas frios das zonas 
temperadas e frígidas, mas há também espécies consideradas tropicais. 
 
As coníferas constituem praticamente sozinhas, principalmente no hemisfério norte, 
grandes florestas e fornecem madeira das mais empregadas na construção civil e em 
outros setores. Na América do Sul há uma conífera típica: a Araucária angustifólia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.1 – Araucária 
Fonte: http://mpcatell.sites.uol.com.br/ Acesso: maio 2003 
 
Outras espécies de coníferas como o Pinus elliottii (Slash Pine) nativo da Flórida, o 
Pinus taeda (Loblolly Pine) nativo da região do Atlântico e Golfo do México, nos EUA e o 
Pinus hondurenses, variedade caribenha, estão sendo introduzidos com sucesso no Brasil, 
com ampla aceitação na indústria de celulose e de chapas de madeira aglomerada. 
 
Figura 1.2 - Pinus elliotti Figura 1.3 - Pinus taeda 
Fonte: 
P. taeda: http://www.cas.vanderbilt.edu/perl/bioview.pl?genspec=pita&action=View 
P. elliottii: http://www.sms.si.edu/irlspec/Pinus_elliot.htm: Acesso: 02/03/2003 
 1.3 
 
1.2.2 ANGIOSPERMAS - DICOTILEDÔNEAS 
 
As angiospermas são plantas mais completas e organizadas que as gimnospermas. 
As angiospermas podem ser: monotiledôneas ou dicotiledôneas. Entre as monotiledôneas 
não há árvores propriamente ditas, mas, encontram-se as palmas e as gramíneas. Muitas 
palmas têm grande utilidade pelos seus frutos. Algumas têm troncos longos, muito pesadas 
e difíceis de trabalhar, mas às vezes utilizados de modo satisfatório em estruturas 
temporárias como escoramentos e cimbramentos. 
 
O bambu é classificado entre as gramíneas, não é madeira no sentido usual da 
palavra, mas tendo em vista a sua boa resistência mecânica associada à sua baixa 
densidade, presta-se para a construção leve, típica de moradia no oriente. O bambu comum 
é da espécie botânica Bambusa arundinácea, o bambu da espécie (Bambusa brandisii) 
Dendrocalamus brandisii chega a atingir 25 cm de diâmetro e 38 m de altura, figura 2.4. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.4- Dendrocalamus brandisii 
Fonte: http://www.aia.net.au/bambooland/photos/den_brandisii1.jpg 
Acesso: 02/06/2003 
 
Entre as dicotiledôneas - usualmente designadas na literatura internacional como 
madeiras duras “hard woods”- encontram-se as árvores de folhas comuns, largas, 
geralmente caducas. É extraordinariamente grande o número de espécies existentes 
principalmente na zona tropical. Algumas das “madeiras duras” mais comuns no Brasil são: 
a aroeira, o cumaru, o jatoba, a maçaranduba (parajú), os ipês, as cabriuvas, o guarantã, a 
sucupira, o pau marfim, as perobas, a caviúna, os jacarandás, as canelas, as imbuias, o 
cedro, o mogno, o jequitibá, o guapuruvu, o freijó, o anjico preto, o argelim pedra, etc. 
 
No reflorestamento destaca-se a introdução dos eucaliptos, dicotiledônea originária 
da Austrália, perfeitamente aclimatada no Estado de Minas Gerais, com ampla utilização 
como: postes, estacas, dormentes de estradas de ferro; na fabricação de chapas de fibras 
de madeira e de madeira aglomerada; na fabricação de celulose, papel, papelão e 
construção. 
 1.4 
 
 
 
 
 
 
 Eucalipto Pinus 
 
Figura 1.5 – Estrutura das árvores e exemplos de dicotiledôneas e coníferas 
Elaboração própria a partir de http://www.curdev-fe-
ni.ac.uk/Wood%20Occupations/html/pdf/jobknowledge.pdf Acesso: junho 2003 
 
 
 
 1.5 
 
1.3 FISIOLOGIA E CRESCIMENTO DA ÁRVORE 
 
Para entender a natureza anisotrópica da madeira é conveniente conhecer a 
fisiologia e o crescimento da árvore. 
 
A árvore cresce inicialmente segundo a direção vertical. Cada ano há um novo 
crescimento vertical e a formação de camadas sucessivas que vão se sobrepondo ano após 
ano ao redor das camadas mais antigas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.6 – Anéis de crescimento 
 
Em um corte transversal essas camadas de crescimento aparecem como anéis de 
crescimento. Examinando-se um corte transversal de um tronco de árvore pode-se 
reconhecer facilmente: a medula, resultante do crescimento vertical, geralmente formada 
por madeira mais fraca ou defeituosa; o conjunto dos anéis de crescimento constituem o 
lenho. O lenho apresenta-se recoberto por um tecido especial: a casca da árvore. Entre a 
casca e o lenho existe uma camada extremamente delgada dificilmente visível, mesmo ao 
microscópio, que é a parte propriamente viva da árvore (unidade regeneradora), o câmbio. 
Do câmbio se originam os elementos anatômicos que vão constituir o lenho e a casca. O 
exame cuidadoso desses elementos constituintes do lenho e da casca revela como 
característica importante dos mesmos, serem constituídospor um sistema capilar orientado 
segundo a direção do eixo da árvore. 
 
A solução diluída de sais minerais - a seiva bruta - que a árvore retira do solo 
através de suas raízes e radículas sobe pela camada periférica do lenho, o alburno, até as 
folhas, onde se transforma juntamente com o gás carbônico do ar sob a ação da clorofila e 
da luz solar, em seiva elaborada, que desce pela parte interna da casca, designada como 
floema, até as raízes, promovendo a alimentação das células vivas de toda a árvore, assim 
permitindo o crescimento e multiplicação das mesmas. Parte da seiva elaborada é 
conduzida radialmente para o centro da árvore através dos raios medulares. 
 1.6 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura1.7 - Fisiologia do crescimento da árvore. 
Fonte: Virginia’s Natural Resources Education Guide 
http://www.vanaturally.com/chapter4.pdf. Acesso: junho 2003 
 
 
 
 
 
 
 1.7 
 
1.4 ESTRUTURA MACROSCÓPICA 
 
As substâncias não utilizadas pelas células como alimento são lentamente 
armazenadas no lenho. As mesmas tendem a se polimerizar endurecendo e escurecendo o 
lenho. A parte do lenho tomada por essas substâncias é designada como cerne. O cerne é 
geralmente mais denso, menos permeável a líquidos e gases, resistente ao ataque de 
fungos apodrecedores e de insetos. Ele apresenta maior resistência mecânica em 
contraposição ao alburno, constituído pelo conjunto das camadas externas, mais novas, 
necessariamente permeáveis a líquidos e gases, menos denso. O alburno está mais sujeito 
ao ataque de fungos apodrecedores e insetos e tem menor resistência mecânica. Por sua 
própria natureza o alburno tem melhores condições para a impregnação com resinas ou 
adesivos sintéticos (quando se deseja melhorar a resistência da madeira ao ataque de 
fungos e insetos). 
 
As camadas do lenho não se desenvolvem uniformemente durante o ano. Na 
primavera e no verão formam-se células maiores, mas com paredes finas, chamada 
madeira de verão. No outono e inverno formam-se células menores, mas apresentando 
paredes mais espessas, a madeira de inverno. Esse fenômeno permite que se tornem 
distintas as camadas de crescimento anual, sendo possível avaliar a idade da árvore 
abatida pelos seus anéis de crescimento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.8 – Estrutura Macroscópica 
Fonte: http://www.ca.uky.edu/agc/pubs/for/for59/for59.pdf Acesso: junho 2003 
 
 
1.5 ESTRUTURA MICROSCÓPICA 
 
 
A madeira é um material de natureza muito complexa, um vegetal do mais alto nível 
de desenvolvimento. É parte de um ser organizado, possuindo diferentes órgãos, cada qual 
desempenhando função especifica. 
 
A madeira das coníferas apresenta ao microscópio dois elementos essenciais: traqueídes 
e raios medulares. 
 
 1.8 
 
 
Figura 1.9 - Estrutura microscópica das coníferas 
Fonte: http://www.forst.uni-freiburg.de/fobawi/fob/fob_lehre/211b/material_2002/forintek-
wood_quality.pdf Acesso: junho 2003 
 
- Traqueídes 
 
Os traqueídes são células alongadas, com 3 a 5 mm de comprimento, 40 a 60 de 
diâmetro, seção transversal vazada de forma quadrada à sextavada com extremidades 
biseladas fechadas. Traqueídes vizinhos se comunicam geralmente pelas extremidades, 
através de válvulas típicas denominadas pontuações aureoladas; os traqueídes constituem 
mais de 90% da madeira das coníferas. Têm a função de conduzir a seiva e resistir as 
solicitações mecânicas. 
 
- Raios Medulares 
 
São células alongadas e achatadas que se dispõem radialmente em forma de fitas 
da casca até o centro da árvore. No sentido da casca para a medula transportam a seiva 
elaborada, depositando-a na região do cerne. As células dos raios comunicam-se com os 
traqueídes através de perfurações nas suas paredes designadas pelo seu aspecto como 
pontuações simples. Os raios constituem até 10% da madeira das coníferas. 
 
 
A madeira das dicotiledôneas apresenta ao microscópio três elementos essenciais: 
vasos, fibras e raios medulares. 
 
 
 
 
 
 1.9 
 
 
Figura 1.10 - Estrutura microscópica das dicotiledôneas. 
Fonte: Johnson ,H. (1991) 
 
- Vasos 
 
Os vasos vistos em seção transversal são chamados poros. São células alongadas, 
com 0,2 a 1,0 mm de comprimento, 20 a 300 de diâmetro, seção transversal vazada e 
arredondada. Tem basicamente a função de condutor de seiva. Os vasos constituem de 20 
a 50% da estrutura da madeira das dicotiledôneas. 
 
- Fibras 
 
As fibras são células alongadas, com 0,7 a 1,4 mm de comprimento, de seção 
transversal vazada e arredondada, paredes espessas fechadas e afinadas nas 
extremidades. Podem constituir de 25 até 50% da estrutura da madeira, dependendo da 
espécie. Têm basicamente a função de resistir às solicitações mecânicas. Nas 
dicotiledôneas, os vasos e as fibras são os elementos anatômicos responsáveis pelo 
transporte da seiva. 
 
- Raios Medulares 
 
São um conjunto de células dispondo-se na madeira, da casca até o centro. Têm 
estrutura mais complexa e variada que os raios das coníferas, ligam-se aos vasos e as 
fibras através de pontuações simples e areoladas. 
 
 
 1.10 
 
1.6 FORMAÇÃO QUÍMICA DA MADEIRA 
 
Até o início do século XVIII a madeira era o combustível doméstico. Realmente a 
150º C inicia-se o desprendimento de matérias voláteis da madeira. A parte combustível 
desta queima-se retirando-se o oxigênio da atmosfera, desprendendo gás carbônico e 
vapor d’água, aquecendo mais a madeira e assim produzindo mais gases combustíveis. 
Aos 800º inicia-se a queima do carvão a que se reduziu a madeira pela perda das 
substâncias voláteis. 
 
Do ponto de vista químico, essa combustão é aproximadamente o processo inverso 
da formação da madeira, pois, na fotossíntese ocorre nas folhas a combinação do gás 
carbônico do ar com água retirada do solo e absorção de energia calorífica formando 
componentes orgânicos elementares, que, por polimerização, formarão as substâncias 
constituintes da madeira: 
 
CO2 + 2H20 + 112,3 (calor, luz e clorofila) CH2O + H2O + O2 
(é uma reação típica citada por Rawitscher) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.11 – Ciclo do oxigênio 
Fonte: Virginia’s Natural Resources Education Guide 
http://www.vanaturally.com/chapter2.pdf Acesso: junho 2003 
 
A presença da água antes e depois da reação é explicada pela constatação da 
fixação do oxigênio da água pelo carbono e a formação da água com o oxigênio do gás 
carbônico. Reações posteriores dão origem aos açúcares que por sua vez formam a 
maioria das substâncias orgânicas vegetais. 
 
Em sua composição química a madeira apresenta grande quantidade de carbono 
fixado como celulose e lignina. São interessantes dois fatos importantes: o baixo conteúdo 
de carbono no ar 0,03 a 0,04 % e a elevada quantidade de carbono fixado pela árvore sob a 
forma de madeira. 
 
Os componentes orgânicos principais da madeira são: a celulose, hemicelulose e 
lignina. A participação de cada um desses elementos varia de acordo com a classificação 
botânica da árvore, como mostra o quadro apresentado na tabela 2.1. 
 1.11 
 
Tabela 2.1 - Composição orgânica das madeiras [11]Coníferas Dicotiledônias 
Celulose 48-56% 46-48% 
Hemicelulose 23-26% 19-28% 
Lignina 26-30% 26-35% 
 
A celulose, a hemicelulose e a lignina são ligadas por valência residual de suas 
hidroxilas. 
 
- Celulose 
 
 A celulose é um polímero constituído por várias centenas de glicoses formando 
cadeias de até 3000 elementos. O algodão é celulose pura. 
 
A fórmula geral da celulose é n(C6H10O5). As cadeias de celulose se unem 
lateralmente por ligações de hidrogênio constituindo as micelas. Estas por sua vez formam 
as fibrilas que constituem as paredes das fibras e dos traqueídes. 
Figura 2.12 - Ligações entre cadeias de celulose (pontes de hidrogênio). 
 
Além da ligação lateral entre cadeias de celulose, as oxidrilas da celulose podem 
unir-se a uma molécula de água. 
Figura 2.13 - União das moléculas de água. 
 
Cada conjunto (C6H10O5) forma três oxidrilas e, portanto, pode receber três 
moléculas de água. A relação 54/162 entre o peso molecular de três moléculas de água e 
uma de celulose dá uma indicação da porcentagem máxima (33%) de água de impregnação 
da celulose. 
 
- Lignina 
 
 A lignina é um composto aromático de alto peso molecular. A lignina exerce na 
madeira a função de cimento ou adesivo, dando rigidez e dureza aos conjuntos de cadeias 
de celulose. No preparo da polpa para papel a lignina é removida por dar coloração escura 
ao papel. 
 
Conhecendo-se a composição química dos elementos que constituem a maior parte 
da madeira, pode-se entender perfeitamente o comportamento e a função dos elementos 
anatômicos básicos da madeira (elementos microscópicos) e, depois, dos elementos 
macroscópicos, completando-se ou entendimento do material, no seu aspecto intrínseco. 
OH
HO
OH
HO
Cadeia de 
celulose
Cadeia de 
celulose
OH
HO
Cadeias de 
celulose
Cadeias de 
celulose
O
H
OH OH OH
H H
H
HO
O
H
HO
O H
HO
Moléculas de água
 1.12 
 
1.7 MADEIRAS DE REFLORESTAMENTOS 
 
Desde sua descoberta, o Brasil, país rico em florestas nativas, vem convivendo com 
a exploração destes recursos freqüentemente conduzida de maneira não racional. Isto 
provocou, a partir da segunda metade do século XX, crises ambientais, localizadas 
principalmente nas regiões sul e sudeste com o constante avanço da fronteira agrícola, 
dada a não reposição da cobertura florestal. Na região norte, mais recentemente, 
queimadas para a implantação de projetos agropastorís e de indústrias de mineração, tem 
ocasionado a destruição de extensas áreas de florestas, com sub-aproveitamento dos seus 
produtos. 
 
A substituição de madeira oriunda de florestas nativas por madeira de plantações 
com espécies do gênero Eucalipto é muito vantajosa por diversos motivos, incluindo os 
problemas ecológicos como os grandes desmatamentos e o esgotamento das reservas. Na 
fig. 1.9 a situação das áreas de florestas plantadas e nativas por estado, obtida no site da 
Associação Brasileira de Produtores de Florestas Plantadas, ABRAF. 
 
 
Figura 1.12 – Áreas de florestas plantadas e nativas no Brasil em 2009. 
 
Algumas empresas que possuem florestas mais antigas e árvores com dimensões 
adequadas estão fornecendo madeira de Eucalipto para serraria e laminação. Outras 
procuram manejar suas florestas para a produção de toras, visando diversificar a produção 
florestal para enfrentar possíveis crises setoriais como as que ocorreram recentemente. 
Entretanto, a maior preocupação é como obter produtos, madeira no caso, de melhor 
qualidade e consequentemente com maior valor agregado. 
 
As pesquisas e desenvolvimentos se concentram em três áreas primordiais: o 
melhoramento genético, o manejo florestal e as técnicas de desdobro, secagem e utilização 
da madeira. O trabalho integrado nas três áreas resulta em ganhos significativos para a 
qualidade e volume de produção de madeira serrada. Um levantamento sobre florestas 
plantadas com eucalipto e pinus segundo a ABRAF é mostrado na fig. 1.10. 
 
 
 1.13 
 
 
Figura 1.13 – Florestas de Eucalipto e Pinus de 2004 a 2009 no Brasil. Fonte: ABRAF, 
2010. 
 
 
Outras espécies florestais utilizadas em reflorestamentos no período 2008 e 2009, 
conforme a ABRAF, encontram-se listadas na tabela 1.1. 
 
Tabela 1.1 - Características principais e área de florestas plantadas com outros grupos de 
espécies no Brasil. Adaptado da ABRAF (2010). 
Grupo de 
espécies 
Nome científico Pr incipais 
Estados 
Área em 
2008 (ha) 
Área em 
2009 (ha) 
Pr incipais usos 
Acácia Acacia meamsii e 
Acacia mangium 
RS, RR 181.780 174.150 Madeira: energia, carvão, cavaco para 
celulose, painéis de madeira. 
Tanino: curtumes, adesivos, petrolífero, 
borrachas. 
Seringueira Hevea 
brasiliensis 
Amazônia 129.850 128.460 Madeira: energia, celulose. 
Seiva: borracha. 
Paricá Schizolobium 
amazonicum 
PA, MA 80.180 85.320 Lâmina e compensado, forros, palitos, 
papel, móveis, acabamentos e molduras. 
Teca Tectona grandis MT, AM, 
AC 
58.810 65.240 Construção civil (portas, janelas, lambris, 
painéis, forros, assoalhos, e decks), 
móveis, embarcações e lâminas 
decorativas. 
Pinheiro-do-
Paraná ou 
Araucária 
Araucária 
angustifólia 
PR, SC 12.520 12.110 Serrados, lâminas, forros, molduras, 
ripas, caixotaria, estrutura de móveis, 
fósforo, lápis e carretéis. 
Pópulus Populus spp. PR, SC 4.020 4.030 Fósforos, partes de móveis, portas, 
marcenaria de interior, brinquedos, 
utensílios de cozinha. 
Outras (1) - - 1.870 2.740 - 
Total - - 469.030 472.050 - 
(1) Outras espécies: ipê-roxo, fava-arara, jatobá, mogno, acapu entre outras. 
 
 
A seguir um panorama da cadeia produtiva dos produtos florestais madeireiros e não 
madeireiros, conforme a ABRAF, 2010, na figura 1.11. 
 
 1.14 
 
 
Figura 1.14 – Fluxo da cadeia produtiva dos produtos florestais madeireiros e não 
madeireiros. Fonte: ABRAF, 2010. 
 
A fig. 1.11 foi baseada no trabalho de Vieira, L. Setor florestal em Minas Gerais: 
caracterização e dimensionamento. Belo Horizonte – UFMG. 2004. Na mesma figura, o 
termo PMS (produtos de madeira sólida) se refere à produtos como madeira serrada, 
compensado e lâminas. O termo PMVA (produtos de maior valor agregado) se refere à 
 1.15 
 
produtos como portas, janelas, molduras, pisos, decks, dormentes, etc. 
 
A situação das florestas plantadas de eucalipto e pinus no Brasil, segundo a ABRAF, 
considerando a distribuição por estados produtores na fig. 1.12. 
 
 
Figura 1.15 – Distribuição da área de florestas plantadas com eucalipto e pinus das 
associadas individuais da ABRAF por estado em 2009. 
 
O consumo de madeira em toras no período de 2009 está representado na fig. 1.13. 
 
 
 
Figura 1.13 – Participação do consumo de madeira em tora de florestas plantadas por 
segmento. Fonte: ABRAF Anuário 2009.