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Notas de aula Prof. Expedito Baracho Jr baracho@dcfl.ufrpe.br Março - 2012 2 CONTEÚDO Página 1. INTRODUÇÃO............................................................................................................................. 04 2. ORIGEM, EVOLUÇÃO E HISTÓRIA DA MADEIRA.................................................................... 04 O papel da madeira na história mundial....................................................................................... 05 3. GRUPOS VEGETAIS QUE PRODUZEM MADEIRA................................................................... 11 Divisão Gimnospermae................................................................................................................ 11 Divisão Angiospermae................................................................................................................. 11 4. ESTRUTURA MACROSCÓPICA DO TRONCO.......................................................................... 11 Córtex........................................................................................................................................... 11 Raios............................................................................................................................................ 12 Alburno......................................................................................................................................... 12 Cerne............................................................................................................................................ 12 Medula.......................................................................................................................................... 15 Anéis de crescimento................................................................................................................... 15 Câmbio......................................................................................................................................... 16 5. FISIOLOGIA DA ÁRVORE........................................................................................................... 16 Condução de líquidos nas árvores............................................................................................... 16 Crescimento................................................................................................................................. 16 Sustentação................................................................................................................................. 18 Armazenamento de substâncias nutritivas................................................................................... 18 6. PLANOS ANATÔMICOS DE CORTE.......................................................................................... 18 7. PROPRIEDADES SENSORIAIS DA MADEIRA.......................................................................... 18 Cor................................................................................................................................................ 18 Odor............................................................................................................................................. 19 Gosto............................................................................................................................................ 19 Grã............................................................................................................................................... 19 Textura......................................................................................................................................... 20 Brilho............................................................................................................................................ 21 Figura........................................................................................................................................... 21 Dureza.......................................................................................................................................... 21 8. PAREDE CELULAR..................................................................................................................... 21 Formação..................................................................................................................................... 21 Estrutura química......................................................................................................................... 22 Estrutura física............................................................................................................................. 24 Pontoações.................................................................................................................................. 26 Espessamentos especiais............................................................................................................ 27 9. ESTRUTURA ANATÔMICA DA MADEIRA.................................................................................. 27 Coníferas...................................................................................................................................... 27 Traqueóides axiais................................................................................................................... 27 Raios........................................................................................................................................ 28 Parênquimas axiais.................................................................................................................. 29 Traqueóides radiais.................................................................................................................. 30 Canais resiníferos.................................................................................................................... 30 Células epiteliais...................................................................................................................... 31 Traqueóides em séries verticais............................................................................................... 31 Folhosas....................................................................................................................................... 32 Vasos....................................................................................................................................... 32 Parênquima axial...................................................................................................................... 33 Fibras....................................................................................................................................... 36 Raios........................................................................................................................................ 36 3 Traqueóides vasculares e vasicêntricos.................................................................................. 38 Caracteres anatômicos especiais................................................................................................ 38 Canais celulares e intercelulares.............................................................................................38 Células oleíferas e mucilaginosas............................................................................................ 39 Inclusões.................................................................................................................................. 39 Floema incluso......................................................................................................................... 39 Estrutura estratificada.............................................................................................................. 39 Conteúdos vasculares.............................................................................................................. 40 Espessamento em espiral........................................................................................................ 40 Máculas medulares.................................................................................................................. 40 10. ANATOMIA FUNCIONAL E ECOLÓGICA DO XILEMA............................................................ 41 Eficiência condutiva...................................................................................................................... 41 Cavitação..................................................................................................................................... 43 Tendências ecológicas e evolutivas das características anatômicas.......................................... 46 11. VARIABILIDADE DA MADEIRA................................................................................................. 47 Madeira juvenil............................................................................................................................. 47 Taxa de crescimento.................................................................................................................... 48 Galhos.......................................................................................................................................... 48 Raízes.......................................................................................................................................... 48 12. RELAÇÃO ENTRE A ESTRUTURA ANATÔMICA DA MADEIRA COM SUAS PROPRIEDADES E COMPORTAMENTO TECNOLÓGICO..................................................... 48 Densidade e resistência mecânica............................................................................................. 48 Durabilidade natural................................................................................................................... 48 Permeabilidade.......................................................................................................................... 49 Trabalhabilidade......................................................................................................................... 49 Alteração dimensional................................................................................................................ 49 Colagem e revestimentos superficiais........................................................................................ 49 Polpa e papel............................................................................................................................. 49 Combustibilidade........................................................................................................................ 50 13. DEFEITOS DA MADEIRA.......................................................................................................... 50 Defeitos de secagem.................................................................................................................. 50 Empeno.................................................................................................................................. 51 Rachaduras............................................................................................................................ 51 Colapso.................................................................................................................................. 52 Endurecimento superficial...................................................................................................... 52 Defeitos na estrutura anatômica................................................................................................ 52 Nós......................................................................................................................................... 52 Lenho de reação.................................................................................................................... 53 Danos causados por esforços mecânicos.................................................................................. 54 Tensões de crescimento........................................................................................................ 54 Falhas de compressão........................................................................................................... 55 Aceboladura........................................................................................................................... 55 Bolsas de resina ou goma...................................................................................................... 55 Outros defeitos........................................................................................................................... 55 Esmoada................................................................................................................................ 55 14. MADEIRAS POTENCIALMENTE TÓXICAS.............................................................................. 55 15. PROCEDIMENTOS EM ANATOMIA DA MADEIRA.................................................................. 56 Aparelhagem e equipamentos................................................................................................... 56 Coleta, preparação e preservação de amostras de madeira..................................................... 56 Descrição dos caracteres gerais................................................................................................ 57 Descrição macroscópica............................................................................................................ 57 Descrição microscópica............................................................................................................. 59 Noções de microtécnica............................................................................................................. 61 16. BIBLIOGRAFIA.......................................................................................................................... 62 ______________________________________________________________________________________ * Capa: Mosaico de fotomicrografias de madeiras. Fonte: 4 ANATOMIA DA MADEIRA 1. INTRODUÇÃO A madeira ou xilema secundário é um organismo heterogêneo formado por um conjunto de células com propriedades especificas para desem- penhar as seguintes funções: condução da água; armazenamento e transformação de substâncias nutritivas; crescimento; suporte da árvore. A anatomia da madeira é o estudo dos diver sos tipos de células que compõem o lenho, suas funções, organização e peculiaridades estruturais com o objetivo de: conhecer a madeira visando um emprego correto; identificar espécies; predizer utilizações adequadas de acordo com as características da madeira; prever e compreendero comportamento da madei- ra no que diz respeito a sua utilização. Principais características da madeira: faz parte do nosso cotidiano seja sólida, painéis, compensados, mdf, fósforos, etc; é uma estrutura celular: possui condutores ± cilín- dricos a base de celulose e adesivo natural (ligni- na); é ortotrópica: apresenta 3 direções com proprieda- des distintas entre si; é higroscópica: adquire e perde umidade em fun- ção das variações de temperatura e umidade rela- tiva do ar; por ser biológica, é heterogênea e variável, apre- senta crescimento variável, possui nós, alburno e cerne; é biodegradável; é combustível; é durável na ausência de xilófagos; bom isolante térmico, mau condutora de calor. O tijolo conduz 6 vezes mais, o concreto 15, o aço 390, o alumínio 1700 vezes; é um excepcional material de construção: fácil de trabalhar com ferramentas simples, para massa igual é mais resistente que o aço na flexão (2,6:1), mais resistente ao impacto, absorve 9 vezes mais vibrações. Preferível ao aço e concreto nas cons- truções sujeitas a abalos sísmicos. 2. ORIGEM, EVOLUÇÃO E HISTÓRIA DA MADEI- RA Entre 3,8 e 3,5 bilhões de anos a vida surgiu no mar. De células simples incapazes de sintetizar o próprio alimento, com o decorrer do tempo torna- ram-se mais complexas e evoluíram para constituir colônias (algas). As mais próximas ao litoral eram arremessadas contra as rochas. Em resposta às pressões ambientais adversas, de alguma maneira encontraram soluções adaptativas ao novo ambi- ente. Os primeiros ancestrais das plantas terres- tres surgiram a partir de algas verdes aquáticas há 475 milhões de anos atrás. A lignina tem papel de- cisivo na adaptação dessas pioneiras à terra firme: ao enrijecer as paredes das células mantêm e esta- biliza verticalmente os novos seres e reforçam as paredes das células condutoras de água – outra adaptação fundamental para o desenvolvimento e estabelecimento em ambientes terrestres. As primeiras plantas com sistema condutor foram as pterydophitae, as gymnospermae (~ 360 milhões de anos) e as angiospermae (~ 125 milhões de anos), Figura 01. Figura 01. Ilustração de prováveis ecossistemas há 300 milhões de anos atrás. 5 2.1. O papel da madeira na história mundial A destruição das florestas no mundo é um dado preocupante em nossa época. Segundo a ONU cerca de 40 % das florestas da América Cen- tral foram destruídas entre 1950 e 1980 e durante o mesmo período, a África perdeu cerca de 23 % de suas florestas. Uma série de problemas ambientais associados ao desmatamento - entre elas graves inundações, degelo - acelerou a perda de solos, desertificação e diminuição da produtividade do solo. Esses problemas não são exclusivos do nosso tempo, pois vastas áreas da superfície da terra fo- ram despojadas de árvores muito antes. Fatos, mi- tos e histórias confirmam que civilizações e impérios passados, alguns já extintos, destruíam os recursos florestais e ocasionaram a escassez de madeira e, paradoxalmente, provocaram mudanças e avanços tecnológicos. Certamente a queima da madeira foi uma das primeiras e mais importantes contribuições desse material para o desenvolvimento da socieda- de. Próximo a Pequim, China, foi descoberto em uma caverna fragmentos de carvão datados de 400.000 anos, indicando que a madeira foi usada para aquecer, cozinhar ou ambos. No Egito antigo, as grandes embarcações feitas de cedro do Líbano, impulsionaram a expan- são egípcia ao garantir o suprimento da madeira, dispondo de cedro em larga escala. Uma embarca- ção da rainha Hatshepsut (1.500 a.C.), de aproxima- damente 95-140 x 35 m, foi capaz de transportar 1.500 t de blocos de granito através de 30 reboca- dores a remo. Há registros de blocos de ~ 29 m de comprimento e peso de ~ 323 t. No oriente médio há 3000 anos a.C. vastas extensões de florestas de cedro cobriam as mon- tanhas, desaparecendo por volta de 2000 anos atrás, conforme o Épico de Gilgamesh – uma Jorna- da florestal - a mais antiga saga registrada (~ 4700 anos atrás) pelo homem, na Mesopotâmia (atual Iraque). Essas florestas abasteciam os antigos rei- nos e impérios na construção de templos, palácios, navios e monumentos dentro de um massivo pro- grama de construção para demonstrar poder e ri- queza. Os fenícios (~ 3000 a.C.), potência marítima comercial e militar de então, utilizavam o cedro do Líbano na construção de suas embarcações e os exportavam para o Egito, contribuindo para o gran- de crescimento e prosperidade fenícia no comércio, navegação, artes e ofícios. Os fenícios e os egípci- os não foram os únicos a explorar o cedro do Liba- no. Os assírios, Nabucodonosor, os romanos, Rei David (da Babilônia), Herodes, os turcos (império otomano), os gregos, todos, indiscriminadamente, exploraram extensivamente os cedros. Os fragmen- tos remanescentes foram poupados simplesmente porque localizavam-se em locais de difícil acesso. Mais recentemente, na época dos descobri- mentos, a disponibilidade de madeira para constru- ção naval era primordial para a supremacia nos mares, seja devastando grandes áreas em alguns países europeus ou importando o material para construção de suas armadas. História da Madeira e da Anatomia da Madeira. Teofrasto, (372 - 287 a.C) (“o que tem eloquência divina"). Filósofo grego, nasceu em Éreso, na ilha de Lesbos. Pai da Botânica. Descreveu a olho nu a anatomia interna de troncos, raízes e galhos, tipos de madeiras e suas utilizações. Reconheceu a sequência normal de raízes, caule, galhos, folhas, flores e frutos nas árvores. As plantas são feitas de casca, madeira e medula. Leonardo da Vinci (1500) Cientista, pintor, inventor, engenheiro, matemático, botãnico italiano. “Ao observar seções de galhos, concluiu que o número de anéis de crescimento presentes correspondiam a idade e, de acordo com a sua espessura, quais foram os anos mais secos; dessa maneira, refletem os mundos aos quais pertencem: no norte da Itália são mais espessos do que no sul”. 6 Andrea Caesalpino (1519 – 1603) Filósofo italiano. Idealista iniciado no estudo da morfologia nas “almas” das plantas. Postulou canais para condução. Observou raízes sem medula. Hans e Zacharias Janssen (1590) Middelburg, Holanda. Construíram o primeiro microscópio, adap- tando duas lentes a um tubo. Robert Hooke (1635 – 1703) Matemático e Arquiteto Inglês. Observou vários objetos com a recém-inventada lente de aumento. Cunhou a expressão célula, do latim cela, em referência aos compartimentos observados em cortiça, na sua obra Micrographia, 1665. Anton van Leeuwenhoek (1632 – 1723) Pai da Microscopia. Pioneiro da anatomia da madeira. Degusta- dor de vinhos da cidade de Delft, Holanda e zelador da Prefeitura local. Polia lentes de vidro como hobby e as fixava em chapas móveis de metal, possibilitando regular o foco. Realizou inúmeros estudos minuciosos do lenho, casca e raízes de várias espécies. Descreveu vasos pontoados. 7 Marcello Malpighi (1628 – 1694) Físico e Professor Italiano. Pesquisou semelhanças entre as estruturas de animais e plantas. Usou a expressão elementos traqueais para designar as células condutoras, devido a semelhança com as traquéias dos insetos. Juntamente com Leeuwenhoek é reconhecido como um pioneiro no estudo anatômico da madeira, sendo responsável pelas primeirasdenominações técnicas do xilema. Descobriu os capilares (vasos) espiralados. Anatomia Plantarum, 1675. Nehemiah Grew (1641 – 1712) Físico Inglês. “Fundador da Anatomia das Plantas”. Classificação dos tecidos vegetais em dois “corpos” diferentes: partes lenhosas, cordas e fibras versus vasos, medula parênquima e polpa. Descreveu o crescimento secundário da casca e da madeira. The Anatomy of Plants, 1682. Cunhou a palavra vaso em referência aos capilares espiralados. "... Parênquima do capilar é a mesma coisa, quanto à sua conformação, que a espuma de cerveja ou de ovos é, como um líquido ..." Real e Imperial Academia de Mineração. Selmecbánya, Eslováquia. (1735) Curso de mineração e seleção, processamento e usos da madeira para minas. A expansão do ensino da madeira levou a criação da Academia Florestal em 1808. Primeiros livros sobre a madeira e suas propriedades. Uma edição de 1788 de Giovanni Antonio Scopoli denominou-se “Investigation of some wood species from the genus of spruce, of turpentine, of tar oil, or black or ship tar, of resin''. Henri-Louis Duhamel du Monceau (1700 – 1782) França. Arboricultor. “Investigou as causas da excentricidade das camadas lenhosas que se observam após o corte horizontal do tronco de uma árvore; a diferença de espessuras, a quantidade diversa de camadas, assim como a madeira formada no alburno” in: ‘P. Mortier, ed., Histoires de l'Académie Royale des Sciences Année 1737, avec les Mémoires de Mathématique & de Physique, pour la meme Année. Amsterdam: 171-191’. Denominou cambium à zona geradora gelatinosa na parte interna da casca. Johann Jakob Paul Moldenhawer (1766 – 1827) Botânico alemão. Demonstrou que cada célula tinha parede própria. Desenvolveu técnica de maceração. Cunhou a expressão feixe fibrovascular (para vasos, fibras e parênquimas). Johann Jakob Bernhardi (1774 – 1850) Médico e Botânico alemão. Descobriu espessamento circular nos vasos. Observou a parede primária e espessamentos espirala- dos. 8 Augustin-Pyramus de Candolle (1778 – 1841) Botânico. Genebra, Suíça. Propôs o emprego das características anatômicas da madeira para diferenciar espécies, aceito posteri- ormente pela comunidade científica. Ludolph Christian Treviranus 1779 – 1864 Naturalista alemão. Obsermvou o desenvolvimento de espessa- mentos espiralados no protoxilema. Propôs a hipótese na qual as células eram separadas individualmente por um espaço intercelular. Charles Babbage (1791 – 1871) Inglaterra. Inventor da calculadora. Investigou como os anéis de crescimento das árvores podiam fornecer informações sobre o ambiente passado; desenvolveu um rudimentar “esboço gráfico” do atualmente utilizado para datação dos anéis de crescimento. Theodor Hartig Robert Hartig (1805 – 1880) (1839 – 1901) Professores alemães de Ciência Florestal. Utilizou extensiva- mente os anéis de crescimento nas análises sobre a saúde e vigor das florestas alemãs; precursor da moderna prática silvicultural. Hugo von Mohl (1805 – 1872) Botânico alemão. Descreveu a relação das camadas primária e secundária da parede celular e a natureza das pontoações. Propôs a hipótese da natureza fibrosa da parede secundária das células. Twining, A.C. (1833) “Toda árvore possui um registro das estações do ano, durante todo período de seu crescimento... pode não ser infalível registro gráfico de estações passadas... pode atualmente revelar os meios de voltar o nosso conhecimento das estações do ano, com a idade das árvores mais antigas da floresta...” In: ‘On the growth of timber. American Journal of Science and Arts 24: 391-393’. 9 F. Freire Allemão, Custodio Alves Serrão, Ladisláu Netto e J. de Saldanha da Gama. (1867) Publicam “Breve noticia sobre a collecção das madeiras do Brasil apresentada na exposição internacional de 1867”. Rio de Janeiro, Typographia Nacional. 1867. 32 p. O livro faz uma sinopse de diversas madeiras brasileiras, desde o Rio Grande do Sul até o Amazonas, várias identificadas ora por nome vulgar, ora por nome científico, ou ambos, além de suas utilizações. André Pinto & José Rebouças Rebouças (1877) Engenheiros. Publicam “Ensaio de indice geral das madeiras do Brazil”. Rio de Janeiro, Typographia Nacional. 1374 p. Trata-se de três volumes com informações disponíveis na época das madeiras brasileiras, ocorrência, usos e, de algumas, do peso específico. Além de cientista e inventor entre outras aptidões, André Rebouças é um famoso personagem histórico de sua época, pela destacada e aguerrida luta contra a escravidão reinante e defensor da democracia rural. Karl Wilhelm von Nägeli (1817 -1891) Botânico suíço. Cunhou o termo xilema, do grego xylon, madeira. Jacob Kuechler (1823 - 1893) Alemão, estudou Engenharia Florestal e Civil. Imigrou para os EUA em 1847. Foi um dos fundadores da dendrocronologia. “... uma árvore contém o registro de sua história de vida, intimamente entrelaçada com a precipitação anual... postes de Carvalhos com 125 anos foram cruciais para a compreensão do passado climático do centro-sul dos Estados Unidos... notável repetição dos padrões dos anos secos e úmidos no registro do anel” (1859). Carl Gustav Sanio (1832 - 1891) Professor, Médico e Botânico alemão. Primeiro a observar e descrever o lenho de compressão das coníferas. Pioneiro no estudo de variabilidade da madeira, ao observar diferenças no tamanho dos traqueóides axiais do interior para o exterior, a diferentes alturas do tronco. Descreveu a origem e funções do câmbio e detalhes das pontoações areoladas. Jonh Muir (1838 – 1914) Naturalista americano. Realizou contagem de anéis de cresci- mento para determinar idade de árvores de sequóias gigantes. 10 Enos Mills (1838 – 1922) Naturalista americano. Também realizou contagem precisas de anéis de crescimento para conhecer a idade de imensas árvores de ponderosa pine. Instituto Federal Suíço de Tecnologia (1910) Inicio da pesquisa sobre anatomia da madeira, incluindo as propriedades básicas, tais como, resistência, estabilidade dimensional, durabilidade, densidade, relações de umidade e química da madeira e, aumento da vida útil da madeira através da secagem e tratamento. Estados Unidos (1910) Fundação do Forest Products Laboratory - FPL. Andrew Ellicott Douglass (1867 – 1962) Astrônomo americano. “Pai da Dendrocronologia”. Fundou os princípios básicos da moderna dendrocronologia. Entre os diversos trabalhos realizados, encontrou evidências dos ciclos de manchas solares em anéis de crescimento, abrindo um campo de investigação com aplicações em diversas ciências. Arthur de Miranda Bastos (1926) Botânico. Pioneiro da Anatomia da Madeira no Brasil. Tese de Formatura: “Estudo sobre algumas madeiras da amazônia, sob o ponto de vista da sua identificação e propriedades industriais”. Augusto Chevalier (1928) Convidado pela Escola Polytechnica de S. Paulo, ministrou diversas Conferências e aulas práticas de “technica operatoria empregada na identificação micrographica e aconselhou a organisação pelo nosso paiz de um Atlas micrographico para melhor conhecersuas madeiras exportaveis”. Fernando Romano Milanez (1930) Publica ”A estructura do lenho da embuia”. Serviço de Informa- ções do Ministerio da Agricultura, 1930. 12 p. José Aranha Pereira (1931) Engenheiro Agrônomo do Serviço Florestal de S. Paulo. Chefia “nova Secção no Laboratorio de Ensaios de Materiaes da Escola Polytechnica, dedicada a identificar as madeiras comercialmente exploradas ou susceptíveis de exploração”. 1931 Fundação da Associação Internacional de Anatomistas de madeira (IAWA). Entre os fundadores estão os anatomistas Arthur de Miranda Bastos e Fernando Romano Milanez. José Aranha Pereira (1933) Publica “Contribuição para a identificação micrographica das nos- sas madeiras”. Escola Polytechnica de São Paulo, Boletim n° 09. 165 p. Arthur de Miranda Bastos (1935) Publica “Os caracteres anatomicos das madeiras: sua variabili- dade, interpretação e descrição”. Rio de janeiro, Ministério da Agricultura. 30 p. 11 Arthur de Miranda Bastos & Fernando Romano Milanez (1936) Publicam “Glossário de termos usados em anatomia da madeira”. Rio de Janeiro, Ministério da Agricultura. 18 p. Arthur de Miranda Bastos, Fernando Romano Milanez, José Aranha Pereira, Lucas A. Tortorelli, Paulo Ferreira de Souza, Luiz Augusto de Oliveira e Paulo Campos Porto (1936) Realizam a “Primeira Reunião de Anatomistas da madeira” no Rio de Janeiro. Annaes dos trabalhos, resumos de teses, noticias, recomendacoes e conclusoes apresentados no evento foram publicados no Rodriguésia, Rio de Janeiro, v. 3, n. 11, dez./mar., 1937-38, p. 305-384. Calvino Mainieri (1937) Engenheiro Agrônomo. Desenvolveu estudos sobre anatomia da madeira e identificação das principais madeiras comerciais do Brasil. Década 1940 O advento da microscopia eletrônica de transmissão estimula a observação da estrutura e ultraestrutura da madeira. Edmund Schulman (1908 – 1958) Discípulo de Douglass. Entre os diversos trabalhos com anéis de crescimento, destaca-se a datação (na década de 1950) das ar- vores vivas mais antigas, as Bristlecone pine nas White Moutains, Califórnia; registraram-se indivíduos com mais de 4000 anos e, amostras remanescentes, de até 6000 anos. A pesquisa foi publi- cada no National Geographic Magazine, 1958. Pernambuco (1956) Nesse ano iniciaram-se as primeiras pesquisas com madeiras em nosso estado através da Escola de Engenharia da Universidade Federal de Pernambuco e a Divisão de Recursos Naturais da SUDENE com os professores Amaro José do Rêgo Pereira, José Maria Cabral de Vasconcelos, Sérgio Tavares e a pesquisadora Eroleide Jorge de Souza Tavares. Os estudos envolviam a anato- mia macro e microscópica das madeiras bem como suas proprie- dades físicas e mecânicas de amostras coletadas em Pernambu- co, Alagoas e Maranhão, resultando em vários trabalhos. Sérgio Tavares (1959) Engenheiro Agrônomo. Monografia “Madeiras do nordeste do brasil”. Recife, Universidade Rural de Pernambuco. 173 p. Sérgio Tavares (1959) Publica “Estudo sobre a anatomia do lenho de ‘Visgueiro’, Parkia pendula Benth” Recife, Instituto de Pesquisas Agronômicas de Pernambuco. Publicação 8. A.J. do Rêgo Pereira, J.M. Cabral de Vasconcelos, Sérgio Tavares (1960) Publicam “Caracteres botânicos e tecnológicos do ‘Camaçari’ (Caraipa densifolia Mart)”. R. Tecnologia. Rio de Janeiro, 2(4):80- 4, jul/dez. A.J. do Rêgo Pereira, J.M. Cabral de Vasconcelos, Sérgio Tavares (1961) Publicam “Estudo botânico, físico e mecânico das madeiras do nordeste”. R. Tecnologia. Rio de Janeiro, 3(6):52-80, jul/dez. Sérgio Tavares (1963) Publica “Catálogo das madeiras de pernambucol”. Recife, Inst. Tecnológ. Est. Pernambuco. Publicação 7. Sérgio Tavares (1963) Publica “Nota sobre o gênero Plathymenia Benth”. An. Acad. Bras. de Ciências, Rio de janeiro, 35(2):279-81 Sérgio Tavares (1965) Publica “Identificação e usos de madeiras da hileia maranhense”. Recife, SUDENE, Boletim de Recursos Naturais, 3 (1/4):129-47. 12 Eroleide Jorge de Souza Tavares (1967) Publica “Contribuição para o estudo da anatomia macro e micros- cópica de algumas madeiras do estado de alagoas”. Recife, R. do Clube de Eng. de Pernambuco, 13(28):25-32. Sérgio Tavares & Eroleide Tavares (1967) Publicam “Anatomia do lenho de Virola gardneri (DC) Warb” Recife, Instit. Tecnol. Pernambuco. Publicação 9. Sérgio Tavares et al. (1968) Publicam “Primeira contribuição para a identificação das madeiras de Alagoas.” Recife, Bol. Técn. da Secr. Viação e Obras Públ., 87:24-9.. A.J. do Rêgo Pereira, J.M. Cabral de Vasconcelos, Sérgio Tavares e Eroleide Tavares (1970) Publicam “Caracteres tecnológicos de 25 espécies de madeiras do nordeste do brasil”. Recife, SUDENE, B. Rec. Nat., 8(1/2)5- 148. Jan/dez. Mais dois trabalhos semelhantes, em 1976 e 1978, contemplam outras 30 madeiras. 3. GRUPOS VEGETAIS QUE PRODUZEM MADEIRA Duas grandes divisões são de interesse da anatomia da madeira por produzirem xilema secun- dário. Apresentando marcantes diferenças estrutu- rais, as gimnospermas e as angiospermas estão bo- tanicamente separadas em grupos distintos. 3.1. Divisão Gimnospermae As gimnospermas (surgiram entre 350 e 380 milhões de anos). As Coniferopsida, Cycadopsida, Taxopsida e Chlamydospermae são vulgarmente conhecidas como coníferas (softwood), porém as Coniferae constituem apenas um grupo dentro dessa divisão. Apresentam folhas geralmente com formato de escamas ou agulhas, geralmente pere- nes e resistentes aos invernos rigorosos. Possuem estróbilos unissexuais (cones). As sementes nuas, não são incluídas em ovários. Aproximadamente 675 espécies compõem essa divisão. São de clima frio de zonas tempera- das e frias, porém existem espécies tropicais. Como exemplos temos o Pinheiro do Paraná, Pinheiro bravo, Pinho, Cipreste, Sequoia e Cedro do Líbano. 3.2. Divisão Angiospermae Evoluíram de algum grupo das gimnosper- mas entre 90 e 130 milhões de anos atrás, sofrendo modificações celulares que conduziram a um siste- ma condutor mais eficiente. Compõem 90 % de toda a flora. Classe Dicotyledoneae São conhecidas como folhosas (hardwood). Apresentam flores comuns e sementes dentro de frutos, além de folhas comuns, largas, geralmente caducas. De sementes protegidas por carpelos, ao germinarem apresentam duas folhas ou cotilédones. Das milhares de espécies existentes, temos como exemplo a aroeira, pau d’arco, sucupira, cedro, mogno, pau Brasil, casuarina, brauna, freijó, etc. Além das diferenças botânicas assinaladas, a estrutura anatômica de suas madeiras é completa- mente distinta. 4. ESTRUTURA MACROSCÓPICA DO TRONCO Com exceção do câmbio e a maioria dos ra- ios, em um corte transversal de um tronco as seguin tes estruturas se destacam (Figura 02): Figura 02. Seção transversal típica de um tronco. 13 4.1. Córtex (L: cortex = casca) Porção mais externa do caule ou da raiz. É composta por uma camada exterior morta ou inativa (ritidoma) cuja espessura varia com a espécie e a idade, e, por uma camada interior viva (floema). Têm importância na identificação de espécies vivas e protege o tronco contra agentes do meio (varia- ções climáticas, ataque de fungos, fogo, resseca- mento e injúrias mecânicas). As cascas de algumas espécies são exploradas comercialmente, tais como a do carvalho na fabricação de cortiça (Fig. 03), acácia negra, barbatimão, angico vermelho, angico preto, angico branco, etc.,na produção de taninos. Enfim, em inúmeras outras utilizações, como alimen to para gado, extensores para colas, fármacos, perfumaria, etc. Figura 03. Árvore de Carvalho, produtora de cortiça. 4.2. Raios Originários das iniciais radiais do câmbio, tendo número e aspecto constante num mesmo gênero de árvores. Varia de uma a quinze células de largura e de algumas células a vários centíme- tros de altura. Porção de parênquima que percorre as linhas radiais cuja função é armazenar e transpor tar horizontalmente substâncias nutritivas. Suas célu las como as demais células parenquimáticas, pos- suem uma longevidade maior que a dos outros elementos anatômicos. Apresentam uma grande riqueza de detalhes quando observados nos cortes radial e tangencial, constituindo elementos importan tes na identificação de espécies. 4.3. Alburno (Latin alburnu = branco) Porção externa, funcional do xilema, geral- mente clara (Fig. 04). Possui células vivas e mortas. Tem como função principal a condução ascendente de água ou seiva bruta nas camadas externas próxi- mas ao câmbio; também armazena água e substân cias de reserva tais como amido, açucares, óleos e proteínas, e produz tecidos ou compostos defensi- vos em resposta as injúrias. Sua permeabilidade é facilitada pela presença de pontoações funcionais não incrustadas. Sua largura varia entre espécies e dentro da espécie devido a idade e fatores genéti- cos e ambientais. Há uma forte relação positiva en- tre a quantidade de alburno e a quantidade de fo- lhas na copa. Possui mecanismos de defesa ativo e passivo contra os xilófagos: o ativo é induzido por ataque ou ferimento e o passivo é produzido antes da infecção. Contêm poucos extrativos tóxicos e geralmente é susceptível ao apodrecimento. Aceita bem tratamentos com preservativos e para melho rar suas características tecnológicas. Figura 04. Diferentes tipos e proporções de alburno e cerne na madeira. A “zona de transição” entre alburno e cerne – não aparente em todas as espécies – é uma cama da estreita de coloração pálida, circundando regiões de cerne e injuriadas. Frequentemente a “zona de transição” possui células vivas, é destituída de ami- do, é impermeável a líquidos, umidade mais baixa que o alburno e algumas vezes também a do cerne. 4.4. Cerne É a camada interna e mais antiga do lenho, desprovida de células vivas e materiais de reserva. Em algumas espécies difere do alburno pela cor mais escura, baixa permeabilidade e ou aumento da durabilidade natural. Desempenha a função de man- ter a estrutura da árvore, incluindo mecanismo de defesa passiva contra os xilófagos, proveniente do acúmulo de extrativos. O volume do cerne é cumu- lativo, o de alburno não. Ou seja, a proporção de cerne aumenta com a idade. As células de suporte e condução morrem após alguns dias de formadas. As camadas internas perdem gradativamente sua atividade fisiológica e a atividade parenquimática gradualmente declina ao afastar-se do câmbio. Toxinas podem provocar a morte das células parenquimáticas. Este evento – a morte completa do parênquima – marca o início do processo de transformação do alburno para cerne, denominado cernificação. Ao morrerem as células parenquimáticas, as substâncias de reserva são em parte removidas ou polimerizam formando resinas, corantes, óleos, compostos fenólicos, taninos, gor- duras e outros químicos, que impregnam pontoa- ções e paredes ou deposita-se nos lumens das células proporcionando ao lenho durabilidade e co- loração. O resultado da alteração do alburno nesse processo recebe o nome de cerne. O início da cernificação varia entre as espé- cies. No eucalipto inicia-se aos 5 anos, nos pinus entre 14 e 20 anos e há espécies iniciando após os 80 anos ou mais. A velocidade do processo de cernificação também varia com a espécie. A resistência da madeira não é essencial- mente afetada pela cernificação, pois nenhuma célu 14 la é adicionada, retirada ou sofre modificação ana- tômica no processo. Considerando o tronco um cilindro, ocorrem elevadas tensões de compressão e tração nas ca- madas externas, donde pode se concluir que o cer- ne é menos importante que o alburno no suporte es- trutural. De fato, troncos ocos de árvores antigas persistem por vários anos. No entanto o alburno é insuficiente na sustentação dessas árvores e o cer- ne providencia a necessária resistência a compres- são: árvores ocas tombam quando a camada exter- na de madeira é inferior a 1 /3 do raio total. No entan- to, evidências demonstram que o cerne possui pou- ca ou mínima contribuição mecânica em espécies com alburno relativamente volumoso. Variação de cerne numa espécie ocorre devi do a idade da árvore, tratos silviculturais, vigor da árvore, estrutura anatômica, geadas, doenças, polui ção, taxa de crescimento, site, controle genético, etc. A cernificação não é inteiramente conheci- da, embora alguns eventos sejam evidentes (morte do parênquima e formação de extrativos) e outros, efêmeros. Entre as alterações observadas na cernifi cação da madeira, algumas não respondem suficien temente a variação dos modelos de formação do cerne. As modificações são as seguintes: · morte do parênquima · formação de extrativos · obstrução da pontoação · alteração no teor de umidade; ressecamento · degeneração dos núcleos dos parênquimas · decréscimo de substâncias nitrogenadas · produção e acúmulo de gases (etileno e CO2) · remoção ou acúmulo de nutrientes (K, Mg, Ca, etc) · redução dos compostos armazenados · atividade enzimática A cernificação é acompanhada de um au- mento no conteúdo e no acúmulo abrupto ou gradu- al de extrativos. Os extrativos formam-se na “zona de transição” ou no limite alburno/cerne a partir da disponibilidade de compostos locais e outros deloca dos desde o floema e alburno. Compostos fenólicos são produzidos e armazenados na “zona de transi- ção” ou seus precursores são estocados no alburno e depois transformados na “zona de transição”. Os extrativos podem impregnar a parede celular, iniciando na lamela média e, posteriormente, na parede secundária. Os extrativos estão localizados majoritariamente nos raios. Há evidências de ínti- mas associações químicas entre extrativos e com- ponentes estruturais da parede, porém a formação dos compostos do cerne difere do processo de lignificação. A quantidade de extrativos no cerne aumen- ta em direção ao alburno, consequentemente a ida- de da árvore influencia no conteúdo de extrativos. O baixo padrão quali e ou quantitativo de extrativos próximos a medula reflete a degradação dos mes- mos com o tempo ou no incremento da deposição com a idade. O exterior do cerne é mais durável na base da árvore e está associado com o decréscimo de extrativos em direção a medula e altura da copa. Madeira de reação possui quantidades mais baixas de extrativos em comparação à normal. A presença de extrativos no cerne pro- voca: · redução da permeabilidade: a secagem é lenta e di ficulta a impregnação com preservantes químicos; · aumento da estabilidade dimensional em condi- ções de umidade variável; · aumento ligeiramente o peso; · toxidez nos organismos xilófagos, aumentando a durabilidade da madeira; · consumo de mais químicos no branqueamento da polpa de celulose; · corrosão de metais (taninos); · interferência na aplicação de tintas, vernizes e co- las · coloração agradável. Em algumas folhosas, associada a for- mação do cerne, observa-se a ocorrência de tiloses, obstrução dos lumens dos vasos por tilos (Fig. 05). Tilos são expansões de células parenquimáticas que penetram nos vasos adjacentes através das pontoações, podendo obstruir oslumens total ou parcialmente, além do fechamento das pontoações; formam-se quando a pressão no lúmen do parên- quima projeta sua parede para o interior da cavida- de do vaso. Os tilos são esféricos ou angulares, com paredes finas ou espessas, pontoadas ou não e conter ou não amido, cristais ou gomo-resinas. Ti- los esclerosados apresentam parede espessa, lami- nada e lignificada, com pontoações simples coales- centes. Figura 05. Vasos invadidos por tilos. As tiloses integram a estratégia de defesa da árvore ao reduzir a quantidade de ar e umidade, dificultar a proliferação de xilófagos pelos vasos e permitir o acúmulo de extrativos, evitando serem diluídos pelo fluxo da transpiração. 15 Ferimentos externos podem estimular a formação de tilos visando bloquear a penetração de ar na coluna ascendente de líquidos, como também a degradação das membranas das pontoações por fungos. Excepcionalmente, tilos podem ser observa- dos em fibras com pontoações grandes (algumas lauráceas e Magnoliáceas). Nas folhosas, o fator determinante da perme abilidade da madeira é a presença ou não de tilo- ses. Os tilos são importantes na identificação e prin- cipalmente na utilização da madeira, por aumenta- rem a densidade dentro de certos limites e dificulta- rem a secagem, a impregnação com preservantes ou estabilizantes químicos e a infiltração de licores na polpação pois obstruem os caminhos naturais da circulação de líquidos. Tilos são também encontra- dos em coníferas: ocorrem nos traqueóides axiais de espécies que apresentam pontoações do campo de cruzamento fenestriforme, resultado de injúrias mecânicas, infecções ou estímulo químico. É comum encontrar no cerne das coníferas, canais resiníferos obstruídos pela dilatação das células epiteliais que o circundam, fenômeno conhe- cido por tilosóide. Em conseqüência, a resina é expelida dos mesmos, impregnando os tecidos adjacentes. Pontoações areoladas são conexões entre células condutoras do xilema. Nas coníferas e em algumas folhosas o centro da membrana da pontoa- ção possui um espessamento denominado torus (Fig. 06 e 07). Torus vem a ser o engrossamento da parede primária no centro da circulação, formando uma espécie de pastilha achatada que funciona co- mo válvula, regulando o fluxo de líquidos através da pontoação. Quando o torus torna-se mais ou me- nos inativo move-se para um dos lados da ponto- ação, esta é dita aspirada e, o torus muitas vezes encontra-se irreversivelmente aderido por extrativos (Fig. 08). Esta posição bloqueia a passagem e a circulação de líquidos. A aspiração aumenta em dire ção ao cerne. Embora ocorra no cerne, pontoações aspi radas podem acontecer no alburno, constituindo um recurso da árvore para impedir a penetração de ar na coluna ascendente de líquidos em caso de ferimento. Independente da aspiração, pontoações também são incrustadas por extrativos, obstruindo- as. Pontoações aspiradas e ou incrustadas, caracte ristica do cerne, reduz o movimento de fungos e a umidade na madeira, presumidamente criando con- dições menos propícias à degradação.; Quando o cerne não se destaca do alburno pela coloração mais intensa, pode existir fisiologica- mente. Neste caso, é chamado de cerne fisiológico. Existem espécies com ausência absoluta de cerne. 4.5. Medula Parênquima que ocupa a parte central do tronco. Tem a função de armazenar substâncias nu- tritivas. Seu papel é especialmente importante nas plantas jovens, onde pode participar também da con dução ascendente de líquidos. A coloração, forma e tamanho, principalmente nas folhosas, são variá- veis. É susceptível ao ataque de xilófagos. Figura 06. Pontoação areolada: a – funcional, permite a passagem de líquidos (seta); b – aspirada, to- rus obstrui a circulação de fluidos; c – Vista frontal do torus no centro do margo. Figura 07. Pontoações intervasculares com torus (setas). Figura 08. Pontoações areoladas, funcional e aspirada. 4.6. Anéis de crescimento Nas seções transversais do caule, as camadas resultantes da atividade cambial aparecem em forma de anéis. Em zonas de clima temperado os anéis representam os incrementos anuais das árvores (Fig. 09). Permitem: estimar a idade da árvore; saber se a árvore possui incremento rápido (anéis bem espaçados) ou lento (pequeno espaço entre anéis) e, saber quais anos foram favoráveis (espaços maio- res), quais os desfavoráveis (espaços menores). As folhosas tropicais apresentam mais de um período de crescimento por ano (representam os períodos de seca e de chuva) e não há demarcação indicando o início ou o fim das sucessivas camadas, não mostrando anéis bem definidos. Inversamente, folhosas de regiões secas, como por exemplo o semi-árido nordestino, em virtude de seca prolonga- 16 Figura 09. Anéis de crescimento em coníferas. da podem produzir uma única camada de crescimen to em vários anos. O anel de crescimento é constituído por dois tipos de lenho (Fig. 09 e 10): Lenho inicial - apresenta elementos anatômicos me nores, paredes celulares finas, lumens grandes, nu merosas pontoações gran des, madeira macia, de menor densidade e resis- sistência, mais acessível à água e mais clara. Lenho tardio - elementos anatômicos maiores, pare des celulares espessas, lumens pequenos, poucas pontoações pequenas, ma deira dura, de maior densidade e resistência, menos permeável e mais escura. Possuem vários Figura 10. Traqueóides axiais. À esquerda, do lenho inicial; à direita, do lenho tardio. graus de nitidez que dependem da espécie e das condições de crescimento da planta, devido a dife- rença entre o lenho produzido no início e aquele produzido no fim do período de crescimento A largura dos anéis de crescimento varia de espécie para espécie, na mesma espécie e a dife- rentes alturas da árvore. As proporções entre os lenhos inicial e tardio não são necessariamente as mesmas para anéis de larguras idênticas. As duas zonas variam independentemente. % máxima de lenho inicial na altura da copa, dimi- nuindo em direção a base; % máxima de lenho tardio na base do caule. Em madeiras de folhosas, os anéis de cresci mento podem destacar-se por determinadas caracte rísticas anatômicas (Fig. 11), explicadas a seguir. A) Presença de uma faixa de células parenquimá- ticas nos limites dos anéis de crescimento (parênqui Figura 11. Características anatômicas que destacam os anéis de crescimento em folhosas. ma marginal), que aparece macroscopicamente como uma linha tênue de tecido mais claro. Ex. Liriodendron tulipifera e Swietenia macrophylla. A) Alargamento dos raios nos limites dos anéis de crescimento. Ex. Liriodendron tulipifera e Balforodendron riedelianum. B) Concentração ou maior dimensão dos poros no início do período vegetativo (porosidade em anel). Ex. Cedrella fissilis. C) Espessamento diferencial das paredes das fi- bras de forma análoga ao que ocorre nas coníferas. Ex. Mimosa scabrella. D) Alteração no espaçamento das faixas tangen- ciais de um parênquima axial (reticulado ou escalari- forme). Este fenômeno vem acompanhado adicional mente por um menor número ou ausência de poros no lenho tardio. Ex. Cariniana decandra. Por qualquer razão, deficiências locais de auxinas, nutrição, secas ou chuvas intermitentes, geadas, ataque de pragas, etc., certas anomalias podem ocorrer no desenvolvimento normal do xile- 17 Figura 12. Falsos anéis de crescimento. ma, afetando o câmbioe, conseqüentemente, os anéis de crescimento. Nesses casos, há formação dos falsos anéis de crescimento (Fig. 12). São eles: Falsos anéis anuais - levam a superestimação da idade da árvore. São inteiramente inclusos nos limi- tes dos verdadeiros anéis e resultam de uma parada súbita no desenvolvimento normal do xilema, segui- da por uma reativação do crescimento, no mesmo período. Diferem dos anéis verdadeiros pela mar- gem externa menos definida do falso lenho tardio (Fig. 12.1). Anel descontínuo - o câmbio permanece dormente em uma ou mais regiões, não produzindo células. Em outras regiões ele continua em atividade, for- mando uma nova camada de crescimento que pare- ce encontrar-se com o lenho tardio do anel prece- dente, não havendo, nesse caso, a formação de um anel completo (Fig. 12.3.). Essa descontinuidade pode ser resultante de deficiências locais de auxina e ou nutrição ou ambas. Árvores antigas de copa assimétrica apresentam essa descontinuidade. Anéis anuais múltiplos - comuns nas árvores tro- picais e subtropicais que apresentam crescimento intermitente, sendo que, para cada novo fluxo de crescimento, há formação de um novo anel. Anéis de geada - geadas fortes depois de iniciado um período de crescimento prejudica a atividade cambial, formando anéis anormais. Compõe-se de uma parte interna com células mortas, devido aos efeitos da geada e, uma parte externa constituída de células irregulares, produzidas depois da geada. Devido a importância do estudo dos anéis de crescimento, várias técnicas para torná-los mais nítidos e avaliá-los foram desenvolvidas, embora nem sempre apresentem bons resultados: aplicação de corantes, imersão em ácido, exposição à chama do bico de Bunsen, medição da intensidade lumino- sa, aparelhos tateadores e exposição a raio x. O estudo dos anéis de crescimento pode nos fornecer, além da estimativa da idade da árvore, um registro histórico do passado climático da região, que é preservado nessas estruturas. 4.7. Câmbio É um tecido meristemático, isto é, apto a gerar novas células, constituído por uma camada de células entre o xilema e o floema. Permanece ativo durante toda a vida da árvore. A atividade cambial é bastante sensível às condições climáticas. Figura 13. Câmbio entre o floema e o xilema. À esquerda, conífera; à direita, folhosa. 5. FISIOLOGIA DA ÁRVORE 5.1. Condução de água nas árvores – a solução diluída de sais minerais – a seiva bruta – retirada do solo através das raízes e radículas, ascende pelos capilares na camada mais externa do alburno até as folhas (Fig. 14). Os traqueóides axiais nas coníferas e os vasos nas folhosas assumem após a morte, a condução ascendente de líquidos. A seiva bruta nas folhas é transformada – juntamente com o gás carbônico do ar sob ação da clorofila e da luz solar – em seiva elaborada (substâncias nutritivas como açucares, amidos, etc.) e descem pela parte interna da casca, designada de floema, até as raízes e radículas, promovendo a alimentação das células do câmbio, permitindo assim o crescimento e multipli- cação das mesmas. 5.2. Crescimento - Entre o córtex e o xilema há o câmbio, tecido meristemático constituído de células- mãe ou iniciais, vivas, que originam os elementos anatômicos que formam o lenho e a casca, provocando o incremento em diâmetro do tronco. O câmbio é constituído por uma camada com dois ti- pos de células-mãe (Fig. 15): iniciais fusiformes – originam os elementos celu- lares axiais do lenho e iniciais radiais – isodiamétricas na sua forma, pro- duzem os elementos celulares transversais do lenho. 18 Figura 14. Condução de água no lenho. Ocorrem dois tipos de divisão nas células cambiais (Fig. 16 e 17): Divisão periclinal - uma célula permanece inicial en quanto a outra é destinada ao xilema ou floema. Formam-se 2 a 6 células xilemáticas para cada flo- emática. Divisão anticlinal – a célula mãe fusiforme divide- se em duas e permanecem no câmbio acompa- nhando o incremento em circunferência do tronco. Divisões anticlinais verdadeiras resultam em célu- las de mesmo comprimento que as iniciais, apre- sentando madeiras com estrutura estratificada. Normalmente as iniciais radiais não pos- suem divisão anticlinal. No entanto, as árvores man- têm taxas uniformes entre iniciais fusiformes e radi- ais, de forma que o crescimento em diâmetro adicio- na novas iniciais radiais, mantendo a relação exis- tente. 5.3. Suporte – Realizada pelas células alongadas (Fig. 15) que constituem a maior parte do lenho: Folhosas – fibras (20 a 80 % da madeira). Figura 15. Diferentes tipos de células da madeira, derivadas das iniciais cambiais. 19 Figura 16. Esquema de divisão periclinal do câmbio para Figura 17. Esquema de divisão anticlinal do câmbio para o crescimento em diâmetro do tronco. o crescimento em circunferência do tronco: A – Divisão que origina uma estrutura normal; B e C – Divisão que origina uma uma estrutu- ra estratificada Coníferas – traqueóides axiais (até 95 % da made- ira). 5.4. Armazenamento de substâncias nutritivas - a transformação de seiva bruta em seiva elaborada ocorre nos órgãos clorofilados através do processo da fotossíntese. As substâncias não utilizadas pelas células como alimento são lentamente armazenadas no lenho pelos tecidos parenquimáticos: medula, raios e parênquima axial (Fig. 18). As fibras septa- das, vivas, “comportam-se” como parênquima e estocam amido (Fig. 19). Figura 18. Parênquima axial com grãos de amido. Figura 19. Fibras septadas com grãos de amido. 6. PLANOS ANATÔMICOS DE CORTE As propriedades físicas e mecânicas e a aparência da madeira se alteram conforme o senti- do em que é aplicada uma carga ou é observada, em conseqüência dos elementos anatômicos do lenho se encontrar diferentemente orientados e orga nizados segundo as direções dos planos de corte (Fig. 20): Transversal (X) – perpendicular ao eixo da árvo- re. Longitudinal radial (R) – acompanhando a dire- ção dos raios ou perpendicular aos anéis de crescimento. Longitudinal tangencial (T) – tangenciando as ca madas de crescimento ou perpendicular aos ra- ios. 7. PROPRIEDADES SENSORIAIS DA MADEIRA São as características da madeira capazes de impressionar os sentidos humanos. São as seguintes: 7.1. Cor Varia do quase branco ao negro, sendo de grande importância do ponto de vista decorativo. A coloração é resultante da deposição de corantes no interior da célula e na parede celular, tais como tani- nos, resinas, gomo-resinas, etc., depositados princi- palmente no cerne. Algumas são tóxicas aos fun- gos, insetos e brocas marinhas e, em geral, madei- ras escuras apresentam grande durabilidade, prin- cipalmente aquelas com elevado teor de taninos. Do ponto de vista da identificação de madei- ras a cor possui valor secundário, pois se altera com o teor de umidade e usualmente escurece quando exposta ao ar, em razão da oxidação dos componen tes químicos, provocada pela ação da luz e da temperatura. Geralmente madeiras leves e macias são mais claras que as pesadase duras. Substâncias corantes, quando presentes em elevadas concentrações, podem ser extraídas co- mercialmente e aplicadas na tintura de tecidos, cou- 20 Figura 20. Direções e planos anatômicos de corte. ros, etc., como p.ex., pau brasil, taiúva, pau campe- che, etc. 7.2. Odor Decorrente de substâncias voláteis deposi- tadas principalmente no cerne. Refere-se a madeira seca, pois diminui gradativamente mediante exposi- ção, mas pode ser realçado raspando, cortando ou umedecendo a madeira seca. Na confecção de em- balagens para chá e produtos alimentícios, a madei- ra deve ser inodora. No caso específico de charu- tos, o sabor melhora quando estes são acondiciona- dos em caixas de madeira de cedro. Na fabricação de móveis deve-se evitar madeiras de odor desa- gradável e nos móveis infantis devem ser inodoras. Como exemplos de madeira que apresentam odor característico têm o sassafrás, cedro rosa, pau rosa, cedro, sândalo, pau d’alho, amescla de cheiro, cere- jeira, angelim-pedra, preciosa, etc. O odor deve ser classificado em perceptível (característico, agradá- vel e desagradável) e imperceptível. 7.3. Gosto Evidente principalmente em madeiras ver- des ou recém-abatidas. O gosto e o cheiro são pro- priedades intimamente relacionadas por se origina- rem das mesmas substâncias. Madeiras com eleva- do teor de taninos possui sabor amargo. O gosto pode excluir a utilização da madeira para determinados fins, como embalagens para alimento, palitos de dente, de picolé e pirulitos, espetos, defumação de carnes, brinquedos para bebês, utensílios de cozinha, etc. As madeiras de marupá, angelim-amargoso, peroba rosa, cedro, etc., possuem sabor característico. Em todo caso, NÂO verificar o gosto da ma- deira, pois pode provocar reações alérgicas graves. 21 7.4. Grã Refere-se ao arranjo e direção dos elemen- tos anatômicos em relação ao eixo da árvore ou das peças individuais de madeira. Pode ser: Grã reta ou direita - os elementos anatômicos se dispõem mais ou menos paralelos ao eixo da árvore ou peça de madeira. facilita o desdobro, secagem, usina- Fig. 21. Grã reta ou direita. gem e acabamento contribui para a resistência da madeira reduz o desperdício não produz figuras ornamentais especiais Grã irregular - todos os elementos do lenho apre- sentam variações de inclinação em relação ao eixo da tora ou peça de madeira, afetando a resistência quando excessivo (Fig. 22 ). Pode ser: Figura 22. Grã irregular Grã espiral - os elementos anatômicos se- guem uma direção espiral ao longo do tronco (Fig. 23). A inclinação pode ser tanto para o lado direito Figura 23. Grã espiral no tronco e em peças individuais de madeira. como para o esquerdo e variar a diferentes altu- ras. Uma volta completa em torno do eixo da árvore em menos de 10 metros, a madeira apresenta limi- tções industriais, sobretudo como material de cons- trução. As peças de madeira retiradas de um tronco espiralado apresentam grã oblíqua. reduz a resistência da madeira dificulta a trabalhabilidade apresenta sérias deformações na secagem Grã entrecruzada - os elementos anatômi- cos são inclinados alternadamente para o lado direi- to e esquerdo. É uma forma modificada da grã espi- ral. As sucessivas camadas de crescimento são inclinadas em direções opostas (Fig. 24). apresenta deformações na secagem dificulta a trabalhabilidade produz figuras decorativas afeta a elasticidade e flexão estática Figura 24. Madeira com grã entrecruzada: Acima, super- fície quebrada; abaixo, superfície serrada. Grã ondulada - os elementos anatômicos axiais freqüentemente mudam de direção, apresen- tando-se como linhas onduladas regulares (Fig. 25). As superfícies axiais apresentam faixas claras e escuras alternadas entre si, de belo efeito decorati- vo. Apresenta superfície radial corrugada e efeito decorativo quando ocorre com grã entrecruzada, como p.ex., em imbuia. Grã inclinada, diagonal ou oblíqua - desvio angular dos elementos axiais em relação ao eixo 22 Figura 25. Madeira com grã ondulada. axial da peça. Proveniente de árvores com troncos excessivamente cônicos, espiralado, crescimento excêntrico, etc. afeta a resistência mecânica ocorrência de deformações na secagem 7.5. Textura Refere-se a impressão visual produzida pelas dimensões, distribuição e percentagem dos elementos constituintes do lenho. A textura pode ser: Folhosas: Grossa ou grosseira - madeiras com: poros gran- des e visíveis a olho nu (diâmetro tangencial > 300 m); raios muito largos e parênquima axial muito abundante. Não recebe bom acabamento. Ex: carvalho, sucupira, angelim, cerejeira, etc. Média - diâmetro tangencial dos poros de 100 a 300 m e parênquima axial visível ou invisível a olho nu. Fina - poros de pequenas dimensões (diâmetro tangencial < 100 m) e parênquima axial invisível a olho nu e ou escasso. Ex: pau marfim, pau amarelo, etc. Coníferas: refere-se a nitidez, espessura e regularidade das zonas de lenhos inicial e tardio dos anéis de crescimento. Pode ser: Grossa - contraste bem marcante entre as du- as zonas, apresentando anéis largos, com as- pecto heterogêneo. Ex. Pinus elliottii. Média - anéis de crescimento distintos e estreitos. Fina - contraste pouco evidente ou indistinto, a- presentando aspecto homogêneo. Ex: araucária, Podocarpus sp. 7.6. Brilho Refere-se a capacidade das paredes celula- res refletirem a luz incidente. A face radial é mais reluzente pelo efeito das faixas horizontais dos raios. A importância do brilho é de ordem estética, podendo ser acentuado artificialmente com polimen- tos e acabamentos superficiais. A madeira deve ser classificada como sem brilho e com brilho (acentua- do e moderado). O pau pombo e o amarelo vinhá- tico apresentam brilho. 7.7. Figura Descreve a aparência natural das faces da madeira resultado das várias características macros cópicas: cerne, alburno, cor, grã, anéis de cresci- mento, raios, além do plano de corte em si. É qual- quer característica inerente à madeira que se sobressai na superfície plana de uma peça, tirando sua uniformidade. Desenhos atraentes têm origem em certas anomalias como: grã irregular, galhos, troncos afor- quilhados, nós, crescimento excêntrico, deposições irregulares de corantes, etc. O conjunto de desenhos e alterações deco- rativas que a madeira apresenta, pode torná-la facil- mente distinta das demais. 7.8. Dureza Dificilmente contribui para a identificação da madeira. Característica subjetiva, pode ser avaliada grosseiramente pela impressão da unha ou pelo corte transversal com o auxílio de uma navalha. 8. PAREDE CELULAR A parede celular é um compartimento dinâ- mico que se modifica ao longo da vida da célula, constituindo uma rígida armação fibrilar com determi nadas funções no elemento anatômico: Resistência estrutural Determinar e manter a forma Controlar a expansão proporcionar estabilidade Regular o transporte Proteger contra xilófagos Armazenar alimento Atuar no crescimento e divisão Equilibrar a pressão osmótica Evitar perda de água. A compreensão das propriedades da parede celular inclui sua estrutura química e física, tais como: importância e estrutura da matrix de polissa- carídeos, a importânciae significado da lignina e glicoproteínas e o conhecimento de substâncias incrustantes como oligo e polissacarídeos de baixo peso molecular, enzimas e lipídeos. 8.1. Formação No processo de divisão cambial, a primeira camada de separação que surge entre as novas células adjacentes é a lamela média, constituída principalmente de pectinas, cuja função é unir as células umas às outras (Fig. 26). É a camada mais externa da célula. A esta camada, deposita-se, pos- teriormente para o interior da célula, microfibrilas de celulose em diversas orientações ao longo do eixo, constituindo a parede primária. Muito elástica e fle- xível, a parede primária expande durante o cresci- mento da célula até seu tamanho definitivo. Após essa etapa, deposita-se junto à parede primária microfibrilas de celulose, obedecendo orientações 23 que distingue três camadas distintas. Essas cama- das, designadas S1, S2 e S3 na seqüência crono- lógica de formação, constitui a parede secundária. Essa progressiva deposição de novas camadas engrossa a parede celular provocando a diminuição do diâmetro do lúmen. A característica mais notável da parede secundaria é a perda da elasticidade da célula. Nas camadas secundárias, as microfibrilas apresentam orientação quase paralela ao eixo prin- cipal da célula (S2) e quase perpendicular ao mesmo eixo (S1 e S3). Paralelamente à formação da parede secundária, inicia-se do exterior para o interior o processo de lignificação, que é muito intenso na lamela média e parede primária, fina- lizando com a completa formação da parede celular. Por outro lado, estudos indicam que a lignificação raramente ocorre na camada S3. Freqüentemente ao término do espessamento da parede, a célula morre. Figura 26. Estrutura simplificada da parede celular com as diversas camadas e orientação das microfibri- lãs de celulose. ML - lamela média; P – parede primária; S1, S2 e S3 – camadas da parede se- cundária. À esquerda, plano axial; à direita, plano transversal. A estrutura da parede primária é a mesma para quase todos os tipos de células e espécies, enquanto a parede secundária apresenta diferenças quanto ao tipo de célula e espécie. A estrutura da parede celular assemelha-se ao concreto reforçado: a armação interna de microfi- brilas de celulose – análogas aos vergalhões de aço – é embebida em uma substância amorfa, a matrix, constituída de lignina e hemiceluloses – equivalente ao cimento + areia. A combinação da celulose, hemiceluloses e lignina na construção da parede celular não está inteiramente esclarecida. Um resumo das teorias envolve: Cadeias paralelas de celulose unidas por pontes de hidrogênio formam microfibrilas. As microfibrilas estão ligadas à lignina através das hemiceluloses. A matriz de microfibrilas e adesivo (lignina + hemi- celuloses) formam progressivas camadas sobre a parede celular. Resumindo, a gênese da parede celular é caracterizada pelas etapas a seguir (Fig. 16 e 27): 1) Expansão – parede primária delgada, maleável, altamente deformável e baixa dureza, acompanha o aumento em tamanho (> 100 vezes) e even- tualmente em diâmetro da célula. 2) Espessamento – a deposição de microfibrilas na parede secundária altera a forma, espessura, ar- quitetura e composição química. 3) Lignificação – adição de lignina confere rigidez à parede e une as células umas as outras. 4) Morte – células de condução e suporte morrem dias após formadas, enquanto as parênquimati- cas vivem décadas em algumas espécies. Figura 27. Etapas da gênese da parede celular. Adaptado de Thibaut et al (2001) e Hertzberg et al (2001). 8.2. Estrutura química Celulose – É o mais abundante composto orgânico da natureza e principal constituinte estrutural da pa- rede celular. É um polissacarídeo que se apresenta como um polímero composto de cadeias lineares de unidades de glucose unidas covalentemente, seme- lhantes às contas de um colar (Fig. 28). Muito está- vel quimicamente e extremamente insolúvel. As pontes de hidrogênio são tão fortes entre as cadeias que a celulose não derrete, gaseifica; parte do gás queima, outra parte re-polimeriza como carvão. Possui elevada resistência à tração. Constitui uma armação tal qual uma concha envolvendo a célula, formando tanto o esqueleto da célula como da árvore. Figura 28. Celulose. Acima, estrutura química. Abaixo, uni dade básica (molécula) 24 Lignina – É o mais abundante antioxidante da natu- reza. Formada a partir da glucose através de intrin- cados trajetos químicos. Extremamente complexa, é constituída por unidades de fenilpropano. É um polí- mero aromático formando um sistema heterogêneo e ramificado sem nenhuma unidade repetidora. O sistema é isotrópico, amorfo, hidrofóbico e termo- plástico, isto é, amolece a altas temperaturas e en- durece quando esfria. As ligninas extraídas de folho- sas, coníferas e monocotiledôneas diferem na pro- porção e ligações. Todas as ligações são covalen- tes, constituindo uma rede molecular tridimensional, semelhante a uma rede de futebol. Portanto, a que- bra e reconstituição de fracas ligações entre molécu las como no complexo celulose-hemiceluloses não ocorre neste caso. A lignina presente na madeira, a protolignina, ao possuir ligações com as hemicelulo- ses incorpora impregnações recíprocas, portanto, difere da lignina isolada por quaisquer procedimen- tos, pois as ligações rompidas nos fragmentos resul- tantes são susceptíveis a reações de condensação. Conseqüentemente, a lignina constitui um sistema totalmente estável, ou seja, as ligações são irrever- síveis, sendo impossível a expansão da parede – e o crescimento da célula. Porém, Isto constitui uma desvantagem por tornar a parede celular inelástica e impossibilitar o isolamento da lignina com as técni- cas atuais. Há forte evidência de que a lignina é orienta da na parede celular, obedecendo um arranjo em camada ± tangencial (Fig. 29). Ou seja, a lignina é isotrópica para o material extraído da parede. Figura 29. Possível arranjo da lignina na direção tangencial. Adaptado de Salmén (2004). A lignina impermeabiliza as células condu- toras, impede a biodegradação e, ao conferir rigidez e resistência à compressão à parede celular, im- pede a flambagem das microfibrilas de celulose. Po- de substituir as pectinas. Hemiceluloses – Grupo de polissacarídeos ramifi cados, amorfos, muito hidrofílicos, altamente hidrata dos e formam géis. Abundante na parede primária. As hemiceluloses providenciam ligações por pontes de hidrogênio com a celulose e através de pontes de éster e éter com a lignina, permitindo a transfe- rência efetiva de tensões de cisalhamento. É quimi- camente similar a celulose e morfologicamente simi- lar a lignina. Algumas são solúveis em água. Sua função é incerta: há possibilidade de influenciar no teor de umidade da árvore viva. Estudos recentes indicam que as hemiceluloses orientam e determi- nam o tamanho das microfibrilas de celulose e im- pede o colapso das mesmas, como também regula a agregação das celuloses; determina ainda a orientação do crescimento e estabelece a forma fi- nal da célula; restringe a expansão da parede primá ria. Para amortecer a ação dos ventos nos troncos e galhos, a árvore necessita de um mecanismo para absorver essa energia; o cisalhamento e desliza- mento das hemiceluloses provavelmente atua nesse processo. Finalmente, há evidências de que entre as microfibrilas, as hemiceculoses
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