Caracteristicas da madeira

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Conhecer as propriedades físicas da madeira é de grande importância porque estas 
propriedades podem influenciar significativamente no desempenho e resistência da madeira 
utilizada estruturalmente. 
 
Podem-se destacar os seguintes fatores que influem nas características físicas da 
madeira: 
 
• Classificação botânica; 
• O solo e o clima da região de origem da árvore; 
• Fisiologia da árvore; 
• Anatomia do tecido lenhoso; 
• Variação da composição química. 
 
Devido a este grande número de variáveis que afetam as propriedades físicas da 
madeira, os valores indicativos das mesmas, obtidos em ensaios de laboratório, oscilam 
apresentando uma ampla dispersão, que pode ser adequadamente representada pela 
distribuição de Gauss. 
 
Entre as características físicas da madeira cujo conhecimento é importante para sua 
utilização como material de construção, destacam-se: 
 
 Anisotropia 
 Umidade 
 Retratibilidade (inchamento) 
 Resistência química 
 Densidade 
 Resistência ao fogo 
 Durabilidade natural 
 
Como mencionado no capítulo 1, a madeira é um material anisotrópico porque suas 
propriedades variam de acordo com a direção considerada. Porém, de maneira simplificada 
é considerada um material ortotrópico com três eixos perpendiculares entre si: longitudinal, 
radial e tangencial, como pode ser visto na figura 4.1. 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4.1 – Orientação das fibras da madeira 
Fonte: Calil Jr., C., et al. (2003) 
 
As diferenças das propriedades nas direções radial e tangencial são relativamente 
menores quando comparadas com a direção longitudinal tambem conhecida como axial. 
Comumente as propriedades da madeira são apresentadas, para utilização estrutural, 
somente no sentido paralelo às fibras da madeira (longitudinal) e no sentido perpendicular 
às fibras (radial e tangencial). 
 
 
ANISOTROPIA DA MADEIRA 
 
Diz-se de um corpo fisicamente homogêneo, mas cujos valores de certas 
propriedades físicas, mecânicas e químicas variam em todas as direções. Como uma 
simplificação para a avaliação das características da madeira, a mesma é considerada 
como material ortotrópico, ou seja, com 3 direções principais: longitudinal (axial), radial e 
tangencial, representadas na fig. 4.2. 
 
Figura 4.2 – Direções principais da madeira. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ASSIMETRIA DE PROPRIEDADES 
 
 Essa assimetria de propriedades, que também existe no concreto, porém não no 
aço, sugere que as propriedades da madeira sejam devidamente investigadas. A variação 
das propriedades deve-se, principalmente: 
 
Posição de origem na árvore: 
Maior resistência nas camadas inferiores do tronco e no cerne. 
 
Influência de defeitos: 
Nós, fendas, lenho de reação. 
 
Influência de umidade 
A resistência diminui até atingir o ponto de saturação das fibras de 30%, após este 
nível permanece constante. 
 
Influência de temperatura: 
A resistência se altera com a variação da temperatura. 
 
 
CAUSAS DA DETERIORAÇÃO 
 
Na maioria das espécies, a natureza biológica da madeira torna-a suscetível a agressões por fungos 
e insetos. 
 
DURABILIDADE 
 
A secagem, a preservação, o respeito a certas regras de concepção do material e a associação a 
outros materiais nos locais mais sujeitos aos ataques dos microorganismos, tornam as estruturas da 
madeira tão duráveis quanto às de aço ou de concreto. 
 
CONHECIMENTO 
 
Quando devidamente estudada e adequadamente empregada, respeitando-se a 
essência de sua estrutura interna, a madeira é um material estrutural de primeira qualidade, 
cujo emprego deverá crescer consideravelmente nos anos vindouros. 
 
 
 
 
A quantidade de água existente influi grandemente nas demais propriedades da 
madeira. Sabe-se que a árvore, enquanto viva e mesmo após o corte, possui significativo 
teor de umidade, que vai perdendo com o decorrer dos dias quando cortada. Inicialmente 
ocorre a perda de água de embebição ou água livre, contida no interior dos vasos ou 
traqueídes. A seguir, ocorre a evaporação da água de impregnação ou de constituição, 
contida nas paredes dos vasos, fibras e traqueídes. 
 
 
 
 
 
ÁGUA DE CONSTITUIÇÃO 
é a parte integrante da matéria lenhosa 
 
ÁGUA DE IMPREGNAÇÃO OU ADESÃO 
retida pelas membranas ou paredes de matéria lenhosa 
 
ÁGUA LIVRE ou água de embebição 
enche as fibras lenhosas, desaparece depois do abate ou corte da árvore;. 
 
A água de embebição pode circular livremente nos interstícios dos elementos 
anatômicos básicos. Sua evaporação é rápida, provocando tensões capilares elevadas, 
sem alterar, contudo, as dimensões das peças de madeira. 
 
A água de impregnação está ligada às cadeias de celulose através das pontes de 
hidrogênio. É de evaporação mais difícil e vagarosa, seguida de variações nas dimensões 
da peça. 
 
Da existência de duas formas de água no interior da madeira nasce o conceito de 
ponto de saturação que é a umidade abaixo da qual toda a água existente é de 
impregnação, essa umidade gira em torno de 33%, ver figura 4.3. 
 
Umidade Zero
Umidade de Equilíbrio
Ponto de Saturação das Fibras
Umidade na Árvore Viva
 
 
Figura 4.3 - Umidade da madeira 
 
Paralelamente, é definida a umidade de equilíbrio, que é o teor de umidade em que 
se estabiliza a madeira, depois de algum tempo em contato com o ar atmosférico. A 
umidade de equilíbrio é função da temperatura ambiente e da umidade relativa do ar. 
 
No Brasil, a umidade de equilíbrio varia entre 12 e 15%. A norma brasileira 
especifica a umidade de 12% como referência para a realização de ensaios e valores de 
resistência nos cálculos para fins de aplicação estrutural. 
 
 
 
 
 
 
 
A umidade deve ser determinada experimentalmente de acordo com a NBR 
7190/97. Para se ter uma ordem de grandeza da umidade, pode ser determinada através de 
aparelhos elétricos portáteis. 
 
 
 Define-se como teor de umidade (U) a relação: 
 
100 (4.1) 
Sendo: 
 = massa inicial úmida da madeira, em g. 
 = massa da madeira seca, em g. 
A umidade é determinada, experimentalmente, através de corpos de prova de seção 
transversal retangular, com dimensões nominais de 2,0 cm x 3,0 cm e comprimento, ao 
longo das fibras, de 5,0 cm, como indicadas na figura 4.4. 
 
Figura 4.4 - Corpo de prova para determinação da umidade da madeira. 
 
A madeira pode ser considerada, esquematicamente, como sendo composto pela 
massa compacta de madeira e volume de vazios que poderá estar parte com água e parte 
com ar ou cheia de água. 
 
Para a determinação da umidade, inicialmente, o corpo de prova úmido é pesado, 
determinando-se a massa inicial úmida com n% de umidade. Em seguida é colocado em 
uma estufa a temperatura constante de aproximadamente de 103º C ± 2º C e pesado a 
cada 6 horas, até que ocorra uma variação, entre duas medidas consecutivas, menor ou 
igual a 0,5% da última massa medida. Esta massa será considerada como massa seca da 
madeira, Aplicando a equação 4.1, obtém-se a umidade da madeira. 
 
 
Um dos medidores de umidade mais utilizado está mostrado na figura 4.5. Ele opera 
pelo princípio de alta freqüência. A medição da umidade é feita por intermédio da interação 
do conjunto de sensores, localizados na face superior do medidor. 
 
O processo, além de não danificar a madeira, permite medição rápida e segura 
sobre grandes superfícies. Pode inclusive ser usadoem peças com películas de 
 
 
 
 
acabamento, verniz ou plástico. 
 
Figura 4.5 - Aparelhos para medida e umidade 
 
 
A diminuição ou o aumento da quantidade de água de impregnação provoca, 
respectivamente, a aproximação ou o afastamento entre as cadeias de celulose. Quando há 
pouca água de impregnação as cadeias de celulose se aproximam umas das outras 
ocorrendo a retração da madeira. Com o aumento da água de impregnação, as cadeias de 
celulose se afastam causando o inchamento. 
 
Devido a anisotropia da madeira, as retrações ou inchamento ocorrem 
diferentemente segundo as direções radial, tangencial e axial da peça, figura 4.6. 
 
 
 
 
Figura 4.6 - Direções principais 
Fonte: Pfeil, W., Pfeil, M. (2003) 
 
 
 
 
 
 
As madeiras mais estáveis quanto as suas dimensões, rachaduras e empenamentos 
são as que apresentam menores valores para as retrações e menores diferenças entre as 
retrações nas três direções consideradas. (fig. 4.7). 
 
 
 
 
 
Figura 4.7 – Fendas de retração. Fonte: Propriedades da madeira. PUCRS. 
 
 
Em ordem decrescente de valores, encontra-se: 
 
 a retração tangencial com valores de até 10% de variação dimensional; 
 a retração radial com valores da ordem de 6% de variação dimensional; 
 a retração longitudinal com valores de 0,5% de variação dimensional. 
 
Na figura 4.8 é apresentado um gráfico de retração em função da umidade para 
eucalipto citriodora. Notar que variações de umidade acima do ponto de saturação (33%) 
não acarretam retrações nas peças. 
 
 
 
Figura 4.8 - Retração x Umidade. 
Fonte:HELLMEISTER, J. C. (1974) 
 
Num processo inverso, também pode ocorrer, o inchamento, que se dá quando a 
madeira fica exposta a condições de alta umidade e ao invés de perder água, ela absorve, 
provocando um aumento nas dimensões das peças. 
 
 
 
 
 
A diferença entre as retrações nas três direções: tangencial, radial e axial, explica a 
maior parte dos defeitos que ocorrem com a secagem da madeira, rachaduras e 
empenamentos. Dependendo da regularidade ou não da direção das fibras de certas 
espécies de madeira, os empenamentos são ainda mais acentuados, como mostrado na 
figura 4.9. 
 
 
Figura 4.9– Retração e distorção em peças de seções variadas afetadas pela 
direção dos anéis de crescimento. Fonte: Wood Handbook (1999) 
 
Os principais defeitos da madeira durante a secagem encontram-se esquematizados na 
figura 4.10. 
 
 
 
Figura 4.10 - Defeitos da madeira durante a secagem. 
Fonte: Calil Jr., C., et al. (2003) 
 
A estabilidade dimensional pode ser determinada experimentalmente. Os corpos de 
prova devem ser fabricados como indicados na figura 4.4 e devem conter umidade acima 
do ponto de saturação das fibras. Quando o teor de umidade estiver abaixo do ponto de 
Arqueamento 
Encurvamento 
Torcimento 
 
 
 
 
saturação das fibras, deve-se reumidificar o corpo de prova. Devem ser determinadas as 
distâncias entre os lados do corpo de prova durante os processos de secagem e de 
reumidificação, com precisão de 0,01 mm. As distâncias devem ser determinadas com pelo 
menos 3 medidas em cada lado do corpo de prova. 
 
As deformações específicas de retração, r, e de inchamento, i, são consideradas 
como índices de estabilidade dimensional e são determinadas, para cada uma das direções 
preferenciais, em função das respectivas dimensões da madeira saturada e seca, conforme 
equações 4.2 e 4.3.: 
 
100
1
11
1 , 100
2
22
2 , 100
3
33
3 (4.2) 
 
100
1
11
1 , 100
2
22
2 , 100
3
33
3 (4.3) 
 
A variação de volume é fornecida pela equação 4.4: 
100 (4.4) 
 
 
A madeira, em linhas gerais, apresenta boa resistência à ataques químicos. Em 
muitas indústrias é preferida em lugar de outros materiais que sofrem mais facilmente o 
ataque de agentes químicos. Em alguns casos, a madeira pode sofrer danos devidos ao 
ataque de ácidos ou bases fortes. 
 
O ataque das bases provoca aparecimento de manchas esbranquiçadas decorrentes 
da ação sobre a lignina e a hemicelulose da madeira. Os ácidos também atacam a madeira 
causando uma redução no seu peso e na sua resistência. 
 
 
Como as demais propriedades físicas da madeira, a densidade depende da espécie 
em estudo, do local de procedência da árvore, da localização do corpo de prova na tora e 
da umidade. O valor da densidade também oscila entre valores próximios aos valores 
médios da espécie. 
 
A NBR 7190 apresenta duas definições de densidade a serem utilizadas em 
estruturas de madeira. A densidade básica e a densidade aparente. 
 
 
A “densidade básica” é uma massa específica convencional definida pela razão 
entre a massa e o volume saturado, sendo dada por equação 3.5: 
 
 
 
 
 
 (4.5) 
Onde: 
ms = massa seca da madeira, em kg; 
Vsat = volume da madeira saturada, em metro cúbico. 
 
O volume saturado é determinado pelas dimensões finais do corpo de prova 
submerso em água até que atinja massa constante ou com o máximo uma variação de 
0,5% em relação à média anterior. 
 
A massa seca é determinada pelo mesmo procedimento apresentado quando a 
determinação da umidade. 
 
 
 
A densidade aparente é determinada em diversos corpos de prova de cada espécie 
a estudar, sendo a razão entre o peso do corpo de prova e o seu volume aparente, figura 
4.11. É um parâmetro importante quando se quer estimar a qualidade estrutural de 
determinada espécie de madeira. Quanto maior a densidade, melhor serão as suas 
características mecânicas. 
 
 (4.6) 
 
Onde: 
mi = massa inicial úmida em Kgf; 
Vi = volume de madeira úmida em metro cúbico. 
 
Figura 4.11 - Esquema para determinação da ap 
 
É evidente que o teor de umidade do corpo influi decididamente em sua densidade, 
por isso, a NBR 7190/97 define a densidade aparente à aquela determinada com teor de 
umidade de 12%. Entretanto pela dificuldade experimental, esta densidade é determinada a 
partir da densidade aparente úmida corrigida através do diagrama de Kollmann, figura 4.12. 
 
 
 
 
 
 
Figura 4.12 – Diagrama de Kollmann 
Fonte: Calil Jr., C., et al. (2003) 
 
 
 
Tradicionalmente a madeira é considerada um material de baixa resistência ao fogo. 
Isto se deve principalmente à falta de conhecimento da resistência de peças de madeira 
com dimensões estruturais quando colocada sob ação do fogo. Sendo bem dimensionada a 
madeira apresenta alta resistência ao fogo. 
 
Uma peça de madeira exposta ao fogo torna-se um combustível para a propagação 
das chamas. No entanto, com o tempo, uma camada mais externa da madeira se carboniza 
bloqueando as chamas. Só que, esta mesma camada que retém o calor, tendendo a 
 
 
 
 
propagar as chamas, auxilia na contenção do incêndio desprendendo-se da peça de 
madeira não afetada pelas chamas. Isto evita que toda a peça seja destruída. A proporção 
de madeira carbonizada com o tempo varia de acordo com a espécie e as condições de 
exposição ao fogo. Entre aporção carbonizada e a madeira sã encontra-se uma região 
intermediária afetada pelo fogo, mas não carbonizada, porção esta que não deve ser levada 
em consideração na resistência. 
 
Na figura 4.13, é mostrado o resultado de um ensaio de queima durante 15 minutos 
de exposição de uma única face ao incêndio padrão, em corpo de prova de madeira 
vinhático com dimensões de 15cm x 15cm x 15cm. 
 
 
 
Figura 4.13 – Resultado de ensaio de carbonização de corpo de prova de vinhático 
com uma face submetida a fogo durante 15 minutos. 
Fonte: Foto dos autores 
 
 
 
 
A durabilidade da madeira, com relação à biodeterioração, depende da espécie e 
das características anatômicas. Certas espécies apresentam alta resistência natural ao 
ataque biológico enquanto outras são menos resistentes. 
 
 
4.9.1 CAUSAS DA DETERIORAÇÃO 
 
 APODRECIMENTO 
Desenvolvimento de fungos e bactérias, devido a umidade da atmosfera e a 
temperatura do meio ambiente, quando a percentagem de umidade é superior a 
30% e as temperaturas forem superiores a 25oC ou 30oC. 
 
 
 
 
 
 
 AÇÃO DOS INSETOS 
carunchos e cupins 
 
 FOGO 
as peças maiores tem mais resistência, devido a uma camada de carvão mineral na 
superfície do tronco, que serve como isolante térmico. 
 
 AÇÕES MECÂNICAS 
- extração de pedaços do tronco; 
 
- diferença na durabilidade da madeira de acordo com a região da tora da qual a 
peça de madeira foi extraída (o cerne e o alburno apresentam características 
diferentes e o alburno sendo muito mais vulnerável ao ataque biológico). 
 
 AGENTES QUÍMICOS 
 
 AÇÃO DE FATORES NÃO BIOLÓGICOS COMO INTEMPERISMOS 
- chuva, neblina, sol, etc 
 
 
4.9.2 RESISTÊNCIA NATURAL AO ATAQUE DE MICROORGANISMOS, FUNGOS E 
XILÓFAGOS 
 
 Algumas madeiras brasileiras bastante utilizadas em estruturas (Ipê, Maçaranduba, 
Jatobá) demonstraram em ensaios de laboratório e na prática uma alta resistência 
ao ataque de microorganismos, fungos e xilófagos diversos. 
 
 Os ataques ocorrem quando as madeiras demostram sinais de apodrecimento e/ou 
são expostas ao intemperismo. Uma casca levantada ou ferida no curso das 
operações florestais deixa brechas por onde podem entrar esses agentes xilófagos. 
 
 As diversas espécies de madeira apresentam resistências variáveis aos fungos e 
insetos em função, por exemplo, da estação do ano. 
 
 Para espécies menos resistentes, o tratamento químico com produto eficaz é o único 
processo capaz de garantir a sanidade das toras. 
 
 
4.9.3 ESTRATÉGIAS PARA EVITAR OS ATAQUES DE XILÓFAGOS E PROTEGER 
CONTRA DETERIORAÇÃO 
 
 
 ALTERAÇÃO MECÂNICA 
 
 TRATAMENTO DE SOLO 
 
 USO DE ISCAS 
 
 SECAGEM DA MADEIRA 
 – de maneira natural ou artificialmente. 
 
 TRATAMENTO QUÍMICO DA MADEIRA 
 
 
 
 
 
- No caso das toras, pelas dimensões das peças, o único processo de tratamento 
possível é por aspersão de toda a superfície lateral e topo. 
 
- No caso de madeira desdobrada ou desenrolada, além da aspersão simples, 
podem-se usar processos de imersão com diferentes graus de automação ou 
aspersão em túneis de esteiras. 
 
 
 MEDIDAS PREVENTIVAS 
 
higiene geral dos canteiros e pátios de armazenagem, retirada rápida da madeira do 
meio infestado, que pode ser até a própria floresta, passando pelo tratamento 
profilático; 
 
 TRATAMENTO TEMPORÁRIO 
 
quando uma tora é serrada ou desenrolada, a madeira ainda está verde, acima do 
ponto de saturação das fibras e ainda suscetível ao ataque de fungos e insetos. 
Sendo assim, a madeira necessita de um Tratamento temporário até que ela passe 
por secagem ao ar livre ou em estufa e, finalmente, pelo processamento industrial 
definitivo. 
 
 
4.9.4 PROCESSOS DE PRESERVAÇÃO 
 
•Superficiais 
Depois da secagem, é aplicada com pincel ou imersão uma camada superficial de 
preservativo para inibir a passagem de insetos e fungos. 
 
•De Impregnação sem pressão 
A madeira é colocada imersa numa solução com preservativo a 100oC. A ação do 
preservativo é expelir o ar existente no interior da madeira, fazendo com que o produto seja 
absorvido pela pressão atmosférica. 
 
•De Impregnação com pressão 
Em grande quantidade de madeira são os mais eficientes. •A madeira é colocada numa 
câmara onde é feito o vácuo para remover o ar da madeira. O preservativo é introduzido 
sob pressão. 
 
Autoclave 
MADEIRA AUTOCLAVADA - • significa madeira obtida de florestas cultivadas e renováveis 
impregnada em unidades industriais (autoclaves) com um agente preservante, 
apresentando alta durabilidade, economia, segurança, versatilidade, fácil manutenção e 
garantia de qualidade. 
 
 
O tempo de garantia de proteção conferida pelos tratamentos da madeira é informado na 
tabela 4.1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tabela 3.1 - Tempo de garantia de proteção conferida pelos tratamentos da madeira 
Procedimento utilizado 
para aplicação 
Tempo de garantia Garantia 
Pincelamento 
 
2 a 5 anos de proteção Incluem filtro solar, ação 
fungicida e propriedade 
hidrorrepelente (retarda 
entrada de água na madeira 
e controla a saída da água). 
Imersão 
 
5 a 10 anos proteção 
Autoclave 
 
20 anos proteção 
 
 
4.9.5 DETALHES DE PROJETO PARA PROTEÇÃO DA MADEIRA 
 
 
Pode-se evitar o apodrecimento precoce da madeira com alguns detalhes de projeto, 
tais como: 
 
 Evitar pontos de condensação de água; 
 
 Aplicar impermeabilizantes nos encaixes e nos apoios; 
 
 Utilizar a madeira sempre 20 cm ou mais acima do solo; 
 
 Os telhados devem ter beirais maiores que 1 metro; 
 
 As calçadas laterais serão sempre inclinadas para evitar acúmulo de água 
junto às paredes ou alicerces; 
 
 Deixar espaço livre entre o assoalho e o solo para ventilação; 
 
 Deixar espaço livre entre o forro e a cobertura, também para ventilação; 
 
 Utilizar sempre madeira com garantia de secagem. 
 
 
DURABILIDADE ESTRUTURAL 
 
Depende de um projeto estrutural adequado. 
 
A madeira, assim como outros materiais de construção, sofre deterioração quando exposta 
a condições adversas. Adequadamente protegidas, a durabilidade das estruturas de 
madeira pode ser comprovada. Veja-se, por exemplo, o edifício de cinco andares no 
Templo Horyu-ji, mostrado na figura 4.14. 
 
 
 
 
 
 
Figura 4.14 – Pagode japonês – Templo de cinco pisos. 
Fonte: http://web-japan.org/nipponia/nipponia33/es/topic/index.html 
 
Alguns dos edifícios do templo Horyu-ji, apresentado na fig. 3.12 constituem as 
estruturas de madeira mais antigas do mundo. Muitos terremotos e tufões colocaram à 
prova sua estabilidade, porém se mantiveram igual como há 1300 anos. 
 
Qual a razão da durabilidade? 
 
1ª) Cada parte estrutural dos pagodes japoneses foi fabricada com madeira. Por ser 
flexível, a madeira absorve as tensões sísmicas. 
 
2ª) O tipo de estrutura complementa a flexibilidade da madeira: 
 
- os pisos se encontram fortemente unidos em juntas sem nenhum prego. 
- os templos de cinco pisos contam com cerca de mil juntas. 
- em caso de tremor as superfícies dos pisos se acomodam o que impede que a 
energia sísmica suba pela torre. 
 
Veja o esquema da estabilidade dos templos de cinco pisos de madeira na figura 
4.15. 
 
 
 
 
 
Figura 4.15 - Estabilidade dos templos de cinco pisos de madeira.3ª) Quando a terra treme cada piso (lâmina) oscila lentamente e independente uns 
dos outros. 
 
4º) Cada lâmina permite uma certa quantidade de oscilações em direções opostas e 
logo voltam ao equilíbrio. 
 
Em detalhes, vejamos o deslocamento das juntas, na fig. 4.16. 
 
 
Figura 4.16 – Deslocamento das juntas nos templos japoneses e 5 pisos. 
 
 
Apesar das vantagens evidentes da madeira, da sua já provada durabilidade e sua ampla 
utilização em países como Estados Unidos, Canadá e Japão, a madeira ainda é muito 
pouco utilizada nas construções brasileiras. 
 
Nota-se preconceito a respeito do uso da madeira como material estrutural e falta de 
informação da população em geral, apesar de abundância de matéria-prima e um déficit no 
setor da construção civil.