Aula 08- Madeira (1)

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Materiais de construção civil
Anastácia E. F. Santos, D. Sc.
Madeira e materiais derivados
A madeira possui diversas propriedades que a tornam atraente em relação a outros materiais. Entre essas propriedades, podemos destacar o baixo consumo de energia para processamentos, alta resistência, bom isolamento térmico e elétrico, além de ser um material de fácil trabalhabilidade, seja manualmente ou através de máquinas.
Madeira e materiais derivados
A madeira é um material produzido por tecidos de plantas lenhosas e tem função de sustentação mecânica, sendo o principal produto mercantil florestal. Em relação à análise química da madeira, ela é heterogênea, sendo constituída por três principais elementos: celulose, hemicelulose e lignina, sendo a maior parte de celulose (em torno de 50% e os demais componentes em menor quantidade, aqueles chamados de extrativos, encontrados na casca das árvores (terpenos, óleos, graxas e corantes). 
Madeira e materiais derivados
Na construção civil, o uso da madeira é feito de forma temporária, no caso de escoramentos, fôrmas, andaimes, e de forma definitiva em estruturas de coberturas, esquadrias, forros, pisos e casa pré-fabricadas. A figura apresenta essas principais aplicações.
Madeira e materiais derivados
 Ex: O maior edifício feito de madeira é a Igreja Ortodoxa na Rússia, em Kizhi Pogost, conforme a figura, construída há mais de 150 anos totalmente em madeira, sem utilização de pregos de ferro ou placas metálicas.
http://infotec-civil.blogspot.com/2013/07/kizhi-pogost-o-maior-edificio-feito-de.html
Vantagens da utilização da madeira na construção civil
Como a madeira é um material que está disponível na natureza e tem capacidade de renovação, seu custo de extração e processamento é relativamente baixo. Em relação à resistência, a madeira apresenta boa resistência mecânica para esforços de tração, compressão e flexão, além disso, tem boa absorção a impactos, resistindo a choque a às cargas dinâmicas.
Devido à sua composição, seu peso próprio é baixo (comparado à resistência mecânica), possui boa trabalhabilidade, boa absorção acústica e isolamento térmico e uma vida útil longa com baixo custo de manutenção.
Vantagens da utilização da madeira na construção civil
São desdobráveis em peças menores;
Utilização de ferramentas simples e são reempregadas;
Permitem fáceis ligações e emendas;
Apresenta uma infinidade de padrões estéticos e decorativos.
Restrições de aplicação da madeira na construção civil
Algumas das restrições da aplicação da maneira na construção estão relacionadas ao processo de transformação da madeira, como, a falta de tratamentos, secagem insuficiente e outras restrições relacionadas à própria característica de constituição da madeira, das quais se pode citar.
Inflamável e biodegradável;
Material orgânico: em determinados ambientes ou dependendo do tratamento a madeira pode se deteriorar;
Dependendo da aplicação, as dimensões podem ser limitadas.
Restrições de aplicação da madeira na construção civil
A degradação de suas propriedades e o surgimento de tensões internas, decorrentes de alterações em sua umidade, anulados pelos processos de secagem artificial controlada;
A deterioração, quando em ambientes que favoreçam o desenvolvimento de seus principais predadores, contornada com os tratamentos de preservação;
A marcante heterogeneidade e anisotropia próprias de sua constituição fibrosa orientada, assim como a limitação de suas dimensões, resolvidas pelos processos de transformação nos laminados, contraplacados e aglomerados de madeira.
A madeira pode participar, provisória ou definitivamente, em todas as partes de uma construção, desde fundações, estrutura, pavimentos vedações e revestimentos, até a cobertura. É um material de construção tecnicamente adequado e economicamente competitivo para todas as obras de engenharia, desde lastro de vias férreas até galerias, torres, pontes e estruturas de coberturas em grandes vãos. 
Importância
Restrições de aplicação da madeira na construção civil
Para um melhor entendimento sobre a aplicação da madeira na construção civil, é importante conhecer sua anatomia. O tronco de uma árvore é formado por partes bem caracterizadas. 
Casca: tem a função de proteger contra agentes externos. A parte interna, conduz a seiva elaborada das folhas para o tronco. A parte externa da casca é morta, chamada cortiça. Esta parte não tem utilidade como material de construção, porém, pode ser aproveitada como material termoacústico e acabamento.
Câmbio: é formado por tecido vivo, sendo responsável pelo crescimento dos anéis. É a camada invisível a olho nu, que se situa entre a casca e o lenho.
Anel de crescimento: é a camada de tecido lenhoso formada anualmente e permite caracterizar as direções de crescimento do material, podendo ser: axial, seguindo o eixo da árvore; tangencial, tangente aos anéis; ou radial, normal aos mesmos.
Lenho: é o núcleo do tronco, sendo a parte mais resistente da árvore. Desta forma é a parte interessante para ser utilizada como material de construção civil. O lenho é constituído por duas partes: albumo e cerne.
Alburno: é a parte externa, constituída por células vivas. Tem a função de transportar a seiva e de oferecer resistência contra esforços externos.
Cerne: é a parte interna, constituída por células mortas, sendo menos sujeita ao ataque de insetos e fungos. Tem mais dureza, compacidade, peso e durabilidade que o alburno.
Medula: é a parte central do tronco da madeira. É uma estrutura mole, de cor escura, formada por tecido esponjoso. Não tem resistência mecânica nem durabilidade.
Defeitos da madeira
Os principais defeitos que a madeira pode apresentar em relação ao próprio crescimento da árvore e exposição a ambientes de calor e umidade são:
Nós: são provenientes de galhos no momento em que a madeira é extraída, esses podem provocar a inclinação das fibras. As fibras longitudinais reduzem a resistência à tração da peça de madeira e, em alguns casos, no momento do corte os nós podem se desprender e resultar em buracos na peça;
Fendas: surgem no cerne do tronco e são oriundas da secagem regular, dependendo do tamanho da fenda, esta pode partir a seção do tronco em duas partes;
Defeitos da madeira
Gretas: são causadas pelas tensões internas do crescimento da árvore, ocasionadas pela ação do vento; as gretas provocam falhas no interior das peças causando a separação dos anéis;
Empenamento: é a deformação causada nas peças devido à exposição à umidade e ao calor, fazendo com que as peças se encurvem. No caso de encurvamento lateral, defini-se como abaulamento e, quando longitudinais, são definidas como arqueamento.
Produção da madeira
Em geral, o processo de produção da madeira passa por cinco fases: corte da árvore, toragem, falquejamento, desdobro e beneficiamento.
Corte da árvore
O corte deve ser realizado em épocas apropriadas, e geralmente acontece no inverno, pois nesta época as toras secam melhor e mais lentamente, o que evita o aparecimento de rachaduras ou fendas que são o meio de acesso para os agentes que deterioram a madeira.
Toragem
A toragem consiste no processo de retirada dos galhos do tronco e do corte em um tamanho adequado para que possa facilitar o transporte, geralmente em torno de 5 a 6 metros, nessa etapa também pode haver cortes e descascamento do tronco.
Falquejamento
Nessa etapa serão realizados os cortes longitudinais da madeira. Cada tora fica com uma seção de tamanho retangular, o que impede que haja tombamento no transporte, além de otimizar o espaço entre os troncos.
Desdobro
Consiste na etapa final para transformar o tronco em material da construção. São realizados os cortes das toras de madeira que podem ser feitos de duas maneiras: normal ou radial.
Desdobro normal: o corte é feito paralelo. Produz peças inteiras, lado do tronco. Este processo produz peças de menor qualidade, porém de menor custo de produção. As madeiras oriundas deste processo são utilizadas como peças decorativas, em função da sua grande variação dimensionale grandes defeitos de secagem.
Desdobro radial: o corte é feito na direção do raio. Este processo produz peças de maior qualidade, porém de maior custo de produção. As madeiras oriundas deste processo são utilizadas como elementos construtivos, em função do excelente desempenho estrutural, com baixa variabilidade dimensional e sem defeitos de secagem.
Beneficiamento
Após a serragem ou corte, a peça passa pelo processo de padronização de medidas, o beneficiamento é o processo de acabamento da peça para permitir seu uso aparente. O beneficiamento abrange a:
Secagem da madeira;
Preservação ou tratamento;
Madeira transformada.
As espécies de madeira mais utilizadas no Brasil são: ipê, peroba rosa, eucalipto, pinho, jatobá, maçaranduba, garapa, cumaru, aroeira e itaúba.
Propriedades físicas e mecânicas da madeira
Existem diversas espécies de madeira e, como ele não é um material homogêneo, o conhecimento de suas propriedades é importante para o melhor aproveitamento do material.
Tais ensaios de qualificação devem, necessariamente, levar em consideração todos os fatores de alteração das características do material, tanto os fatores naturais, decorrentes da própria natureza do material, como os fatores tecnológicos, decorrentes da técnica de execução dos ensaios.
Propriedades físicas e mecânicas da madeira
São fatores naturais de variação:
A espécie botânica da madeira: a estrutura anatômica e a constituição do tecido lenhoso, primeiro responsáveis pelo comportamento físico-mecânico do material, variam de espécie para espécie lenhosa. Daí fazer-se necessária a perfeita identificação botânica da espécie a ser qualificada;
 A massa específica do material: a massa específica aparente, peso por unidade de volume aparente do material, é um índice da distribuição ou concentração de material existente e resistente no tecido lenhoso. Está tão estreitamente relacionada às demais propriedades do material que é possível avaliá-las com um simples conhecimento dessa constante física: fórmulas de correlação, experimentalmente determinadas, relacionam as propriedades do material à sua massa específica aparente;
Propriedades físicas e mecânicas da madeira
A localização da peça no lenho: o resultado de qualquer ensaio sofrerá alterações conforme o corpo-de-prova for extraído do cerne, do alburno, próximo às raízes ou próximo à copa. Como já foi visto, são notáveis as alterações do tecido lenhoso e a massa específica aparente conforme as diferentes zonas do lenho;
A umidade: a madeira está constituída por fibras de paredes celulósicas hidrófilas. A impregnação de umidade determina profundas alterações nas propriedades do material. Assim, apresentará o máximo de resistência mecânica quando completamente seca, o mínimo quando completamente saturada e valores intermediários para diferentes teores de umidade entre esses dois extremos.
Propriedades físicas e mecânicas da madeira
São fatores tecnológicos de variação aqueles que decorrem do procedimento desenvolvido na execução dos ensaios de qualificação: forma e dimensões dos corpos-de-prova, orientação das solicitações em relação aos anéis de crescimento e velocidade de aplicação das cargas nas solicitações mecânicas. Esses fatores dizem respeito à distribuição de tensões internas nas peças, variável conforme sua forma e dimensões, e às respostas anisotrópicas do material decorrente de sua estrutura fibrosa orientada.
Propriedades físicas e mecânicas da madeira
Em relação às suas propriedades físicas, que são caracterizadas para seu emprego na construção civil, destaca-se a umidade, as alterações de dimensões causadas pelo ganho ou perda de água (retratibilidade). 
As propriedades mecânicas focam na avaliação da aptidão da madeira para suporte de solicitações mecânicas, quando usualmente são verificadas a resistência, rigidez e elasticidade. Essas propriedades serão apresentadas a seguir. 
Umidade
É necessário compreender como a água pode estar presente na madeira.
Água de constituição: está presente na combinação química dos tecidos lenhosos. Mesmo quando seca em estufa essa água não é retirada da madeira. 
Água de impregnação: representa a madeira úmida, seu inchamento que pode causar variação de volume; as paredes das células estão completamente saturadas.
Água livre: vai preencher os vazios celulares após as paredes das células estarem saturadas, a presença dessa água não provoca alteração do volume do material.
A umidade da madeira é o percentual de água contido em sua estrutura e sua determinação pode ser feita através da equação que segue; pode ser classificada, de acordo com sua umidade conforme a tabela.
Em que:
W = teor de umidade
Ph = peso da madeira
Os = peso da madeira seca em estufa
A madeira empregada deve ser a seca, com o teor de umidade em equilíbrio com o ambiente, essa secagem pode ser feita de forma natural ou artificial, sendo que a artificial tem seu processo acelerado e a temperatura e umidade podem ser controladas. Geralmente esse tipo de secagem traz às peças uma maior resistência mecânica e também a agentes de deterioração. Alguns defeitos podem surgir nas peças no caso de secagem inadequadas. A figura mostra as reações que as madeiras podem apresentar.
A importância em verificar a umidade da madeira deve-se ao fato de que uma madeira úmida sofre alterações de volume e dimensões (retratibilidade). Dependendo da finalidade do uso do elemento, a modificação de sua forma pode originar patologias (trincas, fissuras, rupturas, etc). Desta maneira, deve-se utilizar a madeira com teor de umidade adequado para cada tipo de aplicação.
Umidade
Variação dimensional: retratibilidade
A retratibilidade é a propriedade que a madeira tem de sofrer alterações de dimensões e volume quando o teor de umidade varia. Esse processo acontece através do inchamento ou da retração. Sua condição de uso deve atender aos locais que serão aplicados. A tabela mostra essa relação.
Propriedades mecânicas da madeira
Todas as características mecânicas do material estão estritamente relacionadas não só à anisotropia da madeira, mas também à sua heterogeneidade e à sua capacidade de absorver água; em última análise, à variedade, distribuição e concentração de seus principais constituintes celulares: fibras e traquídeos, vasos lenhosos, raios medulares e células parenquimáticas. Cada um desses elementos contribui de maneira diversa para a resistência mecânica às diferentes solicitações.
Propriedades mecânicas da madeira
Os feixes de fibras são os principais elementos de resistência mecânica do material. 
Quando os vazios das fibras são grandes, as madeiras são moles e pouco resistentes.
Quando as fibras são longas, os tecidos são mais ligados e é maior a resistência à flexão.
Uma grande concentração de fibras em feixes fortes confere ao lenho compacidade e rigidez; em fraca proporção e repartição regular, originam flexibilidade. 
Propriedades mecânicas da madeira
Os casos lenhosos e canais secretores constituem os principais vazios no tecido lenhoso e, portanto, pontos fracos de resistência mecânica.
Os raios medulares são, também, elementos de enfraquecimento: formam planos de menor resistência, ao longo dos quais, sob carga, podem desenvolver-se fendas e deslocamentos transversais de início de rupturas.
As células de parênquimas, pouco rígidas, dão à madeira plasticidade e permitem o jogo dos outros elementos, principalmente durante a secagem: bem distribuídas, evitam o aparecimento de fendas de secagem; em grandes massas, determinam rupturas prematuras.
Resistência mecânica
Resistência mecânica
Resistência mecânica
Fatores que influenciam as propriedades das madeiras:
Densidade;
Umidade;
Defeitos de secagem;
Defeitos de processamento;
Ataques biológicos: fungos, cupins e perfuradores.
Mesmo quando a madeira for aplicada em condições temporárias, como escoramentos, fôrmas e andaimes, é importante escolher bem a espécie e checar itens como dimensões, teor de umidade e existência de defeitos naturais ou causados pelo processamento.Defeitos de secagem
Provocados por efeitos de retratibilidade do material, quando perde sua umidade nos processos de secagem natural ou artificial. Compreendem as rachaduras, fendas, fendilhamentos e os empenamentos de abaulamento, arqueamento e encurvamento das peças, descritos a seguir.
A. Rachaduras: aberturas radiais de grande extensão no topo de toras ou peças, produzidas por agentes mecânicos ou más condições de secagem.
B. Fendas: Pequenas aberturas radiais do topo das peças resultantes da movimentação ou secagem.
C. Fendilhamento: pequenas aberturas ao longo das peças resultantes da secagem.
Defeitos de secagem
D. Abaulamento: empenamento no sentido da largura da peça, expresso pelo comprimento da flecha do arco respectivo. 
E. Curvatura: encurvamento longitudinal das peças provocado por operações de secagem ou defeitos de serragem.
F. Curvatura lateral: encurvamento lateral das peças.
Defeitos de produção
Compreendem as fraturas, rachaduras, fendas e machucaduras ocorridas no abate e derrubada das árvores, e os cantos esmagados, camadas de cortiça e fibras cortadas, introduzidas pelo desdobro e serragem das peças.
Os defeitos de produção são rigorosamente limitados nas especificações de qualidade do material, tanto para fins comerciais quanto para tecnológicos. O prejuízo causado pelos mesmos sobre a resistência das peças atende às mesmas considerações desenvolvidas para os defeitos naturais e de secagem. 
Defeitos de alteração
O ataque de predadores, fungos e insetos causa, muitas vezes, reduções consideráveis na seção resistente de peças estruturais. Tem ainda um efeito de reforço e agravamento dos demais defeitos preexistentes.
Pelo menos dois grandes inconvenientes recomendam sua exclusão em peças destinadas a estruturas: a impossibilidade de estimar-se, por inspeção visual, seu desenvolvimento e, mesmo se tomam medidas de profilaxia adequada, o risco de que um ataque incipiente ou debelado de início possa desenvolver- se de no futuro até comprometer a segurança.
A necessidade do tratamento de conservação em peças estruturais, contra o ataque de fungos e insetos, torna-se inevitável, na medida em que é irreversível a tendência para emprego de seções resistentes cada vez mais reduzidas, pela adoção de tensões de segurança mais elevadas e utilização de ligações mais eficientes. Resulta numa margem menor para aceitação de defeitos que se possam agravar com o tempo.
Madeira como material estrutural
MDF (médium density fibrebord): Placa de fibra de média densidade, mais conhecido como MDF, é um material uniforme, plano e denso, não possuindo nós.
OSB (oriented strand board): material composto por pequenas lascas de madeira orientadas em camadas cruzadas seguindo uma determinada direção, que lhe conferem alta resistência e rigidez. É um produto bastante usado na construção de edifícios de madeira, devido ao seu baixo custo e facilidade de aplicação.
A madeira como material estrutural geralmente se encontra em diferentes formas, tais como: 
madeira em tora, 
madeira serrada, 
madeira laminada colada, 
madeira compensada e 
madeira reconstituídas.
Madeiras para acabamento
Pode ser utilizada em forma de madeira maciça (sólida) e também como madeira reconstituída (produtos derivados de madeira).
Qualificações da madeira maciça para acabamento.
Aplicações de materiais de madeira e derivados na construção civil
Piso
Na construção civil utilizam-se diversos tipos de peças de madeira serrada e beneficiada em pisos (tacos, parquetes, tacões, tábuas corridas) como assoalhos domésticos. A madeira mais utilizada ou de referência é a peroba rosa (Aspidosperma polyneuron). As peças de madeira para este uso devem ser secas artificialmente em estufas, o armazenamento deve ser em local coberto e ventilado para evitar a ação da água. 
Aplicações de materiais de madeira e derivados na construção civil
Andaimes, escoramento e fôrmas para concreto
Na construção civil também se utilizam as peças de madeira serrada na forma de tábuas e pontaletes para serem empregados como andaimes, escoramento e fôrmas para concreto. A madeira mais utilizada é a pinho- do –paraná (Araucaria angustifólia). As peças de madeira com estes usos temporários devem ser madeiras comercialmente secas com 18 a 23% de umidade, o armazenamento deve também ser em local coberto e ventilado para evitar a ação da água. 
Aplicações de materiais de madeira e derivados na construção civil
Estrutura de cobertura
Para a cobertura da estrutura nas edificações são usadas peças de madeira serrada na forma de vigas, caibros, pranchas e tábuas. A madeira mais utilizada é a peroba rosa (Aspidosperma polyneuron). As peças de madeira com este uso devem ser madeiras secas ao ar. Desta maneira, devem-se comprar as peças com antecedência ao seu uso (de três a quatro meses) e armazená-la em local coberto, ventilado e apropriado para evitar a ação da água. Além disso, as peças devem estar sobre pontaletes de madeiras, sem contato com o solo. O local deve ter área com comprimento mínimo de 6,0 m para atender ao comprimento de comercialização.
Aplicações de materiais de madeira e derivados na construção civil
Forros, lambris e guarnições
Além de forros de gesso, é muito comum o uso de peças de madeira serrada e beneficiada, como forros, painéis, lambris e guarnições, nos quais a madeira mais utilizada é a madeira de imbuia (Ocotea porosa). As peças de madeira com estes usos devem ser madeira bem secas, com 10 a 12% de umidade, o armazenamento deve ser em local coberto e ventilado para evitar a ação da água.
Aplicações de materiais de madeira e derivados na construção civil
Esquadrias (portas e janelas)
Na construção civil utilizam-se as peças de madeira serrada e beneficiada, como portas, venezianas, caixilhos. A madeira mais utilizada é de pinho-do-paraná (Araucaria angustifólia), o armazenamento deve ser em local seguro e protegido da ação da água. Além disso, devem-se estoca-los na posição de utilização da peça (vertical ou horizontal) e sem peso em cima, a fim de proteger todo o material do empeno. É importante que as peças recebam tratamentos adequados (selantes, vernizes etc.) antes da sua aplicação local.
Aplicações de materiais de madeira e derivados na construção civil
Painéis de madeira
Os painéis surgiram com a necessidade de suprir algumas características da madeira maciça, como reduzir peso e custo, mantendo as propriedades da madeira. O desenvolvimento tecnológico no setor de painéis ocasionou o grande aumento de produtos, entre eles se destacam:
Compensado: utilizado para móveis, alambrados, divisórias de canteiro de obras etc.;
Chapas de fivra: a mais conhecida é o MDF – chapa de densidade média – aplicados em rodapés e pisos.
Cuidados com o armazenamento dos materiais de madeira
 Alguns cuidados devem ser observados para que a madeira não estrague no canteiro de obras. O ideal é que as madeiras para as estruturas sejam utilizadas rapidamente e, caso não seja possível sua armazenagem, devem ser empilhadas e separadas por sarrafos, sempre protegidas de intempéries. Caso contrário, a madeira pode sofrer com retratibilidade, ataques de agentes biológicos, impossibilitando ou comprometendo seu uso.