Guia Essencial: Propriedades, Processamento e Usos da Madeira

A Medula Tem Resistência Mecânica?

A medula é um tecido frouxo, mole e esponjoso, com baixa resistência mecânica.

Características Negativas da Madeira

• Alta variação das propriedades (mais de 30.000 espécies diferentes).
• Degradação das propriedades.
• Surgimento de tensões internas devido a alterações de sua umidade.
• Deterioração devido a predadores.
• Heterogeneidade (defeitos e imperfeições), anisotropia (estrutura fibrosa orientada) e limitação de suas dimensões.

Características Positivas da Madeira

• Resistência mecânica elevada com peso reduzido (baixa densidade).
• Resistência elevada a choques e esforços dinâmicos (tenacidade).
• Boas características de isolamento.
• Custo baixo de produção.

Diferenças entre Cerne e Alburno

O alburno (externo) é formado por células vivas e atuantes, enquanto o cerne (interno) é composto por células mortas e esclerosadas, possuindo maior densidade, resistência mecânica e durabilidade.

Partes do Tronco Usadas em Estruturas

Lenho

É a seção útil do tronco para obtenção de peças estruturais.

Raios Medulares

Amarram transversalmente as fibras, impedindo que elas trabalhem exageradamente frente às variações do teor de umidade, e também possuem efeito estético e decorativo.

Partes do Anel Anual de Crescimento

Lenho inicial e lenho tardio.

Folhosas vs. Resinosas: Durabilidade e Resistência

a) Folhosas são mais duráveis do que resinosas. (Verdadeiro)

b) Folhosas são menos resistentes do que resinosas. (Falso)

As folhosas são mais duráveis e mais resistentes do que as resinosas porque possuem um tipo especializado de célula para cada função: as fibras para a resistência mecânica, os vasos para a condução de nutrientes e o parênquima para o armazenamento de energia.

Microestrutura da Célula Lenhosa e Retratilidade

Uma célula lenhosa é composta por celulose, hemicelulose e lignina.

• A celulose é cristalina e grande, constituindo estruturas retas e alongadas, dispostas em cadeias.
• As hemiceluloses são pequenas e semicristalinas.
• A lignina é grande e amorfa, sendo impermeável, pouco elástica, com boa resistência mecânica e insensível à umidade e às temperaturas normais.

Composição da Parede Celular Lenhosa

As paredes das células lenhosas podem ser consideradas como um compósito com fibras. As fibras são constituídas por 100 a 2000 cadeias celulósicas, enquanto a matriz é composta por lignina e hemicelulose.

Obtenção e Uso de Pranchas Radiais

As pranchas radiais são obtidas pelo desdobramento das toras no sentido extremidade-centro.

Este processo não é amplamente utilizado em larga escala devido ao seu alto custo e às perdas elevadas de material.

Direções para Ensaios Físico-Mecânicos da Madeira

As três principais direções que devem ser especificadas durante os ensaios físico-mecânicos são: direção tangencial, direção radial e direção axial.

Melhores Meses para Corte de Árvores no Brasil

Os melhores meses para cortar árvores no Brasil são os meses de inverno (meses sem a letra “r”). Isso ocorre porque as toras secam mais lentamente, sem rachar ou fendilhar, e são menos atrativas a fungos e insetos por não conterem seiva descendente, o que melhora a durabilidade da madeira.

O que é Falquejamento?

O falquejamento é um processo no qual ocorre a retirada de quatro costaneiras das toras, seja a machado ou a serra, deixando a seção grosseiramente retangular.

Identificação Vulgar vs. Botânica de Espécies Lenhosas

A identificação vulgar é a primeira aproximação, identificando as características notáveis da espécie (configuração do tronco, da copa, textura da casca, aspecto das flores).

A identificação botânica baseia-se na coleta de elementos de identificação que serão confrontados em atlas de herbários, os quais contêm fotografias das espécies em diferentes estágios de crescimento e exemplares de folhas, frutos, flores e sementes, classificando a árvore pelo seu gênero e sua espécie.

Definições: Ponto de Saturação e Umidade ao Ar

a) Ponto de Saturação das Fibras (PSF)

Representa o teor de umidade da madeira quando ela é colocada em um ambiente com 100% de umidade. Fisicamente, pode ser visto como o teor de umidade da madeira quando as paredes das células estão totalmente saturadas em água de impregnação, sem que essa água extravase para os vazios capilares.

b) Teor de Umidade da Madeira Seca ao Ar

É o teor de umidade registrado quando se atinge o equilíbrio das tensões de vapor de água da madeira e do ambiente.

Ensaio de Retratilidade Linear e Suas Variações

a) Ensaio de Medida da Retratilidade Linear

Este ensaio é realizado com corpos de prova de 2 x 3 x 5 cm, perfeitamente orientados em relação à principal direção das fibras, onde cada dimensão corresponderá a uma das três direções principais. As variações nas medidas das dimensões dos corpos de prova são feitas quando os mesmos passam do estado saturado (verde) para secos em estufa, e do estado saturado para secos ao ar.

b) Diferença entre Retratilidade Transversal e Longitudinal

Para uma madeira dada, a retratilidade longitudinal medida foi de 0,3%, enquanto a retratilidade transversal (média entre retratilidade tangencial e radial) foi de 6%. Essa diferença ocorre devido à orientação das microfibras (aproximadamente 15°), fazendo com que a variação na dimensão axial seja a menor.

Importância do Teor de Umidade da Madeira

a) Por que conhecer o teor de umidade?

É importante conhecer o teor de umidade da madeira antes da aplicação porque a madeira varia suas dimensões de acordo com a umidade, podendo sofrer retração ou expansão.

b) Providências se o teor de umidade é desconhecido

Se o teor de umidade não for conhecido, é importante deixar que a madeira repouse antes da aplicação, para que entre em equilíbrio com o ambiente.

Teor de Umidade Ideal para Aplicações da Madeira

• a) Para uso em construções submersas: 23-30%
• b) Para uso em locais fechados e aquecidos: 8-10%
• c) Para uso em locais fechados e cobertos: 13-17%

Definições de Concentração e Coeficiente Volumétrico

a) Concentração Volumétrica Total (Ct)

É a variação percentual de volume quando a madeira passa do estado saturado (verde) para o estado de seca em estufa. Fórmula: Ct = (Vsat – V0) x 100 / Vsat

b) Concentração Volumétrica Parcial (Ch)

É a variação percentual de volume quando a madeira passa do estado saturado para seca ao ar. Fórmula: Ch = (Vsat – Vh) x 100 / Vsat

c) Coeficiente de Retratilidade Volumétrico (v)

É a variação percentual no volume para uma variação de 1% no teor de umidade da madeira. Fórmula: v = Ch / h (onde h = teor de umidade da madeira seca ao ar)

Como Atenuar os Efeitos da Retratilidade da Madeira

Os efeitos da retratilidade podem ser atenuados de três maneiras:

1. Emprego de peças de madeira com teores de umidade compatíveis com o ambiente.
2. Emprego do desdobro adequado.
3. Impregnação das peças com óleos e resinas impermeabilizantes.

Tipos de Água Presentes na Madeira

• Água livre: Encontra-se nos “tubos” e não faz parte de ligações químicas.
• Água de impregnação: Encontra-se entre as microfibras das paredes das células.
• Água de constituição: Encontra-se ligada quimicamente aos principais constituintes do material lenhoso por ligações covalentes.

Influência da Evaporação da Água na Madeira

Considerando uma madeira verde (50% de umidade) seca em estufa até atingir um teor de umidade de 8%, a influência da evaporação dos tipos de água é a seguinte:

a) Retratilidade no Sentido Longitudinal/Fibras

A saída da água livre não exerce influência na retratilidade longitudinal, enquanto a evaporação da água de impregnação é a responsável por tal fenômeno, que não é influenciado pela água de constituição (visto que esta nunca é eliminada por secagem).

b) Retratilidade no Sentido Transversal/Fibras

A saída da água livre não exerce influência na retratilidade transversal. A evaporação da água de impregnação causa uma maior retratilidade neste sentido, e a água de constituição não é eliminada por secagem.

(Nota: As influências sobre a resistência mecânica e a tenacidade não foram detalhadas na resposta original.)

Manifestações Patológicas da Retração/Inchamento

Algumas manifestações patológicas da retração ou inchamento de peças de madeira em serviço incluem:

• Perda de juntas.
• Folga nas conexões.
• Rachas na pintura.
• Flambagem.
• Delaminação de lâminas.

Resistividade Elétrica e Teor de Umidade da Madeira

Afirmação: A resistividade elétrica aumenta com o teor de umidade.

Resposta: Errado. A condutibilidade elétrica aumenta com o teor de umidade, o que ocorre devido à presença de sais condutores na água.

Por que a Madeira é um Bom Isolante Térmico?

As madeiras são bons isolantes térmicos porque sua estrutura celular apresenta numerosas pequenas massas de ar, além de a celulose ser má condutora de calor.

Condutibilidade Térmica da Madeira: Sentido Longitudinal

Afirmação: A condutibilidade térmica é maior no sentido longitudinal das fibras.

Resposta: Certo. Isso ocorre devido à presença dos vazios nos tubos. Assim, o calor se propaga com mais facilidade no sentido longitudinal, pois neste sentido não encontra o impedimento das pequenas massas de ar.

Condutividade Térmica e Densidade da Madeira

Afirmação: A condutividade térmica aumenta quando a densidade aumenta.

Resposta: Certo. Madeiras de baixa densidade possuem mais vazios de ar, que aumentam a resistência à transferência de calor. Logo, quanto mais densa a madeira, maior sua condutividade térmica.

Madeira: Isolamento e Absorção Acústica

Afirmação: Madeiras são recomendadas para isolamento e tratamento de absorção acústica.

Resposta: Parcialmente errado. As madeiras são contraindicadas para isolamento acústico. Entretanto, são bons materiais para o tratamento de absorção acústica.

Comportamento da Madeira ao Fogo e Comparação com Aço

a) Comportamento da Madeira ao Fogo

A madeira possui baixa condutividade térmica: o “coração” da peça, mesmo com as áreas superficiais em contato com o fogo, permanece relativamente frio. A seção residual (aquela que ainda não foi atingida pelo fogo) não sofre com a dilatação, mantendo suas propriedades mecânicas. Assim, uma peça de madeira exposta ao fogo significa mais perda da seção resistente do que perda das propriedades mecânicas.

b) Comparação da Resistência Mecânica: Madeira vs. Aço

A madeira natural pega fogo espontaneamente por volta de 275°C. Nessa temperatura, forma-se uma cortiça de madeira dura e frágil, mas com baixa condutividade térmica, que perdeu todas as propriedades físico-mecânicas iniciais. Se o fogo é alimentado, essa camada de cortiça vai se espessando em baixa velocidade.

O aço, por sua vez, comporta-se de forma diferente: durante um incêndio, as temperaturas podem atingir até 1000°C, e o aço perde 80% de sua resistência já aos 500°C. Assim, nota-se muitas vezes que a madeira sustenta sua capacidade portante, enquanto o aço se deforma completamente.

Madeira em Portas Corta-Fogo: Como Funciona?

A madeira é um material combustível; para pegar fogo, necessita de uma fonte de calor e de um comburente (O₂). No entanto, existem materiais à base de madeira que podem ser usados para a fabricação de portas corta-fogo.

As portas corta-fogo são constituídas por três camadas: uma camada de aço, uma camada confinada de madeira e outra camada de aço. Estando confinada, a madeira não entra em contato com o ar, o que impossibilita que a porta em questão pegue fogo.

Cálculo do Teor de Umidade da Madeira

Problema: Um corpo de prova de madeira pesa 8 gramas; depois de seco em estufa, ele pesa 6 gramas. Calcular o teor de umidade inicial desta madeira.

Fórmula: h = ((m_úmida - m_seca) / m_seca) * 100

Cálculo:

• Massa úmida (m_úmida) = 8 g
• Massa seca (m_seca) = 6 g
• h = ((8 - 6) / 6) * 100
• h = (2 / 6) * 100
• h = 0.3333 * 100
• h ≈ 33.33%

O teor de umidade inicial desta madeira é de aproximadamente 33,33%.

Fatores que Influenciam as Propriedades Mecânicas

Os principais fatores que influenciam as propriedades mecânicas da madeira são:

• Anisotropia.
• Heterogeneidade.
• Distribuição e concentração dos principais constituintes (fibras, traqueídeos, vasos lenhosos, raios medulares).
• Capacidade de absorção de água e umidade.

Ruptura da Madeira sob Compressão Axial

A ruptura da madeira (em um corpo de prova pequeno) quando submetida a um esforço de compressão axial ocorre pela flambagem das fibras. Isso pode acontecer devido a três motivos:

1. O corpo de prova pode romper-se segundo o plano de menor resistência.
2. Pode ocorrer escorregamento ou cisalhamento segundo um plano oblíquo em relação ao eixo de aplicação da carga.
3. Pode ocorrer uma combinação dos dois fenômenos anteriores.

Resistência à Tração e Densidade da Madeira

Afirmação: A resistência à tração paralela às fibras aumenta com o aumento da densidade.

Resposta: Certo. Quanto maior a densidade, maior a quantidade de material resistente à tração. Isso significa que a força necessária para romper as estruturas fibrosas é maior, quanto mais denso for o material.

Módulo de Elasticidade na Compressão Axial da Madeira

• a) Aumenta com o aumento do teor de umidade.
  Resposta: Errado. Diminui com o aumento do teor de umidade.
• b) Aumenta com o aumento da densidade.
  Resposta: Certo. Aumenta com o aumento da densidade.
• c) Aumenta com a presença de nós.
  Resposta: Errado. Diminui com a presença de nós.

Ensaio de Dureza Janka e Aplicações da Madeira

a) Princípio do Ensaio de Dureza da Madeira (Método Janka)

Para identificar a dureza da madeira, é utilizado o Método Janka: mede-se o esforço necessário para introduzir no topo (sentido axial) dos corpos de prova uma semiesfera de aço de 1 cm² de seção diametral até uma profundidade igual ao seu raio. Esse ensaio se baseia na oposição da madeira à penetração.

b) Aplicações que Requerem Conhecimento da Dureza

É necessário conhecer a dureza de uma madeira para aplicações como seu emprego em pavimentação (tacos e parquês), pois essa propriedade está diretamente relacionada com o desgaste do material.

Ensaio de Flexão Dinâmica e Tenacidade da Madeira

a) Princípio do Ensaio de Resistência à Flexão Dinâmica

Esse ensaio é realizado com o pêndulo de Charpy: um martelo de peso Q bate no meio do vão do corpo de prova de 24 cm, sendo lido o trabalho total (W) absorvido pela ruptura do corpo de prova. Isso é feito através da medida da altura atingida pelo martelo, que é inversamente proporcional ao trabalho absorvido.

b) Variação da Tenacidade com a Umidade

A resistência aos choques (tenacidade) quase não varia quando a umidade da madeira muda. A tenacidade é uma propriedade diretamente proporcional à tensão x deformação. Quando a umidade aumenta, a resistência diminui, mas ocorre um aumento da deformação. O oposto ocorre quando a umidade diminui. Sendo assim, uma variação de umidade se anula em relação à tenacidade, devido à proporcionalidade entre esta propriedade e o comportamento tensão x deformação da madeira.

Ensaio de Cisalhamento da Madeira

a) Princípio do Ensaio de Resistência ao Cisalhamento Normalizado

A medida de resistência ao cisalhamento é feita na direção longitudinal. Assim, a carga é aplicada a corpos de prova de 6 x 6 x 7,5 cm, e é medida a resistência paralela às fibras.

(Nota: A descrição original menciona "com a forma a seguir", indicando a necessidade de um desenho para ilustrar a forma da peça entalhada.)

b) Comparação de Resistência: Cisalhamento Normal vs. Longitudinal

Afirmação: O cisalhamento normal apresenta menor resistência que o cisalhamento longitudinal.

Resposta: Errado. É o cisalhamento longitudinal que apresenta menor resistência, visto que ele se dá pelo deslizamento de um plano sobre o outro.

Comportamento de Material Rígido à Flexão

Um material rígido, sob esforço de flexão, rompe logo que for ultrapassado seu limite de proporcionalidade, sem apresentar deformações notáveis (flechas) que anunciem tal ruptura.

Por que a Madeira Não Rompe por Tração Pura?

A madeira nunca rompe por tração pura porque sempre existem esforços secundários e parasitas acompanhando a solicitação (como compressão normal, cisalhamento e fendilhamento), os quais são resultantes das necessidades de transmissão de esforço entre a matriz e as fibras.

Ensaio de Fendilhamento e Atenuação de Esforços

a) Princípio do Ensaio de Resistência ao Fendilhamento

Esse ensaio mede o deslocamento ao longo das fibras provocado por um esforço de tração normal, exercido excentricamente em relação à seção considerada. Esse esforço é aplicado na extremidade de uma peça entalhada.

(Nota: A descrição original menciona "com a forma a seguir", indicando a necessidade de um desenho para ilustrar a forma da peça entalhada.)

b) Atenuação das Solicitações de Fendilhamento em Ligações

Nas ligações de peças de madeira, o efeito do fendilhamento pode ser atenuado com a furação prévia ou despontamento dos pregos nas ligações pregadas, e com o emprego de conectores, cavilhas ou blindagens.

Coeficientes de Segurança em Estruturas de Madeira

No cálculo das tensões admissíveis em projetos de estruturas de madeira, vários coeficientes de segurança devem ser usados para dimensionar as peças. As características específicas da madeira que devem ser levadas em conta por intermédio destes coeficientes de segurança são:

1. Categoria (qualidade).
2. Limite de proporcionalidade.
3. Ruptura retardada.

Ainda deve ser levado em consideração um fator de segurança devido à dispersão dos ensaios.

Diferença entre Nó Vivo e Nó Morto na Madeira

Os nós vivos estão em continuidade com o tecido lenhoso, envolvidos e aderidos, enquanto os nós mortos estão deslocados e não aderentes ao tecido lenhoso.

Influência dos Nós na Tração e Compressão da Madeira

Afirmação: Nós têm maior influência quando a peça é submetida a uma solicitação de tração do que quando submetida a uma solicitação de compressão.

Resposta: Certo. Isso ocorre porque, na tração, os nós não colaboram na resistência (se mortos) ou sua colaboração é quase insignificante (se vivos), visto que eles interrompem a continuidade do “veio” da madeira, diminuindo a seção resistente. Na compressão, por outro lado, o material do interior do nó atua como “enchimento” na peça, fazendo com que a influência do nó não seja tão significativa quanto na tração.

Localização de Nós em Peças sob Flexão

Os nós não devem situar-se na zona inferior da peça quando ocorre um carregamento de flexão, visto que essa região é a parte da peça submetida aos esforços de tração.

Vantagens da Madeira Transformada sobre a Maciça

As principais vantagens das madeiras transformadas em relação às madeiras maciças são:

1. Relativa “homogeneidade” de composição.
2. Relativa “isotropia” no comportamento físico-mecânico.
3. Possibilidades ampliadas de secagem e tratamentos de preservação quando o material está ainda no estado de lâminas finas ou fragmentos.
4. Geralmente, aumento da densidade e diminuição da anisotropia da retratilidade.
5. Geralmente, aumento da resistência ao cisalhamento e fendilhamento.
6. Possibilidade de fabricação de chapas e blocos de dimensões adequadas à tecnologia de pré-fabricação modulada.
7. Permitem o aproveitamento de todo o material lenhoso da árvore.

Classificação de Peças Estruturais de Madeira (Normas BR)

As peças estruturais de madeira são classificadas pelas normas brasileiras segundo a qualidade em:

1. Primeira categoria: Madeira de qualidade excepcional, sem nós, retilínea.
2. Segunda categoria: Madeira de qualidade estrutural corrente, com pequena incidência de nós firmes e outros defeitos.
3. Terceira categoria: Madeira de qualidade estrutural inferior, com nós firmes em ambas as faces.
4. Quarta categoria: Madeira com muitos defeitos que não inspira confiança, mas pode servir para vedação.

Características Negativas Atenuadas por Beneficiamento

Os tratamentos de beneficiamento têm como objetivo atenuar os efeitos das características negativas das madeiras. Quatro destas características negativas são:

1. Alterações em sua umidade, provocando a degradação de suas propriedades e o surgimento de tensões internas.
2. Ataque de pragas, provocando a diminuição de sua durabilidade.
3. Heterogeneidade e anisotropia.
4. Limitações das dimensões em peças de madeira natural.

Princípio da Secagem de Madeiras em Estufa

Se a espécie lenhosa e o teor de umidade da madeira são conhecidos, a estufa é regulada em temperatura e grau higrométrico para um ponto de equilíbrio, inferior à umidade de origem da madeira. Quando a umidade de equilíbrio é atingida, as condições são alteradas para um ponto inferior (aumenta-se a temperatura e diminui-se a umidade do ar), e assim por diante, até alcançar o teor de umidade pretendido, o que pode ser atingido em menos de uma semana.

Classificação dos Processos de Preservação da Madeira

Os processos de preservação da madeira são classificados segundo a profundidade da impregnação, sendo os seguintes:

• Tratamento prévio.
• Processos de impregnação superficial.
• Processos de impregnação sob pressão reduzida.
• Processos de impregnação em autoclave.

Precauções para Evitar Ataque de Fungos na Madeira

Para evitar ou atenuar o ataque de fungos, as seguintes precauções devem ser tomadas:

• Eliminar um ou mais fatores que permitem a sobrevivência e a proliferação desses seres (oxigênio atmosférico, temperatura em torno de 20°C e teor de umidade acima de 20%).
• Realizar secagem adequada (evitam-se as fendas).
• Fazer o desdobro em época apropriada.
• Aplicar tratamentos com antifungicidas.

Características de Produtos para Preservação da Madeira

Um produto de preservação da madeira deve apresentar as seguintes características:

• Alta toxicidade aos organismos xilófagos (fungos, insetos).
• Alto grau de retenção nos tecidos lenhosos.
• Alta difusibilidade através dos tecidos lenhosos.
• Estabilidade.
• Devem ser incorrosíveis para metais e não degradar a própria madeira.
• Segurança para os operadores.

Principais Defeitos de Crescimento da Madeira

Os principais defeitos de crescimento que podem apresentar as madeiras são: nós, desvios de veio e fibras torcidas, e ventos ou gretas.

Processos de Preservação por Aplicação (Cerne)

A escolha do processo de preservação (superficial, superficial reforçado, em profundidade) adequado para o cerne da madeira nas seguintes aplicações é:

1. Piso: Inseticida: pintura, aspersão ou imersão.
2. Assoalho para banheiros: Inseticida e fungicida: imersão ou duplo vácuo.
3. Estrutura interna: Inseticida e fungicida: imersão.
4. Sacadas: Inseticida e fungicida: autoclave.
5. Tábuas externas: Inseticida e fungicida: autoclave.
6. Cerca externa: Inseticida e fungicida: autoclave (com quantidade maior de produto injetada se houver contato com água do mar).

Propriedades de Adesivos para Laminados de Madeira

De um adesivo para laminados de madeira exigem-se as seguintes propriedades:

• Resistência suficiente aos esforços (cisalhamento).
• Durabilidade superior ou igual à da madeira (frente à umidade, temperatura e microrganismos).

Vantagens e Desvantagens da Madeira Laminada Colada

Vantagens:

• Fabricação de peças de grandes dimensões.
• Possibilidade de construção de peças de eixo curvo.
• Melhor controle da umidade das lâminas.
• Possibilidade de uma seleção da qualidade da madeira.

Desvantagem:

• Custo maior.