Apostila: MADEIRA COMO MATERIAL DE CONSTRUO

UFRJ - UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO

ESCOLA POLITCNICA - DEPARTAMENTO DE CONSTRUO CIVIL

DISCIPLINA: MATERIAIS DE CONSTRUO (APOSTILA:

MADEIRA COMO MATERIAL DE CONSTRUO

PROFESSOR: JORGE SANTOSRIO DE JANEIRO - BRASIL

NDICE21. INTRODUO

22. PRINCIPAIS VANTAGENS DO SEU USO

33. PRINCIPAIS DESVANTAGENS DO SEU USO

34. EMPREGOS NA CONSTRUO CIVIL

35. FATORES QUE INFLUENCIAM AS PROPRIEDADES DA MADEIRA

46. CRESCIMENTO DAS RVORES

46.1. Composio da rvore

46.2. Constituio do tronco

66.3. Crescimento do tronco

77. MADEIRA SERRADA E BENEFICIADA - PADRONIZAO (NBR 7203)

77.1. Nomenclatura de Peas de Madeira Serrada

77.2. Dimenses de Madeira Beneficiada

87.3. Dimenses de Madeira Beneficiada

87.4. Tolerncias

88. BENEFICIAMENTO DA MADEIRA

88.1. Secagem das Madeiras

98.1.1. Mecanismo de Perda de Umidade

118.1.2. Secagem Natural

128.1.3. Secagem Artificial

138.2. Preservao

138.2.1. causas da Deteriorao da madeira

148.2.2. Principais Processos de Preservao

188.2.3. Principais Produtos de Preservao

218.3. Transformao

218.3.1. Madeira Laminada

228.3.2. Madeira compensada

238.3.3. Madeira aglomerada

258.3.4. MDF Medium Density Fiberboard

268.3.5. OSB Oriented Strand Board

278.3.6. Colas e aglomerantes de madeira

279. Propriedades da Madeira

279.1. Fatores que alteram as propriedades da madeira

289.1.1. Fatores naturais

289.1.2. Fatores Tecnolgicos

289.2. Amostragem para ensaios tecnolgicos

309.3. Ensaios tecnolgicos para a determinao das propriedades

309.3.1. Umidade

319.3.2. Massa especfica aparente

339.3.3. Retrabilidade

369.3.4. Condutibilidade trmica

379.3.5. Condutibilidade eltrica

379.3.6. Resistncia compresso

419.3.7. Mdulo de elasticidade

419.3.8. Flexo esttica

429.3.9. Flexo dinmica

439.3.10. Trao normal as fibras

449.3.11. Fendilhamento

449.3.12. Dureza

459.3.13. Cisalhamento

1. INTRODUO

Podemos afirmar que a madeira por suas caractersticas tcnicas, econmicas e estticas, um material excepcional e matria prima industrial de mltiplo aproveitamento. Estas caractersticas inerentes madeira dificilmente sero apresentadas em conjunto por outros materiais.

A madeira foi o primeiro material estrutural utilizado pelo homem, que se tem notcia, para fins de resistncia trao e compresso.

Como material de construo, tem hoje um grande consumo, principalmente nos pases desenvolvidos, quer seja com uso provisrio ou uso definitivo.

No Brasil, infelizmente, o uso da madeira como material de construo ainda muito reduzido, principalmente se levarmos em conta a grande disponibilidade de matria prima. H um grande bloqueio no uso da madeira nas construes tanto do ponto de vista do consumidor como dos rgos governamentais.

Nossas construes cujos modelos foram herdados dos colonizadores ibricos, so executadas em alvenaria e concreto, relegando a madeira ao uso provisrio ou secundrio como acessrio.

A madeira ao longo dos anos tem sido substituda por materiais cujas tecnologia se desenvolveram tornando-os com maior eficcia ou economia. Contudo a madeira nunca perder a sua importncia como material de construo, por ser renovvel. As nossas florestas, nativas ou plantadas, atendem as necessidades do mercado e continuaro atendendo se receberem por parte das autoridades competentes o manejo e a preservao adequadas.

Infelizmente, a tecnologia da madeira no evoluiu muito desde o inicio da sua explorao e uso. Este fato provavelmente, deve-se a sua grande disponibilidade e relativa facilidade de explorao e uso. Como conseqncia deste aspecto, enquanto homem estuda e desenvolve outros materiais, permitindo o perfeito conhecimento de suas caractersticas e parmetros recomendveis para o seu uso, a madeira na grande maioria das vezes usada de forma inadequada, apresentando desempenho insatisfatrio. Estes resultados insatisfatrios comprometem ainda mais a madeira, fazendo com que a considerem ultrapassada, inferior e que recomendem o seu uso somente em situaes transitrias ou na impossibilidade de uso de outros materiais considerados mais nobres.

2. PRINCIPAIS VANTAGENS DO SEU USO

Facilidade de obteno, em funo da grande disponibilidade (reservas florestais) e simplicidade de extrao e preparo para o uso;

Apresenta baixo custo de produo;

As reservas (matria prima) podem ser renovadas;

facilmente trabalhada com ferramentas e tcnicas simples;

Tem peso prprio reduzido e grande resistncia mecnica tanto trao na flexo como compresso;

Resiste bem a choques e esforos dinmicos;

Apresenta boas caractersticas de isolamento trmico e absoro acstica e quando seca, um bom dieltrico;

No estado natural apresenta grande variedade de padres estticos.

3. PRINCIPAIS DESVANTAGENS DO SEU USO

A variao de sua umidade, provoca tenses internas e consequentemente a reduo de suas propriedades mecnicas;

bastante vulnervel aos agentes externos, e sua durabilidade, quando desprotegida, muito limitada;

Heterogeneidade e anisotropia quanto a sua constituio;

um material combustvel tornando a construo vulnervel a incndios, quando numa exposio demorada.

Observao: Tratamentos e processos produtivos tais como secagem artificial controlada, de preservao, transformao e laminados, contraplacados e aglomerados de madeira, neutralizam e aumentam a durabilidade da madeira.

4. EMPREGOS NA CONSTRUO CIVIL

A madeira pode participar provisoriamente ou definitivamente em todas as etapas de uma construo, desde a fundao, estrutura, pavimentos, vedaes e revestimentos, at a cobertura.

Exemplos:

obras provisrias - andaimes, formas, escoramentos, etc...

obras definitivas - estruturas (pilares, vigas, de telhados, estacas), esquadrias, pisos, forros, revestimentos, etc...

5. FATORES QUE INFLUENCIAM AS PROPRIEDADES DA MADEIRA

Todas as propriedades da madeira aps o corte sofrem grande influncia dos teores de umidade.

A falta de homogeneidade decorrente da prpria matria prima (a rvore) tambm traduz grande influncia nas madeiras. Dessa forma as propriedades da madeira dependem:

Da essncia (natureza) que a produzir;

Para uma mesma espcie, das condies e que cresceu (clima, tipo de solo, modo de plantao e cultura, etc)

Numa mesma rvore, do local da rvore que foi extrada a pea.

6. CRESCIMENTO DAS RVORES

6.1. Composio da rvore

A rvore compe-se de:

raiz - ancora a rvore ao solo e dele retira a gua contendo sais minerais dissolvidos: a seiva bruta, necessria ao crescimento do vegetal.

caule (tronco) - sustenta a copa com sua galharia e conduz por capilaridade a seiva bruta, desde a raiz at as folhas da copa e a seiva elaborada, das folhas para o lenho em crescimento.

copa - desdobra-se em ramos, folhas, flores e frutos. Nas folhas processa-se a transformao da gua e sais minerais pela ao do oxignio, em compostos orgnicos (a seiva elaborada).

6.2. Constituio do tronco

Para a produo da madeira, o tronco tem a maior utilizao, assim vamos estudar sua constituio.

Se fizermos um corte transversal no tronco observaremos que ele constitudo das seguintes camadas:

Vamos examinar cada componente:

a) casca

Tem pouca importncia do ponto de vista da construo .

Protege o lenho e o veculo da seiva elaborada das folhas para o lenho do tronco.

formada por dois extratos:

extrato externo e epidrmico - tecido morto, denominado cortia ou camada cortial)

extrato interno - formado de tecido vivo, mole e mido, condutor da seiva elaborada, denominado lber ou floema.

A casca racha, cai e renovada pois no tem crescimento por ser um tecido morto.

utilizado para a produo de cortia (exemplo: sobral, angico rajado e a corticeira).

Na construo utilizada como isolantes termoacsticos na forma de revestimento de paredes e forros, recheios de entrepisos.

b) Cmbio

Fina e quase invisvel camada de tecidos vivos, localizada entre a casca e o alburno.

Constitudo de clulas em permanente transformao. Tanto o cmbio quanto o lber, so vitais para o crescimento da rvore. Se ocorrer o seccionamento de ambos, haver a inevitvel morte do vegetal.

No cmbio se processa a transformao dos aucares e amidos em celulose e lignina, principais constituintes do tecido lenhoso.

c) Alburno

De cor mais clara que o cerne formado de clulas vivas e atuantes. Alm da funo resistente, faz-se condutor da seiva bruta, por ascenso capilar, desde as razes at a copa. Varia de 25 a 50 % do lenho. O seu aproveitamento na construo civil de forma permanente no recomendado.

d) Cerne

De cor mais escura formado de clulas mortas e esclerosadas. as alteraes do alburno vo formando e ampliando o cerne.

As alteraes progressivas so processos de crescente espessamento das paredes celulares, provocados por sucessivas impregnaes de lignina, resinas, taninos e corantes. Em conseqncia o cerne tem mais densidade, resistncia mecnica, compacidade e principalmente maior durabilidade, pois sendo tecido morto no atrativo aos insetos e outros agentes de deteriorao.

e) Medula

o miolo central da seo transversal da tora da madeira. Tecido frouxo, mole e esponjoso, no tem resistncia mecnica e nem durabilidade.

A medula desaparece com o aumento da idade das rvores.

f) Raios medulares

So encontrados ainda na seo do tronco de uma rvore os raios medulares, que so linhas partindo da medula para diferentes pontos da casca. Sua principal funo o transporte e armazenamento de nutrientes. Sua presena quando em abundncia, benfica na medida em que realiza uma amarrao transversal das fibras impedindo que trabalhem exageradamente frente s variaes do teor de umidade.

6.3. Crescimento do tronco

O crescimento do caule no sentido transversal faz-se por camadas concntricas, perifricas e sucessivas alojadas sobre o alburno de dentro para fora, e sobre o lber de fora para dentro formando o cmbio. O crescimento de lenho interrompido no inverno, de forma que a idade da rvore pode ser conhecida pelo nmero de camadas concntricas de seu corpo lenhoso.

As camadas concntricas so oriundas da transformao dos aucares e amidos em celulose e lignina ocorridas no cmbio e so denominadas anis anuais de crescimento.

O crescimento da rvore varia conforme a natureza do solo, a essncia florestal, o clima e a sua exposio. Enquanto a rvore nova o crescimento anual rpido, tornando-se mais lento de ano para ano at anular-se por completo quando a rvore atinge o mximo de seu desenvolvimento.

Exemplo:

- carvalho (atinge o mximo de desenvolvimento aos 80 anos)

- pinheiro (atinge o mximo de desenvolvimento aos 115 anos)

Os anis de crescimento permitem caracterizar trs direes diferenciais da anisotropia da madeira:

axial - segundo o eixo da rvore

tangencial - tangente aos anis de crescimento

radial - normal aos anis de crescimento

7. MADEIRA SERRADA E BENEFICIADA - PADRONIZAO (NBR 7203)

A nomenclatura de peas de madeira serrada e os padres de dimenses (bitola) de madeira serrada e madeira beneficiada so fixados na norma brasileira NBR 7203:

7.1. Nomenclatura de Peas de Madeira Serrada

NOME DA PEAESPESSURA (CM)LARGURA (CM)

pranches

prancha

viga

vigota

caibro

tbua

sarrafo

ripa( 7,0

4,0 - 7,0

( 4,0

4,0 - 8,0

4,0 - 8,0

1,0 - 4,0

2,0 - 4,0

( 2,0( 20,0

( 20,0

11,0 - 20,0

8,0 - 11,0

5,0 - 8,0

2,0 - 10,0

2,0 - 10,0

( 10,0

7.2. Dimenses de Madeira Beneficiada

PEADIMENSES SEO TRANSV. (CM)PEADIMENSES SEO TRANSV. (CM)

prancho

vigas

ripas15,0 x 23,0

10,0 x 20,0

7,5 x 23,0

15,0 x 15,0

7,5 x 15,0

7,5 x 11,5

5,0 x 20,0

5,0 x 15,0

1,2 x 5,0caibros

sarrafos

tbuas 7,5 x 7,5

7,5 x 5,0

5,0 x 7,5

5,0 x 6,0

2,2 x 7,5

3,8 x 7,5

2,5 x 23,0

2,5 x 15,0

2,5 x 11,5

7.3. Dimenses de Madeira Beneficiada

PEADIMENSES SEO TRANSVERSAL (CM)

soalho

forro

batentes

rodap

rodap

tacos2,0 x 10,0

1,0 x 10,0

4,5 x 14,5

1,5 x 15,0

1,5 x 10,0

2,0 x 2,1

7.4. Tolerncias

As tolerncias nas dimenses nas dimenses da seo transversal so as seguintes:

a) em madeira serrada = mais ou menos 1 %

b) em madeira beneficiada = mais ou menos 0,5 %

obs.: Os comprimentos so definidos por ocasio da encomenda.

8. BENEFICIAMENTO DA MADEIRA

A decomposio das madeiras assemelha-se deteriorao dos animais. Assim como um cadver comea a decompor-se, mal cessa a vida que o animava, igualmente a rvore abatida, embora no to rapidamente, inicia um processo de apodrecimento.

Assim sendo, torna-se necessrio aplicao de processos de beneficiamentos que transformem os tecidos que compe a madeira em um meio estril aos organismos deterioradores.

8.1. Secagem das Madeiras

A madeira dever ser empregada seca ou quando no for possvel, com um grau de umidade compatvel com o ambiente de emprego.

O uso da madeira seca apresenta as seguintes vantagens:

reduo do peso;

reduo da contrao e, portanto menor possibilidade de fendilhamentos e empenamentos aps a madeira ser posta em uso;

aumento da resistncia, na medida em que for sendo eliminada a gua de impregnao do tecido lenhoso;

maior resistncia aos agentes de deteriorao, principalmente aos fungos que necessitam de elevados teores de umidade para sobreviver;

melhor condio para receber os produtos de impregnao nos processos de preservao;

melhor condio para receber pintura ou envernizamento de proteo.

8.1.1. Mecanismo de Perda de Umidade

A umidade est presente na madeira sob a forma de gua de constituio, gua de impregnao e gua livre:

gua de constituio - presente no tecido lenhoso em combinao qumica com os principais constituintes. Faz parte da sua constituio e no pode ser eliminada sem destruio do material. Quando a madeira contm somente a gua de constituio diz-se que ela est completamente seca ou seca em estufa.

gua de impregnao - presente no tecido lenhoso, infiltrada ou impregnada nas paredes celulsicas. Esta infiltrao de gua entre as fibras de celuloses que estruturam as paredes das clulas, provoca considervel inchamento dessas paredes, redundando na alterao do volume da pea de madeira. Todo comportamento fsico-mecnico do material fica alterado com a presena ou a variao da gua de impregnao. Quando as paredes das clulas esto completamente saturadas de gua de impregnao, diz-se que a madeira atingiu o teor de umidade denominado ponto de saturao ao ar.

gua livre - aps a impregnao total das paredes celulsicas, a gua comea a encher os vazios capilares. A variao do teor de gua livre no causa qualquer alterao no comportamento do material.

Nos processos de secagem podem ser extradas a gua livre e a gua impregnada.

Na madeira verde (recm abatida) esto presentes as gua de constituio, de impregnao e livre. Durante a secagem, a gua livre evapora primeiro; quando estiver praticamente esgota, as paredes celulsicas comeam a ceder lentamente a gua at ento impregnadas.

A perda da gua de impregnao acompanhada de contraes, at a madeira atingir um teor de umidade em equilbrio com o ambiente onde se encontra.

Assim, o desenvolvimento da secagem de peas de madeira processa-se atravs de uma evaporao superficial, acompanhada de uma transfuso interna de umidade, do ncleo para a periferia.

A evaporao da gua de impregnao provocada pela diferena de duas tenses de vapor dgua: a elevada tenso de vapor dgua nos tecidos impregnados e a tenso de vapor no ambiente, varivel conforme seu grau higromtrico. Quando se equilibram as duas tenses de vapor, cessa a evaporao da umidade da madeira, estabilizando seu peso: diz-se ento que a madeira atingiu o teor de umidade de seca ar.

A velocidade de evaporao superficial diretamente proporcional ao gradiente (medida de variao) entre a presso do vapor dgua no tecido lenhoso do material e a presso do vapor dgua do ambiente de secagem.

A velocidade de transfuso da umidade do ncleo para a periferia depende da constituio do tecido lenhoso e das condies em que se encontram no mesmo a gua livre e a gua de constituio. Quanto mais traqudeos e vasos contiver o tecido lenhoso, mais rpida ser a migrao da umidade.

A condio de xito de uma secagem resume-se, portanto, no perfeito controle da velocidade de evaporao superficial, ajustada espcie lenhosa da madeira e s dimenses das peas.

Terminologia da madeira quanto ao teor de umidade

Terminologiah (%)Observao

madeira verde

( 30

com teor de umidade acima do ponto de saturao ao ar.

madeira semi-seca

( 23

inferior ao ponto de saturao.

madeira comercialmente seca

entre 18 e 23

-

madeira seca ao ar

entre 13 e 18

muito freqente nos empregos correntes da madeira. Por esta razo utilizado como teor de referncia

madeira dessecada

entre 0 e 13-

madeira completamente secaa madeira contm somente a gua de constituio ( chamada tambm de seca em estufa)

ponto de saturao ao ar - quando as paredes das clulas esto completamente saturadas de gua de impregnao, sem que a gua extravase para os vazios celulares.

8.1.2. Secagem Natural

Realiza-se pela evaporao lenta e natural da gua, e para que ela se efetue em boas condies, necessrio que a madeira tenha todas as suas faces expostas a uma aerao ativa e que ao mesmo tempo esteja abrigada das intempries e de outras circunstncias que eventualmente possam vir a prejudic-la, como o calor mido e a dissecao rpida e desigual nas diferentes faces.

A secagem natural objetiva a reduo da umidade das peas de madeira a um valor mnimo compatvel com as condies climticas regionais, no menor tempo possvel.

A prtica corrente na secagem natural a de dispor-se a madeira descascada debaixo de telheiros, elevadas do solo mediante a utilizao de suportes de madeira forte e secos. Os grandes troncos rolios so colocados normalmente na posio horizontal em uma s camada. As peas serradas obtidas das toras, aps uma secagem preliminar, so colocadas de modo que uma camada esteja separada da outra pela interposio de sarrafos de madeira bem seca.

O tempo para a secagem natural varia com a qualidade e dimenses da madeira, e com as condies climatricas e modo de empilhamento. Em geral esse tempo de 2 a 3 anos para as madeiras de lei e de 1 a 2 anos para as madeiras brandas. A madeira j serrada sob a forma tbuas, na maioria das espcies, perde metade da sua umidade (gua livre) em 20 a 30 dias e o restante at atingir o equilbrio com o ambiente, num tempo de 3 a 5 meses.

Observao:

a) a perda de umidade no incio bastante rpida;

b) as conferas secam mais rapidamente que as folhosas densas;

c) as madeiras que tem mais alburno secam mais rapidamente;

d) a espessura da madeira tambm muito importante na velocidade da secagem (quanto menor mais rpida).

8.1.3. Secagem Artificial

Realiza-se mediante a utilizao de estufas, que permitem a obteno de temperaturas crescentes pela regulagem da fonte de calor e a obteno de graus higromtricos ambientes variveis pela introduo de vapor de gua.

A secagem artificial objetiva o estabelecimento de uma umidade de equilbrio higroscpio da madeira, abaixo daquela do estado natural, e assim consequentemente at alcanar-se o teor de secagem desejado. Para tanto procede-se na estufa um programa previamente definido em funo da espcie da madeira e da umidade natural do lote a secar, de regulagem da temperatura e da umidade da estufa em estgios sucessivos de equilbrio higromtrico.

Para cada espcie, h uma tabela com este programa j determinado. Por exemplo apresentamos a marcha de secagem necessria para a peroba rosa:

umidade de madeiratemperatura (oC)umidade do ar

( 40 %

40 %

30 %

20 %

10 %46

49

52

57

6280 %

75 %

70 %

55 %

30 %

Os vrios estgios de secagem so verificados e acompanhados atravs de pequenos corpos de prova extrados da madeira.

As estufas so constitudas de:

fonte de aquecimento (serpentinas com vapor);

umidificador (borrifadores de gua ou dispersores de vapor);

circuladores de ar (ventiladores e exaustores);

termmetros e psicmetros (termmetros de bulbo seco e mido).

A secagem artificial quando no bem executada apresenta inconvenientes que conferem condies desfavorveis madeira. A madeira ao secar, tem a gua que ocupava os poros e canais substitudas por ar, se porm, a evaporao for rpida, o ar impedido de entrar e a diferena de presso causa o achatamento das clulas.

8.2. Preservao

O objetivo do tratamento preservativo da madeira o aumento de sua vida til, correspondendo consequentemente a uma reduo de custo, pois se evita as freqentes substituies de peas em construes permanentes. O emprego de preservativos possibilita a utilizao de espcies de madeira consideradas inferiores.

8.2.1. causas da Deteriorao da madeira

As principais causas de deteriorao so:

Classificao

Descrio da causaMadeira deteriorada anualmente (%)

10

20

30

40

50

putrefao e apodrecimento da madeira

fogo

ao de insetos: - cupim (trmita ou formiga branca); caruncho (coleptero).

ao de crustceos ou moluscos

outras causas

60

20

10

5

5

8.2.2. Principais Processos de Preservao

Os processos de preservao classificam-se em:

processos de impregnao superficial;

processos de impregnao sob presso reduzida;

processos de impregnao sob presso elevada.

8.2.2.1. Processos de impregnao superficial

Caracterizam-se por pinturas superficiais ou imerso das peas de madeira em preservativos adequados. So processos mais econmicos, normalmente utilizados para a proteo contra fungos e insetos, aplicados em madeira seca de reduzidas dimenses, destinadas ao uso em ambientes cobertos, protegidos e sujeitos a fracas variaes higromtricas.

exemplos: madeiramento de telhados, madeiramento de entrepisos, etc...

A imerso mesmo por poucos minutos, sempre mais eficiente que a pintura. A imerso pode ser executada no prprio canteiros de obras, em tanques calafetados construdos com tbuas de madeira.

A impregnao por meio do processo superficial, ser de 2 a 3 mm de penetrao, constituindo-se numa pelcula de proteo a madeira.

8.2.2.2. Processos de impregnao sob presso reduzida

Caracteriza-se pelo aproveitamento de presses naturais, tais como a presso atmosfrica, a presso hidrulica, a presso capilar e a presso osmtica.

Os principais processos so:

a) Processo de dois banhos (Processo Shelley)

Fluxo operacional:

I. imergir de topo as peas de madeira em tonel com o impregnante adequado;

II. Aquecimento at a temperatura de ebulio da gua, mantido durante quatro horas;

III. retirada imediata das peas de madeira e imerso em tonel contendo o mesmo impregnante frio (perodo de 20 a 30 minutos).

A penetrao forada pela presso atmosfrica sobre o vcuo relativo que se formou nos vazios do tecido lenhoso com a evaporao da gua e expulso do ar aquecido.

O processo recomendado para o tratamento de ambas as extremidades de postes, moires de cercas e aramados.

b) Processo de substituio da seiva

Fluxo operacional:

I. colocao das peas de p em um recipiente;

II. imergi-las com o impregnante adequado at a altura conveniente em funo do uso.

O impregnante por presso capilar e osmose sobe pelo alburno das peas, substituindo a seiva e a umidade natural do tecido lenhoso medida que as mesmas evaporam na secagem.

O processo lento e depende das condies climticas que regulam a secagem natural. No vero, por exemplo, para que pontaletes rolios de 15 cm de dimetro e 3 metros de comprimento estejam convenientemente tratados so necessrias aproximadamente seis semanas.

O processo recomendado para o tratamento de madeira verde (postes, moires e pontaletes rolios).

c) Processo de impregnao por osmose

Fluxo operacional:

I. aplicao de camada espessa, gelatinosa de imunizante fortemente concentrado, sobre a superfcie das peas de madeira, acima e abaixo da linha de afloramento;

II. colocao de bandagens de plstico impermevel sobre as zonas tratadas.

a impregnao se d pela presso osmtica que provoca a mistura de duas solues salinas de diferentes concentraes, separadas por uma membrana ou parede semipermevel e porosa, atravs da qual se difundem.

No processo, a soluo salina concentrada o imunizante e a soluo menos concentrada, a seiva mais a umidade da madeira. O tecido lenhoso a membrana semipermevel atravs da qual se difunde o imunizante.

O processo recomendado para peas de madeira verde.

8.2.2.3. Processo de impregnao sob presso elevada

As madeiras so colocadas dentro de um tanque fechado (autoclave), onde o preservativo impulsionado sob presso, penetrando nos tecidos lenhosos.

Os processos mais clssicos so:

a) Processo de clula cheia (Bethell)

O objetivo deste processo proporcionar a mxima reteno possvel do preservativo, forado contra a superfcie da madeira, durante o perodo de presso.

Fluxo operacional:

I. Carregamento: a madeira seca ao ar colocada na autoclave de tratamento, seguida pelo fechamento da porta;

II. Vcuo inicial: feito um vcuo de 600 a 630 mm de mercrio durante um tempo que varia de 30 minutos a uma hora, conforme a permeabilidade da madeira, visando extrair parte do ar das camadas superficiais da madeira, com o objetivo de facilitar a entrada do preservativo para o interior da madeira;

III. Manuteno do vcuo desejado por 40 minutos;

IV. Admisso do preservativo: feita a quente (entre 80 e 100oC), aproveitando-se o vcuo existente no interior da autoclave. Ao trmino desta operao a autoclave dever estar cheia com a soluo preservativa, sem a ocorrncia de bolsas de ar;

V. Perodo de presso: Cheia a autoclave e parte do tanque medidor, liga-se o compressor ou bomba de presso at que atinja a presso mxima, que em geral da ordem de 180 psig. Esta compresso do preservativo feita atravs do tanque de medio at que seja absorvida a quantidade de preservativo desejada. Este tempo funo da permeabilidade da madeira que est sendo preservada. (de 15 a 60 minutos);

VI. Manuteno da compresso desejada (de 30 a 180 minutos);

VII. Descarga de preservativo: feita pela diferena de presso existente entre a autoclave e o tanque reservatrio;

VIII. Vcuo final: de curta durao, visa a eliminao do excesso de preservativo sobre a superfcie da madeira, eliminando-se, assim, um desperdcio. (mais ou menos 15 minutos);

IX. Manuteno do vcuo desejado. (15 minutos);

X. Equilbrio de presso.

Representao grfica do processo de Bethell

Observao:

a) os tempos indicados no grfico so os mximos

b) tempo de durao de 250 a 445 minutos

b) Processo de clulas vazias (processo Lowry)

Nos processos de clula vazia no se faz o vcuo inicial; o preservativo injetado na madeira sem a retirada do ar de seu interior. Como conseqncia, ocorre uma compresso do ar dentro da madeira durante o perodo de impregnao e quando a presso interrompida, este ar se expande e expulsa parte do preservativo.

Fluxo operacional:

I. O preservativo no processo Lowry injetado na madeira contra o ar j existente nas clulas, portanto presso atmosfrica;

II. Terminado o perodo de impregnao, o ar inicialmente bombeado para o interior da madeira se expande e chega a expulsar at 2/3 do total de preservativo absorvido.

No caso de madeiras permeveis este processo assegura penetraes profundas e retenes necessrias para a inibio de fungos apodrecedores.

Representao grfica do processo de Lowry

Fases de operao:

I. Carregamento da autoclave e enchimento com preservativo;

II. Compresso do preservativo;

III. Manuteno da compresso desejada;

IV. Retirada do preservativo;

V. Produo do vcuo final (mais ou menos 15 minutos);

VI. Manuteno do vcuo desejado (mais ou menos 15 minutos);

VII. Equilbrio da presso;

VIII. Retirada do excesso de preservativo e descarga do autoclave.

Tempo total de 165 a 360 minutos.

8.2.3. Principais Produtos de Preservao

A) Caractersticas que deve possuir

No causar efeitos prejudiciais aos operadores que manipulam o preservativo quando equipados com E.P.I. (todos os preservativos so txicos ao homem quando desprotegidos);

Aps ser tratada e seca, a madeira deve ser inofensiva aos homens e animais;

Ter alto poder txico para os organismos destruidores da madeira;

Alta permanncia para proteger a madeira durante anos de durao provvel;

No se decompor nem se alterar;

No ser voltil nem lixivivel;

No corroer o ferro ou outros metais;

No deve ser inflamvel;

No deve alterar a cor da madeira;

Deve ser econmico e ser encontrado com facilidade no mercado;

No deve alterar as propriedades fsicas e mecnicas da madeira.

B) Escolha do preservativo

A escolha est ligada s caractersticas da madeira. O ideal que o imunizante selecionado proporcione uma preservao durante um tempo tal que corresponda ao desgaste mecnico da pea de madeira.

C) Classificao dos preservativos

C.1) Preservativos oleosos

C.1.1) Alcatro

Obtido pela recuperao durante o processo de carbonizao de diversas matrias primas, tais como madeira, turfa, ignito xisto betuminoso e hulha.

Os compostos qumicos existentes no alcatro so:

hidrocarbonetos aromticos (benznicos, naftalnicos, polinucleares com cadeias laterais no saturadas);

hidrocarbonetos parafnicos;

hidrocarbonetos olefnicos;

hidrocarbonetos naftnicos (ciclohexano);

compostos oxigenados (fenis, neutros);

compostos nitrogenados;

compostos orgnicos sulfurados;

componentes inorgnicos (hidrognio, nitrognio).

O uso do alcatro em preservao de madeiras restrito devido alta viscosidade. empregado pelo mtodo do banho quente - frio para impregnao de moires.

C.1.2. Creosoto do alcatro da hulha

um produto destilado do alcatro procedente da carbonizao da hulha betuminosa, alta temperatura.

Contm mais de 200 compostos orgnicos grupados em trs classes:

hidrocarbonetos (80%) = conferem boa permanncia (benzeno, tolueno, xileno, naftaleno, antraceno, fenantreno e fluoreno.

cidos orgnicos de alcatro (15%) = boa toxidez (naftol, fenol, cresol e xilenol).

bases orgnicas de alcatro (5%) = boa toxidez (piridinas, quinolinas e acridinas).

C.1.3. Creosoto de madeira

Obtido como um subproduto da destilao da madeira. o mais antigo preservativo conhecido pelo homem.

A madeira destilada para a obteno do carvo; com a recuperao dos produtos gasosos obtm-se o alcatro, cido actico e metanol.

Parte dos gases liberados durante a carbonizao pode ser condensada dando origem ao licor pirolenhoso bruto, que composto basicamente de gua, cido actico e alcatro dissolvido e em suspenso. Por decantao separa-se o alcatro insolvel com um rendimento de 4 % a 20 % em relao massa inicial da madeira seca.

C.1.4. Solues de creosoto-petrleo

O petrleo tem sido usado como diluente do creosoto de alcatro de hulha, na proporo de at 50 % em volume.

A finalidade bsica do adicionamento do petrleo a reduo do custo do preservativo.

A toxidez da soluo tanto menor quanto maior for percentagem de petrleo adicionada.

As solues de creosoto-petrleo apresentam, usualmente, viscosidade mais elevada do que o creosoto puro e, por conseguinte, no penetram na madeira na madeira com a mesma facilidade.

C.1.5. Pentaclorofenol

Possui todas as propriedades necessrias para ser considerado um dos melhores produtos de preservao.

Tem grande poder fungicida. txico contra todos os organismos que destroem a madeira, exceto aqueles de origem marinha, como a limnoria e o teredo.

praticamente insolvel em gua, o que lhe d excelente resistncia preservao com o pentaclorefenol depende do peso especifico e do ponto de ebulio do solvente usado como veculo.

O produto deve conter 95 % de pentaclorofenol, calculado com base na hidroxila titulada do lcalis. sua frmula molecular C6CL5OH. obtido por clorao direta do fenol, at a completa substituio de todos os tomos de hidrognio por tomos de cloro.

Diversos tipos de leo podem ser empregados como veculo desse preservativo, desde petrleo bruto, no caso de dormentes, at leos leves, do tipo diesel, quando se deseja tratamento limpo.

C.2. Preservativos hidrossolveisEm virtude da escassez e custo do petrleo, os preservativos hidrossolveis vem assumindo uma importncia cada vez maior no cenrio da preservao da madeira.

A maioria dos hidrossolveis contm mais de uma substncia qumica na sua formulao. Em muitos casos o objetivo do emprego de dois ou mais tipos de molculas no mesmo produto a precipitao de um composto insolvel na madeira, a partir da reao entre os componentes originais, composto esse que deve possuir ao contra os agentes de deteriorao.

Os preservativos hidrossolveis so patenteados, e por isso no podem ser empregados sem a licena do fabricante.

exemplos:

arseniato de cobre cromatado (cromo hexavalente = CrO3 com 35,3%, cobre = CuO com 19,6 % e arsnio = As2O3 com 45,1 %)

cromato de cobre cido (cobre = CuO com 31,8% e cromo hexavalente = CrO3 com 68,2%)

8.3. Transformao

Os processos de transformao da madeira visam uma reestruturao do material com rearranjo de suas fibras resistentes, para obteno dos seguintes beneficiamentos:

Homogeneidade de composio e razovel isotropia no comportamento fsico e mecnico;

Facilidade de secagem e de aplicao de tratamentos efetivos de preservao, quando o material, antes da aglomerao, est reduzido a lminas finas ou pequenos fragmentos.

Melhoria das caractersticas fsicas (retrabilidade, massa especfica) ou mecnicas (cisalhamento, fendilhamento, etc) por meio de alternativas nos processos de fabricao;

Fabricao de chapas e blocos com dimenses adequadas a moderna tecnologia de pr-fabricao modulada;

Vantagem econmica de representar em aproveitamento integral de todo material lenhoso contido nas rvores.

8.3.1. Madeira Laminada

Consiste na colagem entre si de tbuas sobrepostas para a execuo de estruturas de madeira. As peas de madeira laminada podem ser retas ou curvas, de qualquer largura e comprimento, de seo constante ou varivel, produzidas j aparelhadas, tratadas e prontas para uso.

As estruturas de madeira laminada e coladas foram concebidas na Alemanha em 1905 pelo engenheiro Otto Hetzer. So vigas ou peas rgidas de madeira, de seo retangular ou duplo T, em estruturas pr-fabricadas, bi ou triarticuladas, constituindo prticos ou arcos para quaisquer vos e flechas. Para a confeco da madeira laminada so utilizadas tbuas de serraria com espessura reduzida (25 mm) e comprimento e largura variveis, e colas especiais para madeira.

A operao de produo bastante simples, porem requer grandes instalaes. As tbuas aps a secagem em estufas, e tratadas quando for o caso, so aparelhadas e submetidas em mquinas especiais para a colocao e distribuio da cola em ambas as faces. Procedida esta operao as tbuas so unidas de forma a obter-se a seo e o comprimento desejado e submetidas a prensagem por meio de sargentos ou sistemas hidrulicos.

Os ensaios executados pelo IPT - Instituto de Pesquisa Tecnolgica de So Paulo, indicaram os seguintes resultados:

Material ensaiadopeas estruturais laminadas coladas e prticos triarticulados de fabricao controlada

Caractersticas15 lminas de pinho coladas com cola de casena-padro, em temperatura ambiente, com presso de 7 Kg/cm2 em 12 horas.

Resultadoresist. flexo = 170 Kgf/cm2

resist. compresso = 120 Kgf/cm2

ComentriosTanto a resist. flexo quanto a resist. compresso da madeira laminada apresentaram incrementos de 70 % sobre a madeira natural, o pinho.

8.3.2. Madeira compensada

o conjunto de trs ou mais lminas ou folhas, delgadas de 1 a 5 mm, de madeira coladas alternando-se a direo das fibras com o ngulo reto.

O nome compensado vem da compensao de esforos (distribuio) que ocorre, face as diferenas de contraes e de resistncia mecnica que a madeira apresenta quando perde umidade.

Isso se obtm, graas alternao da direo das fibras nas diversas lminas e a utilizao de colas capazes de suportar o movimento e a contrao das lminas.

Para a obteno das lminas so utilizadas mquinas de folhear, em que os troncos das rvores so cortados por desenrolamento, permitindo obter folhas de madeira de pequena espessura e grandes dimenses.

Para facilitar o corte s toras so amolecidas previamente por meio de vapor ou banho de gua quente (madeiras duras = 60 horas de 40 a 50oC).

Como resduo desta operao, fica o rolete central do tronco, com cerca de 12 a 20 cm de dimetro.

8.3.2.1. Principais vantagens da madeira compensada

Resistncia uniforme ao longo da pea;

Eliminao da contrao (evitando fendas e empenamentos);

Obteno de chapas com tamanho at 2,20 x 1,20 m, impossvel de se obter em madeira macia;

Melhor aproveitamento da madeira (o desdobro de uma tora na serraria d um rendimento de 70 %, j na fabricao do compensado obtm-se um rendimento de 90 %).

8.3.2.2. Utilizao

Compensados de 3 folhas = para marcenaria e revestimentos (so heterogneos e no indicados para trabalho mecnico);

Compensados de 5 folhas = j podem ser considerados homogneos

Compensados de 7 folhas = So considerados homogneos, apresentam cerca de 50 % de resistncia e mdulo de elasticidade da madeira empregada em sua fabricao.

8.3.3. Madeira aglomerada

So as chapas obtidas por aglomerao de pequenos fragmentos de madeira. Os fragmentos so obtidos pela desintegrao do tecido lenhoso. A aglutinao e prensagem auxiliada pelas prprias resinas naturais ou ligantes adicionados.

No Brasil utiliza-se normalmente, como matria prima bsica o eucalipto (por ser abundante, barato e por atingir em mais ou menos 4 anos o porte necessrio para um bom aproveitamento), outras madeiras como o pinho, cedro, etc , e cascas de cereais, trapos de algodo e linho, bambu, bagao de cana de acar e inclusive resduos de oficinas que trabalham com madeiras.

As matrias primas complementares so: a parafina com seu dissolvente, o cido leico e o breu (chapas isolantes), que tem a funo de aglutinantes; o almen ou simplesmente sulfato de alumnio para precipitar elementos estranhos e facilitar a eliminao da gua da polpa e outros aditivos.

Para a fabricao dos aglomerantes so observadas as seguintes operaes:

a) Obteno dos fragmentos de madeira - As toras de dimetro de 5 a 30 cm e comprimento de 1,50 a 2,00 m, descascadas e previamente lavadas, so colocadas na mquina picadora (chipper);

b) Seleo dos fragmentos - Em seguida os fragmentos so passados em peneiras, eliminando-se os menores de 2 cm (sero utilizados como combustvel) e os maiores que 5 cm que sero repicados;

c) Armazenamento dos fragmentos em silos;

d) Desfibramento dos fragmentos e preparo da polpa mediante o emprego de desfibradores primrios do tipo Asplund procedido o desfibramento dos fragmentos, que so conduzidos a uma zona de aquecimento por transportadores helicoidais, onde recebem vapor dgua saturado sob presso de 8 a 14 atmosferas. Em seguida entram na cmara de moagem, onde dois discos de ao duro raiados, giram em sentido contrrio, provocando a desintegrao dos fragmentos em feixes de fibra. Procede-se ento a liberao por vlvulas especiais, das fibras e do vapor, que saem em forma de ciclone, ao qual se adiciona gua em quantidade necessria para formar a polpa. O processo refeito, para a obteno do refino da polpa, utilizando-se o desfibramento a frio. A polpa refinada e filtrada para substituio da gua depositada em tanques e mantida em agitao contnua, sendo feitas s adies de parafina dissolvida, cido olico, s vezes breu, resinas sintticas, etc...

e) Laminao da polpa para a formao da chapa - Em mquinas semelhantes s de produo de papel e papelo, constituda de grande tela de lato e cilindros. Sobre a tela drenada a polpa que perde grande quantidade de gua e espalhada pelos cilindros colocados a distncias variveis de acordo com a espessura do colcho desejada. O colcho cortado por facas rotativas com dimenses adequadas conforme o fabricante (exemplo = 2,50 x 5,00 - eucatex; 1,25 x 5,60 - duratex). H ainda chapas que recebem camada na parte superior de polpa de celulose pura, formando acabamento que dispensa pintura.

f) Secagem das chapas (no caso de isolantes) - As chapas so conduzidas por rolos a uma estufa aquecida por resistncia eltrica de grande extenso (mais ou menos 40 m.), onde permanecem por 90 minutos. Ao sarem da estufa esto prontas as chapas isolantes, que podem ter ou no acabamentos posteriores (chapas acsticas perfuradas, ranhuradas, etc...);

g) Prensagem (chapas tipo prensadas) - Para a formao de outros tipos de chapas, os colches sarem direto da laminao, com cerca de 60 % de umidade e so submetidos a prensagem enrgica que pode atingir 55 Kg/cm2, com os pratos aquecidos a 160 - 200 oC (por exemplo um colcho com 20 mm de espessura, produz chapa com 3,5 mm). Para a obteno dos diferentes acabamentos, so colocados no prato superior matrizes com desenho e relevo desejado.;

h) Secagem e climatizao (resfriamento) - Aps a prensagem as chapas so introduzidas em estufas comuns e controlada a umidade durante 3 a 6 horas, temperatura de 150 a 160oC de modo a se ter a umidade de 7% nas chapas ao sarem da estufa;

i) Corte e acabamento - As chapas so cortadas em serras automticas nas dimenses 1,22 x 2,50 m, 1,22 x 2,75 m, 1,22 x 3,00 m, 1,75 x 2,50 m, etc. As chapas do tipo isolante so aplicadas em revestimentos, forros e entrepisos, como materiais de isolamento trmico e absoro. As chapas tipo prensadas so utilizadas em paredes de vedao, esquadrias, mobilirio e em casos especiais com funo estrutural (testes rigorosos).

8.3.4. MDF Medium Density Fiberboard

MDF significa Chapa de Fibras de Madeira de Mdia Densidade. O MDF praticamente equivalente madeira nas possibilidades de trabalhar a matria-prima. Os painis so superfcies grandes perfeitamente homogneas e sem orientao das fibras, o que permite cortes em qualquer sentido e apresentao de superfcie lisa e uniforme ao toque. produzido a partir das fibras de madeira aglutinadas por uma resina sinttica.Suas etapas de produo compreendem:a) Descascador Retirada das cascas das toras de Pinus (Cerca de 10% do peso das toras so cascas, que so aproveitadas para gerar energia no processo produtivo).

b) Produo de cavacos Madeira submetida ao picador que gera os cavacos.

c) Lavagem dos cavacos Para retirar a areia (slica) presente na madeira, que prejudica a qualidade do produto.

d) Produo de fibras Mediante emprego da desfibradora termodinmica.

e) Mistura da cola com a fibra de madeira Resina melamnica uria-formaldedo.

f) Secagem da madeira A mistura fibra mais resina no secador sofre reduo de umidade de 80% para 10%.

g) Produo do colcho de fibras Equipamento que distribui as fibras de madeira uniformemente num processo a seco.

h) Prensagem Processo mecnico para a formao das chapas MDF.

i) Climatizao Cura termoqumica para estabilidade dimensional e cura da resina.j) Acabamento Acabamento das bordas e dimenses.

Os painis de MDF so classificados quanto s dimenses em:a) Finos = de 1,8 a 6,0mm.

b) Mdios = de 7,0 a 30,0mm.

c) Grossos = at 60,0mm.

Alm do uso para a fabricao de mveis em geral, o MDF na construo civil, pode ser utilizado como pisos finos, rodaps, almofadas de portas, divisrias, portas usinadas, batentes, balastres e peas torneadas.

Principais vantagens do MDF:a) Permitir a usinagem tanto nas bordas como nas faces (distribuio uniforme das fibras);

b) Permitir ser entalhada e torneada;

c) Ter consistncia e caractersticas mecnicas prximas da madeira macia;

d) Ter establilidade dimensional.Principais desvantagens do MDF:a) Ter uso externo limitado, pouco resistente umidade;

b) Requer proteo (pintura e envernizamento);

c) Ser pouco resistente s intempries;

d) Preo alto.

8.3.5. OSB Oriented Strand Board

OSB significa Painel de Tiras de Madeira Orientadas.Seu processo produtivo utiliza 100% de tiras de madeira de pinus, orientadas em trs camadas perpendiculares que aumentam a sua resistncia mecnica e rigidez. As tiras so unidas com resinas e prensadas sob altas temperaturas.

Suas vantagens e desvantagens so similares ao compensado.

8.3.6. Colas e aglomerantes de madeira

As colas acima de outros elementos de ligao de madeiras, tais como pregos, parafusos, etc, oferecem a ligao ideal, do ponto de vista da resistncia, pois a transmisso dos esforos faz-se ponto por ponto, de pea para pea sobreposta e sem que ocorra a reduo da seo resistente e concentraes de tenses.

As colas devem apresentar:

Resistncia suficiente aos esforos, principalmente de cisalhamento;

Durabilidade igual ou superior madeira envolvida, ao da umidade, da temperatura e dos microrganismos.

8.3.6.1. Classificao das colas

a) Colas de origem natural (animal ou vegetal) - So protenas animais de ossos, peles, peixe (colas de carpinteiro) e casena de leite, ou protenas vegetais de soja, amendoim e caroo de algodo. Apesar de apresentarem boa resistncia mecnica, so vulnerveis umidade e temperatura, tendo fraca durabilidade. So usadas principalmente em servios de marcenaria.

b) Resinas sintticas - Obtidas pela condensao e posterior polimerizao de produtos fenlicos pelo aldeido frmico. Os mais usados so dos tipos: fenol - formol; uria - formol; resorcina - formol e melamina - formol. Os fenol - formol e melamina - formol so usadas em laminados prova dgua e aglomerados, pois exigem altas temperaturas para polimerizao (130 a 260 oC) e grandes presses de colagem (8 a 20 Kg/cm2). Apresentam grande resistncia mecnica e durabilidade ao da umidade, temperatura e microrganismos. Exigem cuidados especiais e custos maiores na preparao e aplicao.

9. Propriedades da Madeira

9.1. Fatores que alteram as propriedades da madeira

A madeira assim como os outros materiais e produtos utilizados na construo civil, requerem a realizao de testes para a determinao de suas caractersticas fsicas e mecnicas, para assegurar a sua adequao aos requisitos da obra. Entretanto, considerando-se a anisotropia e heterogeneidade, caractersticas da madeira, nos resultados dos testes, devero ser considerados alguns fatores que alteram as propriedades fsicas e mecnicas.

Estes fatores podem ser naturais, provenientes da prpria natureza das espcies, ou tecnolgicos, provenientes das tcnicas e mtodos utilizados nos ensaios.

9.1.1. Fatores naturais

a) Espcie botnica

As propriedades da madeira variam de acordo com a espcie botnica, em virtude da grande variao anatmica e a constituio do tecido lenhoso. Dessa forma, faz-se necessria a realizao da identificao botnica da espcie a ser explorada.

b) Localizao da pea no lenho

Em funo do local da extrao da amostra na tora, haver grande variao nos resultados dos ensaios. assim a amostra dever ser perfeitamente representativa para assegurar a confiabilidade dos resultados obtidos.

c) Massa especifica

Todas as propriedades da madeira esto correlacionadas com sua massa especifica aparente, ou, seja variam conforme a maior distribuio ou concentrao de material no tecido lenhoso.

d) Teor de umidade

A madeira em funo da sua constituio estrutural, formada de paredes celulsicas hidrfilas, tem suas propriedades mecnicas muito alteradas em funo da variao de seus teores de umidade.

A madeira seca ter resistncia mecnica mxima e completamente saturada, mnima.

e) Defeitos

Os defeitos em funo da sua quantidade, localizao e dimenses na pea, provocam grandes alteraes nas propriedades fsico-mecnicas da madeira.

9.1.2. Fatores Tecnolgicos

So alteraes introduzidas nos resultados dos ensaios, provenientes da prpria metodologia utilizada ( velocidade e uniformidade de aplicao de carga) e da forma e dimenses dos corpos de prova.

9.2. Amostragem para ensaios tecnolgicos

A formao da amostra representativa e os mtodos padronizados para a realizao dos ensaios tecnolgicos na madeira, esto prescritos na norma ABNT NBR 6230 Ensaios fsicos e Mecnicos em Madeira - Mtodo de Ensaio.

Para uma determinao das propriedades de uma certa espcie de uma determinada zona, sero necessrios para os ensaios no mnimo 3 toras de madeira, de dimetro maior que 0,50 m e de comprimento superior a 3,00 m. Caso o dimetro da tora no atinja esta dimenso, sero necessrios dois trechos centrais de 1,40 m para fornecerem corpos de prova de 6 x 6 cm de seo transversal e pelo menos 4,50 m de comprimento de tora.

Nas figuras apresentadas a seguir esto representadas as sees onde sero retirados os corpos de prova.

Localizao na tora onde so marcados os corpos de prova

Marcao dos corpos de prova nas vrias sees da tora. A numerao par da seo S1 indica corpos de prova mais prximos raiz e a mpar, S3, mais prximos ponta da rvore.

Maneira de retirar os corpos de prova

Os corpos de prova sero extrados das sees das toras conforme especificado em cada ensaio nos seguimentos conforme indicado na figura a seguir apresentada.

9.3. Ensaios tecnolgicos para a determinao das propriedades

Os ensaios so executados sempre no sentido mais desfavorvel das fibras e em condies convencionadas de teor de umidade.

9.3.1. Umidade

A. Aspectos gerais

Todas as propriedades mecnicas e tambm a massa especfica, variam sensivelmente com o teor de umidade da madeira.

Conforme j estudado h vrias expresses utilizadas para identificar o teor de umidade da madeira. Podemos dizer que o teor de umidade seco ao ar muito importante tendo em vista ser muito freqente nos empregos correntes do material. Assim, para a realizao dos ensaios utiliza-se os corpos de prova com este teor de referncia de umidade.

A madeira considerada seca ao ar, quando exposta durante algum tempo, no apresentar variao de peso, entre duas pesagens sucessivas e brevemente distanciadas (teor de 13 a 17 % de umidade). A norma brasileira de forma a tornar os resultados dos ensaios comparveis para as diversas espcies, convencionou um teor de umidade de 15 %, denominado teor de umidade normal. Assim, todos os resultados obtidos so convertidos para o teor de 15 % de umidade.

Aps o corte da rvore a madeira, contm as guas de constituio, de impregnao e livre (de capilaridade), o que lhe confere os seguintes teores de umidade:

madeiras folhosas = + ou - 52 %

madeiras resinosas = + ou - 57 %

madeiras muito leves = + ou - de 90 a 100 %

B. Descrio do ensaio

Para corpos de prova de pequenas dimenses (2 x 2 x 3 cm) o teor de umidade obtido por secagem em estufa a 100 - 105 oC, at constncia de peso, assim considerado quando a ltima pesada no diferir da anterior mais de 1%.

Para peas maiores devero ser retiradas amostras abrangendo toda a seo transversal.

H = Ph - Ps x 100

Ps

onde:

H = umidade referida madeira seca, expressa em %;

Ph = peso do corpo de prova mido;

Ps = peso do corpo de prova seco.

9.3.2. Massa especfica aparente

A. Aspectos gerais

o peso por unidade de volume aparente da madeira, considerado um teor de umidade. Representa a maior ou menor concentrao e distribuio de tecidos lenhosos e vazios capilares. Assim todas as propriedades fsicas e mecnicas da madeira sofrem grande influncia da massa especfica aparente.

A massa especfica aparente varivel de espcie para espcie de rvore e na mesma espcie, varia ainda em funo do local de extrao do corpo de prova, sendo maior da raiz para a copa e da medula para o alburno.

Exemplo:

Variao da massa especfica da peroba rosa:

prximo da raiz e da medula = 0,98 g/cm3

prximo da e alburno = 0,80 g/cm3

A massa especfica aparente varia tambm em funo do teor de umidade, sendo maior quanto maior for a umidade.

Quanto a massa especfica aparente as madeiras classificam-se em:

madeirasmassa especfica aparente (g/cm3)

resinosasfrondosas

muito leves0,40,5

leves0,4 - 0,50,5 - 0,65

semipesadas0,5 - 0,60,65 - 0,8

pesadas0,6 - 0,70,8 - 1,0

muito pesadas(0,7(1,0

Fonte: Eldio G.R. Petrucci

Algumas massas especficas aparente de madeiras nacionais conhecidas (a 15 % de umidade em g/cm3):

aoita-avalo = 0,62

cabriva = 0,89

canela preta = 0,63

cedro = 0,49

eucalipto tereticornis = 0,89

louro = 0,69

perba-rosa = 0,76

pinho = 0,56

B. Descrio do ensaio

Os corpos de prova tero dimenses de 2 x 2 x 3 cm em quantidades de 40 corpos de prova abrangendo quatro zonas diametrais em duas sees transversais da tora, S3 (barras A1 - A39) e S1 (barras A2 - A40).

Os corpos de prova devero estar secos ao ar e o ensaio atender a seguinte seqncia:

I. Pesar o corpo de prova com aproximao de 0,01 g;

II. Determinar o volume do corpo de prova com preciso de at 0,01 cm3 por meio de mtodo hidrosttico ou volumenmetro de Breuil, usando-se mercrio vivo como lquido necessrio para produzir reaes.

A massa especfica ser obtida:

dn = peso(g)

volume

O resultado obtido deve ser corrigido para o teor de 15 % de umidade, por meio da frmula aproximada:

d15 = dn + dn (0,01 - v) (15 - n)

onde:

d15 (g/cm3) = massa especfica aparente a 15 %

d n (g/cm3) = massa especfica a n %;

n (%) = umidade do corpo de prova no momento do ensaio

v (%) = coeficiente de retrabilidade volumtrica

9.3.3. Retrabilidade

A. Aspectos gerais

Tambm chamada de contrao, a propriedade que a madeira apresenta de alterar seu teor de volume, quando o seu teor de umidade varia entre o ponto de saturao ao ar a condio de seca em estufa.

Os valores mdios de retrao da madeira so os seguintes:

tipo de retraode verde a 0 % (%) de verde a 15 % (%)

linear/tangencial4 - 142 - 7

linear/radial2 - 81 - 4

linear/axial0,1 - 0,20,05 - 0,1

volumtrica7 - 213 - 10

Observa-se que a madeira se contrai aproximadamente a metade do total ao se estabilizar sua umidade com o meio ambiente Dessa forma verifica-se que a retrabilidade se manifesta de maneira diferencial conforme o sentido das fibras e varia tambm em funo da variao do teor de umidade.

Exemplo de retraes em algumas madeiras nacionais:

espciesradial (%)tangencial (%)volumtrica (%)coeficiente

aoita-cavalo

cabriva

canela- preta

cedro

eucalipto tereticornis

louro

pinho

peroba-rosa3,04

2,75

2,90

2,96

6,46

3,42

3,50

3,707,29

6,12

7,16

5,40

17,10

7,78

6,76

6,9011,93

10,03

14,51

11,81

23,24

10,30

13,10

12,200,44

0,47

0,46

0,38

0,56

0,41

0,51

0,55

V = Ch hV = Coeficiente de retrabilidade volumtrica

Ch = Contrao volumtrica parcial

h = Teor de umidade seco ao ar

A retrabilidade axial quase desprezvel.

Fonte : ITERS-RS

Para a utilizao da madeira preciso considerar-se o fenmeno da retrabilidade de forma a evitar-se a introduo de tenses internas diferenciadas, causadoras de empenos, rachas e fendas de secagem. devero ser tomadas as seguintes precaues:

Emprego de madeira com grau de umidade compatvel com o ambiente;

Emprego da operao de desdobro mais adequado (notadamente o radial);

Impermeabilizao superficial, pintura ou envernizamento, etc.

B. Descrio do ensaio

B.1. Contrao volumtrica

Os corpos de prova utilizados so de 2 x 2 x 3 cm em quantidade igual a 20 cps extrados da S1 (barras A1 - A19) e S3 (barras A2 - A20).

As medidas de volume so executadas pelo mtodo descrito para a massa especfica. Os cps devem ser pesados ao mesmo tempo para se poder calcular a umidade para a qual foram obtidos os volumes.

A contrao volumtrica, ser obtida a partir de um determinado teor de umidade at a completa secagem, consiste em medir o volume do corpo de prova duas vezes, calculando-se a contrao em porcentagem, pela frmula:

Ct = Vn - Vo x 100

Voonde:

Ct = contrao volumtrica;

Vn = volume do cp com teor de umidade n%, a partir do qual se deseja o valor da contrao

Vo = volume do mesmo corpo de prova depois de completamente seco

Executam-se medidas de volume em cada cp para trs teores caractersticos de umidade:

Madeira verde - Entre os pontos P e V do grfico apresentado a seguir. Neste trecho o teor de umidade est acima do ponto de saturao do ar.

Madeira seca ao ar - Entre os pontos A e B, correspondente ao equilbrio entre a umidade do cp e o ambiente.

Madeira completamente seca.

Os elementos colhidos de maior interesse so:

Contrao volumtrica total - Perda em % de volume da madeira, passando do ponto de saturao ao ar, ao de seca em estufa.

Coeficiente de retrabilidade volumtrica ou % de variao de volume para variao de unidade na % de umidade. obtido com a determinao do volume para madeira seca ao ar, dividindo-se o valor da contrao volumtrica do ponto considerado, pelo teor de umidade com o qual se realizou a medida.

Ponto de saturao ao ar - Resulta do quociente entre a contrao volumtrica total e o coeficiente de retrabilidade. o ponto que fixa a condio em que as cavidades ou vasos entre as clulas esto vazias de gua mas as paredes das mesmas continuam inteiramente saturadas.

B.2. Contraes lineares

Utiliza-se corpos de prova similares aqueles adotados para a contrao volumtrica.

O processo consiste em realizar-se medidas lineares, com aproximao de 0,01 mm com um palmer de preciso, servindo de referncia pequenos pregos fixados segundo os trs sentidos dominantes das fibras (tangencial, axial e radial).

As observaes so realizadas para 3 teores caractersticos de umidade, os mesmos especificados para as medidas da contrao volumtrica. O clculo efetuado atravs da seguinte frmula:

Clin = Ln - Lo x 100

(oonde:

Ln = medida linear para o teor de umidade de n%, realizada externamente aos pregos;

Lo = medida realizada nas condies anterior, para o material completamente seco;

(o = distncia final, com material completamente seco, entre o centro dos pregos.

9.3.4. Condutibilidade trmica

Face a sua conformao celular (massas de ar aprisionadas) e a sua constituio celulsica (membranas, ms condutoras de calor), a madeira apresenta-se como um mau condutor trmico.

Seu coeficiente de condutibilidade trmica da ordem de 0,1 Kcal/m2/h/oC (nmero K de quilocalorias que atravessa 1 m2 de parede de madeira durante uma hora, por metro de espessura e por grau de diferena de temperatura entre as duas faces da parede).

Outros materiais apresentam:

alvenaria de tijolos = 0,5 a 1,0

concreto = 1,2

pedras naturais = 2 a 3

ao = 50

cobre = 300

A condutibilidade trmica varia segundo a espcie, o grau de umidade e ainda segundo a direo de transmisso do calor, sendo maior paralelamente que transversalmente s fibras.

Exemplo:

Condutibilidade trmica do pinho seco ao ar:

transversalmente s fibras = 0,093 Kcal/m2/h/oC

paralelamente s fibras = 0,170 Kcal/m2/h/ oC

9.3.5. Condutibilidade eltrica

Quando seca, a madeira um excelente material isolante de elevada resistividade, entretanto, quando mida, condutora, como a maioria dos materiais que contm sais minerais.

A resistividade da madeira depende do teor de umidade, da espcie lenhosa, do sentido em relao s fibras e da massa especfica.

duas a quatro vezes mais fraca no sentido axial que no sentido transversal e um pouco mais fraca no radial que no tangencial.

Os valores mdios de resistividade transversal para madeiras em geral, so:

umidade (%)resist. (megaohms/cm)

7

10

15

2522000

600

18

0,5

9.3.6. Resistncia compresso

A. Aspectos gerais

A determinao da resistncia compresso da madeira realizada em corpos de prova no estado verde e na condio de secos ao ar. Estes procedimentos tem os seguintes objetivos:

Madeira verde - Determinar um valor mdio para o clculo das tenses admissveis que sero adotadas nos projetos de estruturas de madeira para dimensionamento das peas. Os valores assim obtidos, sero na condio mais desfavorvel de umidade.

Madeira seca ao ar - Determinar um valor mdio, que aps a converso ao teor de 15 % de umidade, permitira a comparao com outras espcies lenhosas, tornando-se o ndice qualificado da espcie.

Estas caractersticas decorrem da grande influncia que o teor de umidade tem sobre a resistncia compresso da madeira. A realizao de ensaios em diferentes teores de umidade, desde verde at o estado de secos em estufa, permitem a obteno de curva de variao de resistncia x variao de umidade.

Na curva, do trecho retilneo entre os teores de umidade 10 e 20 %, podemos obter o coeficiente de correo de umidade C, que expressar a variao em Kgf/cm2 para variao de 1 % de umidade. Assim teremos:

C = (10 - (20 x 100 (Kgf/cm2/1 % h)

10

Este coeficiente permitir a correo dos valores obtidos nos corpos de prova secos ao ar para o teor de umidade normal (15 %):

(15 = (h + C x (h - 15)

onde:

(15 = resist. compresso convertido a 15 % de umidade.

(h = resist. compresso com h % seco ao ar.

C = coeficiente

h = teor de umidade seco ao ar.

Se procedermos uma anlise na curva experimental poderemos fazer as seguintes consideraes sobre a resistncia compresso das madeiras:

A resistncia mxima obtida com a madeira seca em estufa (0% de umidade);

A resistncia diretamente proporcional ao teor de umidade quando secas ao ar (em torno de 15%);

A resistncia mnima e quase constante quando a madeira est verde (acima de 30%).

A resistncia compresso da madeira sofre tambm grande influncia da sua massa especfica aparente. Os laboratrios, mediante a realizao de muitos ensaios, possuem curvas experimentais, correlacionando a resistncia massa especfica aparente para diversas espcies lenhosas. Estas curvas permitem o estabelecimento de valores mdios e de frmulas empricas que a partir da massa especfica aparente, indicam a resistncia compresso aproximada da madeira.

Exemplo:

(15 = (663 x D - 1,04) Kgf/cm2

onde:

(15 = resistncia compresso 15 % de umidade

D = massa especfica aparente

A madeira submetida ao esforo de compresso axial, apresenta comportamento elstico, ou seja deformaes diretamente proporcionais s tenses, para tenses que no ultrapassem cerca de do limite de resistncia.

A seguir apresentamos a resistncia compresso mdia de algumas espcies (Kg/cm2) brasileiras:

espcielimite de resistnciamdulo de elastilimite de propor-

madeira verdeumidade (15%)cidade (verde)cional. (verde)

aoita-cavalo332446116.364265

cabriva617762173.125478

canela-preta26839787.210199

cedro24237997.658209

eucalipto tereticornis400543126.831307

louro468592146.521367

pinho293551146.497245

peroba-rosa430537112.900296

Fonte ITERS

B. Descrio do ensaio

So utilizados corpos de prova com dimenses de 2 x 2 x 3 cm na quantidade de 80 cps extrados da S1 (barras A1 - A39) e S3 (barras A2 - A40), sendo 40 ensaiados verde e 40 ensaiados na temperatura seca ao ar.

A seqncia do ensaio a seguinte:

I. Determina, atravs de medio a seo transversal dos cps, com aproximao de 0,01 mm;

II. Submeter os cps ao esforo de compresso em equipamento que permita a aplicao de carga na razo de 100 Kgf/cm2 por minuto;

III. A carga mxima obtida ser dividida pela seo transversal do cp.

IV. Como resultado teremos:

- Limite de resistncia compresso para madeira verde;

- Limite de resistncia compresso para madeira seca ao ar.

Obs.:

Os valores obtidos com a madeira seca devero ser corrigidos para o teor normal de 15 % de umidade, por meio do coeficiente de influncia da umidade, para tornar os valores das vrias espcies mais comparveis entre si.

Para a determinao do coeficiente de influncia da umidade, determina-se a resistncia compresso de vrios cps com teores variveis de umidade, desde o material verde at completamente seco. Com os valores obtidos, traa-se uma curva de variao, conforme exemplo apresentado a seguir:

Variao da resistncia compresso em funo do teor de umidade. Exemplo obtido com a peroba rosa.

9.3.7. Mdulo de elasticidade

Para a execuo do ensaio so utilizados corpos de prova com dimenses de 6 x 6 x 18 cm na quantidade de 12 cps extrados da S2 (barras AL1 - AL12).

O ensaio consiste em submeter-se os cps (verde) compresso e medir-se as deformaes por meio de elasticmetros fixados sobre chapinhas de lato cravadas no cp. So utilizados dois elasticimetros, ajustados em faces opostas com os quais so observadas as deformaes at aproximao de 0,01 mm.

O mdulo de elasticidade obtido pela frmula:

E = TP EPonde:

E = mdulo de elasticidade em Kg/cm2

TP = tenso especfica correspondente ao limite de proporcionalidade

Ep = deformao unitria correspondente

9.3.8. Flexo esttica

Para a execuo do ensaio so utilizados corpos de prova com dimenses de 2 x 2 x 30 cm na quantidade de 80 cps extrados da S1 (barras A1 - A39) e S3 (A2 - A40). So utilizados 40 corpos de prova de madeira verde (teor de umidade superior ao ponto de saturao ao ar) e 40 corpos de prova de madeira seca ao ar.

O ensaio consiste em carregar por meio de uma carga central o corpo de prova apoiado nos extremos, fazendo-o fletir at ser produzida a ruptura.

A carga aplicada em velocidade que permita que a ruptura se de num tempo mnimo de dois minutos.

A resistncia especfica da madeira sujeita a essa solicitao ser calculada pela expresso:

Tf = M x V(onde:

Tf = limite de resistncia flexo

M = momento fletor

V = distncia da fibra mais solicitada e a linha neutra

( = momento de inrcia

Considerando:

M = P x L 4

L = comprimento do cp

V = h

2

h = largura da seo do cp( = b x h3 12

b = largura da seo do cp

h = comprimento da seo do cp

Obteremos:

Tf = 3 P x L Kg/cm2

2 x b3

Cota de rigidez

Atravs do ensaio de flexo determina-se tambm a cota de rigidez ou rigidez da madeira que ser obtida dividindo-se o vo L pela flexa f , por ocasio da ruptura.

9.3.9. Flexo dinmica

Para a execuo do ensaio so utilizados corpos de prova com dimenses de 2 x 2 x 30 cm na quantidade de 24 cps (so aproveitadas pontas dos cps de flexo-elasticidade, sendo tirado 2 cps de uma das pontas). Todos os cps so ensaiados secos ao ar.

Para a realizao deste ensaio utilizado um pndulo de Charpy, especialmente destinado a esse fim cuja capacidade de 10 Kg x m. O cp colocado sobre os dois apoios de forma cilndricas, de 15 mm de raio, de forma a ser atingido pelo martelo sempre no meio do vo, que de 24 cm. A leitura do trabalho W absorvido pela ruptura realizada diretamente em uma escala graduada Kg x m, sobre a qual desliza um cursor mvel, acionado pelo prprio martelo quando este descreve a sua trajetria ascendente, depois do impacto.

Calcula-se o coeficiente de resistncia por meio da expresso:

K = . W . b x h x 10

6

Cota dinmica

Determina-se tambm a cota dinmica da madeira pela frmula:

Cd = K

D2onde:

Cd = cota dinmica

K = coeficiente de resistncia

D = peso especfico correspondente ao teor de umidade por ocasio do ensaio

9.3.10. Trao normal as fibras

A. Aspectos gerais

Em servios, a madeira submetida aos esforos de trao raramente rompe Por trao pura.

A madeira sendo um material anistropo, apresenta resistncia trao cerca de 2,5 vezes superior resistncia compresso. Por esta razo, quando a madeira rompe, a causa normalmente proveniente da ao de esforos acessrios, que acompanham geralmente a solicitao de trao e que resultam da interrupo das fibras por elementos de ligao, alteraes de seo, compresso causadas por peas de ligaes, etc. Esses esforos acessrios, fazem romper o material por fendilhamento, por cisalhamento ou por compresso normal.

B. Descrio do ensaio

So utilizados corpos de prova com seo transversal de 2 x 2 cm conforme o desenho apresentado a seguir:

A metodologia de execuo do ensaio a seguinte:

I. Ser utilizada uma mquina universal de Amsler, dotada de garras especiais para a fixao dos Cps;

II. Aps a fixao do cp, aplica-se a carga, respeitando-se a razo de 25 Kg/cm2 por minuto;

III. A carga de ruptura obtida dividida pela seo mnima de trabalho, sendo os resultados expressos em Kg/cm2.

9.3.11. Fendilhamento

So utilizados corpos de prova conforme desenho apresentado a seguir:

A quantidade de cps a mesma utilizada para o ensaio de compresso. So ensaiados duas sries, uma verde e a outra em madeira seca ao ar.

A metodologia de execuo do ensaio a seguinte:

I. Utilizao de mquina universal Amsler;

II. O aumento de carga feito a razo de 10 Kg/cm2 por minuto;

III. Os valores obtidos em Kg/cm2, dividindo-se a carga de ruptura pela seo mnima de fendilhamento.

Rfend = P

S

9.3.12. Dureza

Para a realizao dos ensaios so utilizados 12 corpos de prova com as dimenses 6 x 6 x 15 cm extrados da S2 (barras AL 1 - AL 12).

A metodologia para a execuo do ensaio ser a seguinte:

I. Adotar o mtodo de Janka, que consiste em medir o esforo necessrio para introduzir no topo (sentido axial) dos cps uma semi-esfera de ao de 1 cm2 de seo diametral, at uma profundidade igual ao raio;

II. So ensaiados duas sries: uma verde e outra de madeira seca ao ar;

III. Em cada cp so feitas duas impresses, uma em cada topo, expressas em Kg;

IV. A velocidade de carga deve ser tal que a penetrao completa se d num prazo mnimo de um minuto;

V. Para a determinao da dureza mede-se a fora P, necessria para fazer penetrar a esfera com seo diametral de 1 cm2 no topo do cp. A penetrao dever ser igual ao raio da esfera. A fora P indica a dureza da madeira e expressa em Kg/cm2 (S=1 cm2).

9.3.13. Cisalhamento

Para a execuo dos ensaios so utilizados 48 cps extrados da S2 (barras AL1 - AL 12), com as dimenses conforme desenho apresentado a seguir:

A metodologia para a execuo a seguinte:

I. Sero ensaiados 24 cps com madeira verde e 24 cps com madeira seca ao ar;

II. O ensaio dever ser executado no sentido das fibras;

III. Ser utilizado prensa dotada de dispositivo que permita a aplicao de carga ao cisalhamento, razo de 25 Kg/cm2 por minuto

IV. O cisalhamento determinado na seo ABCD que igual a 5,08 x 5,08 cm;

V. A resistncia ao cisalhamento ser calculada em Kg/cm2:

Rcis = . P . 5,08 x 5,08

CURVA TPICA DE SECAGEM DE MADEIRA AO AR LIVRE

Fonte: Manual de Secagem da Madeira IPT (1985)

Umidade % (Base seca)

30

Tronco

Folha

Lmina de corte

20

Evaporao da gua

Contrao da madeira

gua de impregnao

gua de constituio

gua livre

60

40

80

10

Tempo de secagem (dias)

70

35

10

1

2

8

3

4

5

6

7

Horas

0

600

760

400

4,0

8,5

10,5

12,6

60

120

180

240

300

360

420

480

Durao em minutos

Vcuo (mm)

Presso (Kg/cm2)

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

1

2

8

3

4

5

6

7

Horas

0

600

760

400

4,0

8,5

10,5

12,6

60

120

180

240

300

360

420

480

Durao em minutos

Vcuo (mm)

Presso (Kg/cm2)

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

Axial

Tangencial

Radial

Corte

Vista da tora sendo folheada por mquina de folhear serra

Presso

Lmina de corte

Alternncia da direo das fibras das lminas de madeira

Lmina 5

+

Lmina 4

+

Lmina 3

+

Lmina 2

Lmina 1

+

0,80

1,40

0,80

S1

S2

S3

S1

S3

S2

Contrao Volumtrica Total

V

P

B

A

Variao Volumtrica %

Umidade

4,0

3,0

2,0

1,0

10

5

0

Corpo de prova

Palmer

Curva Experimental PEROBA-ROSA (Fonte IPT)

l0

L0

Corpo de prova

24 cm

R = 15 mm

R = 15 mm

F

2 cm

2 cm

D

C

B

A

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