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2. Propriedades da madeira
2.1. Propriedades físicas 2.1.1. Anisotropia Devido à orientação das fibras da madeira e à sua forma de crescimento, as suas propriedades variam de acordo com três eixos perpendiculares entre si: longitudinal (paralelo às fibras), radial e tangencial Desempenho mecânico da madeira: influenciado por suas propriedades físicas. Estas, por sua vez, dependem de fatores como: espécie da árvore, do solo e do clima da região de origem, da fisiologia da árvore, da anatomia do tecido lenhoso e da variação da composição química. Ampla dispersão nos valores numéricos das propriedades mecânicas da madeira, obtidos em ensaios de laboratório. Propriedades físicas importantes: anisotropia, teor de umidade, densidade, retratilidade, durabilidade natural e resistência ao fogo.
2.1.2. Teor de umidade
No processo de secagem a partir da condição “madeira verde”, ou seja, a
madeira extraída de uma árvore recém derrubada, a água perdida em
primeiro lugar é a do interior dos lumens (vazios) das células.
Esta água não está ligada às moléculas da madeira e é chamada de água livre.
A água fixada às fibras por meio de pontes de hidrogênio é chamada de
água de impregnação. A remoção dessa água requer maior energia que a
remoção de água livre.
O teor de umidade quando as paredes das células estão saturadas e sem
água livre nos lumens das células é definido como Ponto de Saturação das
Fibras (PSF). O PSF da maioria das espécies varia entre 25 e 35 %.
Em uma mesma temperatura a uma dada umidade do ar, Uar, a umidade de equilíbrio da madeira, Ueq, depende da condição de o equilíbrio ser alcançado num processo de secagem ou de absorção. A relação entre a umidade de equilíbrio atingida num processo de absorção e a atingida num processo de secagem, em temperatura ambiente, geralmente varia entre 0 , 8 e 0 , 9. É necessário um intervalo de tempo para que a umidade da madeira fique em equilíbrio com um clima constante do ambiente local. Por exemplo, uma peça com seção transversal de 50 mm x 100 mm apresentando U = 20 % precisa de cerca de um mês para atingir o teor de umidade de equilíbrio de 10 %, num ambiente com temperatura média de 20 oC. Assim, a umidade de equilíbrio de um componente de uma estrutura de madeira terá valor próximo do teor corresponde às condições de clima médio do local e é pouco influenciada pelas variações diárias de umidade e de temperatura do local. A umidade da madeira é determinada por: 𝑈 = 𝑚 1 −𝑚 2 𝑚 2
Onde: m 1 é a massa úmida, m 2 é a massa seca e U é a umidade (%).
2.1.3. Densidade
A NBR 7190/1997 define duas densidades: a básica e a aparente. A densidade básica é definida pelo quociente da massa seca pelo volume saturado, dada pela eq. (2.2): 𝜌𝑏𝑎𝑠 = 𝑚𝑠 𝑉𝑠𝑎𝑡 (2.2) onde: ρbas é a densidade básica; ms é a massa em quilogramas (ou gramas) do corpo-de-prova seco; Vsat é o volume do corpo de prova saturado, em metros cúbicos (ou centímetros cúbicos). A densidade aparente, ρap, é determinada para uma umidade padrão de referência de 12%, e pode ser utilizada para classificação da madeira e nos cálculos de estruturas, segundo a eq. 2.3: 𝜌𝑎𝑝 = 𝑚 𝑉 (2.3) Sendo m e V , respectivamente, a massa e o volume da madeira a 12% de umidade.
2.1.5. Durabilidade Natural
A biodeterioração depende da espécie e das características anatômicas da madeira. Certas espécies apresentam alta resistência natural ao ataque biológico enquanto outras são menos resistentes. Há diferença na durabilidade da madeira de acordo com a região da tora da qual a peça de madeira foi extraída, pois o cerne e o alburno apresentam características diferentes, incluindo-se aqui a durabilidade natural, com o alburno sendo muito mais vulnerável ao ataque biológico. A baixa durabilidade natural de algumas espécies pode ser compensada por um tratamento preservativo adequado às peças, alcançando-se assim melhores níveis de durabilidade, próximos dos apresentados pelas espécies naturalmente mais resistentes.
2.1.6. Resistência ao fogo Problema: a inflamabilidade. No entanto, diante de altas temperaturas provavelmente terá maior resistência que o aço, pois sua resistência não se altera sob altas temperaturas. Assim, em um incêndio ela pode ser responsável pela propagação do fogo, mas em contrapartida suportará a ação do fogo em alta temperatura durante um período de tempo maior.
Serão adotadas as seguintes convenções: Direção longitudinal (ou axial) das peças, coincidente com a orientação das fibras, denominada direção paralela às fibras. Esta direção apresenta valores maiores de resistência e de rigidez. As Direções Radial (R) e Tangencial (T), são denominadas direção normal (ou perpendicular) às fibras. Estas duas direções apresentam valores próximos de resistência e rigidez, mas muito inferiores ao da direção paralela às fibras. As propriedades de resistência e rigidez na direção paralela às fibras são caracterizadas pelo índice " 0 ", enquanto o índice " 90 " caracteriza as da direção normal às fibras. Este índice indica o ângulo entre a direção do esforço aplicado e a direção das fibras.
2. 2. 1. Compressão Pode ocorrer segundo três orientações: paralela, normal e inclinada em relação às fibras. Quando a peça é solicitada por compressão paralela às fibras, as forças agem paralelamente ao comprimento das células. As células reagindo em conjunto conferem uma grande resistência da madeira à compressão. No caso de solicitação normal ou perpendicular às fibras, a madeira apresenta resistências menores que na compressão paralela, pois a força é aplicada na direção normal ao comprimento das células, direção na qual possuem baixa resistência. Os valores de resistência à compressão normal às fibras são da ordem de ¼ dos valores de resistência à compressão paralela. A compressão paralela tem a tendência de encurtar as células da madeira ao longo do seu eixo longitudinal. A compressão normal comprime as células da madeira perpendicularmente ao eixo longitudinal. E a compressão inclinada: age tanto paralela como perpendicularmente às fibras.
2.2.3. Cisalhamento O cisalhamento na madeira pode ocorrer sob três formas. A primeira seria quando a ação é perpendicular às fibras. Porém este tipo de solicitação não é crítico, pois, antes de romper por cisalhamento, a peça apresentará problemas de esmagamento por compressão normal. As outras duas formas de cisalhamento ocorrem com a força aplicada no sentido longitudinal às fibras (cisalhamento horizontal) e à força aplicada perpendicular às linhas dos anéis de crescimento (cisalhamento rolling ). O caso mais crítico é o cisalhamento horizontal que rompe por escorregamento entre as células da madeira. Na Figura a é ilustrada a deformação das células perpendicularmente ao eixo longitudinal. Normalmente não é considerada, pois outras falhas ocorrem antes. Na Figura b é ilustrada a tendência das células da madeira separarem e escorregarem longitudinalmente. Na Figura c é ilustrada a tendência das células da madeira rolarem umas sobre as outras de forma transversal em relação ao eixo longitudinal. a) b) c)
2.2.4. Flexão Na flexão simples ocorrem quatro tipos de esforços nas seções transversais: Compressão paralela às fibras, tração paralela às fibras, cisalhamento horizontal e, nas regiões dos apoios, compressão normal às fibras. A ruptura em peças de madeira solicitadas à flexão ocorre pela formação de minúsculas falhas de compressão seguidas pelo desenvolvimento de enrugamentos de compressão macroscópicos. Este fenômeno gera o aumento da área comprimida na seção e a redução da área tracionada, podendo, eventualmente, romper por tração.
