Como anteriormente referido, a diversidade é uma constante na madeira, tornando-se assim de extrema importância a sua caracterização. Como material estrutural interessa conhecer:
Teor em água e higroscopicidade;
Massa volúmica;
Retractilidade;
Reação e resistência ao fogo;
Dureza;
2.2.1 Teor em água e higroscopicidade
A água faz parte da biologia da madeira, sendo intrínseca na sua constituição. Pode encontrar-se sob várias formas. Imediatamente após o abate, qualquer árvore exibe uma grande quantidade de água, apresentando, em função da sua localização diferentes designações: água de constituição, de impregnação ou livre.
Capítulo 2
A água livre preenche os vazios entre as células, não ocasionando, com o seu movimento, variação de volume do lenho ou alteração da sua resistência mecânica. Após o abate a perda desta água é rápida. A água de impregnação preenche os vazios das paredes celulares, sendo que a sua saída implica a contração das células, dando inicio ao fenómeno de retração da madeira. A água de constituição está intimamente ligada à substância lenhosa, não podendo ser removida sem que ocorra a decomposição química da madeira (Cruz & Nunes, 2005).
A perda de toda a água livre, mantendo-se a água de impregnação, corresponde ao Ponto de Saturação das Fibras (PSF), o qual se verifica para a maioria das espécies, entre 25 e 35% de teor em água (Cruz & Rodrigues, 2000). Após atingir este ponto, a madeira pode alterar o seu teor em água em função da higrometria do ambiente, isto é, do conteúdo de vapor de água e da temperatura do ar com que contacta. Este fenómeno designa-se higroscopicidade e provoca alterações nas propriedades físicas e mecânicas da madeira (Negrão & Faria, 2009).
Aquando da aplicação em obra, deve-se procurar garantir que a madeira possui um teor de água próximo do equilíbrio com as condições médias desse local, que para a maioria das aplicações interiores varia entre 12 e 16% (Cruz & Rodrigues, 2000), com o objetivo de minimizar as trocas de água com o ambiente e as consequentes variações dimensionais das peças.
Figura 2.5 - Teor de água de equilíbrio da madeira de Pinho bravo em função das condições higrotérmicas ambientais. Adaptado de Cruz & Rodrigues, 2000
O teor em água de referência para o estudo de diversas propriedades da madeira é considerado como 12% na maioria das normas, sendo obtido com condições ambientais de humidade relativa de 65 ± 5% e temperatura de 20 ± 2ºC.
A NP-614 define teor de água de um provete de madeira como o quociente, expresso em percentagem, da massa de água que se evapora do provete por secagem a 103ºC ± 2ºC até massa constante, pela massa do provete depois de seco, sendo que o teor em água de referência de um
A madeira como material da construção
provete de madeira é de 12%, garantindo assim o equilíbrio com as condições envolventes. Neste sentido, para verificações laboratoriais recorre-se à seguinte expressão definida na norma.
𝐻(%) =𝑃𝑒𝑠𝑜 ℎú𝑚𝑖𝑑𝑜 − 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑆𝑒𝑐𝑜 × 100
Para aplicações práticas usam-se métodos expeditos de leitura instantânea, recorrendo a aparelhos portáteis não destrutivos, como é o caso dos higrómetros de superfície ou higrómetros de agulhas. O seu princípio de funcionamento baseia-se no facto da condutibilidade elétrica da madeira aumentar com o seu teor em água.
Figura 2.6 – Higrómetro de superfície. a) Aplicação in situ; b) Aplicação em laboratório
2.2.2 Massa volúmica
A massa volúmica é uma medida do peso da madeira por unidade de volume, sendo este um dos modos fundamentais de caracterizá-la. É no entanto necessária a correlação com o seu teor em água pela influência que este pode ter na correta avaliação do parâmetro. É neste sentido que a NP 616:1973 define massa volúmica a H(%) de teor em água, como o quociente da massa pelo volume, sendo ambos os valores determinados com o provete a H(%) de teor em água.
𝜌𝐻 =
𝑚𝐻
𝑉𝐻
Define ainda massa volúmica de referência, sendo este parâmetro determinado com provetes a 12% de teor em água pelas razões apontadas em 2.2.1.
Sendo uma medida de concentração de substância por unidade de volume, está relacionada com a sua resistência mecânica. Pode por isso constituir um indicador de qualidade da madeira, já que a uma maior massa volúmica corresponde, quase sempre, maior resistência mecânica, maior impermeabilidade, maior durabilidade natural, mas também, em muitos casos, maior retractilidade e maior dificuldade de laboração e de secagem (Cruz, et al., 1994).
É ainda de referir que as madeiras apresentam um valor de massa volúmica relativamente baixo, face à sua resistência mecânica e módulo de elasticidade, o que lhes confere grandes
Capítulo 2
potencialidades para o uso estrutural, dado o seu baixo peso, quando confrontada com outros materiais de iguais características de resistência mecânica (Negrão & Faria, 2009).
2.2.3 Retractilidade
Conforme referido em 2.2.1, para valores de teor em água inferiores ao ponto de saturação das fibras (PSF), a madeira é suscetível a alterações dimensionais por variações do teor em água. Devido à sua anisotropia, estas variações dão-se de forma diferenciada consoante as direções em estudo: tangencial, radial ou axial. De uma forma geral a variação longitudinal é desprezável,
sendo que é máxima na direção tangencial, Rt, chegando mesmo a ser duas vezes superior à
verificada na direção radial, Rr, conforme se verifica pelo gráfico seguinte.
Figura 2.7 - Coeficientes médios de retração, em termos relativos, referentes ao Pinho bravo. Adaptado de Carvalho, 1996
Neste sentido, um dos modos de classificar uma madeira quanto à estabilidade dimensional baseia-se no fator de anisotropia, definido pela relação entre os coeficientes tangencial e radial
(Rt / Rr), sendo que quanto maior for este fator, maior a tendência da madeira para fender ou
empenar (Cruz & Nunes, 2005).
2.2.4 Reação e resistência ao fogo
A madeira é um material combustível devido à presença de elementos como o carbono, o oxigénio e o hidrogénio, fornecidos pela celulose e lenhina. Contudo, embora seja combustível, apresenta uma considerável resistência ao fogo. Isto é, a madeira permite que a sua superfície exterior entre facilmente em combustão, mas rapidamente cria uma capa carbonizada que é cerca de 6 vezes mais isolante que a própria madeira, atrasando desta forma o processo de combustão e permitindo que a madeira no interior da peça não seja afetada pela ação do fogo, conservando assim, durante algum tempo, uma boa resistência mecânica, tanto maior, quanto maior a massa volúmica do elemento (Negrão & Faria, 2009). Tem sido verificado que, embora as ligações das peças sejam pontos fracos, a madeira apresenta, em muitos casos, melhor comportamento quando exposta ao fogo, do que estruturas equivalentes em aço e betão.
A madeira como material da construção
2.2.5 Dureza
A dureza é uma propriedade físico-mecânica de extrema importância, constituindo uma medida do comportamento à penetração, riscagem e desgaste por objetos mais duros. Esta é uma propriedade bastante variável, mas intimamente ligada à massa volúmica. Por norma, madeiras mais duras, apresentam também uma maior densidade (Carvalho, 1996).
Neste sentido, a dureza pode comprometer a função de um elemento em madeira. Por exemplo, madeiras a aplicar em pavimentos deverão ter um índice de desgaste superficial baixo e uma dureza elevada.
A avaliação desta propriedade é possível por métodos não destrutivos, como é o caso da utilização do Pilodyn®, ou ainda por métodos laboratoriais destrutivos, como o ensaio de dureza estática. Ambos os ensaios são utilizados na presente tese, sendo explicados em 6.2.