Contração e inchamento da madeira

A contração e o inchamento correspondem às alterações na quantidade de água de impregnação na madeira. A contração ocorre abaixo do ponto de saturação das fibras (PSF) e o inchamento ocorre acima do ponto de saturação das fibras (PSF). Durante o processo de secagem da madeira, a maior alteração dimensional da madeira se manifesta no sentido tangencial aos anéis de crescimento, seguida pela dimensão radial, sendo praticamente desprezível no sentido longitudinal (PANSHIN; DE ZEEUW, 1980). Segundo Durlo e Marchiori (1992), a contração e o inchamento constituem, conjuntamente com a anisotropia, características indesejáveis da madeira, limitando o seu uso para diversas finalidades ou, ainda, exigindo técnicas específicas de utilização.

Segundo Oliveira (1998), o conhecimento das propriedades higroscópicas é a chave para a utilização bem-sucedida da madeira. Sabe-se que a madeira que secar, a um teor de umidade igual ou próximo àquele de equilíbrio com as suas condições de uso, poderá ter seus problemas referentes à umidade minimizados ou definitivamente eliminados.

Segundo Kollman e Côté (1968), a diferença entre a retratibilidade tangencial e a radial pode ser explicada pela influência restritiva dos raios na direção radial e também pelo arranjo helicoidal diferente das microfibrilas nas paredes tangenciais e radiais. Uma das causas das propriedades anisotrópicas da madeira é a orientação das micelas, fibrilas e fibras que formam o tecido lenhoso.

Masseran e Mariaux (1985) relatam que, em grande parte das folhosas, as maiores diferenças da retratibilidade tangencial em relação à radial são atribuídas às características anatômicas. Segundo os autores, o volume dos raios, a dimensão radial das fibras e as diferenciações químicas entre as paredes radiais e tangenciais são responsáveis pela anisotropia da madeira. Tsoumis (1991) afirma que a magnitude da contração e da expansão da madeira torna-se maior com o aumento da densidade.

2.5.3.1 Comportamento mecânico dos polímeros da madeira

O comportamento mecânico da madeira pode ser explicado pelo comportamento de seus polímeros. O principal polímero da madeira é a celulose. Embora as características elásticas da região cristalina da

celulose tenham sido muito estudadas, o comportamento das regiões amorfas dela mesma pode ter um efeito mais significativo sobre a sua resistência mecânica (MADSEN, 2004). Em geral, acredita-se que as moléculas de celulose são mantidas sob controle combinado por meio da ligação de ponte de hidrogênio das regiões amorfas e cristalinas. Na região cristalina, a ligação do hidrogênio é completamente regular. Na região amorfa, a ligação é altamente irregular e muito mais variável (BOONSTRA et al., 2007). Bodig e Jayne (1993), Gindl et al. (2004) e Somboon et al. (2008) afirmam que as ligações de hidrogênio entre as cadeias de celulose são os resultados do intercâmbio de elétrons entre o grupo de hidroxila de uma cadeia e o oxigênio de outra, conforme ilustrado na Figura 11.

Figura 11: Ligações de hidrogênio nas cadeias de celulose e atrações eletrostáticas (BODIG; JAYNE, 1993).

A Figura 12 apresenta uma microscopia de raio X, onde se pode observar as regiões amorfas e cristalinas encontradas nas moléculas de celulose. As regiões cristalinas são resultantes da ação combinada da biopolimerização e cristalização da celulose, causadas por processos enzimáticos. As regiões amorfas resultam da má formação da estrutura devido à alteração no processo de cristalização. As regiões amorfas são citadas, por alguns autores, como regiões em que a cristalização ocorreu com defeito (KLASON, 1976; BOID; JAYNE, 1993; MADSEN, 2004). A proporção entre as regiões cristalinas e amorfas, que determina o grau de cristalinidade e as características dimensionais dos domínios cristalinos, é variável (MADSEN, 2004).

Figura 12: Regiões amorfas e cristalinas da celulose (BODIG; JAYNE, 1993). Segundo Chand e Hashmi (1993) e Greenberg et al. (1989), a variação da resistência à tração e do módulo de elasticidade da madeira estão relacionados diretamente com a variação do grau de cristalinidade dela mesma, ou seja, quando as fibras apresentam maiores regiões cristalinas, a resistência mecânica aumenta, pois a celulose é o único componente presente na fibra que se cristaliza.

Segundo Winandy e Rowell (2005), a celulose é o polímero que mais contribui para a resistência mecânica da madeira. As cadeias de celulose são extremamente resistentes a esforços de tração e de compressão, devido às pontes de hidrogênio dentro dela. Segundo Fengel e Wegener (1989) e Sjöström (1993), as ligações de pontes de hidrogênio entre grupos OH de unidades glicosídicas adjacentes da mesma molécula de celulose são ligações intramoleculares, responsáveis por certa rigidez das cadeias unitárias.

Por outro lado, Tang et al. (1971) apud Bodig e Jayne (1993) relatam que um fator importante a considerar é a relação entre o grau de polimerização da celulose e a resistência à tração das fibras. Quanto maior o grau de polimerização da celulose, maior é a resistência à tração das fibras.

Rowell et al. (1997) demonstraram que a composição química de fibras lignocelulósicas influencia as suas propriedades mecânicas e a sua estrutura física, sendo que o conteúdo de lignina e de hemicelulose presentes nas fibras tem efeito sobre a resistência à tração.

Segundo Bisanda e Ansell (1991), a resistência e a rigidez das fibras dependem do conteúdo de celulose e do ângulo espiral que as microfibrilas da parede celular secundária (S2) fazem com o eixo da fibra.

Acredita-se que a lignina contribui positivamente para todas as propriedades físico-mecânicas da madeira, em particular para a resistência à compressão e ao cisalhamento na parede celular por

dominar a instabilidade lateral das microfibrilas e a resistência ao corte (BODIG; JAYNE, 1993).

A influência da hemicelulose nas propriedades mecânicas da madeira não tem sido muito estudada (WINANDY; ROWELL, 2005). Este polímero tem a propriedade de absorver e liberar umidade com maior facilidade que os outros componentes da parede celular, sendo o principal responsável pela estabilidade dimensional da madeira. A quantidade e o peso molecular deste carboidrato na madeira são substancialmente menores que os outros componentes, assim, o comportamento mecânico em relação à celulose e à lignina é mais baixo (BOONSTRA et al., 2007).

Junto com os componentes da parede celular, existem numerosas substâncias que são chamadas extrativos. Os extrativos presentes na madeira são compostos orgânicos com características comuns, principalmente aqueles que podem ser extraídos com água ou com outros solventes orgânicos. Entre os extrativos, encontram-se terpenos, fenóis, taninos, ácidos graxos, flobafenos, ceras e resinas. A influência dos extrativos nas propriedades mecânicas já foi estudada. Eles apresentam um efeito favorável sobre a resistência à compressão paralela às fibras e um menor efeito sobre o módulo de ruptura e pouca influência sobre a resistência ao choque (WANGAARD, 1957, apud BODIG; JAYNE, 1993). Em geral, pode-se concluir que o efeito dos extrativos sobre as propriedades mecânicas é inferior ao seu efeito sobre a massa específica. É fato conhecido que os extrativos apresentam uma influência significativa sobre a durabilidade natural da madeira.