A madeira é um material orgânico, heterogêneo, anisotrópico, poroso e higroscópico, apresentando comportamento diferenciado entre espécies e até mesmo dentro de própria espécie, quando submetido a diversas situações de utilização. A composição, estrutura e
organização dos elementos celulares são os fatores que determinam as propriedades físicas da madeira e sua aptidão para o uso comercial (BURGER & RICHTER, 1991).
Segundo PANSHIM & De ZEEUW (1980), dentre as propriedades físicas, a densidade é uma das mais importante na caracterização tecnológica da madeira para os mais diversos fins, visto que sua variação afeta a resistência mecânica e a variação dimensional da madeira. Ela reflete a porcentagem dos diferentes constituintes químicos da madeira (celulose, hemicelulose, lignina e extrativos) e é influenciada pela dimensão das fibras (comprimento, largura, espessura da parede e diâmetro do lúmen)
A densidade refere-se à quantidade de substância madeira existente num determinado volume a uma determinada umidade. Devido à madeira ser um material poroso constituído de uma matriz de fibras e espaços vazios o valor da densidade depende da inclusão ou não do volume de poros e as determinações da mesma pode ser feita de duas formas. Na primeira determina-se o volume de uma forma global, incluindo o volume de poros e obtendo a densidade aparente. Na segunda, o volume da amostra é determinado sem a inclusão dos poros, obtendo-se o volume real ou densidade da parede celular, cujo valor é igual a 1,53 g/cm3 (VITAL, 1984).
A utilização da densidade se dá devido à mesma ser de fácil determinação e apresentar boa correlação com as características celulares e outras propriedades físicas da madeira. Geralmente, a densidade utilizada é aquela determinada com base na massa de madeira seca em relação ao seu volume saturado (densidade básica). Porém, outro tipo de densidade pode ser utilizado, como é o caso da densidade aparente a 0 e a 12%. Para esse tipo de densidade a massa e o volume encontram-se a um determinado teor de umidade, que pode ser a 0% ou a 12%.
Segundo SILVA et al. (1999), citado por FILHO (2004) a densidade quando analisada em um ambiente fabril representa um parâmetro prático para definição de usos e seleção da melhor máquina e ferramenta a ser utilizada no beneficiamento.
A uniformidade da densidade entre as peças de uma mesma madeira é uma característica muito importante ao se pensar em usos mais nobres, como pisos, móveis, lambris e assoalhos, etc. O processamento e beneficiamento da madeira são relativamente fáceis quando a madeira é uniforme em suas propriedades. Desta forma, indústrias que utilizam a madeira de eucalipto como matéria-prima, necessitam de informações sobre a variação da densidade no sentido radial e tangencial, uma vez que a utilização do material oriundo de partes diferentes da própria árvore pode causar desuniformidade do material.
SPURR & HAYVARINEM (1954) destacam que ocorrem variações nas densidades entre espécies e dentro da espécie e que essas variações são devido ao resultado diferenciado na dimensão e espessamento dos elementos celulares, na proporção de vasos, fibras, parênquima axial e radial e pela presença de extrativos tais como gomas e resinas, fazendo com que uma espécie apresente diferentes valores de densidade entre espécies e dentro da mesma espécie.
AMARAL et al. (1971) destacam que apesar de cada espécie ser caracterizada por um modelo estrutural definido, sua densidade é variável em função dos fatores que afetam o crescimento da árvore: distribuição geográfica, potencialidade genética, idade, local do caule onde está sendo retirada a amostra, condições climáticas, etc.
Segundo BRASIL et al. (1977) o modelo de variação da densidade da madeira no sentido, medula-casca e base-topo, para o gênero Eucalyptus é bastante contraditório. Por exemplo, DADSWELL (1931) trabalhando com Eucalyptus sideraxylum e SUSMEL (1953, 1954) com E. camaldulensis concluíram que a densidade dos mesmos diminuiu em função da altura da árvore. No entanto, CURRO (1957, 1957a) trabalhando com E. camaldulensis concluiu que a densidade do mesmo aumentou em direção à copa.
Segundo REZENDE & FERRAZ (1985), quanto à variabilidade no sentido radial para o gênero Eucalyptus o que se pode constatar pela literatura que o modelo mais comum é aquele em que a densidade cresce no sentido medula-casca, sendo a idade um fator primordial para o estudo do perfil radial de densidade da madeira.
REZENDE et al. (1985) observaram em amostras de madeira de E. grandis um aumento da densidade média anual no sentido medula-casca, do primeiro ao décimo ano, aproximadamente, vindo a partir daí, a decrescer para idades superiores.
MALAN (1988), TOMAZELLO FILHO (1985), BRASIL & FERREIRA (1972) também encontraram resultados similares, sendo a densidade básica menor na região próxima a medula e aumentando em direção a casca.
Quanto à variação longitudinal PANSHIN & DE ZEEUW (1980) apresenta os seguintes modelos:
1. A densidade decresce com a altura;
2. A densidade é decrescente até certo ponto e crescente daí até o topo da árvore. Algumas vezes pode decrescer levemente nas partes superiores;
3. A densidade é crescente da base para o topo, não obedecendo um padrão uniforme de variação.
BARRICHELO et al. (1983) afirmam que no gênero Eucalyptus tem sido comum observar o segundo modelo, ou seja, decrescente até a região do DAP e crescente a partir deste ponto, podendo ou não decrescer próximo ao topo. No entanto diferentes modelos tem sido encontrados em função da espécie de eucalipto estudada. No caso do E. grandis, eles observaram uma tendência de crescimento da densidade básica a partir do DAP.
BRASIL et al. (1977) ao estudar a variação da densidade básica de secções transversais do caule de Eucalyptus propinqua no sentido base-topo concluíram que a mesma cresce até um ponto máximo próximo ao meio da árvore e depois decresce em direção a copa e que o ponto de máxima densidade possa ser atribuído à formação de madeira de reação.
Outra propriedade física que tem grande influência durante o processamento e beneficiamento é o teor de umidade. A água na madeira encontra-se dentro do lumen da célula, preenchendo os espaços vazios entre as células, pode estar aderida à parede das células (água de adesão) ou pode ainda estar compondo a estrutura química do próprio tecido (água de constituição).
O teor de umidade tem alta correlação com as propriedades de resistência mecânica da madeira. As flutuações da força e potência requerida para o corte estão relacionadas com as variedades de defeitos (fendas, farpas, etc) que ocorrem na madeira no momento de seu beneficiamento. Desta forma, é recomendado que as espécies apresente um teor de umidade abaixo do ponto de saturação das fibras (PSF) e com uma umidade de equilíbrio abaixo de 12%. Madeiras lixadas com alto teor de umidade tendem apresentar pontos pretos quando envernizadas, porque os grânulos da lixas penetram dentro dos poros, desvalorizando o acabamento.
As características físicas ligadas à aparência tal como a textura e a grã influenciam na qualidade da superfície usinada. As madeiras de grã irregular apresentam superfícies mais ásperas na região onde a ferramenta corta em sentido contrário a direção normal das fibras. Espécies de textura fina, como no caso da peroba rosa apresentam uma melhor qualidade da superfície usinada quando comparadas à superfície de espécies com textura grossa, como, por exemplo, o angelim pedra.
Do ponto de vista do processamento e beneficiamento, o conhecimento das propriedades físicas densidade, grã, textura, plano de corte e teor de umidade contribui na seleção de espécies mais adequadas ao uso e influenciam de forma significativa na eficiência produtiva, na manutenção das ferramentas, no custo e na valorização do produto final.
2.5.1 Determinação da densidade por densitometria de raios-X
Dentre os métodos utilizados para determinação da densidade da madeira, pode-se destacar os métodos nucleares que utilizam feixe de radiação gama, partícula ou raio-X.
Os primeiros estudos de densidade utilizando a técnica de densitometria de raios-X em madeira foram realizados por LENZ (1957) e POLGE (1963). A técnica consiste em adquirir resposta para a irradiação transmitida em várias direções de uma amostra de madeira (SIQUEIRA, 2004).
Atualmente há vários trabalhos que empregam essa técnica nos estudos dos perfis radiais de densidade, na identificação dos anéis de crescimento, na determinação de incrementos anuais de massa e volume, dentre outras aplicações.
É uma das técnicas mais avançadas para medir as variações de densidade, pois confere alta precisão nos resultados e possibilita a detecção de variações a intervalos de 10 micrômetros, porém, tem sua aplicação limitada pela espessura da amostra que não deve exceder a 1,0 cm. Geralmente, para obtenção do perfil densitométrico da madeira se utiliza uma fina seção transversal de 2,0 mm de espessura.
Para determinação da densidade por essa técnica primeiramente uma fina seção transversal de 2,0 mm de espessura é disposta sobre um filme radiográfico. O fato da madeira ser um material altamente higroscópico torna necessário o acondicionamento das amostras antes da exposição destas aos raios-X por um período de 24 horas, pois a umidade de equilíbrio residual pode ser facilmente alterada pelas variações ambientais, além de afetar fortemente as medidas de atenuação das radiações pelo teor de umidade nas fibras da madeira (FERRAZ, 1993).
Posteriormente, o filme radiográfico é exposto à fonte de raios-X e com a passagem da radiação através da amostra de madeira, forma-se uma imagem de sua estrutura transversal (CHAGAS, 2005). Segundo o mesmo autor, esta técnica permite (1) medir as variações de densidade em pequenos setores, em particular, as variações intra e inter anéis de crescimento; (2) medir a largura dos lenhos iniciais e tardios e a largura do anel de crescimento; (3) determinar a porcentagem de lenho tardio.
A análise por densitometria de raios-X proporciona um perfil detalhado da densidade na direção radial da madeira, nos quais os limites dos anéis de crescimento e efeitos externos sobre as propriedades da madeira podem ser visualizados (TOMAZELLO FILHO, 2006).