2.3.1 HUMIDADE
A madeira é um material higroscópico, ou seja, é um material que perde ou ganha humidade em função do ambiente em que está inserido, nomeadamente, em função de alterações de temperatura e de humidade relativa.
Essa variação do teor de água da madeira influencia o comportamento físico e mecânico da mesma. Quando as paredes das células do material lenhoso absorvem ou adsorvem água podem ser promovidos fenómenos de inchamento ou retração – Cruz (1997).
A abordagem a esta propriedade deve ser feita introduzindo, primeiramente, os estados em que a água se pode encontrar na madeira, a saber: água de constituição, água de embebição e água livre.
A água de constituição, que se mantém após os processos de secagem, encontra-se combinada quimicamente com as principais substâncias que constam do tecido lenhoso. Designa-se por madeira anidra (seca em estufa) aquela que apenas possui água de constituição – Coutinho (1999).
A água que se encontra absorvida pelas paredes das células do material lenhoso, que se designa por água de embebição (ver Figura 2.20), é responsável por variações de volume na madeira. A água de embebição provoca a expansão das paredes celulares mencionadas, promovendo um aumento considerável do volume da madeira.
Estando as paredes celulares saturadas, a água começa a preencher as cavidades das células – água livre (ver Figura 2.20). A circulação desta água não promove alterações de volume na madeira – Coutinho (1999).
Designa-se por ponto de saturação das fibras (PSF) quando as paredes das células estão totalmente saturadas mas as suas cavidades se encontram vazias, não existindo portanto água livre. O ponto de saturação das fibras varia de acordo com as diferentes espécies de madeira admitindo-se, no entanto, que
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a maioria das espécies atinge o PSF para uma percentagem de humidade de aproximadamente 30 % – Coutinho (1999).
Um aspeto de grande relevância que está relacionado com o teor de humidade da madeira é o processo de secagem. No momento do abate as madeiras das espécies folhosas e resinosas apresentam um teor de humidade de cerca de 52 % e 57 %, respetivamente. Salienta-se que esta percentagem pode atingir os 200 % em madeiras que estejam imersas – Coutinho (1999).
A secagem pode ser conduzida através de diferentes processos: secagem ao ar livre (natural) ou em estufa (artificial). Durante o processo de secagem, apenas se verificam variações de volume, nomeadamente retração, quando o teor de água é inferior ao PSF. Na fase da secagem em que o valor do teor de água vai sendo superior ao PSF constata-se a redução do peso da madeira, mas sem variações dimensionais – Coutinho (1999).
Atendendo ao teor de água, a madeira classifica-se da seguinte forma – Coutinho (1999):
Madeira verde – teor de água superior a 30 % (acima do PSF);
Madeira comercialmente seca – teor de água inferior ou igual a 20 %;
Madeira seca ao ar – teor de água entre 14 % e 18 %;
Madeira dessecada – teor de água entre 0 % e 14 % (geralmente só recorrendo a secagem artificial);
Madeira anidra – teor de água de 0 %.
A avaliação do teor de água da madeira pode ser feita experimentalmente seguindo os procedimentos descritos na NP 614:1973.
2.3.2 RETRAÇÃO
A variação de humidade promove, conforme já referido, alterações nas dimensões dos elementos de madeira. As madeiras são alvo de fenómenos de retração ou inchamento para variações de humidade entre 0 % (estado anidro) e os 30 % (PSF) – Pfeil (1985).
Os valores de retração variam segundo as três direções principais: longitudinal (axial), radial e tangencial.
Figura 2.22 – Exemplo de curvas de retração na madeira segundo as direções axial, radial e tangencial. Coutinho (1999).
Constata-se que a retração axial é praticamente nula, enquanto que a tangencial é, aproximadamente, o dobro da radial (ver Figura 2.22).
19 A retração volumétrica total (expressa em percentagem), que traduz a diminuição de volume que se verifica quando a madeira passa do PSF (Humidade 30 %) ao estado anidro (Humidade 0 %) em relação ao volume da madeira no estado anidro, é aproximadamente igual à soma das retrações axial, radial e tangencial. O coeficiente unitário de retração volumétrica diz respeito à retração volumétrica total por variação de 1 % do teor de humidade – Coutinho (1999).
Na tentativa de combater o fenómeno de retração podem ser tomadas algumas medidas, a saber: a) a utilização de madeiras de retração reduzida, b) a impermeabilização das superfícies com o recurso a vernizes ou pinturas e c) o corte dos elementos ser feito segundo a direção radial – Coutinho (1999).
2.3.3 MASSA VOLÚMICA
A massa volúmica é, para um determinado teor de água, dada pelo quociente entre o peso da madeira e o seu volume.
As diversas espécies de árvores existentes apresentam uma massa volúmica, para um teor de água de 12 %, que oscila entre os 100 kg.m-3 e os 1500 kg.m-3 – Coutinho (1999).
Para o mesmo teor de água, as madeiras que possuem uma massa volúmica elevada são mais resistentes e mais rígidas do que as de menor massa volúmica, que, por sua vez, não incham nem encolhem tanto como as primeiras – Faherty (1999).
A NP 616:1973 apresenta os procedimentos para determinar experimentalmente a massa volúmica da madeira.
2.3.4 PROPRIEDADES TÉRMICAS
A madeira, à semelhança do que acontece com inúmeros materiais, dilata quando aquece, mas não atinge os mesmos níveis de dilatação que se verificam noutros materiais, como o aço, por exemplo. O coeficiente de dilatação térmica da madeira na direção paralela ao fio é da ordem de trezentas vezes inferior ao do aço. Por seu turno, o coeficiente de dilatação térmica da madeira na direção perpendicular ao fio é da ordem de cinco a dez vezes superior ao que se verifica na direção paralela ao fio – Faherty (1999). Os valores do coeficiente de dilatação térmica da madeira, , para uma temperatura de 0 ºC e uma humidade de 0 %, podem ser consultados no Quadro 2.1.
Quadro 2.1 – Valores do coeficiente de dilatação térmica da madeira. Coutinho (1999).
Parâmetro
Direção axial ou longitudinal 0,05 10-4 Direção radial ou tangencial 0,50 10-4 Dilatação volumétrica 1,00 10-4
A madeira é um bom isolante térmico. Em geral, a condutibilidade térmica da madeira é semelhante nas direções radial e tangencial, sendo que na direção longitudinal é duas a três vezes superior a esse valor – Faherty (1999). Realça-se o seguinte exemplo retirado de Coutinho (1999): uma parede dupla com tijolos de 22,0 cm e com uma caixa de ar de 4,0 cm tem um coeficiente de condutibilidade
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térmica, , de 0,97, ao passo que duas paredes de madeira com 3,0 cm de espessura cada e com uma caixa de ar de 4,0 cm apresenta um coeficiente de 0,98.
A condutibilidade térmica da madeira é aproximadamente seis vezes inferior ao betão corrente e cerca de quatrocentas vezes inferior à do aço – Faherty (1999).
2.3.5 PROPRIEDADES ELÉTRICAS
Na madeira, a resistividade – oposição de um material à passagem de corrente elétrica – diminui à medida que o teor de água aumenta. A madeira é, por isso, considerado um isolante elétrico e não um condutor para baixos teores de água – Faherty (1999). Os valores médios da resistividade transversal da madeira podem ser observados no Quadro 2.2.
Quadro 2.2 – Valores médios da resistividade transversal. Coutinho (1999).
Teor de água (%) Resistividade elétrica (M cm) 7 22000 10 600 15 40 25 0,5
Verifica-se que a resistividade transversal é cerca de duas a quatro vezes superior do que na direção longitudinal e ligeiramente superior à resistividade medida na direção radial – Coutinho (1999).
2.3.6 PROPRIEDADES ACÚSTICAS
A propriedade acústica mais relevante da madeira que é usada como material de construção é a sua capacidade de amortecer vibrações. A absorção sonora da madeira é aproximadamente a mesma que a do plástico, do tijolo e do vidro. As paredes de madeira conferem uma boa barreira acústica aos edifícios – Faherty (1999).
2.3.7 COMPORTAMENTO AO FOGO
A madeira é um material combustível. No entanto, a resistência ao fogo da madeira é um aspeto que se destaca. Quando as chamas se começam a propagar é criada na superfície da madeira uma camada carbonizada que mantém a madeira que está no interior dessa camada a uma temperatura consideravelmente inferior à superfície que está exposta às chamas. Devido a esta camada isoladora a taxa de propagação das chamas é baixa (cerca de 0,038 m.h-1) o que faz com que elementos de madeira com uma secção transversal de espessura considerável conservem durante bastante tempo de exposição ao fogo uma parte significativa da sua capacidade resistente original – Faherty (1999). Poder-se-á afirmar que as estruturas de madeira apresentam um melhor comportamento, quando expostas ao fogo, do que estruturas congéneres de betão ou aço. Verifica-se que a resistência do aço diminui consideravelmente quando as temperaturas atingem cerca de 300 ºC, enquanto que a madeira
21 consegue conservar durante algum tempo as suas resistências mecânicas numa situação em que a temperatura suba até aos 1000 ºC – Faria (2009).
A propagação das chamas na superfície da madeira pode ser reduzida através da aplicação de produtos químicos adequados – Faherty (1999).
2.3.8 RESISTÊNCIA A PRODUTOS QUÍMICOS
A madeira é um material resistente a diversos produtos químicos e, como tal, é utilizada na construção de tanques, reservatórios ou outras estruturas destinados ao armazenamento desse tipo de produtos. No entanto, as soluções químicas podem produzir efeitos prejudiciais na madeira. Deve ter-se em atenção o facto de a água, o álcool e alguns líquidos orgânicos promoverem o aumento do volume da madeira, embora sem causar deterioração (o petróleo e o creosoto não provocam qualquer aumento do volume da madeira). A remoção destes líquidos permite que a madeira volte a adquirir a sua condição inicial. Observa-se ainda que determinados tipo de ácidos, soluções alcalinas e agentes oxidantes podem atuar sobre alguns constituintes da madeira e deteriorá-la – Faherty (1999).
Ainda assim existem alguns tratamentos que podem ser implementados no sentido de aumentar a resistência da madeira aos produtos químicos. Estes tratamentos passam por aplicar na superfície da madeira agentes impregnantes que aumentam a sua resistência à absorção de água – Faherty (1999).
2.3.9 DURABILIDADE
A madeira, por ser um material orgânico, está sujeita ao ataque de diversos organismos, que provocam a sua deterioração. Além deste aspeto, a cor da madeira pode ser ligeiramente alterada devido à exposição solar e poder-se-á mesmo assistir a fenómenos de erosão, relacionados com a decomposição de elementos da superfície que são lixiviados pela água da chuva – Faherty (1999).
A deterioração da madeira é causada por determinados fungos que procuram certas substâncias da madeira para se alimentar. No entanto, a investida destes agentes na madeira requer que sejam reunidas simultaneamente condições propícias de humidade, temperatura, exposição ao ar e acesso à madeira. Assim, o ataque destes agentes destrutivos pode ser facilmente controlado e evitado caso se garanta um teor de água na madeira abaixo dos 20 % – Faherty (1999).
Os elementos submersos de madeira podem ver as paredes das suas células serem atacadas por bactérias que se encontrem na água, reduzindo as propriedades de resistência da madeira e aumentando a sua porosidade. Também os insetos e as térmitas podem atacar a madeira e destruí-la, mas todos estes ataques e deteriorações podem ser evitados caso se adotem medidas de proteção adequadas; medidas essas que passam pela proteção das superfícies através da aplicação de produtos químicos apropriados – Faherty (1999).