A madeira é um material anisotrópico e heterogéneo e, como tal, a resposta que a mesma oferece às diferentes solicitações não pode ser analisada do ponto de vista global. As propriedades que a madeira apresenta nas diferentes direções são condicionadas pela orientação das fibras.
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A estrutura do tronco da árvore é definida no sentido de resistir às solicitações que surgem durante o seu crescimento, a saber: esforços de flexão e compressão provocados pela ação do vento e por ações gravíticas, respetivamente – Faria (2009).
Assim, as propriedades mecânicas que a madeira apresenta na direção paralela ao fio são consideravelmente diferentes das concernentes à direção perpendicular ao fio. A exposição segue Faria (2009).
2.4.1.1 Resistência à tração, compressão e flexão paralela às fibras
A direção mais forte de um elemento de madeira é a direção paralela às fibras, devido à forma como as fibras se dispõem na madeira, orientadas segundo a direção longitudinal do tronco da árvore – Aghayere (2007).
A resistência dos elementos de madeira à compressão axial é condicionada por diferentes fatores, a saber: teor de água, massa volúmica e defeitos. Em relação ao teor de água, os valores máximo e mínimo da resistência à compressão axial verificam-se quando a madeira se encontra no estado anidro e quando se ultrapassa o PSF (Humidade 30 %), respetivamente. No que à massa volúmica diz respeito, quanto maior for o seu valor, maior será o valor da resistência à compressão axial. Os defeitos têm pouca preponderância nos valores da resistência da madeira à compressão axial.
Em relação aos fatores que condicionam a resistência à flexão estática aplica-se o mesmo que foi exposto anteriormente para a resistência à compressão axial relativamente à influência do teor de água, massa volúmica e defeitos. Um aspeto importante na análise estrutural, no sentido de avaliar a flexibilidade ou a rigidez de um elemento de madeira, diz respeito ao módulo de elasticidade à flexão estática na direção do fio, propriedade que apresenta um valor relativamente baixo. Realça-se ainda que o valor do módulo de elasticidade à flexão estática na direção perpendicular ao fio é consideravelmente baixo.
2.4.1.2 Resistência à tração perpendicular às fibras
A existência de fibras na direção transversal dos troncos de madeira é pequena, o que torna muito complicadas as ligações intercelulares nessa mesma direção. Por esse motivo a resistência dos elementos de madeira na direção perpendicular ao fio da madeira é muito condicionada.
A resistência à tração da espécie pinho bravo na direção perpendicular às fibras é cerca de 3,0 MPa (peças perfeitas), ao passo que a resistência à tração paralela às fibras quase que supera esse valor em cinquenta vezes.
Faria (2009) aponta ainda que a resistência à tração normal não é condicionada pela massa volúmica da madeira, uma vez que esta propriedade não influencia a aderência entre as fibras da madeira.
2.4.1.3 Resistência à compressão perpendicular às fibras
A resistência à compressão da madeira na direção perpendicular às fibras é inferior em cerca de 20 % a 25 % relativamente à resistência à compressão na direção paralela às fibras.
Quando a madeira é comprimida por esforços na direção perpendicular ao fio, as cavidades das células que constituem as fibras são eliminadas e as paredes das células apoiam-se entre si. O esmagamento que resulta da ação deste tipo de esforços pode provocar deformações nos elementos de madeira, o que
23 é inaceitável – Faherty (1999). A resistência à compressão na direção perpendicular às fibras é condicionada pela massa volúmica da madeira.
2.4.1.4 Resistência ao corte ou escorregamento
A resistência ao corte ou escorregamento pode ser avaliada segundo as tensões tangenciais que se verificam em relação à orientação do fio da madeira, a saber: tensões tangenciais normais às fibras, tensões tangenciais paralelas às fibras e tensões tangenciais oblíquas às fibras.
A resistência dos elementos da madeira a tensões tangenciais paralelas às fibras é muito baixa; estas tensões promovem o seu deslizamento ou escorregamento.
O valor da resistência ao corte ou escorregamento da espécie pinho bravo é igual a, aproximadamente, 12 MPa. O valor desta resistência é condicionado pela existência de defeitos na madeira, nomeadamente, fendas e fissuras.
2.4.1.5 Dureza
A dureza de um material pode ser definida como a resistência que este apresenta face à deformação permanente da sua superfície. As madeiras são, em geral, enquadradas em três tipos de categorias, a saber: brandas, medianamente duras e duras. Esta propriedade tem uma relação estreita com a sua densidade e trabalhabilidade.
O conhecimento da dureza das diferentes espécies de madeira é importante no sentido de se definir corretamente qual o tipo de madeira mais apropriado que deve ser usado numa determinada aplicação. Por exemplo, as madeiras que constituirão pavimentos devem ter um índice de desgaste superficial baixo e, consequentemente, uma dureza elevada.
2.4.1.6 Resistência à fadiga
A fadiga é a estabilidade sob alternância entre estados de tensão dependendo assim das respostas em ciclos de carga.
Existe um conjunto de considerações que deve ser tido em linha de conta e que se baseia em resultados experimentais – Faria (2009):
«O quociente entre a resistência à fadiga e a resistência à flexão estática é, em média, da ordem de um terço;
A cota de fadiga (quociente entre a resistência à fadiga e a massa volúmica) da madeira é da ordem de 6 a 7, enquanto que para o alumínio é de 5 e de 2 a 3, para alguns aços especiais;
O teor de água tem grande influência no valor da resistência à fadiga, sendo que para cada diminuição de 1 % do seu valor, se verifica uma redução de cerca de 3 a 4 % do valor da resistência à fadiga.»
2.4.1.7 Fluência
A fluência pode ser definida como a deformação que um material sofre ao longo do tempo sob tensão constante (ou quase).
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Faria (2009) refere, com base em resultados experimentais, que as resistências da madeira quando esta se encontra em regime plástico são inferiores em cerca de 60 % em relação aos resultados que se verificam em ensaios de curta duração (5 2 minutos).
Uma propriedade que condiciona consideravelmente a fluência é o teor de água. Madeiras com teores de água mais elevados ou que sejam submetidas a ciclos de humidificação/secagem com frequência apresentam valores de fluências superiores.
No entanto, os fenómenos de fluência podem ser mitigados, caso sejam adotadas medidas nesse sentido, a saber: a) deve garantir-se que o elemento de madeira não esteja sujeito a variações bruscas de temperatura e humidade, b) os elementos de madeira só devem ser colocados na estrutura quando o seu teor de água tenha estabilizado, c) na fase de dimensionamento deve sobrestimar-se as cargas atuantes ou usar um valor reduzido do módulo de elasticidade, no sentido de evitar que algum elemento da estrutura entre em regime plástico e d) deve recorrer-se à aplicação de contraflechas.