CUIDADOS COM A UTILIZAÇÃO DE CONÍFERAS NAS ESTRUTURAS DE MADEIRA

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1 CUIDADOS COM A UTILIZAÇÃO DE CONÍFERAS NAS ESTRUTURAS DE MADEIRA RESUMO: As madeiras de reflorestamento representam a alternativa mais coerente para a diminuição do uso de madeiras tropicais, advindas de florestas nativas sem manejo e de procedência duvidosa, e conseqüentemente, retomando o caráter ecológico e sustentável das estruturas de madeira. Para tanto, é necessário que os projetistas e executores de estruturas de madeira se adaptem às características próprias dessas madeiras, principalmente as coníferas, que apresentam grande incidência de defeitos naturais, suscetibilidade ao ataque biológico e grande variabilidade das propriedades mecânicas, as quais muitas madeiras nativas não possuem, e passem a tirar proveito de suas vantagens, tais como baixo peso, tratabilidade, trabalhabilidade, etc. Analisando o texto atual da norma brasileira para Projeto de Estruturas de Madeira, onde está previsto o uso dessas madeiras, algumas das particularidades não estão suficientemente esclarecidas, tais como as restrições dos defeitos, representada pelo coeficiente de modificação relativo à classificação das peças, os quais já estão sendo avaliados na revisão da norma por grupos específicos. Esse artigo trata desse assunto na forma de uma revisão da bibliografia, do estudo de casos de estruturas e patologias, observando a experiência de países que já utilizam essas madeiras há muito tempo e buscando outras sugestões que podem minimizar o efeito dessas particularidades na estrutura como um todo. Palavras chave: Coníferas, classificação, variabilidade, propriedades mecânicas, Patologia. WARNINGS FOR CONIFERS UTILIZATION AS STRUCTURAL MATERIAL ABSTRACT: The use of wood from reforestation represents a coherent alternative to decrease the tropical wood exploration, which came from uncontrolled native areas, and consequently restore the ecological and sustainable appeal of wood structures. Therefore, it is necessary that structure designers and builders understand the particular characteristics of those woods, specially for conifers, that presents a grate variability on its properties, natural defects, biological demand, that is very different from the reality of commonly used Brazilian native wood. It is necessary also to understand the advantages of the reforestation wood uses, such as low weight, workability, permeability for preserving treatment, etc. An evaluation of the Brazilian National Code for Wood Design shows that those particularities of conifers are not completely clear, such as the natural defects restriction, represented by de modification factor (K mod,3 ) relative to wood rating, which are in discussion for the Code Review in course. This paper is about the special considerations about the use as structural elements of conifers from Brazilian reforestations by the bibliography review, case studies and pathologies, observing the knowledge from countries where the wood use is more often and developed. Also, it is presented some suggestions that can minimize the effect of those particularities on the structure behavior. Keywords: Conifers wood, rating, variability, mechanical properties, Pathology.

2 1. INTRODUÇÃO O desenvolvendo de tecnicas para dimensionamento de estruturas de madeira pelos laboratórios e centros de pesquisa brasileiros já permitem o desenvolvimento de projetos de grandes estruturas, com soluções modernas e eficientes. Em oposição a esse desenvolvimento, nota-se que é muito reduzido o número de engenheiros e arquitetos formados com conhecimentos em madeira compatíveis com essa atribuição profissional, tal qual recebem sobre concreto e aço. Essa falha na formação se reflete no uso da madeira nas construções de forma geral, que na prática é feita sem o acompanhamento de engenheiro, e executada como há 100 anos atrás, inclusive buscando os mesmos materiais e dimensões utilizadas desde então, e determinadas segundo a experiência prática do carpinteiro. A falta de critérios e de aplicação dos conhecimentos desenvolvidos na utilização da madeira tem se mostrado a maior responsável pelo consumo de madeiras tropicais de procedência duvidosa, cabendo à região sudeste uma cota estimada em 70% da madeira extraída ilegalmente da Amazônia, com destaque para o estado de São Paulo. Essas informações apresentadas da mídia de massa denigrem o uso da madeira como material ambientalmente sustentável e, na falta de esclarecimento técnico embasado, leva os leigos a considerarem o uso de outros materiais como substituto da madeira do ponto de vista ecológico. ZENID (1998) já havia constatado que no final da década de 1980 estava ocorrendo um aumento no consumo de madeiras da Amazônia por parte das construtoras da cidade de São Paulo, resultado da escassez de espécies regionais nativas. Nesse mesmo trabalho, ZENID já observa que o Pinus era comercializado em São Paulo, já ocupando posição de destaque. Em seu trabalho não está definido se o uso final da madeira será para estruturas permanentes ou para formas para concreto, onde o pinus já tem maior aceitação, mas o autor reforça que a utilização em larga escala da madeira de reflorestamento, na construção civil, requer a superação de alguns problemas tecnológicos e a aceitação por parte dos consumidores. Não se pode deixar de lado também a frustração de muitos em relação ao mal desempenho de pequenas estruturas de madeira, executadas sem acompanhamento técnico adequado, cuja durabilidade ou segurança ficam aquém das expectativas. Cabe ressaltar que estruturas de concreto ou metálicas são geralmente acompanhadas de projeto executivo e é exigida a responsabilidade técnica, já as estruturas de madeira raramente passam ao menos pela simples verificação de suas seções, baseadas na simples confiança na experiência do carpinteiro. Como resultado, têm-se, geralmente, o uso de madeiras caras, de procedência duvidosa, sem otimização e montadas de forma artesanal pouco produtiva. A evolução desse quadro para a melhor utilização das estruturas de madeira deve evoluir em dois segmentos chaves: o uso de madeiras de reflorestamento e a industrialização das estruturas, dentro dos quais é imprescindível a incorporação de técnicas específicas para essas situações. Essa foi a evolução encontrada por muitos países que apresentam hoje um setor de construção civil muito mais industrializado que o brasileiro, e tende a ser o caminho para a melhoria da qualidade das construções, da eficiência produtiva e da qualidade de vida dos trabalhadores desse setor. Com relação ao uso de madeiras de reflorestamento, deve-se ater à disponibilidade regional. Se considerarmos as regiões sul e sudeste, tem-se disponibilidade de madeira de pinus e de eucalipto, provenientes de reflorestamentos remanescentes de períodos de incentivos federais, ou de reflorestamentos mais recentes voltados para as indústrias de celulose e papel,

3 siderúrgicas, de painéis ou de artefatos de madeira. Existe, portanto, uma grande heterogeneidade dessa matéria prima, e seu uso indiscriminado como se fazia antigamente para madeiras como peroba, Jatobá, Ipê, etc, sem uma diferenciação ou classificação, pode ser catastrófico. Essas madeiras, provenientes de árvores de crescimento rápido, e sem manejo adequado para a utilização como elemento estrutural, possuem comportamentos bastante peculiares, que não são considerados quando se utiliza madeiras tropicais nativas. Além disso, as madeiras de reflorestamento geralmente são susceptíveis ao apodrecimento e ao ataque de insetos, o que não era preocupante quando se utilizava madeiras tropicais com resistência natural ao ataque de organismos xilófagos. Assim, o uso de madeiras de reflorestamento deve ser seguido de técnicas de classificação, do conhecimento mais aprofundado do comportamento dos materiais, de preservação adequada e de detalhes específicos que garantam sua durabilidade e eficiência. O segundo segmento, referente à industrialização, se apresenta como uma oportunidade de inserção de madeiras de reflorestamento para fins estruturais, pois essas apresentam características que se adaptam muito mais facilmente aos processos de industrialização, uma vez que as tecnologias já desenvolvidas em outros países são voltadas para madeiras de características semelhantes. Existe também a possibilidade de compor diferentes espécies de madeira de reflorestamento, explorando seu uso de acordo com suas propriedades. Nesse trabalho são apresentados alguns casos de aplicações dessas madeiras, e algumas considerações que são essenciais para o uso de madeira de reflorestamento em estruturas de madeira de forma eficiente, segura e econômica. Dentre as madeiras de reflorestamento com características peculiares, a utilização de madeiras de Pinus exige mais atenção, uma vez que a quantidade e a distribuição de defeitos naturais, tais como nós, bolsas de resina, presença de medula, etc., é muito mais crítica do que nas madeiras tropicais que tradicionalmente são utilizadas. Essa característica deve ser considerada em todas as etapas do uso dessa madeira, pois altera desde o aproveitamento das peças na serraria e no beneficiamento até o comportamento estrutural final. 2. INFLUÊNCIA DAS CARACTERÍSTICAS NATURAIS NA RESISTÊNCIA DOS ELEMENTOS ESTRUTURAIS Devido à possibilidade de ocorrência de defeitos naturais não visíveis, a atual versão da NBR 7190/1997 recomenda que seja reduzida em 20% a resistência de peças estruturais de coníferas, por meio do K mod,3, mesmo que classificada visualmente. Porém, existe uma lacuna quanto à utilização de madeira de segunda categoria de coníferas, pois em nenhum momento é especificado quais os parâmetros de classificação, nem o critério de rejeição de peças para fins estruturais. Sendo que o texto da norma admite a utilização de defeitos que podem comprometer a peça em muito mais que 20% de sua seção, como é o caso das seções apresentadas na Figura 1. Essa Norma está atualmente em revisão, e pode vir a propor outros valores de redução na resistência de madeiras de coníferas, que devem ser baseados em critérios de classificação visual e mecânica, de forma semelhante às utilizadas pelas normas norte-americanas. Os valores a serem considerados para essa redução, porém, devem ser baseados em dados estatísticos que correlacionem os parâmetros de classificação visual e os valores de

4 classificação mecânica com as resistências à compressão, tração, cisalhamento, além do módulo de resistência à flexão (MOR) e módulos de elasticidade correspondentes. Esses dados ainda são escassos no Brasil, uma situação que piora se levarmos em conta a quantidade de espécies de coníferas cultivadas e a variabilidade de suas propriedades físicas e mecânicas em função das diferenças climáticas, de solo, de manejo, etc das várias regiões em que são cultivada, bem como as variações internas entre madeira de lenho juvenil e maduro, posição na tora, anéis de crescimento, etc., como será abordado mais adiante. Figura 1 Seções comprometidas com defeitos que comprometem mais de 20% da área útil Segundo BODIG e JAYNE (1972), a madeira que apresenta defeitos naturais, quando utilizada em estruturas, deve ter a resistência mecânica ajustada por um fator de resistência, kd. O valor de kd é obtido para um teste de uma peça com defeitos, usando o mesmo valor de para as peças de dimensões semelhantes sem defeitos. Madeiras estruturais são usualmente agrupadas em um número de amplo de categorias baseados no kd. Tais como: Estrutural especial: kd = 0,67; Estrutural 1: kd = 0,57; Estrutural 2: kd = 0,47; Estrutural 3: kd = 0,26. A maioria das razões de resistência é dada por médias experimentais, mas a redução da resistência devido a defeitos simples fornece uma base simplificada para o cálculo da razão. Por exemplo, se uma peça é submetida a uma carga axial na direção X1. Duas equações simples podem ser escritas para a diminuição do carregamento máximo (Equação 1 e Equação 2), uma para uma peça livre de defeitos e outra para o membro da Figura 2: P all = f t. A 1 = f t. b. h (1) P' all = f t. A' 1 = f t. b. (h' d) (2) Onde: P all = força máxima de tração na peça sem defeito. P' all = Força máxima de tração na peça com nó f t = Resistência à tração em peça isenta de defeitos. b= Largura da peça. h= Altura da peça. d= Diâmetro do nó.

5 Figura 2 - (a) Madeira com um nó de borda; (b) Seção transversal incluindo o nó; (c) Seção transversal excluindo o nó. Assim, a razão de resistência fica: k d = P' all / P all (3) Substituindo para a Equação (2) e simplificando, temos: k d = (h' d) / h (4) Essa é uma das formas apresentadas, por Bodig e Jayne, que ressaltam que, se a peça estiver submetida à flexão, a consideração do nó na resistência da peça deve ser feita de outra forma, ou seja, o nó reduzirá a capacidade de resistência à flexão devido à redução da inércia, e não devido à redução da área. Desenvolvendo, duas equações de momento podem ser escritas, uma para peças livres de defeitos e uma para peça com a presença de um nó: M 2 = MOR W =MOR b h² / 6 M' 2 = MOR W = MOR b (h d)² / h². (5) Razão de resistência passa a ser: k d = M' 2 / M 2 = (h d)² / h². (6) A localização do nó de borda na viga reduz a resistência na flexão (MOR) mais do que a carga axial. A localização de um nó não interfere na razão de resistência à tração ou compressão, mas na flexão, um nó de borda reduz muito mais a inércia do que os nós centrais. Conclui-se então, que o efeito de determinadas características na resistência de uma peça de madeira depende tanto da proporção dos defeitos, como da maneira como a peça é usada. Desta forma, uma classificação estrutural eficiente requer que as peças de madeira também sejam classificadas em função de suas dimensões e de seu uso. A inclinação das fibras em torno dos nós é uma complicação adicional na determinação correta das razões de resistência para peças de flexão. Os desvios das fibras são

6 freqüentemente ignorados, mas quando estão presentes podem resultar reduções expressivas na resistência, como será ilustrado na Figura 3, onde pode-se observar que a ruptura se dá em uma região muito maior que a área escura do nó considerada para efeito de classificação. Figura 3 Exemplo de ruptura de nó de pinus Cabe ressaltar que esse desvio de fibras ao redor do nó é tão mais crítico quanto maior os anéis de crescimento. Desta forma, deve-se ficar atento a essa consideração na utilização dos pinus cultivados no Brasil, que, devido ao seu crescimento rápido, apresentam anéis de crescimento muito maior que os apresentados por coníferas cultivadas em regiões temperadas. Além dos desvios de fibras ao redor dos nós, o desvio de fibras devido ao processamento da madeira, ou seja, durante o desdobro da tora, também pode acarretar redução da resistência da peça. Bodig e Jayne apresentam os valores dados na Tabela 1, relacionando a inclinação das fibras com a razão de resistência. Tabela 1 - Razões de resistência para várias inclinações de fibras. (BODIG e JAYNE, 1982) Razão de resistência (%) Inclinação da fibra Compressão paralela as Tração paralela as fibras fibras 1/ / / / / / / / / As normas americanas utilizam esses conceitos na definição das classes de resistência. A Tabela 2 apresenta, como exemplo, as classes visuais descritas na National Grading Rules, e também mostra a razão de resistência mínima a flexão associada com cada classe para fornecer um índice comparativo de qualidade.

7 Tabela 2 Classes visuais descritas na National Grading Rules. Fonte: National Grading Rules, apud CARREIRA (2002). Descrição Classe Razão de Resistência a Flexão (%) Select Structural 67 Caibros e N 1 55 Pranchas N 2 45 N 3 26 Select Structural 65 Postes N 1 55 N 2 45 N 3 26 Essas classes são sempre acompanhadas dos critérios para a classificação visual, que envolvem dimensões dos nós, densidade de anéis de crescimento, inclinação das fibras, bolsa de resinas, torcimento e empenamento, entre outras características que possam comprometer a eficiência estrutural da peça. Além da classificação visual, existem classificações por ensaios não destrutivos que podem ser aplicados em escala industrial ou até mesmo na obra. Para uso industrial um dos sistemas mais utilizados é a classificação por máquina de flexão (Machine Stress Rate, ou MSR). Trata-se de uma máquina que aplica tensões na madeira em movimento, e garante alta produtividade em termos de velocidade de classificação de peças. FREITAS (2004) estudou essa classificação e observou baixa correlação entre MOE dinâmico (obtido pela MSR) e MOR obtido por ensaio de flexão estática,e contatou que não existe correlação entre o Módulo de Elasticidade na Compressão Paralela (E c0 ) e o MOE dinâmico. Freitas concluí que é indispensável a classificação visual como complemento da mecânica. Uma característica importante dos pinus cultivados no Brasil são os grandes anéis de crescimento se comparados com os anéis de crescimento de pinus cultivados em regiões temperadas da América do Norte, Ásia e Europa. Isso se deve ao rápido crescimento das árvores devido às boas condições climáticas do Brasil, aliadas à anos de desenvolvimento em silvicultura voltados exclusivamente para eficiência de volume de madeira por hectare. Vale ressaltar que as coníferas apresentam propriedades mecânicas muito diferentes entre o lenho de verão e o lenho de inverno, sendo o lenho de inverno o que apresenta maior densidade, e conseqüentemente, confere melhores propriedades de resistência e rigidez à madeira. Com relação à variabilidade das propriedades mecânicas do pinus cultivados no Brasil, MUÑIZ e PALMA (1998) observaram em ensaios de flexão em corpos de provas obtidos de árvores de 30 anos de idade que a variação do MOR entre lenho juvenil e lenho adulto, para diferentes alturas da árvore, foram de 42%, e para o MOE de 90%. Nesse mesmo trabalho, Muniz e Palma verificam que a própria densidade da madeira de pinus varia até 18% ao longo da altura da árvore, e até 22% ao longo do diâmetro, e que existe alta correlação entre a densidade e as propriedades mecânicas. Observando que o MOE, o MOR e o limite de proporcionalidade aumentam da medula para a casca, e da base para o topo da árvore, Muniz e Palma indicam quais as regiões mais indicadas para extração de madeira de pinus de boa qualidade para o uso estrutural.

8 Em outro trabalho, PALMA e BALLARIN (2002) realizaram estudo para avaliar a densidade da madeira de pinus em árvores de 37 anos, onde observam que a densidade da madeira adulta se apresenta mais de 20% superior à densidade da madeira juvenil, e que a região de transição entre madeira juvenil e madura se encontra entre o 14 e o 18 anel. Sendo alta a correlação entre a densidade e as propriedades mecânicas, é de se esperar que a madeira adulta de pinus apresente valores de propriedades mecânicas superiores aos da madeira juvenil. De fato, NOGUEIRA e BALLARIN (2004) verificaram que os valores médios do Módulo de Elasticidade e de resistência da madeira adulta foram 59 e 14% maiores que os respectivos valores da madeira juvenil, segundo resultados de ensaios em madeiras de Pinus taeda L. com 34 anos de idade. É importante notar que, para madeiras de pinus provenientes de reflorestamento de crescimento rápido em regiões tropicais, a região definida pelo lenho juvenil é muito maior que a encontrada em coníferas de florestas temperadas naturais, segundo ZOBEL(1981) e McALISTER(1997) apud PALMA e BALLARIN (2002). Essa observação é importante no que se refere à adaptação das técnicas e critérios desenvolvidos por países temperados para aplicação à realidade e a matéria prima no Brasil. CHIES, MATOS e KLOCK(2002) também realizaram estudos semelhantes, porém em árvores de 11 e 21 anos, onde observaram incremento de 12,92% para MOR e 38,71% para MOE quando passa-se das árvores com 11 anos para 21 anos. Chies, Matos e Klock ressaltam também a variabilidade dos resultados, de 20 a 40%. Essa grande variabilidade também é devida ao lenho juvenil, pois, segundo ZOBEL (1980) apud PALMA e BALLARIN (2002), quase todas as propriedades químicas e físicas da madeira apresentam grande variabilidade na madeira juvenil, e são quase constantes na madeira adulta. Em termos de disponibilidade de toras de diâmetro adequado para um melhor aproveitamento de madeira madura, KRONKA et al.(2002) revela, a partir de levantamento das áreas de reflorestamento do estado de São Paulo, que existiam, cerca de ha de pinus plantados no estado em , sendo que a espécie mais freqüente é o Pinus elliottii, com ha. Das quais ha eram de pinus com idade superior a 25 anos. Kronka et al observam também que a maior parte desses pinus tinha manejo orientado para a resinagem. Nesse trabalho notou-se uma redução na área plantada de pinus de cerca de 18% em relação ao levantamento de Outro ponto importante a ser ressaltado com relação às propriedades mecânica do Pinus é o efeito de fluência. BALLARIN, TARGA e SOBRAL (1998), fizerem um estudo sobre as deformações lentas em peças fletidas de Pinus elliottii e eucalipto carregadas por 6 meses a níveis elevados de tensão (carga de serviço), e constataram que a consideração da NBR 7190/1997 sobre a fluência, por meio do Módulo de Elasticidade Efetivo (E co,ef ), não é adequada para o pinus, pois resultam em valores teóricos superiores aos encontrados experimentalmente. Partindo dessa constatação, que já havia sido apresentada também por CALIL et al.(1995) apud BALLARIN, TARGA e SOBRAL (1998), somada à outras observações práticas, cabe aqui uma recomendação de cuidado ao utilizar o pinus em situações de flexão, buscando a utilização de outra espécie, ou o uso de peças de maior inércia para compensar esse comportamento. Como resultado de todas as características, tem-se que as madeiras de pinus apresentam uma variabilidade muito maior do que as madeiras de folhosas nativas do Brasil. Para diminuir

9 essa variabilidade e melhorar as propriedades mecânicas, seriam necessários controles no cultivo, na colheita e no desdobro do pinus. Na prática, porém, não é feita diferenciação entre as partes da tora durante o desdobro, misturando todas as peças em um único lote. Destaca-se aqui que o direcionamento adequado do processo de obtenção da madeira serrada de Pinus é um dos pontos mais importantes para que se possa melhorar a qualidade das estruturas utilizando esse material. 3. VANTAGENS DO PINUS PARA A INDUSTRIALIZAÇÃO Essa grande variabilidade, bem como todas as peculiaridades do pinus em relação às madeiras folhosas não deve ser entendida como inviabilização do uso dessa madeira como material estrutural., e sim, deve ser estudada e entendida para garantir sua boa aplicação, pois, se considerarmos a disponibilidade dessa madeira nas regiões sul e sudeste, seria inconseqüente descartar tal matéria prima alegando ignorância de seu comportamento. Entendidas as peculiaridades necessárias para seu bom uso, é interessante ressaltar também suas vantagens para a industrialização das estruturas de madeira. Em primeiro lugar, o parque industrial voltado para o processamento do pinus aplica, hoje, muito mais tecnologia do que o processamento de madeiras nativas, isso permite o controle melhor das seções e da qualidade, uma vez que esse parque já está focado em setores que já aplicam conceitos de qualidade, pois são basicamente exportadores. Além disso, a baixa densidade representa uma das características mais importantes no que se refere à industrialização. Essa baixa densidade facilita o manuseio das peças durante a produção e a montagem do telhado, que se tornariam muito mais lentas e complicadas se as peças tivessem o dobro do peso. O pinus apresenta também ótima trabalhabilidade, o que permite o uso de equipamentos mais rápidos e leves, além de permitir soluções como as chapas com dentes estampados, ou de receber pregos de pequenos diâmetros sem necessidade de pré-furação, apesar de a norma Brasileira não fazer essa diferenciação. A alta permeabilidade do pinus também é vantagem por diversos motivos, pois permite o tratamento de 100% da seção, enquanto algumas madeiras folhosas, mesmo de média densidade, não tem permeabilidade suficiente para a impregnação do cerne, não garantindo assim a eficiência total do tratamento preservativo em determinadas situações. A alta porosidade do pinus permite a rápida secagem da madeira de pinus, essencial para um processo de industrialização em que o custo de espera de secagem e o capital imobilizado em grandes estoques durante a secagem poderiam inviabilizar a produção. Além disso, a alta permeabilidade garante grande eficiência nos processos que utilizam adesivos, seja para colagem de madeira laminada colada, para vigas I, finger joints, etc., pois o mecanismo de fixação dos adesivos mais utilizados para madeira exigem uma determinada permeabilidade para que a linha de cola tenha resistência mecânica. Diversos elementos estruturais industrializados de madeira surgiram da necessidade de se vencer grandes vãos, mas utilizando como matéria prima árvores de pequenas dimensões. Sendo assim, as dimensões necessárias para a industrialização das estruturas de madeira

10 podem ser facilmente supridas pelas seções de pinus serrado disponíveis no mercado brasileiro. 4. INDICAÇÕES PARA USOS EM ESTRUTURAS INDUSTRIALIZADAS Diversas são as aplicações dos pinus em estruturas industrializadas, principalmente devido ao fato de que a grande maioria das tecnologias desenvolvidas para a industrialização de estruturas de madeira são voltadas para o uso de coníferas como matéria prima, como está apresentado a seguir Madeira Laminada Colada: A aplicação mais importante do pinus em grandes estruturas, o laminado colado é produzido pela colagem de lâminas de madeira sucessivas, que geralmente são unidas, em sua continuidade, por emendas tipo finger joint coladas. Para se conseguir uma maior eficiência do elemento estrutural, deve-se fazer uma pré-classificação das peças, produzindo lâminas de maior resistência e rigidez para serem posicionadas nas extremidades, podendo-se utilizar lâminas de características inferiores na região central. Com relação à redundância mencionada anteriormente, devido à sua composição, a madeira laminada colada comporta-se de forma que, se houver um defeito em uma das lâminas num determinado ponto, as lâminas subseqüentes poderão absorver os esforços devidos a esse defeito. Apesar de se utilizar geralmente adesivos à prova d água e pinus tratado em auto-clave, o uso dessas estruturas diretamente expostas às intempéries não é aconselhado. No Brasil, esse tipo de uso do pinus é pouco difundido, e entre as justificativas estão o alto custo do adesivo e o alto índice de perdas durante o processo. Ressalta-se que não existe atualmente empresas no Brasil utilizando toda a tecnologia disponível para esse fim, bem como não existe demanda suficiente para justificar o investimento a curto prazo na aquisição dessa tecnologia. Porém, sem a disponibilidade desse produto, o uso do pinus em grande estruturas no país fica restrito às estruturas compostas e lamelares Seções compostas As seções compostas de madeira já foram bastante utilizadas no Brasil, principalmente entre 1992 e 1970, por atuação do Engenheiro Erwing Hauff (estruturas Hauff) e do engenheiro Ênio Perillo (TEKNO SA), como apresentado por CÉSAR e por STAMATO. No caso das estruturas Hauff, essas eram compostas por madeira maciça, tanto suas mesas quanto suas almas, e geralmente unidas por cavilhas de madeira e por estribos metálicos. Já as estruturas da TEKNO-SA, a composição era de madeira maciça nas mesas e compensado nas almas, utilizando pregos e estribos metálicos. Devido à falta de tecnologia da época, não se utilizada emendas de continuidade das peças ou das almas. Essa continuidade era garantida pela utilização de peças múltiplas nas mesas e nas almas, com ementas de topo estrategicamente desencontradas. O fato de utilizar peças múltiplas confere uma certa redundância ao sistema, que garante o bom funcionamento dessas

11 estruturas. Algumas dessas estruturas estão em serviço até hoje, valendo observar que o compensado daquela época eram de araucária, ou seja, conífera, e não se utilizava tratamento em auto-clave. STAMATO (2002) desenvolveu estudo sobre a utilização de seções compostas com alma em compensado de pinus e mesas em pinus, com ligação alma-mesa pregada, onde constatou a eficiência desses elementos por testes em elementos de viga e de nó de pórtico em escala real. Nesse trabalho, Stamato observa que, devido à variabilidade das propriedades mecânicas entre os anéis de crescimento do pinus, é mais eficiente a utilização de pregos de menor diâmetro em menor quantidade do que pregos de maiores diâmetros em menor quantidade, pois esses últimos geram concentrações maiores de tensão do que os primeiros, o que teve um efeito significativo na rigidez das vigas. A vantagem da utilização de seção composta está na disponibilidade dos materiais, e na não exigência de equipamentos especiais nem de grandes investimentos. Valendo lembrar que as estruturas dadas como exemplo nos parágrafos anteriores foram construídas praticamente com ferramentas manuais. Naturalmente, essas seções compostas podem evoluir para uma produção industrializada, utilizando ligações pregadas, ou partindo para ligações coladas, somente recomendadas para execução em indústria devido à necessidade de maior controle de processos. Nesse caso se apresenta a viga I, muito utilizada como estrutura de pisos ou coberturas de residências na América do Norte, tem sido produzida em baixa escala no Brasil, utilizando pinus com emendas finger joint nas mesas e OSB (de pinus) nas almas. Assim como a madeira laminada colada, as seções compostas utilizando pinus não são indicadas para uso externo, mesmo se utilizarem pinus tratado Treliças utilizando chapas com dentes estampados Essa é a maior utilização do pinus em estruturas de cobertura no Brasil. Apesar de ainda representar uma parcela pequena se comparada com as estruturas convencionais, as coberturas utilizando chapas com dentes estampados já representam alguns milhares de metros quadrados de cobertura no pais. Esses telhados são montados utilizando treliças, cujas ligações são feitas por meio de chapas metálicas com dentes estampados por um processo de punção mecânica. A fixação dessas chapas deve ser por meio de equipamentos apropriados, que garantem a correta cravação dos dentes, o que já é empregado por algumas empresas brasileiras. Mas sabe-se que muitas construções desse tipo ainda são feitas utilizando marretas ou soquetes, ficando a garantia da fixação confiada exclusivamente à experiência do operário que faz a cravação. Esse sistema mantém algumas semelhanças com as coberturas convencionais, mas difere em outras, o que torna necessário um treinamento específico para a mão de obra. Esse sistema também é baseado no uso de treliças (tesouras), geralmente apoiadas diretamente sobre cintas de concreto ou grauteadas, no caso de alvenaria estrutural. Difere, porém, pelo espaçamento entre treliças ser bem menor, eliminando terças e caibros, por as treliças já chegarem prontas na obra, e pelo baixo peso, que facilita a movimentação das peças na obra.

12 Além disso, as seções normalmente utilizadas são menores que as utilizadas nas estruturas convencionais, seguindo as bitolas americanas em polegadas. Geralmente de menor espessura (4,0 a 4,5cm), as peças ficam mais esbeltas, necessitando assim de uma malha de contraventamento mais densa. SERAPHIM e FRANCO(2000) apresentam um estudo que indica que a resistência dessas ligações à tração diminui com o aumento da espessura. Esses resultados são para ligações utilizando eucalipto, mas indicam que a relação entre a profundidade dos dentes e a espessura da madeira criam determinado fluxo de tensões que pode afetar a resistência final da ligação. O resultado final desse sistema estrutural, com as treliças pouco espaçadas e um denso contraventamento, é uma estrutura quase espacial, com uma grande capacidade de redistribuição de esforços, que conferem redundância ao sistema. Essa redistribuição de esforços não é considerada no dimensionamento, segundo o qual cada treliça deve suportar seus respectivos esforços individualmente. Além disso, essa redundância não deve ser considerada como fundamento para a relaxação da classificação das peças utilizadas, que devem ser de acordo com os critérios adotados para o dimensionamento. Segundo BARALDI e CALIL JUNIOR(1998), as estruturas de telhados industrializadas utilizando chapas com dentes estampados é capaz de reduzir o peso das estruturas em até 40% e de aliviar as cargas concentradas nos apoios do telhado, devido ao maior número de treliças e seu menor espaçamento, bem como resultado da redução do peso, Além disso, essas estruturas resultam em melhor aproveitamento do material, por utilizar seções menores, além de necessariamente serem executadas a partir de um projeto elaborado por profissional qualificado. A execução em ambiente industrial também permite um maior controle de qualidade da estrutura, segundo Baraldi e Calil Junior. Para esse fim, existem duas linhas possíveis em relação à utilização do pinus. Uma delas consiste na utilização do pinus em todos os elementos, ou seja, como banzos, diagonais e montantes das treliças, como ripas e como contraventamento. A outra linha utiliza o pinus apenas nos elementos da treliça (banzos, diagonais e montantes), e utiliza outra espécie, geralmente eucalipto, como ripas e contraventamento. Essa última é justificada devido ao baixo módulo de elasticidade do pinus, que acarretaria em grandes deformações nas peças fletidas (ripas), além de melhorar a competitividade, uma vez que o metro cúbico do pinus tratado é mais caro que o metro cúbico do eucalipto tratado. Assim como as anteriores, as treliças com pinus e chapas com dentes estampados não devem ficar expostas às intempéries, pois os ciclos de inchamento e retração fazem com que os dentes das chapas se soltem lentamente, diminuindo a capacidade de transmissão dos esforços. A Figura 4 apresenta esse fenômeno resultado de uma exposição por 4 anos de uma estrutura treliçada de pinus com chapas com dentes estampados Estruturas lamelares Atualmente são poucos os exemplos de estruturas lamelares no Brasil. Existem porém, estruturas mais antigas mas ainda em funcionamento, utilizando o conceito de estrutura lamelar, com as peças posicionadas verticalmente, conforme estudado por FERREIRA e CALIL JUNIOR(1998), mostrada na figura 5.

13 Figura 4 Desprendimento de chapas com dentes estampados devido à exposição às intempéries Figura 5 Exemplo de estrutura lamelar Piracicaba-SP Segundo Ferreira e Calil Junior, o conceito de estrutura lamelar refere-se a uma estrutura composta por pequenos elementos (lamelas) que formam uma malha losangular tridimensional que define uma superfície, que pode ser cilíndrica, esférica, ou assumir outras formas curvas mais arrojadas. Entre as vantagens citadas para esse sistema estão a possibilidade de industrialização das lamelas (para superfícies cilíndricas), a possibilidade de utilização de peças de madeira de comprimento reduzido, que se adapta à realidade das madeiras de reflorestamento, a leveza da estrutura, a eliminação das terças, e a repetitividade da montagem, que facilita o treinamento de mão de obra. O modelo utilizando tábuas verticais apresentado por Ferreira e Calil Junior, (Figura 5) passou a ser questionado por gerar esforços de flexão devido às excentricidades das ligações, que podem causar flambagem, como mostra a própria foto da figura 5. Assim, a evolução

14 dessas estruturas conduziu para o uso de peças horizontais múltiplas, onde a ligação é feita intercalando-se uma peça emendada e uma contínua. Dessa forma, consegue-se também a redundância, pois não existe apenas uma peça resistindo à um determinado esforço, e sim um conjunto de peças. 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS SOBRE O USO DO PINUS Como considerações principais sobre o uso de coníferas como elementos estruturais, ressaltase a necessidade de classificação previa das peças, como forma de minimizar os efeitos da grande variabilidade das propriedades e da ocorrência de defeitos naturais e de processos. Essa classificação deve ser feita quanto às dimensões das peças e quanto ao uso final, já que os defeitos naturais interferem diferentemente nas resistências à tração, flexão, etc. Devido à grande variabilidade das propriedades mecânicas das coníferas, a maioria das estruturas industrializadas que utilizam essa matéria prima utilizam a redundância como segurança para eventuais falhas, mesmo sendo feita toda a classificação das peças utilizadas. Devido ao baixo MOE e à magnitude dos efeitos de fluência na flexão, o uso de coníferas é mais indicado para situações de tração e compressão, sendo pouco indicada para flexão devido às grandes flechas que podem ocorrer. Outro ponto comum à utilização de coníferas é a necessidade de tratamento preservativo eficiente, pois essa madeira é altamente suscetível ao ataque de organismos xilófagos, mas deve-se observar que mesmo utilizando a madeira tratada, deve-se evitar elementos estruturais expostos às intempéries para garantir a vida útil da estrutura. Devido ao efeito corrosivo desse tratamento em metais, todas as peças metálicas da estrutura que estiverem em contato com a madeira devem receber tratamento anti-corrosão. É recomendado também que se utilize sempre pregos anelados e galvanizados à fogo, ao invés de pregos lisos, para garantir a eficiência da ligação em madeira de baixa densidade. Finalmente, destaca-se aqui que o direcionamento adequado do processo de obtenção da madeira serrada de Pinus é um dos pontos mais importantes para que se possa melhorar a qualidade das estruturas utilizando esse material. 7. BIBLIOGRAFIA ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (1997). NBR 7190 Projeto de Estruturas de Madeira. ABNT. Rio de Janeiro. BALLARIN, A. W., TARGA, L. A. e SOBRAL, L. M. Fluência em peças fletidas de E. Citriodora e Pinus elliottii submetidas a níveis de carregamento elevados. In: Encontro Brasileiro em Madeiras e em Estruturas de Madeira, 6. Florianópolis, 22 a 24 de julho de v. 1, p BARALDI, L. T. e CALIL JUNIOR, C. Critérios de dimensionamento para treliças executadas em chapas com dentes estampados.. In: Encontro Brasileiro em Madeiras e em Estruturas de Madeira, 6. Florianópolis, 22 a 24 de julho de v. 2, p BODIG, J.; JAYNE, B.A. (1982). Mechanics of Wood an wood composites. New York, Ed.

15 Van Nostrand Reinhold Company, 712p. CARREIRA, M. R. (2003) Critérios para classificação visual de peças estruturais de Pinus Sp. São Carlos, p. Dissertação de Mestrado, Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo. CHEUNG, A. B. (2003) Tabuleiro ortótropo treliçado protendido transversalmente para aplicação em pontes de madeira. São Carlos, p. Dissertação de Mestrado, Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo. CHIES D., MATOS, J. L. M. e KLOCK, U. Influência da idade sobre a resistência Mecânica da madeira de Pinus taeda. In: Encontro Brasileiro em Madeiras e em Estruturas de Madeira, 8. Uberlândia, 24 a 26 de junho de Anais em CD-ROM. FERREIRA, N. S. S. e CALIL JUNIOR, C. Estruturas Lamelares de Madeira para Coberturas. In: Encontro Brasileiro em Madeiras e em Estruturas de Madeira, 6. Florianópolis, 22 a 24 de julho de v. 1, p FREITAS, R. R. Classificação de peças estruturais de pinus spp pela MSR (Machine Stress Rate). São Carlos, p. Dissertação (Mestrado) Área Interunidades em Ciências e Engenharia de Materiais, Universidade de São Paulo. KRONKA, F. J. N. et al. Inventário florestal do Estado de São Paulo: Reflorestamento. In: Encontro Brasileiro em Madeiras e em Estruturas de Madeira, 8. Uberlândia, 24 a 26 de junho de Anais em CD-ROM. MUÑIZ, G. I. B. e PALMA, H. A. L. Variação das propriedades físicas e mecânicas da madeira de Pinus elliottii. In: Encontro Brasileiro em Madeiras e em Estruturas de Madeira, 6. Florianópolis, 22 a 24 de julho de v. 3, p NOGUEIRA M. e BALLARIN, A. W. Estudo da resistência e elasticidade das madeiras juvenil e adulta de Pinus taeda L. In: Encontro Brasileiro em Madeiras e em Estruturas de Madeira, 9. Cuiabá, 27 a 29 de junho de Anais em CD-ROM. PALMA H. A. L. e BALLARIN, A. W. Demarcação e densidade da madeira juvenil e adulta de Pinus taeda L. In: Encontro Brasileiro em Madeiras e em Estruturas de Madeira, 8. Uberlândia, 24 a 26 de junho de Anais em CD-ROM. SERAPHIM, J. H. C. e Franco, N. Chapas metálicas de dentes estampados: ensaios exploratórios de tração paralela às fibras da madeira e à direção de maior inércia da chapa metálica. In: Encontro Brasileiro em Madeiras e em Estruturas de Madeira, 7. São Carlos, 12 a 14 de junho de Anais em CD-ROM. STAMATO, G. C. (2002) Ligações em estruturas de madeira compostas por chapas de madeira compensada. São Carlos, p. Tese de Doutorado, Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo. ZENID, G. J. Identificação botânica das madeiras serradas empregadas na construção civil habitacional na cidade de São Paulo. In: Encontro Brasileiro em Madeiras e em Estruturas de Madeira, 6. Florianópolis, 22 a 24 de julho de v. 3, p