CONSIDERAÇÕES SOBRE O USO DA MADEIRA COMO MATERIAL ESTRUTURAL

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1 CONSIDERAÇÕES SOBRE O USO DA MADEIRA COMO MATERIAL ESTRUTURAL Augusto Montor de Freitas Luiz 1 Mariane Barbosa de Sousa 2 Michele da Silva Costa 3 Diego Rodrigues Bonifácio 4 Bianca Ramos da Rocha Pires 5 INTRODUÇÃO A parte mais resistente de uma construção é a estrutura, pois elas absorvem e suportam os esforços, tornando-se essenciais para que se mantenha a segurança e a solidez de uma edificação. A função da estrutura é receber e transmitir os efeitos das ações sofridas pelos esforços para o solo, sendo assim deve ser construída com materiais próprios para estas funções, ou seja, materiais estruturais (SOUZA e RODRIGUES, 2008). Para que um material seja considerado estrutural, deve possuir certas características além da resistência à tração ou compressão, ele tem que apresentar comportamento plástico ou elástico quando submetido a tensões. Os principais materiais estruturais utilizados na construção civil são: concreto, aço e madeira (SOUZA e RODRIGUES, 2008). Segundo Almeida (2007), o desenvolvimento tecnológico mundial da madeira como material estrutural cresceu substancialmente nas últimas décadas, aumentando à industrialização das construções em madeira, além do surgimento de novos produtos à base de madeira. A madeira como material estrutural pode ser encontrada em diversas formas como a madeira em tora, madeira serrada, madeira laminada colada, madeira compensada e madeira reconstruída. O comportamento estrutural dessas madeiras deve ser analisado e aplicado conforme às necessidades do projeto em questão, sendo de uso mais diversificado as madeiras reconstruídas, pois possuem propriedades isotrópicas o que garante um excelente desempenho estrutural (ALMEIDA, 2007). A estrutura em uma construção tem por objetivo assegurar a forma espacial idealizada, garantindo integridade a edificação, por tanto tempo quanto necessário (SOUZA e RODRIGUES, 2008). Desta forma, o objetivo deste estudo é analisar o uso da madeira como elemento estrutural, assim como descrever suas propriedades, vantagens e desvantagens do seu uso na construção civil. 1 Engenheiro Civil, docente da Unesc - Cacoal-RO. augusto@unescnet.br 2 Acadêmica de Bacharelado de Engenharia Civil. Unesc - Cacoal-RO. mariane-sousa@hotmail.com 3 Acadêmica de Bacharelado de Engenharia Civil. Unesc - Cacoal-RO. micheleecostaa@gmail.com; 4 Acadêmico de Bacharelado de Engenharia Civil. Unesc - Cacoal-RO. diegobonifacio2009@hotmail.com; 5 Acadêmica de Bacharelado de Engenharia Civil. Unesc - Cacoal-RO. bianca.ramos95@hotmail.com; XIV Jornada Científica das Faculdades Integradas de Cacoal - UNESC 1

2 MATERIAIS E MÉTODOS Para cumprir os objetivos propostos, os autores consultaram bibliografias conceituadas acerca do tema abordado, bem como consultas a artigos científicos disponíveis em bibliotecas online. A MADEIRA COMO MATERIAL DE CONSTRUÇÃO Segundo Almeida (2007), a madeira é um material originário do tecido vegetal com características intrínsecas definidas pela fisiologia das árvores. Sendo que a madeira como material estrutural é considerada homogênea e suas propriedades são determinadas para uma condição-padrão de referência, com teor de umidade de 12. Portanto, em se tratando de estruturas, deve-se considerar a influência da umidade nas propriedades de resistência e rigidez (ALMEIDA, 2007). A madeira possui qualidades estruturais apreciáveis, porém ainda existe muito preconceito em relação a sua utilização nas obras, devendo-se em grande parte a falta de conhecimento sobre este material, assim como a cultura da construção civil brasileira. Como todos os elementos construtivos a madeira possui vantagens e desvantagens. Entre suas principais vantagens destacam-se o fato de ser renovável e abundante na natureza, ser excelente isolante térmico e acústico, ter custo relativamente baixo, ter elevada resistência em relação a baixa massa específica e ser inerte, mesmo quando exposta a ambientes químicos. Já em relação às desvantagens deve-se mencionar que possui variações transversais e longitudinais devido a variação da umidade, é combustível, vulnerável ao ataque de insetos e por vezes possui formas que limitam sua utilização. Sobre as desvantagens, podem ser contornadas através da utilização de preservativos, que são indispensáveis para projetos de estruturas de madeira expostas às circunstâncias propicias à proliferação de efeitos indesejáveis. O tratamento da madeira é indispensável para peças em posições sujeitas a variações de umidade e de temperatura. Vale mencionar que apesar da madeira ser combustível, pode resistir à altas temperaturas, e não perde resistência sob estas condições como acontece com o aço (SOUZA; RODRIGUES, 2008). X Jornada Científica das Faculdades Integradas de Cacoal - UNESC

3 As espécies de madeiras mais utilizadas em estruturas no Brasil são: Peroba Rosa, Ipê, Eucalipto, Pinho, Jatobá, Maçaranduba, Garapa, Cumaru, Aroeira e Itaúba (SOUZA; RODRIGUES, 2008). PROPRIEDADES FÍSICAS DA MADEIRA Dentre as propriedades físicas da madeira destacam-se: umidade, massa específica, retrabilidade e módulo de elasticidade. Conforme Souza e Rodrigues (2008), a umidade pode ser descrita como a quantidade de água infiltrada na madeira e pode ser medida através da porcentagem relativa de água infiltrada na madeira em relação a massa seca. A madeira apresenta massa específica reduzida se comparada a outros materiais estruturais, sendo que, a massa específica pode ser básica ou aparente. A básica é calculada através do quociente entre a massa seca e o volume saturado da peça, já a aparente é calculada considerando-se o volume de determinada peça em madeira com uma umidade correspondente a 12% (SOUZA; RODRIGUES, 2008). A retrabilidade é a característica relativa a retração (diminuição) das dimensões da madeira devido à perda de água. Em relação aos módulos de elasticidade, existem diversos tipos para a madeira, dependendo do tipo de esforço e da direção do mesmo. São definidos em função do tipo de esforço: paralelo e normal às fibras, flexão e torção (SOUZA e RODRIGUES, 2008). PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA Para projetar estruturas em madeira é necessário conhecer suas propriedades mecânicas e como se comporta em relação às forças atuantes, assim garante-se a segurança e o bom desempenho da estrutura na condição de serviço. Além disso, as propriedades mecânicas e reológicas da madeira estão relacionadas com sua estrutura interna e anatômica. O projeto de estruturas de madeira se baseia no conhecimento das características de cada espécie de madeira, classificando-as em grupos de resistência, função de sua capacidade de resistir a força de compressão paralela às fibras (WAHRHAFTIG, 2012). XIV Jornada Científica das Faculdades Integradas de Cacoal - UNESC 3

4 Segundo escreveu Wahrhaftig (2012): [...] A maneira que se possui para entender o comportamento da madeira e conhecer suas características é por meio da realização de ensaios laboratoriais, mecânicos ou não. Dentre esses, destaca-se, pela sua importância, o ensaio de compressão axial paralela às fibras por fornecer a resistência e o módulo de elasticidade longitudinal do material. [...] é realizado com método normatizado e sobre corpos-de-prova também padronizados, sendo orientado pela NBR 7190/97 - Projeto Execução de Estruturas de Madeira.[...] Cabe lembrar que a madeira é um material estrutural cuja capacidade resistente pode ser modificada por efeitos como umidade, densidade, temperatura, agressividade do meio e defeitos. A umidade apresenta-se de três formas: embebição ou capilaridade, impregnação ou saturação e constituição (WAHRHAFTIG, 2012). Após a madeira ser cortada e retirada de seu ambiente natural, ela passa a perder a água contida em seu interior, a não ser a água de constituição. A perda dessa água, embebição, reduz a densidade da peça, mas sem modificar as dimensões iniciais e alterar as propriedades mecânicas, desde que aconteça de forma natural e lenta. Se a secagem ocorre de forma inapropriada, desigual, podem aparecer defeitos como rachaduras e empenamentos. O teor de umidade de equilíbrio, referenciado pela NBR 7190/97, é de 12%. Já a saída da água impregnada diminui o volume e aumenta a resistência da madeira. Por fim, resta a água de constituição, que está presente na composição do material e não é eliminada na secagem (WAHRHAFTIG, 2012). A densidade é uma propriedade que auxilia na escolha do tipo de madeira a ser utilizado num projeto, ela constitui uma forma de esclarecer aspectos relacionados ao material e seu comportamento. É uma característica própria de cada espécie, mas apresenta variações conforme composição química e umidade do solo de origem, condições de temperatura e localização da peça no tronco. É fato que a densidade na base é inferior às observadas no topo da árvore, assim como as características físicas e químicas, e nutrientes presentes no solo, influem diretamente sobre o crescimento da árvore e, consequentemente, sobre a qualidade da madeira. Assim, a degradação e a redução da resistência está relacionada ao seu campo de exposição, além de que, é necessário levar em conta as sequências de carga e descargas presentes nos carregamentos (WAHRHAFTIG, 2012). X Jornada Científica das Faculdades Integradas de Cacoal - UNESC

5 A MADEIRA ESTRUTURAL A madeira é um material adequado para ser utilizado em estruturas por possuir resistência mecânica elevada e baixa massa específica se comparada a outros materiais. Seu emprego como material estrutural pode ser dado com economia e segurança, desde que sejam conhecidas e levadas em consideração suas características e propriedades físicomecânicas. Embora possa sofrer degradação biológica, mantém sua durabilidade quando preservada com tratamento químico adequado e conserva sua capacidade resistente ao longo da vida útil da edificação, uma vez que haja um programa permanente de manutenção (WAHRHAFTIG, 2012). Souza e Rodrigues (2008), afirma que a madeira pode apresentar um comportamento estrutural bastante adequado, pois possui resistência mecânica a esforços de tração e compressão, além de resistência a tração na flexão, assim como possui resistência a choques e cargas dinâmicas que dificilmente seriam absorvidos por outros materiais. A madeira é um material não homogêneo, tendo muitas variações. Ademais, há diversas espécies com propriedades distintas. Assim, é necessário conhecer as características, para que se tenha o melhor aproveitamento do material. Os procedimentos necessários para caracterização das espécies de madeira e a definição de parâmetros são dados pela Norma Brasileira para Projeto de Estruturas de Madeira, NBR 7190/97 (SOUZA e RODRIGUES, 2008). Por possuir resistência satisfatória e ser um material renovável a madeira se torna uma ótima opção a ser utilizada para fins construtivos, além de que embora sofra degradação biológica, pode manter sua durabilidade quando preservada através de tratamentos adequados. De acordo com Wahrhaftig (2012): [...] Do ponto de vista da sustentabilidade, é um excelente material para ser empregado como elemento construtivo, pois o consumo de energia gasto na sua produção apresenta um impacto muito baixo quando comparado aos outros materiais tradicionais da construção civil, como o aço e o concreto. A madeira é material de fácil manipulação, depende de tecnologia relativamente simples, dominada e disponível no país além de utilizar maquinaria de baixa complexidade. Além disso, sua exploração não traz grandes riscos de agressão à natureza se forem utilizadas práticas de manejo e exploração adequadas, tendo em vista que a madeira para fins estruturais provém de áreas nativas ou reflorestadas [...] XIV Jornada Científica das Faculdades Integradas de Cacoal - UNESC 5

6 Sendo assim, com a manipulação e manutenção adequadas, empregar a madeira como material estrutural torna-se um ato vantajoso e acertado. As madeiras estruturais apresentam características bem peculiares dentro do grupo dos materiais estruturais utilizados na construção civil. Essas características dizem respeito a anisotropia da madeira e ao fato desta sofrer variações nas suas dimensões devido sua característica higroscópica. Um material é anisotrópico quando as propriedades físicas ou químicas não apresentam as mesmas características nas diversas direções em que se pode analisar tal material. Por ser um material higroscópico, a madeira absorve umidade da atmosfera quando está seca e a libera quando está úmida, procurando atingir um equilíbrio com as condições de vapor de água da atmosfera circunvizinha. Por ser um material anisotrópico, a madeira apresenta diferentes variações dimensionais, com a variação no teor de umidade da madeira, nas diferentes direções principais. A diferença entre as retrações nas três direções: tangencial, radial e axial, explica a maior parte dos defeitos que ocorrem com a secagem da madeira: rachaduras e empenamentos. Dependendo da regularidade ou não da direção das fibras de certas espécies de madeira os empenamentos são ainda mais acentuados (SOUZA e RODRIGUES, 2008). Segundo Almeida (2007, p. 1192): [...] A madeira como material estrutural normalmente é considerada em quatro tipos: madeira serrada; madeira laminada colada; madeira compensada e madeira recomposta. [...]. Sendo que, cada uma possui valores distintos de resistência, devendo ser aplicadas para fins previamente analisados e calculados. No cenário dos países exportadores de madeira, o Brasil aparece em quinto lugar. Se comparada aos concorrentes internacionais, a indústria brasileira está fragmentada e descapitalizada, porém a situação do mercado de exportação para o Brasil é positiva, com as tendências trazendo um futuro ideal para este setor, conforme Noce (2003). Porém, o preconceito na utilização dos recursos da madeira para fins estruturais, ainda é existente. Faltam profissionais capacitados para trabalhar com o material de maneira adequada e ainda é evidente a ausência de conhecimento sobre o assunto. Segundo Wahrhaftig (2012): [...] a utilização da madeira como material estrutural ainda é restrita. A falta de conhecimento sobre o comportamento das inúmeras espécies no que diz respeito às suas propriedades mecânicas e reológicas aliadas à ausência de profissionais capacitados ao projeto de estruturas com o emprego desse material constituem uma grande barreira à difusão da madeira como alternativa construtiva [...] X Jornada Científica das Faculdades Integradas de Cacoal - UNESC

7 Contudo, a madeira continua a ser usada nas construções civis para confecção de elementos estruturais, pois suas desvantagens podem ser contornadas e transformadas em benefícios. A tendência é que cada vez mais, a madeira seja empregada no Brasil, acompanhando assim o ritmo de desenvolvimento dos demais países, assim como afirma Franco (2008) [...] O conceito de qualidade na madeira estrutural não é um tema novo, e é utilizado já há muitos anos nos países mais desenvolvidos nesta matéria [...]. Segundo Franco (2008): [...] A utilização de madeira como material de construção, e principalmente como material estrutural remonta aos primeiros tempos de vida do Homem, pois este material reunia um conjunto de fatores favoráveis como a leveza, a resistência, a facilidade em talhar, e a abundância, que praticamente nenhum outro material iguala. Durante muitos séculos, o carpinteiro foi o artífice mais importante na construção dos edifícios, e na Idade Média e séculos XVI, XVII e XVIII foram construídas verdadeiras obras-primas da construção, quer do ponto de vista de concepção quer de realização.[...] A madeira sempre foi um dos materiais mais usados na construção civil, e com o avanço das inovações tecnológicas para o corte de madeira, o seu uso aumenta cada vez mais (ALMEIDA F., 2012). CONCLUSÕES As madeiras apresentam uma série de peculiaridades que justificam a sua empregabilidade no campo da construção civil. Por ser um material natural, algumas considerações devem ser feitas antes do seu uso como material estrutural, principalmente em função de sua anisotropia e heterogeneidade. Contudo, quando bem dimensionados, os elementos estruturais em madeira apresentam, por exemplo, boa durabilidade, resistência e aspecto estético agradável. A utilização da madeira na construção civil vem aumentando a cada dia, porém a cultura que associa as construções em madeira com construções de baixo nível precisa ser rompida para que seu uso se consolide ainda mais. XIV Jornada Científica das Faculdades Integradas de Cacoal - UNESC 7

8 REFERÊNCIAS ALMEIDA, P. A. O Madeira como Material Estrutural. In: Geraldo Cechela Isaia. (Org.). MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL e Princípios de Ciência e Engenharia de Materiais. 1 ed. São Paulo: Arte Interativa, 2007, v. 02, p ALMEIDA, F. A. L. DE. A Madeira como Material Estrutural Projeto da Estrutura da Cobertura de um Edifício. Orientador Prof. Dr. Afonso António de Serra Neves. Mestrado Integrado em Engenharia Civil 2011/2012 Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal, FRANCO, S. I. S. Proposta de Atribuição de Propriedades Mecânicas a Elementos Estruturais de Madeira por Inspeção visual In Situ. Orientador Prof. Dr. José Manuel Marques Amorim de Araújo Faria. Mestrado Integrado em Engenharia Civil / Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal, NOCE, R.; CARVALHO, R. M. M. A.; SOARES, T.S.; SILVA, M. L. da. Desempenho do Brasil nas exportações de madeira serrada. Rev. Árvore [online]. 2003, vol.27, n.5, pp Disponível em:< SOUZA, M. F. S. M. DE; RODRIGUES, R. B. Sistemas Estruturais de Edificações e Exemplos. Orientador Dr. Nilson Tadeu Mascia. São Paulo, WAHRHAFTIG, A. DE M. Comentário sobre a Madeira como Material Estrutural. São Paulo, X Jornada Científica das Faculdades Integradas de Cacoal - UNESC