CLASSES DE RISCO DE BIODETERIORAÇÃO PARA MADEIRAS ESTRUTURAIS NO BRASIL

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1 CLASSES DE RISCO DE BIODETERIORAÇÃO PARA MADEIRAS ESTRUTURAIS NO BRASIL Campos, J.A.O.(1); Sales, A.(2) (1): Interunidades / IFSC / IQSC - EESC - Universidade de São Paulo (2): DECiv - CCET - Universidade Federal de São Carlos RESUMO: Este trabalho descreve a madeira como material estrutural empregado em peças, com solicitações diversas, aplicadas na construção civil, bem como enumera as vantagens e desvantagens que envolvem sua utilização. Reúnem-se as abordagens literais sobre o conceito de durabilidade, descrevendo-se sua importância perante a função exigida para a estrutura e a garantia de permanência das condições iniciais requeridas. Relata-se e comprova-se que a garantia da durabilidade da madeira relaciona-se com as condições de exposição das peças, priorizando-se os fatores envolvidos como: temperatura, permanência de fontes de umidade, contato com o solo e proteção dos elementos estruturais. De acordo com as combinações destes fatores, formulam-se as classes de risco que o elemento estrutural pode se enquadrar, apresentando-se conceitos de normas vigentes em diversos países que tratam esta classificação como imprescindível para o correto emprego da madeira em estruturas. São descritas as categorias de classes de risco elaboradas por pesquisadores brasileiros os quais propõem como texto preliminar para subsidiar a NBR-7190/97 - Projeto para Estruturas de Madeira. Considerando-se a literatura nacional e internacional, elaboram-se relações das classes de risco com os possíveis ataques por agentes deterioradores e com os prováveis prejuízos de desempenho causados na estrutura de madeira. Com a sistematização deste conhecimento será possível utilizar de maneira mais racional a diversidade de espécies de madeiras existentes nas florestas nativas brasileiras, além de permitir a disseminação do uso de essências de reflorestamento como o pinnus e o eucalipto, diminuindo o impacto ambiental relativo à utilização dos recursos florestais. Palavras-chave: madeira, durabilidade, classificação, deterioração. CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2000, São Pedro - SP. Anais 21201

2 DURABILITY OF BRAZILIAN TIMBERS: HAZARD CLASS SYSTEM ABSTRACT: This work describes the wood as structural material employee in pieces, with several solicitations, applied in the building site, as well as it enumerates the advantages and disadvantages that involve your use. They meet the literal approaches on the durability concept, being described sweats importance before the function demanded for the structure and the warranty of permanence of the requested initial conditions. Told and proven that the warranty of the durability of the timber links with the conditions of exhibition of the pieces, being prioritized the factors involved as: temperature, permanence of humidity sources, contact with the soil and protection of the structural elements. In agreement with the combinations of these factors, the hazard class system are formulated that the structural element can be framed, coming concepts of effective norms in several countries that treat this classification as indispensable for the correct employment of the timber in structures. The categories of hazard class are described elaborated by Brazilian researchers which propose as preliminary text to subsidize NBR-7190/97 - I Project for Structures of Wood. Being considered the national and international literature, relationships of the hazard class system are elaborated with the possible attacks by degradation factor and with the probable acting damages caused in the timber structure. With this knowledge it will be possible to use in a more rational way the species of existent wood in the Brazilian native forests, allowing the use of reforestation essences as the pinnus and the eucalyptus, reducing the relative environmental impact to the use of the forest resources. Keywords: timber, durability, classification, decay. CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2000, São Pedro - SP. Anais 21202

3 1 INTRODUÇÃO No Brasil, verifica-se o emprego freqüente da madeira na indústria da construção civil, destacando-se as coberturas de edificações, os cimbramentos das fôrmas, as obras portuárias, os revestimentos horizontais e verticais, entre outros. De acordo com o IPT (1986), a madeira tem-se constituído num dos materiais preferidos para a construção civil e execução de estruturas em geral, em função de fatores como: Apresentar a resistência mecânica elevada em relação à sua massa própria; Ser uma matéria prima renovável; Necessitar de um baixo insumo energético; Apresentar uma estética agradável por possuir uma ampla gama de cores e texturas, etc. Entre os materiais utilizados em estruturas para a construção civil, a madeira é o que apresenta maior variabilidade em suas características físicas e mecânicas, tendo-se uma durabilidade natural distinta em função da essência utilizada. SALES (1996). Contudo, este material apresenta algumas desvantagens naturais como: biodegradação, flamabilidade, variações dimensionais com a alteração da umidade e degradação por radiação ultravioleta, ácidos ou bases (IPT, 1986). Além disso, como é um material proveniente da natureza biológica, a madeira apodrece, queima e deteriora sob a ação dos agentes físicoquímicos e biológicos (INO,1997). Os elementos constituídos em madeira que apresenta durabilidade natural insuficiente, necessitam da aplicação de uma proteção válida que vise tornar este material mais competitivo frente a outros como o aço e o concreto. O princípio de proteção ou preservação por meio do projeto é bastante simples e conhecido: manter a água afastada dos elementos estruturais da madeira (KROPF, 2000). Segundo INO (1997), nos primeiros momentos de concepção do projeto, devem-se considerar as condições locais de exposição em que a estrutura ficará sujeita, como as relativas ao solo, a umidade e às intempéries. CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2000, São Pedro - SP. Anais 21203

4 O projetista deve verificar a que classe de risco pertence a estrutura a ser construída, bem como quais os possíveis ataques pelos agentes deterioradores e os prováveis comprometimentos provocados por estes. Por meio destas verificações, pode-se projetar uma estrutura de madeira durável e permeada de requisitos favoráveis em relação aos demais materiais aplicados na conformação de elementos estruturais para a construção civil. 1.1 Objetivo O objetivo deste trabalho foi reunir as abordagens literais nacionais e internacionais sobre classes de risco, relacionando-as com o conceito de durabilidade para aplicação em madeiras brasileiras. 2 FATORES QUE INFLUEM NA DURABILIDADE DA MADEIRA A durabilidade da madeira pode ser definida como a capacidade de se manter em serviço, por longo tempo, as qualidades ou características originais do material.( SUCHSLAND & PERCIVAL (1982) apud BENEVENTE (1995)). Segundo SILVA (1997), a durabilidade é a capacidade de um produto manter seu desempenho acima de valores mínimos preestabelecidos, em consonância com os usuários, em condições previstas de uso. De acordo com DÉON (1989), não se pode dizer que uma madeira é durável ou pouco durável sem se precisarem suas condições de uso, simultaneamente aos riscos de deterioração. PINHEIRO (2000) relata que a madeira de reflorestamento está sujeita à ação degradadora proveniente da ação de fungos, cupins ou brocas. Portanto, para que tal material tenha durabilidade significativa algumas medidas podem ser adotadas. CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2000, São Pedro - SP. Anais 21204

5 Para que em qualquer emprego da madeira se tenha a garantia de sua durabilidade, surge a necessidade de uma classificação quanto às condições de uso que seja tão objetiva quanto possível, visando o conhecimento dos necessários tratamentos preventivos e execução de detalhes minuciosos de projeto (BENEVENTE, 1995). A classificação deve considerar as possíveis combinações de condições de exposição da estrutura de madeira, priorizando fatores tais como: temperatura presente, fontes de umidade, contato da madeira com o solo, presença de coberturas ou proteções nos elementos, etc. Desta forma, verifica-se que a classe de risco a que pertence a estrutura, associada aos preservativos utilizados e aos detalhes de projeto executados, são considerados os principais fatores que influem na durabilidade da madeira em estruturas. Tratando-se das classes de risco das estruturas de madeira, serão consideradas classificações nacionais e normas internacionais relacionando-as com os prováveis prejuízos de desempenho estrutural ocasionados pelos possíveis ataques por agentes degradadores da madeira. 3 METODOLOGIA De acordo com as possíveis combinações dos fatores temperatura, umidade, contato com o solo e proteções, podem ser formuladas as classes de risco que o elemento estrutural pode se enquadrar. Serão descritos conceitos de normas vigentes em diversos países que tratam esta classificação como imprescindível para o correto emprego da madeira, bem como serão relatadas as categorias de classes de risco elaboradas por pesquisadores brasileiros os quais as propõem como texto preliminar para subsidiar a NBR-7190/97 - Projeto para Estruturas de Madeira. 3.1 Proposições internacionais de classes de risco MORRIS (1996) apud DUCATTI (1997) trata os sistemas de classes de risco como proveitosos métodos de agrupamento dos produtos de madeira em relação ao grau de biodeterioração de risco. São ferramentas de auxílio para a comercialização de produtos de madeira tratada nacional e internacionalmente. CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2000, São Pedro - SP. Anais 21205

6 As classes de risco existentes em alguns continentes, regiões e países encontram-se resumidas nas tabelas 01 e 02 que se seguem ( DUCATTI, 1997). Tabela 01: Descrições sucintas das classes de risco elaboradas e utilizadas por alguns continentes ou regiões internacionais. Classes de risco Europa África do Sul América do Norte Aplicada sem contato 01 com o solo e com presença de cobertura. Aplicada sem contato 02 com o solo e com cobertura. Pode ser umidificada. Não apresenta contato 03 com solo, mas encontrase ausente de cobertura e exposta às intempéries. Contato direto com o solo 04 ou com fontes permanentes de umidade 05 Não há esta classe 06 Exposição à água salgada Aplicada internamente e sem contato com o solo. Aplicada internamente e sem contato com o solo, tendo risco de ataque do cupim. Aplicada externamente sem contato com solo. Mas com umidade e lixiviação periódica. Em contato com solo ou exposição às condições de umidade e lixiviação. Em contato com solo ou água doce. Exposição às condições de umidade extrema. Exposição à água salgada ou condição extrema de lixiviação. Aplicada internamente e sem contato com o solo. Aplicada externamente e sem contato com o solo. Pode estar exposta ao clima. Não apresenta contato com solo, mas ausente de cobertura e exposta às intempéries. Em contato com solo ou água doce. Em contato com solo e em meios agressivos. Exposição à água salgada CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2000, São Pedro - SP. Anais 21206

7 Tabela 02: Descrições sucintas das classes de risco elaboradas e utilizadas pela Austrália e pelo Japão. Classes de risco Austrália Japão Aplicada interiormente, sem contato com o solo, protegida contra os organismos deterioradores e com ventilação apropriada. Aplicada interiormente e sem contato com o solo. Apresenta-se protegida do risco de ataque por cupim. Aplicada externamente sem contato com solo. Mas com umidade e lixiviação periódica e moderada. Aplicada externamente em solo úmido e sujeita à lixiviação. Em contato com solo ou água doce. Exposição à condição extrema de lixiviação. Aplicada sem contato com o solo e apresenta-se constantemente seca. Aplicada sem contato com o solo e com presença de cobertura. Pode ser umidificada. Aplicada sem contato com solo, mas sujeita à umidificação freqüente. Contato direto com o solo e que necessitam de baixo desempenho com pequenas solicitações. Contato direto com o solo e que necessitam de alto desempenho com grandes solicitações. 06 Exposição à água salgada Não há esta classe No tópico a seguir, serão descritas de maneira sucinta as categorias de classes de risco elaboradas por alguns pesquisadores brasileiros. CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2000, São Pedro - SP. Anais 21207

8 3.2 Proposições nacionais de classes de risco Considerando-se pesquisas nacionais, tem-se o estudo de DÉON (1989) que combina as possíveis condições em que a madeira é posta em serviço. Os principais fatores considerados que permitiram esta classificação foram: contato com solo, presença de coberturas, contato com fontes de umidade permanentes ou intermitentes, contato com água doce ou salgada. Esta divisão proposta por DÉON (1989), relata as classes de risco sem nomeá-las. Sendo estas: Em contato direto com o solo e sob intempéries; Isolada do solo mas exposta às intempéries; Sob abrigo mas em contato permanente com fonte de umidade; Isolada do solo e protegida contra todos os riscos de reumidificação; Imersa em água doce; Imersa em água salgada ou salobra. Por sua vez, o pesquisador brasileiro CARLOS (1995), propõem uma divisão para as classes de risco enfatizando as prováveis biodeteriorações da madeira. A seguir encontra-se exposta esta segunda classificação que apresenta as classes nomeadas de acordo com o grau de risco. Classe 1: Situação em que a madeira ou o produto à base de madeira está sob abrigo, inteiramente protegido das intempéries e não expostos à umidificação. Classe 2: Quando a madeira ou o produto à base de madeira estão sob abrigo, inteiramente protegido das intempéries, mas que a umidade ambiental elevada pode conduzir à umidificação ocasional, embora não persistente. Classe 3: A madeira ou o produto à base de madeira não estão abrigados nem em contato com o solo. Está continuamente exposto às intempéries ou abrigado mas sujeito à umidificação freqüente. Classe 4: Situação em que a madeira ou produto à base de madeira está em contato com o solo ou com a água doce. Ou seja, em condição de exposição permanente à umidificação. Classe 5: A madeira está permanentemente em contato com a água salgada expondo-se ao ataque de moluscos e crustáceos. Outro pesquisador, DUCATTI (1997), reúne considerações de normas nacionais e internacionais propondo um sistema internacional e unificado de classes de risco. CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2000, São Pedro - SP. Anais 21208

9 DUCATTI (1997) considera três fatores como imprescindíveis e influentes na permanência da durabilidade dos produtos de madeira: fontes de umidade, disponibilidade de nutrientes exógenos e potencial inóculo dos agentes de biodeterioração. Pelo fato deste sistema considerar somente o potencial de biodeterioração, o autor recomenda que outros níveis de classificação sejam adicionados, impossibilitando o uso deste sistema como referência para especificação de preservativos adequados, penetração e retenção. Tabela 03: Descrição sucinta do sistema unificado de classes de risco proposto por DUCATTI (1997). Classes de risco Sistema internacional e unificado proposto. Não há fonte de umidade, de nutrientes exógenos e de agentes de biodeterioração. É a linha básica da qual irá se desenvolver o restante do sistema. Fonte de umidade: somente ar; Nutrientes: água de condensação; Inoculo: Ovos de inseto, insetos adultos e esporos de fungos. Fontes de umidade: Ar e materiais de contato (alvenaria, etc.); Nutrientes: água de condensação e materiais componentes do contato; Inoculo: similar à classe 01. Fontes de umidade e nutrientes: Ar, precipitação bloqueada e materiais para construção; Inoculo: Ovos de insetos, esporos de fungos e micélios. Fontes de umidade e nutrientes: Ar, precipitação bloqueada, solo, água doce ou materiais de contato; Inoculo: Ovos de insetos, insetos adultos, esporos de fungos e micélios. Fontes de umidade e nutrientes: Ar, precipitação bloqueada, contato com solo rico em nutrientes ou solo saturado; Inoculo: Ovos de insetos, insetos adultos, esporos de fungos, micélios e cords. Fontes de umidade e nutrientes: Água salobra e precipitação bloqueada; Inoculo: larvas de brocas marinhas. CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2000, São Pedro - SP. Anais 21209

10 4 RESULTADOS Considerando-se a literatura nacional e internacional, foram elaboradas relações das classes de risco com os possíveis ataques por agentes deterioradores e com os prováveis prejuízos de desempenho causados na estrutura de madeira. Adotando-se o estudo de DÉON (1989) como referência principal, serão realizadas descrições sobre as classes de risco, relatados exemplos de tipologias de estruturas que podem pertencer a classificação descrita e indicados os prováveis prejuízos de desempenho da estrutura. Classe 1: Estrutura de madeira isolada do solo e protegida contra todos os riscos de reumidificação Essas condições de exposição são as mais favoráveis para a aplicação da madeira na construção civil. Contudo, deve-se verificar a possibilidade de ataque das peças por agentes deterioradores de madeira seca e adotar medidas preventivas equivalentes às situações detectadas. Essa categoria de exposição pode ser verificada em escadas, portas, rodapés, imobiliários, entre outros. Nota-se a incidência desta categoria em interiores, constituindo-se de peças conformadas comumente em carpintarias. Classe 2: Estrutura de madeira sob abrigo mas em contato permanente com fonte de umidade É nesta categoria de emprego que ocorrem os incidentes de conservação mais freqüentes, devido a um otimismo exagerado implicando numa ausência de precaução. Apesar da madeira encontrar-se abrigada e isolada da umidade com o solo, deve-se verificar se esta apresenta contato permanente com fonte de umidade. Tem-se que estudar a possibilidade de reumidificação da madeira por meio de água de condensação ou simplesmente por minúsculos vazamentos de água. Esta categoria engloba casos em que a madeira apresenta contato com alvenarias úmidas, está presente nas peças de fixação de ar condicionado, em armários sob pias, em banheiros, entre outros. Classe 3: Estrutura de madeira isolada do solo mas exposta às intempéries Nesta classe de exposição a única fonte de umidificação é constituída pela chuva e águas de condensação. Para as madeiras isoladas do solo e expostas às intempéries, a ação da água é CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2000, São Pedro - SP. Anais 21210

11 intermitente e caso se estagne nas fendas ou ligações abertas dos elementos de madeira, podese desenvolver um ataque por agentes degradadores tanto nas partes úmidas como nas partes sãs ( DÉON, 1989). Nessas condições de exposição, as peças de madeira encontram-se comumente empregadas em estruturas externas, treliças expostas, treliças de pontes, entre outros. Classe 4: Estrutura de madeira em contato direto com o solo e sob intempéries Verificando-se as condições de exposição das madeiras em uso que pertencem à esta classe, percebe-se que o contato direto com o solo expõe este material às variações de umidade e aos resíduos orgânicos presentes na superfície de apoio. Por sua vez, o intemperismo permite que a estrutura sofra mudanças constantes de temperatura, esteja em contato direto com os raios ultravioletas e se exponha às variações de umidade. Em alguns casos necessita-se empregar a madeira nestas condições de exposição, sendo os principais: dormentes de ferrovias, postes de telecomunicações e de transmissão de energia elétrica, cercas, estacas, entre outros. Classe 5: Estrutura de madeira imersa em água doce Nesta condição de exposição, a madeira é submetida às condições de anaerobiose. Na condição de umidade saturada, as paredes celulares atingem o máximo de inchamento criando aberturas dentro da matriz polimérica (IPT, 1986). De acordo com DÉON (1989), quando a madeira encontra-se imersa em parte, a zona emersa se apresenta exposta à degradação. A condição se assemelha à classe de exposição em que a peça encontra-se em contato permanente com fonte de umidade. Os casos críticos desta categoria estão nas estruturas presentes em obras fluviais, tais como: elementos constituintes de passarelas ou pontes, estacas que em parte estão abaixo do nível do lençol freático, entre outros. Classe 6: Estrutura de madeira imersa em água salgada ou salobra Nesta categoria de exposição as madeiras são susceptíveis aos ataques de agentes deterioradores marinhos. A evolução e gravidade dos ataques estão relacionados à salinidade, à temperatura da água e à infestação eventual. Pode-se dizer que a aplicação da madeira em águas salobras encontra-se subordinada à utilização e ao estudo de técnicas aprimoradas de preservação. Nota-se a incidência desta categoria em regiões litorâneas, podendo ser verificada principalmente nos portos, pontes ou passarelas. CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2000, São Pedro - SP. Anais 21211

12 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS Os sistemas de classes de risco propostos são inúmeros e distinguem-se por sua aplicação em diferentes regiões nacionais ou internacionais. Cada proposta de classificação fornece uma nova visão relativa à importância do tema e produz fatores adicionais que parecem ser importantemente considerados (DUCATTI, 1997). Estruturas que enquadram-se em determinadas classes de risco exigem maiores cuidados quanto à preservação, e na ausência de produtos químicos, as estruturas são comumente atacadas por uma seqüência de atuação dos microorganismos. Primeiramente, tem-se a aparência da madeira comprometida, com posterior perda de resistência, aumento de permeabilidade, perda de peso, entre outras conseqüências. A permanência da durabilidade e resistência naturais da madeira, aos ataques por estes organismos, são fatores que podem ser preservados caso a estrutura seja enquadrada corretamente em uma classe de risco. Pode-se prever os organismos deterioradores e os prováveis comprometimentos da estrutura e das propriedades físicas e mecânicas requeridas. Neste contexto, com a utilização de classes de risco, pode ser possível utilizar de maneira mais racional a diversidade de espécies de madeiras existentes nas florestas nativas brasileiras, além de permitir a disseminação do uso de essências de reflorestamento como o pinnus e o eucalipto, diminuindo o impacto ambiental relativo à utilização dos recursos florestais. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem à FAPESP Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo - pelo incentivo e apoio para o desenvolvimento deste trabalho. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BENEVENTE, V.A. (1995). Durabilidade em Construções de Madeira - uma questão de projeto. São Carlos. 231p. Dissertação (mestrado) - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo. CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2000, São Pedro - SP. Anais 21212

13 CARLOS, V. (1995). Resistência à insetos xilófagos. Artigo madeira. São Paulo. n.19, p DÉON, G. (1989). Manual de preservação das madeiras em clima tropical. França - Centre Technique Forestier Tropical: Department du CIRAD, p. DUCATTI, M. A. (1997). Classes de risco. Piracicaba, Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz USP. 15p. INO, A. (1997). Princípios Básicos para garantir a Durabilidade de uma Construção em Madeira. In: WORKSHOP DURABILIDADE DAS CONSTRUÇÕES, São Leopoldo-RS, Resumos. São Leopoldo, v.1, p.8. INSTITUTO DE PESQUISAS TÉCNOLÓGICAS. (1986). Manual de preservação de madeiras. São Paulo, IPT. v p. INSTITUTO DE PESQUISAS TÉCNOLÓGICAS. (1986). Manual de preservação de madeiras. São Paulo, IPT. v p. KROPF, F. W. (2000). - Durabilidade e detalhes de projeto - O resultado de 15 anos de contínua implementação. Revista madeira: arquitetura e engenharia. v.1, n.1, p. 7-13, jan./abr PINHEIRO, R. V. (2000). Influência da preservação contra a demanda biológica em propriedades de resistência e de elasticidade da madeira. In: EBRAMEM - ENCONTRO BRASILEIRO DE MADEIRA E DE ESTRUTURAS DE MADEIRA, São Carlos - SP, Resumos. São Carlos, p.7. SALES, A. (1996). Proposição de classes de resistência para madeira. São Paulo. 223p. Tese (Doutorado) - Escola Politécnica, Universidade de São Paulo. SILVA, I.J. (1997). A Importância da Disciplina Patologia na Ciência Engenharia. São Paulo, Prova Didática. 32p. CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2000, São Pedro - SP. Anais 21213