UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO USF CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS ENGENHARIA CIVIL WANDERSON DA SILVA MIRANDA

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1 UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO USF CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS ENGENHARIA CIVIL WANDERSON DA SILVA MIRANDA INVESTIGAÇÃO DO TEOR DE UMIDADE DE PEÇAS ESTRUTURAIS DE MADEIRA COMERCIALIZADAS NA REGIÃO DE MOGI GUAÇU SP Dezembro de 2006

2 WANDERSON DA SILVA MIRANDA INVESTIGAÇÃO DO TEOR DE UMIDADE DE PEÇAS ESTRUTURAISDE MADEIRA COMERCIALIZADAS NA REGIÃO DE MOGI GUAÇU SP Monografia apresentada junto à Universidade São Francisco USF como parte dos requisitos para a aprovação na disciplina Trabalho de Conclusão de Curso. Área de concentração: Estruturas Orientador: Prof. Dr. André Bartholomeu Itatiba SP, Brasil Dezembro de 2006

3 ii O coração do homem traça o seu caminho, mas o Senhor lhe dirige os passos Provérbios - 16:9

4 iii AGRADECIMENTOS Ao concluir este trabalho, meus agradecimentos ao Prof. Dr. André Bartholomeu, pela orientação, colaboração e presteza para solucionar dúvidas durante a realização deste trabalho;... ao Prof. Dr. Julio Soriano, por ter me ajudado a elaborar a presente monografia;... à minha namorada Ana Paula e toda minha família, pela ajuda, estímulo e paciência durante a realização deste trabalho.

5 iv SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS... LISTA DE TABELAS... LISTA DE SÍMBOLOS E ABREVIATURAS... RESUMO... PALAVRAS-CHAVE... 1 INTRODUÇÃO Objetivos... 2 REVISÃO BIBLIOGRAFICA Umidade Determinação da Umidade Determinação da umidade pelo método da secagem em estufa Determinação da umidade usando medidores elétricos Influência da umidade sobre a resistência Densidade da Madeira Densidade real Densidade básica Densidade aparente Influencia da umidade na densidade aparente da madeira Variação dimensional da madeira Secagem da madeira Estocagem da madeira Defeitos da secagem Empenamento Rachadura Encruamento Colapso Rachaduras e Favos... 3 METODOLOGIA Descrição da Pesquisa Equipamento Lavantamento de Dados Locais de Realização das Medições... 4 RESULTADOS OBTIDOS Calculos de Comparação Exemplo Exemplo CONCLUSÃO... 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... v vi vii viii viii

6 v LISTA DE FIGURAS 2.1 Seção Transversal de um tronco Diagrama de Kollmann Sistema de orientação Encanoamento Posicionamento do medidor de umidade Madeireira Mato Grosso Madeireira Mademinas Madeireira Guaçu Mirim Madeireira Cobertura & Cia Serraria São Benedito Serraria Guimarães... 22

7 vi LISTA DE TABELAS 2.1 Classes de Umidade Variação da resistência da madeira Acréscimo de resistência Porcentagem de retração Umidade da Cupiúba na madeireira Umidade da Cupiúba na madeireira Umidade da Cupiúba na madeireira Umidade da Cupiúba na madeireira Umidade do Eucalipto na madeireira Umidade do Eucalipto na madeireira Umidade do Eucalipto na serraria Umidade do Eucalipto na serraria Média da Umidade da Cupiúba Média da Umidade do Eucalipto Valores de K mod Valores de K mod Valores de K mod Gráfico Método Expedito

8 vii LISTA DE SÍMBOLOS E ABREVIATURAS Letras romanas: Lo : comprimento da peça rmin : raio de giração I : momento de inércia S : área da seção b : base da peça h : altura da peça Ecø : Módulo de Elasticidade à Compressão paralela às fibras fcø : Resistência média de ruptura do corpo-de-prova no ensaio de compressão paralela às fibras f cd : resistência efetiva média na peça estrutural fcd : resistência de calculo à compressão K mod1: Função da ação variável principal e classe de carregamento K mod 2 : Função da classe de umidade e tipo de material K mod3 : Categoria da madeira Nrd : Carga normal máxima de cálculo na peça estrutural Letras gregas: δv : coeficiente de retratibilidade volumétrico; λ : índice de esbeltez ρ : taxa entre a resistência fc0 e a resistência efetiva média na peça estrutural Abreviaturas: ABNT : Associação Brasileira de Normas Técnicas PS : Ponto de Saturação UE : Umidade de Equilíbrio T : Temperatura URA : Umidade Relativa do Ar

9 viii RESUMO Peças de madeira em serviço tendem a variar a porcentagem de umidade de umidade ao longo do tempo. Essa variação da umidade da madeira entre 10% e 15% se devem a variação da temperatura ambiente e da umidade relativa do ar. Mas de acordo com pesquisas realizadas na região de Mogi Guaçu, peças de madeira que são comercializadas em madeireiras e serrarias apresentam porcentagem de umidade elevada, sendo comercializadas em muitos casos madeira ainda verde. Uma peça de madeira se aplicada em uma estrutura com porcentagem de umidade muito alta vai perder essa umidade com o passar do tempo até encontrar equilíbrio com o ambiente. Nesse período ocorrerão modificações nas dimensões da madeira pela perda de água e dependendo da solicitação atuante deformações na madeira o que pode trazer prejuízos à estrutura. A resistência de determinado tipo de madeira às solicitações é obtida através de ensaios com umidade de 12%. Peças de madeira com alta porcentagem de umidade ainda não atingiu essa resistência, dependendo das considerações no projeto o que pode levar essa peça a romper devido às solicitações de tração, compressão ou cisalhamento. PALAVRAS-CHAVE: umidade, estrutura, madeira.

10 1 1 INTRODUÇÃO O teor de umidade da madeira e sua variação é de extrema importância no seu desempenho em estruturas. Com o aumento do teor de umidade observa-se uma diminuição da resistência mecânica da madeira. Acima do ponto de saturação das fibras (25%), a água acumula-se na cavidade das células, denominada de água livre. Nessa situação a resistência da madeira não sofre alterações significativas. Para teores de umidade entre 0%, que são madeira seca em estufa, até o ponto de saturação, conforme aumenta a umidade, aumenta a quantidade de água acumulada na parede das células da madeira, água de impregnação, o que reduz as ligações por pontes de hidrogênio, entre os polímeros orgânicos das paredes das células, diminuindo a resistência da madeira. A ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS ABNT (7190:1997) adota a umidade de 12% como referência para o cálculo das estruturas. Essa umidade de referencia de 12% é atingida com umidade relativa do ar em 65% e temperatura de 20 C. Umidades inferiores a 12%, somente são conseguidas em estufas ou câmaras de vácuo. O processo de secagem também é muito importante, pois a maioria das deformações da madeira como encruamento, empenamento e rachaduras ocorrem durante a secagem. Por isso a estocagem da madeira deve ser feita seguindo algumas recomendações para facilitar o processo de secagem e impedir que a madeira se deforme. Além da resistência, a densidade e retrabilidade da madeira também serão mencionadas nesse trabalho, pois seus valores estão muito ligados a porcentagem de umidade da madeira.

11 2 1.1 Objetivos O objetivo deste trabalho é verificar os teores de umidade em pe0ças estruturais de madeira comercializada em madeireiras e serrarias na região de Mogi Guaçu e a partir deste levantamento comparar os dados obtidos com a ABNT (7190:1997) que adota a umidade de 12% como referência. O trabalho também enfocará a influência da umidade na resistência, densidade e retratibilidade da madeira.

12 3 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 Umidade A presença de água na madeira pode ser mais facilmente entendida tomando-se por base alguns aspectos relacionados à fisiologia da árvore. Esta, por intermédio de seu sistema radicular, absorve água e sais minerais do solo, compondo a solução denominada seiva bruta, que através do alburno, em movimento vertical ascendente, desloca-se até as folhas. A Fig. 2.1 mostra a seção transversal de um tronco onde podemos ver como ele é formado. Por meio das folhas até a raiz ocorre a circulação da seiva elaborada, formada de água e substâncias geradas através da fotossíntese. Por este motivo, a madeira de árvores vivas ou recém abatidas apresentam uma elevada porcentagem de umidade. Figura 2.1 Seção Transversal de um Tronco FONTE Pfeil (1986) Devido às condições relatadas, as moléculas de água estão presentes no interior dos elementos anatômicos (lúme), tal como no interior das respectivas paredes, gerando sua saturação. Normalmente, nestes níveis de umidade a madeira está saturada ou verde.

13 4 Com a exposição ao meio ambiente a madeira proveniente de uma árvore abatida, perde continuamente a umidade, a princípio pela evaporação das moléculas de água livre ou água de capilaridade. Após a finalização deste processo, a madeira atingiu o ponto de saturação das fibras ou o ponto de saturação (PS), mantendo-se na madeira apenas as moléculas de água localizadas no interior das paredes celulares, a água de impregnação ou de adesão conforme Galvão & Jankowski (1985). A evaporação das moléculas de água livre ocorre mais rapidamente, até ser atingido o ponto de saturação, em geral correspondente a um teor de umidade entre 20% e 30%. A ABNT (7190:1997) adota como valor de referência, a umidade de 25% para o PS. A estabilidade dimensional e os valores numéricos que estão ligados as propriedades de resistência e elasticidade não são interferidos devido à saída de água livre. Após o PS, a evaporação prossegue com menor velocidade até atingir o nível de umidade de equilíbrio (UE), em função da espécie considerada, da temperatura (T) e umidade relativa do ar (URA). A ABNT (7190:1997) utiliza UE = 12%, condição que é atingida com T = 20ºC e URA = 65%. Para atingir porcentagens de umidade inferiores a UE somente com a utilização de estufas e câmaras de vácuo. A madeira poderá apresentar água em forma de vapor, esta ação é quantitativamente descartada, devido à baixa densidade do vapor em comparação com a substância no estado líqüido. Denomina-se secagem o processo de evaporação das moléculas de água livre e água de impregnação. Conforme já foi mencionado, a madeira, em árvores recém cortadas, podem conter altíssimos teores de umidade, que vão sendo gradativamente reduzidos enquanto é aguardado o desdobro. Depois desta fase, a umidade continua a diminuir, com velocidade que sofre a influência da espécie, das condições ambientais, das dimensões das peças e do tipo de empilhamento adotado. O processo final somente deve ser efetuado em níveis de umidade inferiores ao PS.

14 5 Com a diminuição da densidade da madeira, causada pela evaporação, o custo do transporte é reduzido, além deste fator, a transformação da madeira bruta em produtos próprios para utilização em diversos ramos, requer prévia secagem por diversos fatores: redução da movimentação dimensional, permitindo a obtenção de peças cujo desempenho, nas condições de uso, será potencialmente mais adequado; possibilidade de maior desempenho de acabamento com tintas e vernizes aplicados na superfície da peça; redução da probabilidade de ataque de fungos; aumento da eficácia da impregnação da madeira contra a demanda biológica; aumento dos valores numéricos correspondentes às propriedades de resistência e elasticidade. A ABNT (7190:1997) estabelece que no projeto de estruturas de madeira o dimensionamento das respectivas barras deve ser efetuado admitindo-se uma das classes de umidade especificadas na Tab Tabela Classes de Umidade FONTE ABNT (7190:1997) 2.2 Determinação da Umidade Determinação da umidade pelo método da secagem em estufa A secagem da madeira em estufas é um método que é recomendado pela ABNT (7190:1997) para a determinação da umidade da madeira. Para isso são utilizados corpos de prova com seção de 2 cm x 3 cm e comprimento ao longo das direções das fibras de 5 cm. Após ser determinada a massa inicial do corpo-de-prova em balança com sensibilidade 0,01 g, este será redirecionado a câmara de secagem (estufa) com temperatura de no máximo 103 ± 2ºC. Durante o processo de secagem a instrução normativa é de que a massa do corpo de prova deve se medida a cada seis horas até ocorrer, entre duas medidas consecutivas, variação menor ou igual a 0,5% da última massa medida. Esta massa será considerada como a massa seca.

15 6 Para temperaturas de 100ºC, é importante observar que os corpos-de-prova das dimensões citadas precisam de aproximadamente 48 horas para atingir a massa seca. O processo será atingido com maior facilidade se o material for mantido em estufas neste período, sendo avaliado a cada seis horas, para que este processo de secagem seja completo. O teor de umidade da madeira (U), em porcentagem, corresponde à razão entre a massa da água nela contida e a massa da madeira seca, sendo obtida pela Eq mi ms U (%) = 100 [2.1] ms onde: mi é a massa inicial da amostra; ms é a massa da madeira seca. Através da Eq. 2.1 é possível além de determinar a umidade de uma amostra, proceder-se a uma série de estimativas indispensáveis à adequada condução do processo de secagem de um lote de madeira Estimativa da umidade usando medidores elétricos Em diversas situações práticas, em especial na indústria de produtos derivados da madeira e nas providências para o recebimento de lotes de peças estruturais em obras são necessárias estimativas expeditas da porcentagem de umidade da madeira, que podem ser conseguidas por meio dos chamados medidores elétricos de umidade. Tais equipamentos fornecem a porcentagem de umidade com base na resistência de madeira à passagem da corrente elétrica, propriedade também influenciada pela umidade. Os medidores eletrônicos são usualmente calibrados para duas faixas. Uma delas corresponde ao intervalo entre 5% e 25% de umidade, em que a resistência elétrica é por ela afetada de modo significativo. A outra faixa refere-se aos valores superiores a 25% de umidade, situação em que a resistência elétrica é bem menos influenciada, aspecto que conduz a um considerável decréscimo da precisão das estimativas fornecidas pelos equipamentos.

16 7 2.3 Influência da umidade sobre a resistência A umidade tem grande efeito sobre as propriedades das madeiras. Com o aumento da umidade, a resistência diminui até ser atingido o ponto de saturação das fibras. Acima do ponto de saturação das fibras, o volume e o peso especifico da madeira não são influenciados pelo grau de umidade, resultando numa resistência praticamente constante. Com a secagem da peça abaixo do ponto de saturação, observa-se redução do volume e aumento do peso especifico e da resistência. As propriedades de compressão, flexão e cisalhamento da madeira, começam a aumentar quando a umidade torna-se inferior a um grau entre 22% e 28%, podendo considerar-se um valor médio de 25%. A variação abaixo de 25% de umidade pode ser representada por uma lei logarítmica ou, aproximadamente, por uma lei linear. Pode considerar-se aproximadamente linear a variação das propriedades da madeira com umidade entre 2% e 25%. Na Tab. 2.2 indica-se a porcentagem de mudança de diversos parâmetros de resistência por 1% de variação da umidade. Tabela 2.2 Variação da Resistência da Madeira Resistência % de mudança para 1% de variação da umidade Compressão paralela à fibra limite de proporcionalidade ( f el ) 5 resistência ( f e ) 6 Compressão perpendicular à fibra, limite de proporcionalidade 5,5 Cisalhamento resistência ( f v ) 3 Flexão estática limite de proporcionalidade 5 resistência à flexão ( f M ) 4 módulo de elasticidade ( E M ) 2 * A variação pode ser considerada linear entre 2% e 25% de umidade. FONTE Pfeil (2003) De acordo com a ABNT (7190:1997), os valores da resistência f u obtidos de ensaios em corpos de prova com teores de umidade U entre 10% e 20% podem ser corrigidos para o teor de umidade padrão de 12%, f 12, admitindo-se 3% de variação na resistência para 1% de variação da umidade com a Eq. 2.2.

17 3 f12 = f u 1 + ( U 12) [2.2] 100 onde U é expresso em percentual. Para o módulo de elasticidade a correção é feita admitindo-se 2% de variação com a Eq E 12 = E u [1 + 2 (U 12)] [2.3] 100 Bendtsen & Gaglligan apud Tanaami (1986), tendo ensaiados corpos de prova à compressão e à tração paralela às fibras, ao cisalhamento e à flexão, concluíram pelos acréscimos de resistência apresentados na Tab. 2.3, em média, para quatro espécies de coníferas ensaiadas, quando a porcentagem de umidade passar dos níveis de madeira verde para a madeira em equilíbrio ao ar. Tabela 2.3 Acréscimos de resistência FONTE Tanaami (1986) Gerhardes (1970) apud Tanaami (1986), concluiu que o módulo de elasticidade elevou-se 23% quando a porcentagem de umidade passou dos níveis de madeira verde (acima de 30%) para a porcentagem de umidade de equilíbrio do ar (em torno de 12%). Para essa mesma variação de umidade, também concluiu que o aumento no módulo de ruptura à flexão foi de 30%. 2.4 Densidade da madeira A densidade é uma das propriedades físicas fundamentais na definição das melhores aplicações da madeira de diferentes espécies. No caso de estruturas, seu peso próprio é estimado com base no valor da densidade da espécie (ou classe) utilizada. Compressão Paralela ás Fibras 75% Tração Paralela ás Fibras 35% Flexão Estática 35% Cisalhamento Paralelo ás Fibras 13% O conceito físico indispensável à compreensão do assunto é o da quantidade de massa contida em uma unidade de volume. Considerando a natureza típica da madeira, decorrente da sua estrutura anatômica, é complicada a aplicação das definições de densidade absoluta e de densidade relativa. Seu caráter higroscópico 8

18 9 combinado com sua porosidade e suas singularidades fisiológicos associados à sua permeabilidade requerem uma abordagem particular da densidade à madeira Densidade Real Trata-se da relação entre a massa da madeira contida na amostra considerada e o volume efetivamente ocupado por ela, descontado, os vazios internos cheios de água e ar. A determinação da densidade real não integra a rotina experimental para a caracterização da madeira, mas se constitui num procedimento esclarecedor de sua natureza e do seu comportamento. Hellmeister (1973) apud Calil Junior (2003), estudou doze espécies de madeira, entre coníferas e dicotiledôneas, tendo obtido o resultado de 1,53 ± 0,03 g/cm³ para os respectivos valores da densidade real Densidade Básica Convencionalmente, é definida pela Eq. 2.4 que é a razão entre a massa seca da amostra considerada e o respectivo volume das condições de total saturação, ou seja, tendo todos os seus vazios internos preenchidos por água. ms 3 ρ bas = ( g / cm ) [2.4] V sat O volume saturado, porcentagem de umidade acima do ponto de saturação, é determinado considerando-se as dimensões finais do corpo-de-prova submerso em água, até que seja atingida massa constante ou, no máximo, com variação de 0,5% em relação à medida anterior Densidade Aparente Convencionalmente, é definida pela razão entre a massa e o volume de corpos-deprova para um dado teor de umidade (U%). Em conformidade com a ABNT (7190:1997), a densidade aparente refere-se às amostras com umidade de 12%, obtidas através da Eq m12 3 ρ ap = ( g / cm ) [2.5] V 12

19 Influência da umidade na densidade aparente da madeira A porcentagem de umidade tem grande influência na densidade aparente da madeira. Um dos mais conhecidos procedimentos para quantificar esta variação foi proposto em 1934, conforme relatam Kollmann & Cotê (1968) apud Calil Junior (2003). Em sua pesquisa, o autor trabalhou com espécies de clima temperado e de clima frio, caracterizadas por pequena taxa de crescimento anual. O diagrama final do referido estudo é apresentado na Fig Recentemente, Logsdon (1998) apud Calil Junior (2003), empregando espécies crescidas no Brasil, propôs a Eq. 2.6 para representar a influência da umidade na densidade aparente. (12 + U ) ρ 12 = Pu + Pu [(1 + δ v ) ] [2.6] 100 Nesta expressão, tem se: V Vu Vs δ v = e V = 100 U V s onde: P12 é a densidade aparente à umidade de 12%, g/cm³; Pu é a densidade aparente à umidade de U%, g/cm³; U é a umidade da madeira no instante do ensaio, %; δv é o coeficiente de retratibilidade volumétrico; V é a retração volumétrica, para umidade variando entre U e 0%; Vu é o volume do corpo-de-prova com umidade de U%, cm³; Vs é o volume do corpo-de-prova com umidade de 0%, cm³.

20 11 O diagrama elaborado por Kollmann, Fig. 2.2, e a expressão sugerida por Logsdon, (1998) podem ser usados para corrigir o valor da densidade aparente de um corpode-prova para a umidade de 12%. Tal correção se faz necessária, pois é praticamente impossível condicionar uma amostra a exatos 12% de umidade a fim de obter sua densidade e as demais propriedades requeridas para o desenvolvimento de projetos estruturais. Figura 2.2 Diagrama de Kollmann FONTE Pfeil (1986) 2.5 Variação dimensional da madeira Na madeira, a variação dimensional é caracterizada pelas propriedades de retração e inchamento. Em razão das especificidades anatômicas, estes fenômenos referemse a três direções principais: axial (ou longitudinal), radial e tangencial. Segundo Calil Junior (2003), a estabilidade dimensional esta diretamente relacionada à presença de água no interior da madeira. É fundamental lembrar que o aumento ou a diminuição do número de moléculas de água livre não influem na retração e no inchamento, fenômeno que se manifesta em níveis de umidade inferiores ao ponto de saturação.

21 12 Nesta situação, a diminuição ou o aumento da quantidade de água de impregnação aproximam ou afastam as cadeias de celulose e as microfibrilas, ocasionando as correspondentes variações dimensionais de retração ou inchamento. As múltiplas implicações práticas daí decorrentes enfatizam a relevância do seu estudo. Às vezes, espécies com grande disponibilidade numa determinada região não podem ser indicadas para as aplicações nas quais a estabilidade dimensional seja um dos requisitos prioritários. Considerando as condições de formação da madeira e as peculiaridades de sua estrutura anatômica, constata-se que as variações dimensionais devidas a retração e ao inchamento acontecem em diferentes proporções, nas direções principais de ortotropia, sendo praticamente desprezíveis na direção longitudinal, mais acentuadas na direção radial e máximas na direção tangencial, orientações essas ilustrada na Fig Figura 2.3 Sistema de Orientação FONTE Pfeil (1986) A retração e o inchamento volumétrico são calculados com base nos valores correspondentes às direções principais.

22 13 Na Tab. 2.4 estão apresentados os valores numéricos das relações dimensionais, de acordo com a direção considerada, e da retração volumétrica. São significativas as variações observadas para a retração total, definida como a que ocorre no intervalo de umidade compreendido entre o ponto de saturação e 0%. Tabela 2.4 Porcentagens de Retração PORCENTAGENS DA RETRAÇÃO Direção Retração Total (%) Longitudinal (L) 0,1 a 0,9 Radial (R) 2,4 a 11,0 Tangencial (T) 3,5 a 15,0 Volumétrica (V) 6,0 a 27,0 FONTE Calil Júnior (2003) 2.6 Secagem da madeira Inicialmente deve-se salientar que a perda de água reduz o peso da madeira, diminuindo o custo do seu transporte, mas independente deste fator econômico, a transformação racional da madeira bruta em produtos e bens de consumo requer a sua secagem prévia pelas razões seguintes, conforme destacado por Ponce & Watai (1985): Redução da movimentação dimensional a limites aceitáveis. Como conseqüência, as peça de madeira podem ser produzidas com maior precisão de dimensões, proporcionando melhor desempenho em serviço; Aumento da resistência da madeira, após a secagem, contra fungos manchadores e apodrecedores, e contra a maioria dos insetos xilófagos; Melhoria das propriedades mecânicas da madeira, tais como as resistências à flexão, compressão e a sua dureza; A resistência das uniões ou juntas feitas com pregos e parafusos é maior em madeira seca; A madeira úmida não se presta para colagem ou tratamento preservativo pela maioria dos processos industriais;

23 14 A maioria das deformações, empenamentos e rachaduras ocorrem durante a secagem. Produtos feitos com madeira seca estarão livres desses defeitos; Madeira somente pode receber pintura, verniz ou outros acatamentos se, pelo menos, for seca ao ar; Secagem aumenta a resistência elétrica da madeira, tornando-a isolante e melhorando suas propriedades de isolamento térmico; Facilita as operações de beneficiamento secundário, como torneamento, furação e ligamento. Há uma série de métodos de secagem disponíveis para cada tipo ou tamanho de indústria ou localização da operação. Segundo Ponce & Watai (1985), a maneira mais simples de secar madeira serrada é através de sua exposição ao ar livre. A madeira, quando adequadamente exposta ao ar livre, seca mais rapidamente quando a temperatura é alta, a umidade relativa do ar é baixa e o movimento do ar é ativo através das peças. O tempo entre o início da secagem da madeira verde e a obtenção da umidade desejada depende de fatores que envolvem as características da própria madeira, da pilha, do pátio e das condições climáticas. A espessura da madeira é também muito importante na velocidade de secagem. Em peças com 50 mm de espessura, a velocidade de secagem chega a ser quatro vezes menor do que em peças de 25 mm da mesma espécie. A localização das pilhas de madeira no pátio também influencia a velocidade da secagem. Pilhas de madeira colocadas nas margens do pátio secam mais rapidamente do que as colocadas em regiões centrais. A superfície do pátio também influencia, de certa forma a velocidade de secagem ao ar. Um pátio bem plano drenado, sem vegetação, coberto por materiais escuros secará a madeira mais rapidamente. Materiais escuros na superfície do solo absorvem mais energia solar do que materiais claros, tornando-se mais aquecido, aumentando a temperatura do ar, diminuindo a umidade relativa e conseqüente diminuição no tempo de secagem. Poças d água ou terreno não drenado aumentam a umidade do ar, e, conseqüentemente diminui a velocidade de secagem. Vegetação, detritos e outros obstáculos dificultam a circulação do ar entre as pilhas.

24 15 Outro fator que influi muito na velocidade da secagem é o clima da área ou região na qual o pátio esta localizada. Talvez o mais importante seja a temperatura, mas o índice pluviométrico tem também efeito significativo. 2.7 Estocagem da madeira O empilhamento plano com separadores é o mais utilizado, também conhecido por pilha gradeada ou entabicada. Neste tipo de pilha cada camada de peças de madeira justapostas é separada de outra por separadores ou tabiques. Cada camada suporta o peso das outras colocadas sobre si, restringindo, assim, o empenamento. Segundo Galvão & Jankowski (1985), a separação por espécie é muito importante em virtude dos diferentes comportamentos durante a secagem. A separação por espessura também é muito importante, pois como já foi visto, peças com espessuras diferentes tem tempo de secagens diferentes. A distância entre os separadores pode variar de acordo com a espessura das peças de madeira. Os separadores ou tabiques devem estar espaçados de 40 a 45 cm, para peça com menos de 40 mm de espessura. Para peças mais espessas, espaçamentos de 60 a 80 cm são aceitáveis. Madeiras com tendência ao empenamento devem ter os separadores menos espaçados que as outras. A espessura dos separadores ou tabiques pode variar de 2 a 3 cm, sendo que os mais espessos são mais adequados para madeiras leves e mais fáceis de secar, enquanto os mais delgados, para madeiras que apresentam maior tendência à formação de defeitos de secagem. Não é aconselhado que as dimensões da espessura sejam próximas das dimensões da largura, pois os operários podem colocar alguns separadores com maior dimensão na vertical, provocando deformações nas tabuas de madeira. O ideal é que a largura seja em torno de 5 cm. O comprimento deve ser de 5 cm maior do que a largura da pilha. É uma falsa economia utilizar separadores empenados, quebrados, desbitolados, curtos, não

25 16 secos e de madeira manchada ou atacada por fungos. Quando não estão em uso, os separadores devem ser mantidos bem empilhados, cobertos e em lugar seco. Outros aspectos importantes são as fundações ou bases das pilhas, que têm função de dar apoio estável e plano para as pilhas e provir um espaço vazio entre o solo e a pilha para permitir a saída do ar descendente, úmido e frio. Os apoios devem ter fundação suficientemente dimensionada para suportar a carga, representada pela massa das pilhas, e resistir aos choques acidentais, no caso da movimentação com empilhadeiras. Deve-se também permitir um espaço de no mínimo 40cm de altura acima do solo para permitir livre movimento do ar. 2.8 Defeitos da secagem As tensões que se desenvolvem na madeira é a causa básica dos defeitos dos defeitos de secagem, os quais são a seguir agrupados, segundo Galvão & Jankowski (1985) Empenamento Empenamento é qualquer distorção na peça de madeira em relação aos planos originais de sua superfície. Assim, levando em conta os planos em relação aos quais houve alteração, os empenos devem ser encanoados, longitudinais e torcidos. O encanoamento como podemos ver na Fig. 2.4, é definido quando as margens da peça permanecem aproximadamente paralelas, e ela adquire um aspecto encanoado ou de canaleta. Esse tipo de empeno aparece em conseqüência da diferença de estabilidade entre as direções radial e tangencial, que provoca a maior movimentação de uma das faces da peça em relação à outra. Outra causa para o empeno encanoado é a secagem mais rápida de uma face. Figura 2.4 Encanoamento FONTE Calil Junior (2003)

26 Rachaduras As rachaduras aparecem como conseqüência da diferença de retração nas direções radial e tangencial da madeira e de diferenças de umidade entre regiões contíguas de uma peça, durante o processo de secagem. Na secagem as rachaduras superficiais podem aparecer quando as condições são muito severas, isto é, baixas umidades relativas provocando a rápida secagem das camadas superficiais até valores inferiores PS, enquanto as camadas internas estão ainda com mais de 30% de umidade. Como as camadas internas impedem as superficiais de se retraírem, aparecem tensões que, excedendo a resistência da madeira à tração perpendicular às fibras, provocam o rompimento dos tecidos lenhosos Encruamento O encruamento é causado basicamente por secagem muito rápida ou não uniforme. Uma secagem rápida faz com que as camadas externas atinjam rapidamente baixos valores de umidade. Essas camadas ficam sob o efeito de esforço de tração, enquanto a parte central, estando acima do PS, não se retrai, passando-se por estado de compressão. Continuando a secagem, a parte central passa a uma umidade menor que ao PS e, portanto, começa a retrair-se. Essa retração não é acompanhada pelas camadas externas, ocasionando a sua compressão. Nessas condições, a parte interna está sob tração e a externa sob esforços de compressão. Peças na situação descrita, apresentarão deformações se novamente desdobradas Colapso O colapso caracteriza-se por ondulações nas superfícies da peça de madeira. O colapso aparece quando a tensão desenvolvida durante a saída da água capilar supera a resistência da madeira à compressão. De forma geral, dentre os fatores que influem no colapso da madeira podem ser citados o pequeno diâmetro dos capilares, altas temperaturas no inicio da secagem, baixa densidade da madeira e alta tensão superficial do líquido que é removido da madeira Rachaduras em Favos

27 18 É um defeito típico da secagem artificial que se caracteriza por rachaduras no interior da peça. Exteriormente, a peça pode apresentar-se sem alterações. Esse tipo de defeito aparece como conseqüência das tensões de tração, no interior das peças, ter excedido a resistência de tração da madeira no sentido perpendicular às fibras. 3 METODOLOGIA 3.1 Descrição da Pesquisa Foi realizada pesquisa em campo para levantamento de dados sobre a porcentagem de umidade de determinadas espécies de madeira que são mais comercializadas para utilização em estruturas, principalmente em estruturas de telhados. Para a medição da umidade nas peças de madeira de madeira foi utilizado um medidor portátil. Para avaliar os resultados obtidos foram realizados cálculos utilizando a umidade média determinada pela investigação e a umidade referencia de 12% adotado pela ABNT (7190:1997). 3.2 Equipamento O equipamento utilizado para o levantamento dos dados da pesquisa foi um medidor de umidade de madeira portátil da Sultech Sistemas Eletrônicos modelo TCS75, ilustrado pela Fig. 3.1, que utilizam sensores não agressivos, para a leitura da umidade. Estes sensores emitem um campo elétrico de alta freqüência, que penetra na madeira, medindo sua umidade pela variação de corrente produzida. O processo de medida utilizado permite que se verifique a umidade pelo simples toque dos sensores sobre a superfície da peça, porém o valor obtido não é o valor da superfície e sim a média até 50 mm de profundidade, o que permitiu uma leitura confiável na investigação realizada que utilizou peças com espessura de 60 mm. O procedimento para utilizar o equipamento e bastante simples, bastando apenas ajustes do tipo de madeira a ser medido através de tabela que é fornecida pelo fabricante e o zeramento de uma escala do instrumento que elimina interferências indesejáveis com umidade relativa do ar e a proximidade da mão do operador com os sensores.

28 Levantamento dos Dados As espécies de madeira pesquisadas foram a Cupiúba (Goupia glabra) e o Eucalipto (Eucalyptus spp). Essas espécies foram escolhidas para a investigação, pois essas são as espécies mais utilizadas na região. Para a medição da umidade nas peças de madeira de madeira foi utilizado um medidor portátil já detalhado no item 3.2. As peças escolhidas para a pesquisa foram as com seções de 5 cm x 6 cm e 6 cm x 8 cm que são as seções mais utilizadas como caibros e as seções 6 cm x 12 cm e 6 cm x 16 cm, mais utilizados como terças, vigas e nas tesouras de estruturas de telhados. Em cada peça foram realizadas três medições em posições diferentes para verificar a variação da umidade na mesma peça. As posições dessas medições foram no centro da peça e as outras duas a uma distância aproximada de 30 cm das duas extremidades. Para realização de uma leitura correta da porcentagem de umidade o aparelho de ser posicionado sobre a peça de forma que os sensores do medidor estejam em paralelo com o sentido dos veios da madeira como mostra a Fig Figura 3.1 Posicionamento do Medidor de Umidade Locais de Realização das Medições

29 O levantamento de dados foi realizado em madeireiras e serrarias nas cidades de Mogi Guaçu e Mogi Mirim e a relação dessas empresas é apresentada a seguir: 20 Madeireira 1 Madeireira Moto Grosso. Rua Belém do Pará, nº 626, Centenário, Mogi Guaçu S.P. (Fig. 3.2) Madeireira 2 Mademinas Figura 3.2 Madeireira Mato Grosso Av. Adib Chaib, nº 658, Tucura, Mogi Mirim S.P. (Fig. 3.3)

30 21 Figura 3.3 Madeireira Mademinas Madeireira 3 Madeireira Guaçu Mirim Av. Mogi Guaçu, nº 1356, Guaçu Mirim, Mogi Mirim S.P. (Fig. 3.4) Figura 3.4 Madeireira Guaçu Mirim Madeireira 4 - Madeireira Cobertura & Cia. Av. Emilia Marchi Martini, nº 1926, Jd. América, Mogi Guaçu S.P. (Fig. 3.5)

31 22 Figura 3.5 Madeireira Cobertura & Cia Serraria 1 Serraria São Benedito Rua Peru, nº 84, Jd. Novacoop, Mogi Mirim S.P. (Fig. 3.6) Serraria 2 Serraria Guimarães Figura 3.6 Serraria São Benedito Rua Delmir Gouvêa, nº36, Dist. Ind.Getulio Vargas, Mogi Guaçu SP (Fig. 3.7)

32 23 Figura 3.7 Serraria Guimarães 4 RESULTADOS OBTIDOS Todos os dados obtidos com as medições estão expressos nas Tabs. 4.1 a 4.8. Foram calculadas as médias de umidade de cada peça e a média de umidade de todas as peças de cada madeireira ou serraria e também separado por espécie de madeira. Nas Tabs. 4.9 e 4.10 estão as médias de umidade de cada espécie em cada estabelecimento pesquisado. Tabela 4.1 Umidade da Cupiúba na Madeireira 1

33 DESVIO PADRÃO 3,70 24

34 25 Tabela 4.2 Umidade da Cupiúba na Madeireira 2 DESVIO PADRÃO 3,82

35 26 Tabela 4.3 Umidade da Cupiúba na Madeireira 3 DESVIO PADRÃO 3,55

36 27 Tabela 4.4 Umidade da Cupiúba na Madeireira 4 DESVIO PADRÃO 2,83

37 28 Tabela 4.5 Umidade do Eucalipto na Madeireira 1 DESVIO PADRÃO 2,56

38 29 Tabela 4.6 Umidade do Eucalipto na Madeireira 4 DESVIO PADRÃO 3,23

39 30 Tabela 4.7 Umidade do Eucalipto na Serraria 1 DESVIO PADRÃO 3,67

40 31 Tabela 4.8 Umidade do Eucalipto na Serraria 2 DESVIO PADRÃO 3,40 Tabela 4.9 Médias da Umidade da Cupiúba MÉDIA DA UMIDADE DA CUPIÚBA NA MADEIREIRA 1 25,57% MÉDIA DA UMIDADE DA CUPIÚBA NA MADEIREIRA 2 26,19% MÉDIA DA UMIDADE DA CUPIÚBA NA MADEIREIRA 3 25,67% MÉDIA DA UMIDADE DA CUPIÚBA NA MADEIREIRA 4 25,28% Tabela 4.10 Médias da Umidade do Eucalipto MÉDIA DA UMIDADE DO EUCALIPTO NA MADEIREIRA 1 28,70% MÉDIA DA UMIDADE DO EUCALIPTO NA MADEIREIRA 2 30,70% MÉDIA DA UMIDADE DO EUCALIPTO NA SERRARIA 1 34,21% MÉDIA DA UMIDADE DO EUCALIPTO NA SERRARIA 2 35,80%

41 Cálculos de Comparação Para se ter uma melhor idéia da diferença de resultados de cálculos realizados considerando a madeira com umidade referência de 12% e a umidade média da madeira comercializada na região de Mogi Guaçu, apresenta-se alguns exemplos de cálculos de peças estruturais. Para realização dos cálculos para determinação da compressão paralela as fibras foi utilizado o Método Expedito, de acordo com Pfeil (1986) Exemplo 1 Verificar quanto suporta uma peça de Cupiúba com seção 6,0 cm x 16,0 cm e comprimento de 200 cm, a uma solicitação de compressão paralela às fibras considerando a madeira com umidade de 12%. Dimensionamento Determinação do índice de esbeltez. Lo λ = r min r min = I S 3 3 b h 16 6 I = I = I = 288cm S = b h S = 16 6 S = 96cm 288 r min = r min = 1, 73cm 96 Lo = 200cm 200 λ = λ = 116 1,73 Onde: λ = índice de esbeltez Lo = comprimento da peça rmin = raio de giração I = momento de inércia S = área da seção 2 4

42 33 b = base da peça h = altura da peça Escolha da tabela Ecφ 1362 = = 250 fcφ 5,44 Utilizar Tab com Ecφ = 240 fcφ. Utilizando a Tab determinou-se que ρ = 0, 22. ρ = f 'cd fcd K 0,7 1,0 0,8 fcd = φ = 1,4 1,4 ρ = mod 2 0,7 fc fcd = 0,7 5,44 fcd 1,52 KN / cm f ' cd fcd 0,22 = f ' cd 1,52 f ' cd = 0,33KN / cm Nrd = S f ' cd Nrd = 96 0,33 Nrd = 31, 68KN 2 Onde: Ecø = Módulo de Elasticidade à Compressão paralela às fibras fcø = Resistência média de ruptura do corpo-de-prova no ensaio de compressão paralela às fibras ρ = taxa entre a resistência fc0 e a resistência efetiva média na peça estrutural f cd = resistência efetiva média na peça estrutural fcd = resistência de calculo à compressão K mod = K mod1 K mod 2 K mod 3 K mod1=função da ação variável principal e classe de carregamento Tab K mod 2 =Função da classe de umidade e tipo de material Tab K mod3 =Categoria da madeira Tab Nrd = Carga normal máxima de cálculo na peça estrutural

43 Calcular agora quanto suporta a mesma peça de Cupiúba com seção 6,0 cm x 16,0 cm e comprimento de 200 cm, a uma solicitação de compressão paralela às fibras considerando a madeira com umidade acima de 25% encontrada no comercio de Mogi Guaçu e região. Dimensionamento Determinação do índice de esbeltez. Lo λ = r min 34 r min = I S 3 3 b h 16 6 I = I = I = 288cm S = b h S = 16 6 S = 96cm 288 r min = r min = 1, 73cm 96 Lo = 200cm 200 λ = λ = 116 1,73 Escolha da tabela Ecφ 1362 = = 250 fcφ 5, Utilizar Tab com Ecφ = 240 fcφ. Utilizando a Tab determinou-se que ρ = 0, 18. ρ = f 'cd fcd K 0,7 0,8 0,8 fcd = φ = 1,22 1,4 1,4 ρ = mod 2 0,7 fc fcd = 0,7 5,44 fcd KN cm f ' cd fcd 0,18 = f ' cd 1,22 f ' cd = 0,22KN / cm Nrd = S f ' cd Nrd = 96 0,22 Nrd = 21, 12KN 2 /

44 Verifica-se com os resultados obtidos que, peças de mesma espécie e mesmas dimensões, diferindo-se uma da outra apenas pela porcentagem de umidade apresentam resistência de compressão paralela às fibras com uma diferença de 50%, o que é uma diferença considerável. Tabela 4.11 Valores de K mod1 35 FONTE ABNT (7190:1997) Tabela 4.12 Valores de K mod 2 FONTE ABNT (7190:1997) Tabela 4.13 Valores de K mod3 FONTE ABNT (7190:1997)

45 36 Tabela 4.14 Método Expedito FONTE Pfeil (1986) Exemplo 2 Calcular a máxima distância de apoios para os caibros de Cupiúba de seção 6,0 cm x 8,0 cm da estrutura de um telhado de telhas cerâmicas tipo colonial. Os caibros estão com espaçamento de 50 cm e a umidade da madeira é de 12%. Dados: Cargas Permanentes: telhas = 0,60 KN / m² ripas e caibros = 0,10 KN / m² g k = 0,50 (0,60 + 0,10) = 0,35KN / m g k = 0,0035KN / cm Cargas Variáveis: Água = 0,10 KN / m² Sobrecarga = 0,25 KN / m² qk = 0,50 (0,10 + 0,25) = 0,175 KN / m g k = 0,00175KN / cm

46 37 Dimensionamento I min = 4,56 p l Ecφef 3 Ec φ ef = K φ φ 0 φ = cm mod Ec Ec ef =,7 1,0 0, Ec ef 763KN / p = g k + qk p = 0, ,00175 p = 0,00525KN / cm 3 3 b h 6 8 I = I = I = 256cm ,56 p l 4,56 0,00525 l I min = 256 = lmax = 201cm Ecφef 763 onde: g k = carga permanente q k = carga variável I = momento de inércia Ecφ ef = módulo de elasticidade S = área da seção b = base da peça h = altura da peça l max K mod = máxima distancia entre os apoios do caibro = K mod1 K mod 2 K mod 3 4 K mod1=função da ação variável principal e classe de carregamento Tab K mod 2 =Função da classe de umidade e tipo de material Tab K mod3 =Categoria da madeira Tab Calcular agora a máxima distância de apoios para os mesmos caibros de Cupiúba de seção 6,0 cm x 8,0 cm da estrutura do telhado de telhas cerâmicas tipo colonial. Os caibros também estão com espaçamento de 50 cm, mas será considerada madeira com umidade acima de 25% encontrada no comercio de Mogi Guaçu e região.

47 38 Dados: Cargas Permanentes: telhas = 0,60 KN / m² ripas e caibros = 0,10 KN / m² g k = 0,50 (0,60 + 0,10) = 0,35KN / m g k = 0,0035KN / cm Cargas Variáveis: Água = 0,10 KN / m² Sobrecarga = 0,25 KN / m² qk = 0,50 (0,10 + 0,25) = 0,175 KN / m g k = 0,00175KN / cm Dimensionamento I min = 4,56 p l Ecφef 3 Ec φ ef = K φ φ 0 φ = cm mod Ec Ec ef =,7 0,8 0, Ec ef 610KN / p = g k + qk p = 0, ,00175 p = 0,00525KN / cm 3 3 b h 6 8 I = I = I = 256cm ,56 p l 4,56 0,00525 l I min = 256 = lmax = 187cm Ecφef 610 Pode-se verificar com os resultados obtidos, uma diferença de 23 cm da distancia dos apoios com a madeira com umidade de 12% e >25% o que representa diferença de 12,3%. Mesmo a diferença não sendo tão acentuada como no exemplo 1, mostra que nas solicitações de flexão também precisamos atentar com que umidade a madeira a ser utilizada se encontra. 2

48 39 5 CONCLUSÃO Analisando os valores de umidade da madeira levantados nas madeireiras e serrarias observou-se que muitas das peças são comercializadas ainda verdes, principalmente as peças de Eucalipto. O fato de as médias de porcentagem de umidade do Eucalipto serem maior que a da Cupiúba, é atribuída à densidade do Eucalipto também ser maior, o que provoca a perda de umidade mais lenta. Outro motivo para a maior média da umidade do Eucalipto com relação à Cupiúba é pelo fato de existir serrarias na região que trabalham exclusivamente com Eucalipto, o que diminui de forma significativa o espaço de tempo entre o corte da madeira e a venda ao consumidor, comparado com a Cupiúba que segundo informação das madeireiras, é proveniente de Mato Grosso. Com os cálculos realizados para comparar os resultados de peças estruturais de madeira com umidade de 12% e 25%, observou-se que existe uma diferença considerável para as duas umidades, o que comprova a importância de conhecer a porcentagem de umidade da madeira a ser utilizada, para evitar problemas. Com relação à estocagem que é importante para a secagem e evitar defeitos na madeira, observou-se que as madeireiras e serrarias visitadas não possuem empilhamento adequado da madeira, ficando em alguns casos, pilhas em locais sem cobertura, ficando exposta a sol e chuva, o que provoca vários danos a madeira.

49 40 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TECNICAS. NBR-7190: Projeto de Estruturas de Madeiras. Rio de Janeiro, p. CALIL JUNIOR, Carlito; LAHR, Francisco Antonio Rocco; ALVES DIAS, Antonio. Dimensionamento de Elementos Estruturais de Madeira. Barueri; Manole, GALVÃO, Antonio P.M.; JANKOWSKY, Ivaldo P.. Secagem racional da madeira. São Paulo: Nobel, PFEIL, Walter; PFEIL, Michele. Estruturas de Madeira. Rio de Janeiro: LTC, PFEIL, Walter. Estruturas de Madeira. Rio de Janeiro: LTC, PONCE, Renato Herrero; WATAI, Luiz Tadashi. Manual de Secagem da Madeira. São Paulo: IPT/STI, TANAAMI, Raquel Gonçalves. Influência da umidade e da densidade da resistência a flexão de peças de madeira. São Carlos: EBRAMEM, 1986.