CARACTERIZAÇÃO DA MADEIRA DE CRYPTOMERIA JAPONICA D. DON PRODUZIDA NOS AÇORES

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1 UNIVERSIDADE DE TRÁS-OS-MONTES E ALTO DOURO CARACTERIZAÇÃO DA MADEIRA DE CRYPTOMERIA JAPONICA D. DON PRODUZIDA NOS AÇORES DISSERTAÇÃO MESTRADO EM ENGENHARIA FLORESTAL CÉSAR JOEL CAMPOS GONÇALVES Vila Real, Setembro de 2013

2 UNIVERSIDADE DE TRÁS-OS-MONTES E ALTO DOURO CARACTERIZAÇÃO DA MADEIRA DE CRYPTOMERIA JAPONICA D. DON PRODUZIDA NOS AÇORES DISSERTAÇÃO MESTRADO EM ENGENHARIA FLORESTAL CÉSAR JOEL CAMPOS GONÇALVES ORIENTADOR: JOSÉ LUÍS PENETRA CERVEIRA LOUZADA CO-ORIENTADOR: MARIA EMÍLIA CALVÃO MOREIRA SILVA Vila Real, Setembro de 2013

3 Trabalho expressamente elaborado como dissertação para efeito de obtenção do grau de Mestre em Engenharia Florestal, sendo apresentado na Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro, no âmbito do 2º ciclo de formação de Engenharia Florestal.

4 AGRADECIMENTOS Ao longo destes últimos meses em que trabalhei neste projeto tive a felicidade de contar com o apoio de diversas pessoas que, direta ou indiretamente, contribuíram da melhor forma para este resultado. Em primeiro lugar, estou especialmente grato ao Professor José Luís Lousada, pela orientação, apoio crítico, disponibilidade e paciência que sempre demonstrou. Gostaria de agradecer à Professora Maria Emília Silva que, depois de me ter orientado no projeto de licenciatura, teve a coragem de o voltar a fazer, mostrando-se empenhada na envolvência do trabalho. Devo agradecer também ao Senhor Armindo Teixeira, pelos ensinamentos transmitidos todos os dias ao longo de meses a fio, tão fundamentais nas análises realizadas. A Direção Regional dos Recursos Florestais Açores (DRRF), foi a entidade que se disponibilizou à recolha de amostras e ao envio das mesmas para que fossem analisadas, e por isso um muito obrigado. Estou grato a todos os docentes e funcionários do departamento que ao longo do meu percurso académico contribuíram para que atualmente pudesse realizar este estudo com o melhor conhecimento possível. Não posso deixar de manifestar o meu apreço pela minha família, e às pessoas amigas que se têm cruzado comigo ao longo desta vida académica e com quais mais me identifiquei, responsáveis em grande parte por tornarem esta fase da minha vida o mais agradável possível. A todas as pessoas que deixaram e continuam a deixar uma marca positiva na minha vida, um muito obrigado.

5 ÍNDICE GERAL ÍNDICE GERAL... 1 ÍNDICE DE FIGURAS... 3 ÍNDICE DE QUADROS... 6 RESUMO... 8 ABSTRACT LISTA DE ABREVITURAS INTRODUÇÃO OBJETIVOS REVISÃO BIBLIOGRÁFICA CARACTERIZAÇÃO DA ESPÉCIE ÁREA DE DISTRIBUIÇÃO SILVICULTURA PRAGAS E DOENÇAS PROPRIEDADES COMUNS A TODAS AS MADEIRAS FISIOLOGIA DE FORMAÇÃO DO LENHO CERNE E BORNE DENSIDADE EXTRATIVOS RETRAÇÕES ENSAIOS MECÂNICOS CARACTERIZAÇÃO E UTILIZAÇÃO DA MADEIRA DE CRIPTOMÉRIA CARACTERÍSTICAS MACROSCÓPICAS CARACTERÍSTICAS ANATÓMICAS PROPRIEDADES FÍSICAS PROPRIEDADES MECÂNICAS PROPRIEDADES TECNOLÓGICAS IMPORTÂNCIA ECONÓMICA DA CRIPTOMÉRIA NOS AÇORES MATERIAL E MÉTODOS CARACTERIZAÇÃO DO MATERIAL MÉTODOS LABORATORIAIS

6 PERCENTAGEM DE CERNE E BORNE COMPRIMENTO DOS TRAQUEÍDOS TEOR DE EXTRATIVOS MICRODENSITOMETRIA HIGROSCOPICIDADE ENSAIOS MECÂNICOS FLEXÃO ESTÁTICA EM 3 PONTOS DISCUSSÃO E APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS PERCENTAGEM DE CERNE E BORNE COMPRIMENTO DOS TRAQUEÍDOS EXTRATIVOS MICRODENSITOMETRIA HIGROSCOPICIDADE ENSAIOS MECÂNICOS CONCLUSÕES E CONSIDERAÇÕES FINAIS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

7 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1 Folha de Cryptomeria japonica. Local: Ilha do Faial Figura 2 Fruto de Cryptomeria japonica. Local: Ilha do Faial Figura 3 - Carta de distribuição atual de povoamentos de produção de Cryptomeria japonica (Abreu, 2011) Figura 4 Povoamento puro de C. japonica na Reserva Florestal de Recreio da Falca, Ilha do Faial Figura 5 Plantação em linha de C. japonica. Local: Ilha do Faial Figura 6 Cortina corta-vento de C. japonica. Local: Ilha do Faial Figuras 7 e 8 - Árvore de Criptoméria abatida, na ilha de S. Miguel, onde se verifica a podridão provocada pelo ataque de Armillaria mellea. Fotografias cedidas por: Luís Miguel Martins Figura 9 Zona cambial e a sua atividade meristemática (Adaptado de Carvalho, 1996) Figura 10 Representação tridimensional do câmbio vascular (Adaptado de Haygreen & Bower, 1989) Figura 11 Divisão das células cambiais (Adaptado de Haygreen & Bower, 1989) Figura 12 Aspeto esquemático da parede celular com as diferentes camadas e orientação das microfibrilas. LM Lamela média; P Parede primária; S1, S2, S3 Parede secundária Figura 13 Delimitação das zonas de cerne e borne numa amostra de Cryptomeria japonica Figura 14 Variação axial do cerne e do borne dentro do tronco de uma árvore (Adaptado de Desch & Dinwoodie, 1996) Figura 15 Variação radial da densidade em Picea abies, através de microdensitometria de raios-x Figura 16 Arborsonic: Dispositivo de medição de densidade com recurso aos ultrassons. Disponível em: 36 Figura 17 Resistógrafo: dispositivo de medição da densidade da madeira por resistência mecânica. Disponível em:

8 Figura 18 Representação esquemática da localização do lenho juvenil e adulto no tronco da árvore (Adaptado de Lousada, 2000) Figura 19 Representação gráfica genérica da variação radial da densidade para as resinosas. O lenho juvenil está confinado à zona de alteração rápida da densidade, o lenho adulto à da alteração suave, enquanto a zona indefinida entre elas é normalmente referida como zona de transição Figura 20 Gráfico de variação do volume da madeira com a humidade da madeira (HSF - humidade de saturação das fibras) Figura 21 Gráfico de variação da densidade da madeira com a variação da sua humidade (HSF humidade de saturação das fibras) Figura 22 Esquema genérico dos componentes químicos da madeira (Adaptado de Fengel & Wegener, 1989) Figura 23 Diagrama do comportamento elástico e plástico da madeira, traduzido pela curva de deformação (d) tensão (P) Figuras 24 e 25 Duas amostras de Criptoméria. A primeira corresponde à variedade de cerne rosa e a segunda à variedade de cerne acastanhado Figura 26 Fotomicrografias de cortes histológicos de Cryptomeria japonica. A. secção transversal. B. secção radial. C. secção radial, detalhe campo de cruzamento com pontuações tipo taxodioide. D. Secção tangencial (Carneiro et al., 2009) Figura 27 Proteção na eutrofização da lagoa de S. Brás, S. Miguel Figura 28 Principais utilizações da madeira de Cryptomeria japonica (Belerique et al., 2006; Abreu, 2011) Figura 29 Destino geográfico da madeira serrada de Cryptomeria japonica (Belerique et al., 2006; Abreu, 2011) Figuras 30 e 31 Amostras de Cryptomeria japonica (cerne rosa e escuro, respetivamente) Figura 32 Decalque dos limites de cerne e borne das amostras sobre uma folha de papel vegetal Figura 33 Determinação da área de uma amostra com recurso a um planímetro Figura 34 Divisão de um provete com o auxílio do bisturi Figuras 35 e 36 Estilhas fracionadas, e colocadas em tubos de ensaio em solução de Franklin, respetivamente Figura 37 Medição do comprimento dos traqueídos utilizando um curvímetro

9 Figura 38 Destacamento de borne e materiais utilizados na preparação das amostras utilizadas para avaliação do teor de extrativos Figura 39 Embalamento das amostras em cartuchos de papel Figura 40 Processo de lavagem dos extrativos num condensador com identificação dos elementos Figura 41 Vista geral dos condensadores em funcionamento na lavagem de extrativos com diclorometano Figura 42 Evaporador rotativo a extrair o diclorometano do balão, a fim de deixar apenas os extrativos Figura 43 Alguns dos provetes de madeira colocados no suporte e prontos para a radiografia Figura 44 Película de raios-x com algumas das amostras e os padrões Figura 45 Leitura de película de raio-x pelo microdensitómetro Figura 46 Gráfico traçado em papel milimétrico Figura 50 Medição de provete com recurso a um micrómetro digital Figura 51 Vista geral da câmara climática Figura 47 Esquema de ensaio de flexão Figura 48 Ensaio de flexão em procedimento Figura 49 Equipamento utilizado nos ensaios mecânicos Figura 52 Variação radial do comprimento dos traqueídos Figura 53 Gráfico de variação radial da densidade

10 ÍNDICE DE QUADROS Quadro 1 - Áreas de ocupação de Criptoméria nos Açores por tipo de povoamento Quadro 2 Área de ocupação de Criptoméria e dos volumes de material lenhoso em povoamentos puros Quadro 3 Percentagem de existências por classe de idade. Fonte: DRRF Quadro 4 Áreas e percentagens de cerne e borne das amostras Quadro 5 Comprimento médio dos traqueídos (mm) em diferentes estudos para C. japonica produzida nos Açores, Brasil e Japão Quadro 6 Teste de comparação de médias com grau de confiança de 95 %, entre cerne claro e escuro, para o comprimento dos traqueídos Quadro 7 Percentagem de extrativos de cerne e borne e por tipo de solvente Quadro 8 Teor médio de extrativos (%) em diferentes estudos, para C. japonica (produzida nos Açores e Brasil) e P. menziessi produzida nos Açores Quadro 9 Teste de comparação de médias, entre cerne claro e escuro, para o teor de extrativos Quadro 10 Valores médios (e respetivo desvio padrão) dos parâmetros obtidos com recurso à microdensitometria Quadro 11 Teste de comparação de médias com grau de confiança de 95 %, entre cerne claro e escuro, para os parâmetros obtidos com microdensitometria Quadro 12 Caracterização geral de algumas características de qualidade da madeira. 92 Quadro 13 Densidade a 12 % (D 12 g/cm 3 ) em diferentes estudos para a Cryptomeria japonica Quadro 14 Densidade básica (Db g/cm3) em diferentes estudos para C. japonica, produzida nos Açores, Brasil e Japão Quadro 15 Valores médios e respetivos testes de comparação de médias, entre cerne e borne, para as características físicas analisadas Quadro 16 Valores médios e respetivos testes de comparação de médias, entre cerne claro e escuro, para as características físicas analisadas Quadro 17 Resultados obtidos nos ensaios de flexão estática em 3 pontos Quadro 18 Módulo de Elasticidade (MOE MPa) em diferentes estudos para C. japonica, produzida nos Açores, Brasil e Japão

11 Quadro 19 Módulo de Rutura (MOR MPa) em diferentes estudos para C. japonica, produzida nos Açores e Brasil, e P. menziessi, produzida nos Açores

12 RESUMO Embora exista um número apreciável de estudos acerca das propriedades da madeira de Cryptomeria japonica no local de origem, existe uma carência nesta temática para a madeira produzida na região dos Açores. De forma a colmatar esta carência e atualizar o conhecimento, a presente dissertação teve por objetivo caracterizar esta madeira, tendo em conta as propriedades anatómicas, físicas, químicas e mecânicas, e desta forma, tentar identificar as melhores aplicações para este tipo de madeira. Foi colhido material em cerca de 88 árvores com idades compreendidas entre os 38 e os 47 anos (média de 43 anos) provenientes da ilha de São Miguel, considerando duas variedades: cerne claro e escuro. Neste material foram analisadas várias propriedades da madeira, como sejam a proporção de cerne e borne, teor de extrativos, comprimento de traqueídos, densidade, retrações e humidades. Para a determinação do módulo de elasticidade e módulo de rutura, utilizou-se adicionalmente 20 tábuas no sentido longitudinal. Verificou-se que esta madeira possui uma proporção de cerne de 60,67 % e um comprimento médio dos traqueídos de 2,6 mm. Apresenta um teor médio de extrativos de quase 7 %, o que em princípio lhe garante uma boa resistência à biodegradação. Em virtude da baixa densidade (0,337 g/cm 3 ) e das baixas retrações (8,78 % de retração volumétrica total), é uma madeira que não deverá apresentar grandes dificuldades durante a secagem. Pelas suas características mecânicas (MOE = 5 705,9 MPa e MOR = 52,6 MPa) esta madeira poderá apresentar algumas limitações para aplicações em elementos estruturais sujeitos a grandes e prolongados esforços. Verificou-se que tendencialmente a madeira de cerne se apresentou mais densa e com maior humidade de saturação das fibras (tangencial), relativamente ao borne. Quanto às restantes características, não se detetaram diferenças estatisticamente significativas entre cerne e borne. Globalmente, a variedade de cerne escuro apresenta valores estatisticamente superiores relativamente ao teor de extrativos, densidades, retrações, coeficientes de retração e de estabilidade ao ar, em relação à variedade de cerne claro. 8

13 Comparativamente a outras proveniências de Criptoméria, a madeira produzida nos Açores, apesar de exibir menores valores de densidade, revelou maior resistência mecânica (nomeadamente maior MOR) em relação à madeira produzida no Brasil e no Japão. Em relação às retrações apresentou valores inferiores aos da Criptoméria do Brasil e Japão e valores idênticos no que se refere ao comprimento médio dos traqueídos. Palavras-chave: Qualidade da madeira; Criptoméria; Características anatómicas, químicas, físicas, mecânicas. 9

14 ABSTRACT Although there are a considerable number of studies based on Cryptomeria japonica s wood properties in its origin area, in the Azores region remains a lack of knowledge in this topic for the wood produced. In order to bridge this gap and update the existing knowledge, this dissertation aimed to characterize Cryptomeria japonica s wood, considering the anatomical, physical, chemical and mechanical properties. Therefore, the major goal here is trying to identify the best uses for this type of wood. Samples were collected in 108 trees, aged between 38 and 47 years (tree s average age of 43) from São Miguel Island, considering two varieties: reddish brown and blackish brown heartwood. In this material several wood properties were analyzed, such as heartwood and sapwood proportion, extractives content, tracheid s length, density, shrinkage, moisture, young s modulus and modulus of rupture. It was verified that this wood has a proportion of 60,67 % of heartwood, and an average length tracheid of 2,6 mm, it has an average of extractives content nearly to 7 %, which should guarantees a good resistance to biodegradation. Due to the low density (0,337 g/cm 3 ) and low shrinkage (8,78 % of the total volumetric shrinkage), this wood should not present significant difficulties in drying. Due to its mechanical properties (MOE = 5 705,9 MPa and MOR = 52,6 MPa), Cryptomeria japonica s wood may show some limitations when used in structure elements subjected to highly and prolonged efforts. It was found that the heartwood tends to have higher density and higher moisture in its fiber saturation point (tangential) comparing to sapwood. For the other characteristics, it was not detected statistically significant differences between the heartwood and the sapwood. In general, the variety of blackish heartwood shows higher statistical values for the extractives content, density, shrinkages, coefficients of shrinkage and stability to air, compared to the reddish brown variety. In what concerns to other provenances of Sugi (Japanese cedar), the wood produced in the Azores, despite showing lower values of density, has higher mechanical strength (mainly in MOR) in relation to the wood produced in Brazil and Japan. Shrinkage show lower values of the Sugi in Brazil and Japan and identical values to the mean tracheid s length. 10

15 Key-words: Wood quality; Sugi; Anatomical, chemical, physical mechanical characteristics. 11

16 LISTA DE ABREVITURAS AMA: Acréscimo médio anual D 0 : Densidade anidra D 12 : Densidade normal ou a 12 % de humidade relativa D 20º-65%: Densidade a 20 ºC e 65 % de humidade DAP: Diâmetro à altura do peito (1,30 m) D b : Densidade básica DLI: Densidade do lenho inicial DLF: Densidade do lenho final Dmax: Densidade máxima Dmed: Densidade média do anel Dmin: Densidade mínima DRRF: Direção Regional dos Recursos Florestais (Açores) Ds: Densidade aparente / saturada H máx : Humidade máxima H 20º-65% : Humidade a 20 ºC e 65 % de humidade relativa HSF: Humidade de saturação das fibras IH: Índice de Heterogeneidade L: Retração longitudinal (axial) total LP: Limite de proporcionalidade LA: Largura do anel LLF: Largura do lenho final LLI: Largura do lenho inicial MOE: Módulo de elasticidade MOR: Módulo de rutura 12

17 PSF: Ponto de saturação das fibras R: Retração radial total Sr: Humidade de saturação radial St: Humidade de saturação tangencial St-Sr: Anisotropia da humidade de saturação das fibras Sv: Humidade de saturação volumétrica T: Retração tangencial total T/R: Anisotropia de retrações V: Retração volumétrica total αl: Coeficiente de retração longitudinal αr: Coeficiente de retração radial αt: Coeficiente de retração tangencial αv: Coeficiente de retração volumétrico εr: Coeficiente de estabilidade ao ar radial εt: Coeficiente de estabilidade ao ar tangencial ΔSr: Diferencial de contração por secagem na direção radial ΔSt: Diferencial de contração por secagem na direção tangencial %LF: Percentagem do lenho final 13

18 1. INTRODUÇÃO Nos Açores, a floresta de proteção ocupa cerca de 69 % da área florestal (PGRA, 2008) e dela fazem parte espécies como as Faias, florestas Laurifólias, florestas de Azevinho, Zimbral e Ericais. A floresta de produção ocupa os restantes 31 % da área florestal (PGRA, 2008) e dela fazem parte a Acácia (Acacia melanoxylon), Pinheiro bravo (Pinus pinaster), Criptoméria (Cryptomeria japonica) e Eucalipto (Eucalyptus globulus) (Portaria nº114/2006 cit. por Abreu, 2011). A Cryptomeria japonica (L. F.) D. Don tem como área de distribuição natural o arquipélago japonês e as zonas húmidas ao longo do rio Yangtze, no sul da China (Dias et al., 2007), tendo sido introduzida nos Açores como árvore ornamental, em meados do século XIX, na Ilha de S. Miguel (Faria et al., 2007), onde teve uma excelente adaptação graças às condições semelhantes com o local de origem. Atualmente, esta espécie florestal domina consideravelmente na região, ocupando cerca de ha, correspondendo a 56 % da área florestal de produção (PGRA, 2008). A floresta de Criptoméria constitui um ativo da economia rural regional, nomeadamente na ilha de São Miguel, onde existem alguns recursos próprios de uma fileira florestal assente na transformação de madeira (Galante, 2012). Da mesma forma, tal como referiu Noé Rodrigues (Secretário Regional da Agricultura e Floresta), é a espécie mais representativa da produção florestal dos Açores, movimenta um volume de negócios de 12 milhões de euros por ano e garante cerca de postos de trabalho (Lusa, 2011). Esta é uma espécie amplamente utilizada na sua área de distribuição natural para várias utilizações (pisos, painéis, mobiliário, janelas para interiores, em exteriores com madeira termicamente modificada, entre outros), e sobre a qual já existe um número apreciável de trabalhos sobre as características desta madeira produzida no Japão e na China (Fujisawa et al., 1992; Dwianto, et al., 1999; Yamashita et al., 2000; Cheng et al., 2005; Zhu et al., 2005; Ishiguri et al., 2005; Obataya et al., 2006;). Porém, relativamente à madeira de Criptoméria produzida nos Açores subsistem grandes lacunas de conhecimento sobre as suas características, o que limita a identificação das utilizações mais adequadas e a optimização da valorização económica deste recurso natural. 14

19 Para além disso, tal como referem Mishiro et al. (1994) é importante também possuir um bom conhecimento acerca das propriedades intrínsecas da madeira de cada proveniência para uma melhor seleção genética e melhor gestão florestal. Com o objetivo de alargar o conhecimento desta espécie e, portanto, de se analisar as propriedades anatómicas, físicas, químicas e mecânicas da madeira, foram colhidas nos Açores e enviadas para a UTAD um total de 88 meias rodelas do tronco (com uma idade média de 43 anos, aproximadamente) e 20 tábuas no sentido longitudinal. Das rodelas foram selecionadas 20 para as análises de densidade, comprimento de traqueídos e teor de extrativos, das quais 13 de cerne claro e 7 de cerne escuro, a fim de se avaliar as supostas diferenças entre as características das duas variedades desta espécie (cerne escuro e claro). As tábuas foram transformadas em provetes e utilizados nos ensaios mecânicos OBJETIVOS Sabendo que as características desta madeira apresentam grandes variações em função do local de produção e a quase inexistência de informação desta madeira produzida na região dos Açores, é objetivo deste estudo a caracterização da madeira de Criptoméria dos Açores como base fiável ao crescimento que este produto tem mostrado nos últimos anos, e com potenciais de exportação para Portugal continental e estrangeiro. Assumindo a Criptoméria uma importância económica e ambiental assinaláveis nos Açores, torna-se fundamental então contribuir para o conhecimento atual de algumas das propriedades desta madeira como forma de potenciar a sua mais correta utilização, numa época em que vários estudos com esta espécie estão a ser conduzidas, nomeadamente no melhoramento genético e na redução do impacto do ataque fúngico da Armillaria mella. Assim, como objectivo principal deste trabalho foram determinadas as seguintes características da madeira de Criptoméria proveniente dos Açores: Percentagem de cerne e borne Percentagem de extractivos 15

20 Comprimento dos traqueídos Largura média do anel Densidade média do anel Densidades médias do lenho inicial e final Percentagem de lenho final Índice de heterogeneidade Densidades básica, anidra e a 12% humidade Retracções totais Anisotropia das retracções Coeficientes de retracção Humidades de saturação das fibras Anisotropia das humidades de saturação das fibras Humidade máxima e a 20 C-65%H Coeficientes de estabilidade ao ar Diferenciais de secagem Módulo de Elasticidade (ou Módulo de Young) Módulo de Rutura (ou Tensão de Rutura) Adicionalmente foram também avaliados os padrões de variação radial das componentes da densidade e do comprimento dos traqueídos, assim como avaliado o efeito do cerne claro ou escuro nas diferentes características da madeira analisadas. Por fim, com base neste conjunto de informações, foram identificadas as utilizações mais adequadas para a madeira de Criptoméria dos Açores. 16

21 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1. CARACTERIZAÇÃO DA ESPÉCIE A Cryptomeria japonica D. Don é uma conífera que pertence à família Taxodiaceae, tendo vários nomes comuns, de entre os quais podemos referir o de Criptoméria, Criptoméria-do-Japão e Falso-cedro-do-Japão. O nome Cryptomeria vem do grego krypto que significa escondido e meris que significa parte, porque todas as partes da flor permanecem escondidas (Vasconcelos, 2005 citado por Shimizu & Maiochi, 2007). As folhas, arranjadas em espiral com 5 planos, são sempre verdes, têm 1 a 2 cm de comprimento e curvadas em direção ao ramo (Figura 1). A coloração é geralmente verde persistindo por vários anos na árvore, podendo no Inverno apresentar tonalidade acastanhada. Para além disto possui bandas de estomas presentes em todas as superfícies, e ápice agudo (Fonte: Jardim Botânico do Porto, UP). Figura 1 Folha de Cryptomeria japonica. Local: Ilha do Faial. Quanto à floração, é uma planta monóica, isto é, possui flores unissexuadas masculinas e femininas no mesmo indivíduo. Os cones masculinos e femininos são formados por escamas dispostas em espiral, frequentemente no mesmo ramo; as flores femininas encontram-se geralmente sobre os ramos superiores, ao passo que as masculinas localizam-se no nível inferior (Simas, 2004). O fruto apresenta os cones masculinos axilares, perto do ápice dos ramos, normalmente agrupados em conjuntos de 6 a 35 (Figura 2), têm uma coloração 17

22 vermelha, tornando-se amarela com a maturação (Fonte: Jardim Botânico do Porto, UP). Os estróbilos masculinos, subterminais, axilares, em agregados de cm ou até mais, produzem-se no Outono e expelem o pólen em Fevereiro/Março do ano seguinte (Simas, 2004). Já os cones femininos nascem em grupos de 1 a 6, numa posição terminal. Cada cone possui 20 a 30 escamas, ao amadurecerem adquirem uma coloração castanha no primeiro ano, persistindo depois por mais 1 a 2 anos. As sementes são castanhas, existindo entre 2 a 5 em cada escama, irregularmente elipsóides (Fonte: Jardim Botânico do Porto, UP), são pequenas, triangulares, providas de asa rudimentar (Vibrans, 2004; Shimizu & Maiochi, 2007), normalmente com 3 cotilédones (Simas, 2004), cabendo até 482 mil por quilograma (Gurgel Filho, 1964; Shimizu & Maiochi, 2007), sendo mais regular entre sementes/kg. A viabilidade desta semente quando armazenada varia consoante as condições de conservação, por exemplo, à temperatura ambiente perde a viabilidade num ano, porém mantém-se até 3 anos em armazenamento hermético a 0 ºC e a uma humidade de 6 8 %. Já a -20 ºC e à mesma humidade mantém-se viável por 6 anos (Orwa et al., 2009). Figura 2 Fruto de Cryptomeria japonica. Local: Ilha do Faial. É uma árvore que alcança 25 a 35 m de altura, com diâmetros da ordem de 0,60 a 0,80 m, podendo ultrapassar 45 m de altura e 2 m de diâmetro. Nos Açores, porém, os valores mais frequentes em indivíduos com cerca de 30 anos, oscilam entre 15 e 20 m de altura e 0,25 e 0,30 m de diâmetro, embora possam ser muito superiores (DRRF, 2010). Apresenta um fuste reto, com casca fibrosa e de cor avermelhada (Simas, 2004). 18

23 Resiste relativamente bem aos ventos e às geadas, exige regiões de queda pluviométrica anual elevada e bem distribuída ou submetidas a frequentes nevoeiros, e prefere os solos ricos, fundos e frescos (DRRF, 2010). Quanto os limites biofísicos, a altitude ideal encontra-se entre 650 e 2400 m, a temperatura média anual é entre ºC, e a pluviosidade ótima é de mm (Orwa et al, 2009) ÁREA DE DISTRIBUIÇÃO A CRIPTOMÉRIA NO MUNDO A C. japonica, segundo Dias et al. (2007), tem como área de distribuição natural o arquipélago japonês e as zonas húmidas ao longo do rio Yangtze, no sul da China. Para além da presença dominante nas florestas naturais, as plantações florestais de Criptoméria no Japão reportam ao século XVI, época em que houve grande procura da sua madeira para a construção de templos budistas. A sua utilização já é referida em 3500 AC. Com um crescimento rápido nos primeiros anos está entre as espécies de vida mais longa na Terra com tempo médio de vida, para os indivíduos mais velhos, de 1600 anos, atribuindo-se a indivíduos uma longevidade/idade de cerca de 3000 anos (Dias et al., 2007). Foi introduzida na Europa em 1842 onde tem sido utilizada sobretudo como árvore ornamental (DRRF, 2010). Foi também introduzida em Portugal em meados do século XIX (Moreira, 1987 cit. por Simas, 2004). Atualmente é uma espécie de bastante destaque no Japão e conhecida no mercado internacional (Pinto & Iwakiri, 2013), sendo a sua madeira altamente valorizada em alguns países europeus, Japão e Estados Unidos (Carneiro et al., 2009). Esta espécie é usada frequentemente em plantações comerciais no Japão, ocupando cerca de 45% das plantações artificiais de um total de 10 milhões de hectares (Ohba, 1993; Mishiro et al., 1994; Carneiro et al., 2009), sendo a espécie conífera mais importante para uso comercial no Japão (Fujisawa et al., 1994). 19

24 A CRIPTOMÉRIA NOS AÇORES À semelhança do que aconteceu em toda a Europa com outras espécies florestais, a C. japonica foi introduzida nos Açores como árvore ornamental, em meados do século XIX, na Ilha de S. Miguel. Desconhece-se a origem da semente utilizada nas primeiras plantações, assim como se houve introdução de novos lotes. A excelente adaptação e os rápidos crescimentos que esta espécie apresentou justificaram a generalização da sua utilização pelo território açoriano (Faria et al., 2007). As condições do local de origem são muito semelhantes às dos Açores e, por isso, não é de admirar que esta espécie, vinda de uma laurissilva, se tenha adaptado tão bem às montanhas do arquipélago (Dias et al., 2007; Pereira, 2009). Segundo a Direção Regional dos Recursos Florestais dos Açores (DRRF, 2010), identificam-se já três variedades distintas, pela cor do cerne: rosa, castanho ou preto, sendo a mais comum a de cerne rosa. Segundo Dias et al. (2007) a partir de 1994, com a entrada do II Quadro Comunitário de Apoio e das medidas de Acompanhamento da Política Agrícola Comum (PAC), foram criados, nos Açores, instrumentos de incentivo à arborização de terras agrícolas do sector privado, e à arborização e rearborização de áreas não agrícolas, assim como à beneficiação de povoamentos já existentes do sector público e privado. Atualmente, a ilha de São Miguel tem uma taxa de arborização superior a 25% e detém mais de 70% dos povoamentos de Cryptomeria japonica de todo o arquipélago. De acordo com o Programa do Governo Regional dos Açores (PGRA, 2008) apesar da predominância da ocupação agrícola relativamente à florestal no território do arquipélago, a floresta ocupa uma área próxima dos ha, em que 53% situa-se nas ilhas do Pico e São Miguel. Embora não seja possível distinguir exatamente a floresta de conservação da de produção, esta apresenta uma proporção relativa de 31%, em que a Criptoméria domina consideravelmente, ocupando cerca de ha, correspondendo a 56% da área florestal de produção. Desde que foi introduzida em São Miguel há cerca de dois séculos, esta espécie dispersou-se por todo o arquipélago, atingindo a ocupação de hoje em dia. Na figura seguinte está representada a localização dos povoamentos florestais de C. japonica em cada uma das ilhas do arquipélago. 20

25 Figura 3 - Carta de distribuição atual de povoamentos de produção de Cryptomeria japonica (Abreu, 2011). De acordo com o Inventário Florestal (DRRF, 2010), o volume de material lenhoso existente nos Açores é de cerca de 6,5 milhões de metros cúbicos de madeira de Criptoméria, muito superior aos m 3 de madeira de eucalipto e aos m 3 de madeira de pinheiro bravo. Tal como é possível observar no quadro apresentado a seguir (Quadro 1), esta espécie encontra-se maioritariamente num tipo de povoamento puro (Figura 4), em que 64% desta área encontra-se apenas em S. Miguel, correspondendo a 7 016,5 ha. Quadro 1 - Áreas de ocupação de Criptoméria nos Açores por tipo de povoamento. Fonte: Inventário Florestal da Região Autónoma dos Açores, 2007 (DRRF, 2010). 21

26 Figura 4 Povoamento puro de C. japonica na Reserva Florestal de Recreio da Falca, Ilha do Faial. Nos Açores, a grande maioria das existências (61 %) está concentrada em povoamentos com mais de 30 anos. Em S. Miguel encontra-se aproximadamente 79% das existências de madeira de Criptoméria, correspondentes a ,7 m 3, das quais 66 % tem idade superior a 30 anos, 24 % tem idade entre os 20 e os 30 anos, 10 % entre os 10 e 20 anos (Quadro 2). Quadro 2 Área de ocupação de Criptoméria e dos volumes de material lenhoso em povoamentos puros. Fonte: Inventário Florestal da Região Autónoma dos Açores, 2007 (DRRF, 2010). No quadro seguinte (Quadro 3) apresenta-se, sob a forma de percentagem, a área de existências de Criptoméria tanto no arquipélago dos Açores como na ilha de S. Miguel. 22

27 Quadro 3 Percentagem de existências por classe de idade. Fonte: DRRF Percentagem de existência por classe de idade Local Idade (anos) > < 10 Açores S. Miguel Segundo as prospeções da TerraProjectos (DRRF, 2010), a situação atual é consequência da reduzida intensidade dos cortes realizados nos últimos anos. Mantendo a média de corte de 2005 a 2009, e assumindo que os crescimentos a partir de 2040 são anulados pelas perdas nos povoamentos, estima-se que as existências atuais sejam suficientes para abastecer a procura atual até 2070, para além de que o envelhecimento dos povoamentos implicará a perda e a redução da qualidade da madeira com a sua consequente desvalorização SILVICULTURA Pelo seu maior interesse, irá especificar-se a silvicultura da espécie na região considerada, os Açores. Segundo Dias et al. (2007), a Criptoméria é subespontânea, mas de forma tão limitada que o seu comportamento pode ser quase classificado de cultivar. Na verdade, apenas em alguns vales de solos mais quentes (águas termais, por exemplo), e geralmente em clareiras das matas plantadas, é que se encontra reprodução a partir da semente. É já assumido que o repovoamento das áreas exploradas não é viável sem o recurso à plantação, devido principalmente à baixa capacidade germinativa da semente e à elevada competitividade de infestantes como a conteira (Hedychium gardneranum) e o incenso (Pittosporum undulatum) que não dão oportunidade de germinação da semente de Criptoméria, que é uma espécie de luz. Assim sendo, segundo Simas (2004), o 23

28 repovoamento é feito por plantação, sendo utilizadas plantas obtidas em viveiro a partir de sementeira. A semente é colhida aquando do abate das árvores, devido à elevada altura onde ocorrem os estróbilos. As sementeiras de criptoméria nos Açores apresentam taxas de germinação entre os 35 e os 55% (Santos, 1961 cit. por Simas, 2004). Após um ano de seminário e um ano de plantório as plantas são instaladas no local definitivo. A colheita efetua-se em princípios de Outubro até aos fins de Novembro, normalmente em povoamentos selecionados, sendo a frutificação de uma forma geral abundante. No entanto, esta espécie, ao contrário da maioria das resinosas, enraíza facilmente por estaca, tendo sido realizados estudos de propagação vegetativa (estacas caulinares) com sucesso no Japão (Santos, 1979 cit. por Simas, 2004). Com a elevada precipitação nas zonas montanhosas, bem distribuída ao longo do ano e uma humidade relativa elevada, fundamentais ao seu crescimento, nesta região é susceptível de formar bons e aprumados fustes, a justificar classes de qualidade de 22 m/30 anos (Aranha et al., S.d.). Quanto aos crescimentos, o acréscimo médio anual (AMA) para os Açores ronda os 23 m 3 /ha, o que corresponde a um volume final de 690 m 3 /ha de indivíduos com idade permitida por lei para a realização do corte (30 anos) (Dias et al., 2007; Aranha & Gil, S.d.). No Japão os AMA são menores (de apenas 12 m 3 /ha), muito diferente dos 45 m 3 /ha em sítios adequados no Brasil (Carpanezzi et al., 1988; Shimizu & Maiochi, 2007). Segundo a DRRF (2010), podemos subdividir o processo produtivo em quatro níveis: 1º - Preparação: Antes da plantação, os terrenos a florestar são sujeitos a uma limpeza de intensidade variável, dependendo do tipo e estado de desenvolvimento da vegetação existente. 2º - Plantação: As plantações são efetuadas de Novembro a Março, eventualmente até Abril nas zonas mais altas, a covacho, com uma densidade de plantas/ha correspondendo a um espaçamento de 1,80m. As plantas usadas são de origem vegetativa (plantas com quase 1 m de altura). 3º - Manutenção: Nos primeiros 2 anos após a plantação fazem-se limpezas semestrais; nos 3 a 4 anos seguintes as limpezas são anuais. A manutenção dos povoamentos deverá ser permanente. Desrama: DAP = 6/7cm, aproximadamente 10 anos; 1 a 4 vezes até aos 6/8 m. 24

29 Desbastes: 3/4 vezes, reduzindo a densidade para cerca de 700 árvores/ha. 4º - Corte: Os povoamentos são cortados, no mínimo, aos 30 anos. Este período pode dilatar-se de forma a garantir a produção de diâmetros maiores. No japão, a gestão das florestas plantadas com uma rotação mais longa têm recebido maior atenção, devido à indesejável presença de lenho juvenil nas árvores jovens e à inatividade das indústrias florestais e de materiais de madeira (Zhu et al., 2005). Outros autores, como Dias et al. (2007), referem ainda que normalmente utilizam-se compassos de instalação de 1,7 x 1,7 m a 2 x 2 m (Figura 5), embora os povoamentos adultos hoje existentes tenham sido instalados com compassos inferiores a 1,5 x 1,5 m. A densidade de plantação varia entre árvores/ha. Os povoamentos que atualmente se aproximam do termo de revolução, apresentam, em média, cerca de 1900 árvores/ha, valor que reflete a fraca incidência de desbastes até à idade de revolução. Hoje opta-se por compassos mais largos de modo a evitar e atenuar os desbastes nas primeiras idades e a propagação da armilária de árvore para árvore. Figura 5 Plantação em linha de C. japonica. Local: Ilha do Faial. A DRRF tem a decorrer desde 1998 o Programa de Melhoramento Florestal da Região Autónoma dos Açores, com particular incidência no melhoramento da Criptoméria, que tem como principais objetivos o aumento da produtividade, o 25

30 melhoramento da qualidade do material lenhoso produzido e o aumento da resistência à Armillaria mellea. Numa entrevista ao jornal Açoriano Oriental (2013), Anabela Isidoro (Diretora Regional dos Recursos Florestais), revelou que ao fim de 10 anos, que representam um terço da idade de corte da Criptoméria, as plantas produzidas a partir da semente proveniente destes ensaios, já terão ganhos genéticos de cinco a sete por cento. Para além da função de produção, esta espécie é utilizada em cortinas de abrigo nas explorações agro-pecuárias (Figura 6). A sua densa copa constitui um obstáculo ao vento, protegendo os animais e contribuindo para um bom rendimento da pastagem. Figura 6 Cortina corta-vento de C. japonica. Local: Ilha do Faial PRAGAS E DOENÇAS Segundo a DRRF (2010), o principal e mais grave defeito da madeira de Criptoméria nos Açores é a podridão do lenho com origem numa infecção radicular provocada pelo ataque do fungo Armillaria mellea (Vahl.) Quél., designada localmente por brocado e de que pode resultar a inutilização da melhor parte do tronco. Nas Figuras 7 e 8 são apresentadas duas fotografias onde se pode observar o centro do tronco podre na sequência de um ataque de Armillaria mellea. 26

31 Figuras 7 e 8 - Árvore de Criptoméria abatida, na ilha de S. Miguel, onde se verifica a podridão provocada pelo ataque de Armillaria mellea. Fotografias cedidas por: Luís Miguel Martins. Em circunstâncias especiais, a forma da parte basal do fuste pode modificar-se acentuadamente, com forte embasamento e desenvolvimento anormal de cordas, muitas vezes relacionadas com o ataque da Armillaria. Segundo Williams et al. (1989), a doença é causada por um fungo, que vive como parasita no tecido hospedeiro vivo ou como saprófita no material lenhoso morto. Devido a este tipo de fungo habitar comummente raízes a sua deteção é difícil, a menos que surjam os cogumelos característicos em torno da base da árvore ou então sintomas que se tornem evidentes na copa ou na parte inferior do tronco. O sintoma do topo em coníferas e caducifólias pode variar um pouco. No entanto, geralmente a folhagem descolora, tornando-se amarelada e depois acastanhada, os ramos secam, e o crescimento da parte aérea e foliar torna-se reduzido. As árvores afetadas pela seca prolongada ou atacadas por roedores, besouros e outros fungos, principalmente patogénicos de raiz, podem produzir sintomas semelhantes aos causados por Armillaria. Assim, muitas vezes, são necessárias evidências adicionais para diagnosticar a doença. Se a Armillaria estiver presente, retirando-se a casca que cobre a infeção irá expor o micélio branco ou os rizomorfos que crescem entre a madeira e a casca. Em áreas temperadas, os rizomorfos são o meio mais importante de dispersão da Armillaria. Para além disto, outras espécies parasíticas poderão propagar-se pelo contacto raiz-com-raiz (Shearer & Tippett, 1988; Termorshuizen et al., 2000). A infeção resulta também na redução do crescimento para além da deterioração da madeira. Esta redução do crescimento, passa muitas vezes despercebida ou é 27

32 atribuída a outros agentes e, portanto, é provavelmente subestimada. Da mesma forma, a deterioração da madeira, passa também muitas vezes despercebida até ao momento que a árvore é cortada ou caia, tornando-se um perigo em áreas de recreação ou no meio urbano. 28

33 2.2. PROPRIEDADES COMUNS A TODAS AS MADEIRAS FISIOLOGIA DE FORMAÇÃO DO LENHO O tronco de uma árvore adulta consiste maioritariamente numa coluna de lenho de células mortas, que estreita para o topo, formando uma série de camadas ou acréscimos anuais, adicionados uns sobre os outros, como sucessivos cones que se vão sobrepondo. Este espessamento dos eixos caulinares (crescimento em diâmetro) é provocado por um meristema lateral que se desenvolve continuamente entre o xilema primário e o floema, designado por câmbio libero-lenhoso ou câmbio vascular, que produz centriptamente o xilema secundário e centrifugamente o floema secundário (Fahn, 1990; Lousada, 2000) (Figura 9). Figura 9 Zona cambial e a sua atividade meristemática (Adaptado de Carvalho, 1996). Atribui-se a toda esta população de células meristemáticas a denominação de zona cambial, tornando o termo mais abrangente e compreendendo não só células cambiais mas também aquelas que derivam delas e que se encontram na sua vizinhança. As células meristemáticas em questão, amplamente vacuolizadas, dividem-se em iniciais fusiformes e as iniciais radiais (Figura 10). As primeiras são células alongadas e com as extremidades afiadas, a partir das quais se desenvolvem todos os elementos longitudinais, como sejam os traqueídos, as fibras, os vasos, e o parênquima axial. Por sua vez, as células iniciais radiais são muito mais pequenas que as anteriores e frequentemente isodiamétricas, responsáveis pelo desenvolvimento das estruturas orientadas horizontalmente (Haygreen & Bowyer, 1989). 29

34 Figura 10 Representação tridimensional do câmbio vascular (Adaptado de Haygreen & Bower, 1989). Esta zona cambial tem a capacidade de se dividir de forma periclinal e anticlinal formando o xilema e o floema. Da divisão periclinal de uma célula inicial fusiforme resultam duas células, uma das quais permanece meristemática e a outra afasta-se de câmbio, tornando-se uma célula do xilema ( empurrando para dentro) ou do floema ( empurrando para fora) (Figura 11). A maturação destas novas células de xilema envolve um crescimento em diâmetro e em comprimento, que é acompanhado pelo espessamento das paredes celulares e da sua lenhificação subsequente (Carvalho, 1996). Figura 11 Divisão das células cambiais (Adaptado de Haygreen & Bower, 1989). A atividade cambial, nas regiões temperadas, é praticamente nula nos meses frios de Inverno, normalmente no Outono entra em dormência vegetativa até à Primavera seguinte. Nesta estação, o câmbio vascular torna-se ativo, reiniciando-se a diferenciação celular em resposta a estímulos hormonais nas extremidades do tronco, 30

35 ramificações e possivelmente também nas raízes. Do ponto de vista anatómico, segundo Esau (1974) e Lousada (2000) é neste momento que se dá a primeira fase de expansão radial das células iniciais do câmbio, seguido da divisão celular. Na última metade da estação de crescimento (Primavera), a taxa de divisão do câmbio abranda e cessa quando as células entram no período de dormência (Haygreen & Bowyer, 1989). Segundo vários autores (Zobel & Buijtenen, 1989; Tsoumis, 1991; Larson, 1994; Lousada, 2000), as células recém-formadas a partir da divisão celular das iniciais do câmbio vão, posteriormente, sofrer uma série de processos biológicos de desenvolvimento, que começa na fase de diferenciação celular e que, em função do seu teor hormonal, vai determinar o tipo de células em que esta se vai transformar (vaso, fibra, traqueído, ). Segue-se a fase de crescimento, durante a qual as células vão aumentar de comprimento e de diâmetro radial, e culmina na sua maturação, em que há a formação da parede secundária com todo o esculpido que lhe é inerente, desde as pontuações, o espessamento, entre outros. Por último, dá-se a lenhificação e serão estas as características da parede secundária, muito mais espessa que a primária, que irão determinar acentuadamente as características da madeira, nomeadamente a sua densidade (Figura 12). Figura 12 Aspeto esquemático da parede celular com as diferentes camadas e orientação das microfibrilas. LM Lamela média; P Parede primária; S1, S2, S3 Parede secundária. 31

36 CERNE E BORNE O lenho de uma árvore adulta pode ser dividido em duas zonas distintas em termos da sua atividade fisiológica: o borne e o cerne (Figura 13) (Gominho et al., 2005), isto porque, a partir de determinada idade, as células das camadas mais internas e antigas do lenho vão ficando inativas progressivamente da medula para o exterior, modificação esta normalmente acompanhada pelo escurecimento dos tecidos inativos devido à deposição ou infiltração de uma variada gama de produtos, normalmente designados por extrativos. Figura 13 Delimitação das zonas de cerne e borne numa amostra de Cryptomeria japonica. O borne compreende a parte exterior do lenho que está fisiologicamente ativa e é responsável pela condução da água e sais minerais da raiz para a copa da árvore e pelo armazenamento dos produtos elaborados. O borne é constituído pelas células mais recentes da formação do lenho (Hillis, 1987; Desch & Dinwoodie, 1996; Gominho et al, 2005). O cerne compreende a parte central do lenho que está fisiologicamente inativa por ser constituída por células mortas de onde os materiais de reserva (por exemplo, amido) foram removidos e onde se deu a acumulação, no lúmen e nas paredes celulares, de produtos do metabolismo secundário posterior à lenhificação das paredes celulares. Estes produtos são mais ou menos facilmente extraídos da madeira com solventes orgânicos e/ou inorgânicos e incluem-se na designação geral de extrativos da madeira (Gominho et al, 2005). A coloração mais escura geralmente apresentada pelo cerne é 32

37 devida à acumulação destes produtos que, em muitos casos, são corantes (Hillis, 1987; Desch & Dinwoodie, 1996; Gominho et al., 2005). Em consequência desta maior concentração de extrativos, o cerne tem maior densidade, compacidade, resistência mecânica e, principalmente, maior durabilidade natural, pois, se por um lado é constituído de tecido morto, sem seiva, amido nem açucares, não atrai insetos nem outros agentes de deterioração da madeira, por outro, esses mesmos extrativos são tóxicos para esses agentes, o que protege naturalmente a madeira. A sua impregnação por resinas e óleos torna-o assim repelente em relação aos predadores da madeira (Coutinho, 1999). Em corte transversal do tronco, pode observar-se que o cerne forma um círculo interior cuja área vai diminuindo gradualmente da base da árvore para cima, até terminar a um determinado nível de altura do tronco. Deste modo, o cerne forma um cone interior no tronco das árvores (Figura 14) (Gominho et al., 2005). Figura 14 Variação axial do cerne e do borne dentro do tronco de uma árvore (Adaptado de Desch & Dinwoodie, 1996). O borne possui geralmente um teor de humidade mais elevado do que o cerne nas resinosas, enquanto nas folhosas esta diferença não se verifica (Hillis, 1987; Gominho et al., 2005). As alterações anatómicas na formação de cerne tornam-no não condutor, diminuindo fortemente a sua permeabilidade à passagem de gases e líquidos em relação ao borne (Gominho et al., 2005). 33

38 Segundo Gominho et al. (2005) a propriedade do cerne com maior relevância, é certamente a sua durabilidade natural. Como já foi dito, a acumulação de extrativos, na sua maioria tóxica para microrganismos e agentes xilófagos, assim como a existência de maiores obstáculos físicos para a sua penetração no tecido celular devido às alterações anatómicas que ocorreram no cerne, têm como consequência uma maior resistência a ataques bióticos. O borne, sem acumulação de extrativos fenólicos e contendo teores importantes de amido e gorduras, é geralmente suscetível ao ataque de fungos e insetos DENSIDADE A densidade é o índice de qualidade da madeira por excelência, com o qual se relacionam estreitamente as suas características tecnológicas e na qual ficam inscritos muitos condicionalismos fisiológicos e ambientais de formação de lenho na árvore (Fonseca & Louzada, 1986). Assim sendo, é uma característica que se revela importante ao nível do uso e qualidade industrial de madeira. De uma maneira geral quanto maior a densidade: Maior a retração Maior dificuldade de laboração Maior resistência mecânica Maior durabilidade natural Maior rendimento em pasta por unidade de volume Maior concentração do valor energético Devido ao maior teor de extrativos, o cerne apresenta muitas vezes uma densidade mais elevada do que o borne, embora a variação radial de densidade que ocorre em geral nas árvores, crescente no sentido medula-casca, possa sobrepor-se a este efeito (Gominho et al., 2005). De qualquer forma, a fórmula geral que especifica a densidade (ou massa volúmica) é: 34

39 Onde: P Peso (em gramas) V Volume (em cm 3 ) Todavia, a densidade da matéria-prima lenhosa (parede celular) apresenta um valor constante de aproximadamente de 1,5 g/cm 3, pelo que as diferenças de densidade entre madeiras correspondem à diferente proporção de parede e espaços vazios existentes na madeira. Assim, a densidade será a expressão da quantidade de matériaprima lenhosa existente num determinado volume de madeira. Sendo por este facto que existem madeiras como o Pau rosa (Dalbergia latifolia) que apresenta densidade de 0,85 1 g/cm 3, ou, como a Balsa (Ochroma lagopus) com 0,1 0,2 g/cm 3 (Zobel & Bujitenen, 1989). A forma de determinação da densidade numa madeira irá ser explicada convenientemente mais à frente no capítulo Densidade, inserido nos métodos laboratoriais utilizados na parte prática deste estudo. Ainda assim podemos referir que existem vários métodos para determinação da densidade entre os quais podemos salientar: Métodos gravimétricos mede-se o volume da peça de madeira pela deslocação de água. Segundo este método, o volume de água deslocado corresponde ao volume da peça de madeira cuja densidade queremos determinar. Métodos densitométricos utilizando a técnica de microdensitometria de raios-x, a radiação absorvida/transmitida por amostra de madeira convenientemente preparada, é registada numa película de raios-x juntamente com amostras de padrões de celulose de densidade conhecida. Posteriormente é determinada a densidade ótica dessas amostras e, através de uma equação de regressão obtida pelos valores de densidade ótica e da densidade real dos padrões utilizados, é feita a conversão dos valores de densidade ótica em densidades reais da madeira (Figura 15). 35

40 Figura 15 Variação radial da densidade em Picea abies, através de microdensitometria de raios-x. Ondas sonoras método baseado em ondas sonoras e ultrassons, que se baseia no princípio que as ondas sonoras se propagam mais rapidamente na madeira menos densa (Figura 16). Este método permite determinar a densidade da madeira em árvores em pé o que o torna muito útil na deteção de troncos podres. Figura 16 Arborsonic: Dispositivo de medição de densidade com recurso aos ultrassons. Disponível em: Resistência mecânica utilização de dispositivos que esforçam a madeira por perfuração ou flexão, tendo em conta a correlação existente entre a massa volúmica e a 36

41 resistência mecânica da madeira (Figura 17). Tal como o método anterior também este é utilizado em árvores em pé. Figura 17 Resistógrafo: dispositivo de medição da densidade da madeira por resistência mecânica. Disponível em: VARIAÇÃO DA DENSIDADE A variação da densidade é afetada pela espessura das paredes das células, o diâmetro celular, o rácio entre lenho inicial e final e pela composição química da madeira (Cave & Walker, 1994; Treacy et al., 2000). A variação desta propriedade física deve-se não só às condições edafo-climáticas e silvo-culturais de produção, às características intrínsecas do próprio indivíduo (componente genética) (Simas, 2004), mas também à disponibilidade de recursos e idade cambial (Zobel & Sprague, 1998; Martinez-Meier et al., 2011). Todos estes fatores vão, por sua vez, de forma direta ou indireta ser condicionados pelo local, isto é, pela situação geográfica onde se encontra o povoamento (Simas, 2004) VARIAÇÃO NA ÁRVORE A variação da densidade da madeira está presente na árvore, na direção radial (sentido medula/casca), na direção longitudinal do tronco (sentido base/topo) e entre os anéis de crescimento (Nicault et al., 2001 cit. por Roque & Tomazelo-Filho, 2007). Segundo Louzada (2000), a variação da densidade da madeira resulta das alterações nas relações dimensionais da parede e do diâmetro celular e, à luz dos 37

42 conhecimentos disponíveis na atualidade sobre os mecanismos fisiológicos envolvidos no processo de formação do lenho, o desenvolvimento de qualquer elemento do lenho é determinado pela distância aos órgãos foliares da copa, pela idade ou distância à medula e pela sua localização dentro do anel de crescimento, contribuindo assim, para a ocorrência de vários modelos de variação radial e axial da densidade no tronco das árvores VARIAÇÃO RADIAL ENTRE OS ANÉIS DE CRESCIMENTO Segundo Zobel & Van Buijtenen (1989), pensa-se que grande parte da variação da densidade entre os anéis de crescimento deve-se ao facto da variação radial da densidade de lenho inicial e final, consideradas separadamente, não ser idêntico, e nomeadamente da proporção de lenho inicial e final presentes nos diferentes anéis. No entanto, é preciso ter presente que, quer a largura do anel, quer a proporção de lenho inicial em relação à de lenho final são condicionadas por fatores externos à própria árvore, como por exemplo o clima, que influenciam a estrutura anatómica da própria. Segundo Nicholls (1980) e Lousada (2000) a densidade média dos anéis de crescimento é determinada, fundamentalmente, pela interação de três componentes: a densidade do lenho inicial, do lenho final e da percentagem de lenho final, pelo que determinado valor de densidade média pode ser resultado de várias combinações destes diferentes componentes da densidade. Como cada uma das componentes apresenta normalmente diferentes padrões de variação com a idade, considera-se que a variação radial da densidade média, entre os anéis de crescimento, pode ser resultado das diferenças nos modelos de variação radial das componentes individuais do lenho inicial e final e da sua proporção, que poderão ser ligeiramente diferentes, sobretudo de espécie para espécie VARIAÇÃO DA DENSIDADE ENTRE LENHO INICIAL E LENHO FINAL O lenho final é composto por células de diâmetro radial relativamente pequeno com uma parede espessa e um lúmen pequeno e, portanto, com uma densidade superior 38

43 às células do lenho inicial, com paredes finas e lúmen maior (Haygreen & Bowyer, 1996). Há uma certa evidência de que a percentagem de lenho final tem uma influência mais decisiva na densidade do anel nas espécies onde há maior diferença entre os dois tipos de lenho, e estes apresentam uma diferenciação bem definida, entre si. Por outro lado, nas espécies que não evidenciam uma zona de lenho final claramente diferenciada e demarcada, a correlação é mais baixa (Elliott, 1970). Zobel & Jett (1995) referem ainda que, geralmente, uma árvore com um lenho inicial de elevada densidade terá também um lenho final com elevada densidade VARIAÇÃO RADIAL DA DENSIDADE LENHO JUVENIL / LENHO ADULTO Como foi referido, a densidade da madeira varia de espécie para espécie, mas também de árvore para árvore dentro da mesma espécie e dentro da própria árvore dependendo da zona que se está a analisar. De facto, existem variações de densidade no tronco de uma árvore, quer em altura (variação axial), quer da medula para a periferia (variação radial) que se podem atribuir fundamentalmente à existência de dois tipos de lenho com características distintas: o lenho juvenil e o lenho adulto (Figura 18). Figura 18 Representação esquemática da localização do lenho juvenil e adulto no tronco da árvore (Adaptado de Lousada, 2000). 39

44 Estes dois tipos de lenho são formados por câmbios com idades fisiológicas diferentes o que lhes confere características distintas. Assim, o lenho juvenil é um lenho com fibras mais curtas, maior inclinação das microfibrilas da camada S2 da parede celular, maiores retrações longitudinais, menor resistência mecânica e menor densidade do que o lenho adulto. Desta forma, tal como referem Walker & Butterfield (1996), a densidade aumenta até 50% da medula em direção à casca, devido a este aumento da espessura da camada S2 das paredes celulares, nas células do lenho adulto. De uma forma geral, estas alterações entre lenho juvenil/lenho adulto são mais pronunciadas nas resinosas que nas folhosas e nas espécies onde existe um alto contraste entre lenho inicial e final, ou seja, quando o lenho de transição, que possui características intermédias entre ambos, é praticamente nulo (Zobel & Sprague, 1998). A Figura 19 representa um gráfico genérico da variação radial da densidade para as resinosas. Nele é possível ver que os anéis mais centrais do tronco possuem uma densidade menor sofrendo, no entanto, um acréscimo acentuado à medida que caminhamos para os anéis mais periféricos. Esta zona do tronco com elevada variação da densidade corresponderá ao lenho juvenil enquanto a zona mais periférica onde a densidade tende a estabilizar será de lenho adulto. Figura 19 Representação gráfica genérica da variação radial da densidade para as resinosas. O lenho juvenil está confinado à zona de alteração rápida da densidade, o lenho adulto à da alteração suave, enquanto a zona indefinida entre elas é normalmente referida como zona de transição. 40

45 Em termos de utilização de madeira maciça podemos dizer que o lenho adulto é um lenho que apresenta características mais favoráveis uma vez que é um lenho com características mais estáveis e maior resistência mecânica que o lenho adulto. O reconhecimento e delimitação entre o lenho juvenil e o lenho adulto baseiamse em critérios mais ou menos arbitrários, pelo que se tornam facilmente subjetivos. Não existe nenhuma distinção aceitável para que estas zonas passem a ser seguramente delimitadas, mas é certo que representam situações fisiológicas de formação do lenho bem distintas (Lousada, 2000) VARIAÇÃO DA DENSIDADE COM A ALTURA DA ÁRVORE Panshin & de Zeeuw (1970) apresentaram três modelos de referência para classificar a variação da densidade com a altura da árvore: Um decréscimo uniforme com a altura no tronco; Um decréscimo na parte inferior do tronco a que se segue um acréscimo regular para a parte superior; Acréscimo da base para o topo de forma não uniforme. Ao primeiro modelo estão normalmente associadas espécies de resinosas, das quais se destacam espécies do género Pinus sp., Pseudotsuga menziessi, Tsuga heterophyla, segundo alguns autores citados por Lousada (2000), Picea sitchensis (Harvald & Olesen, 1987), e Pinus radiata (Donaldson & Burdon, 1995). Mitchell & Denne (1997) atribuíram esta tendência à maior espessura das paredes dos traqueídos à altura do peito, do que acima no tronco. O segundo modelo também tem sido frequentemente encontrado em espécies do género Pinus sp., nomeadamente no Pinus contorta, no Pinus strobus e, de uma forma não muito evidente, no Pinus resinosa. Vários autores citados por Zobel & Van Buijtenen (1989) e Louzada (2000) defendem que este modelo aparece como resultado da existência de grande quantidade de nós de elevada densidade no tronco junto à copa. O último modelo é aquele que mais se adequa às folhosas, entre as quais se destacam: Fagus sylvatica, Fraxinus pennsylvatica, Nyssa aquática, Liquidambar styraciflua e Quercus falcata (Lousada, 2000). 41

46 No entanto, também há casos em que não existem diferenças significativas de densidade entre os vários níveis de altura do tronco, como sendo, Pinus patula e Sequoia sempervirens (Zobel & Van Buijtenen, 1989). Segundo Larson (1963) e Louzada (1991), tal facto está associado ao elevado grau de conicidade do tronco. Geralmente quanto mais cilíndrico é o tronco maior é o decréscimo da densidade com a altura, já que neste caso, os níveis inferiores da árvore apresentam proporções de lenho inicial mais reduzidas, quando comparadas com os de elevada conicidade. De acordo com este autor, a origem de variação axial da densidade pode ser explicada pela variação do gradiente auxínico e da regulação da espessura da parede celular. Este aspeto e o diâmetro radial do lúmen são as características dos traqueídos que melhor estão correlacionadas com a densidade. Embora os meios promotores de espessamento da parede celular e da regulação do diâmetro radial do lúmen dos traqueídos sejam originados nas folhas e meristemas apicais, eles são fisiologicamente independentes, se bem que inter-correlacionados nas suas consequências VARIAÇÃO ENTRE ÁRVORES - EFEITOS GENÉTICOS A densidade da madeira pode variar entre proveniências e é muito variável entre árvores de uma dada proveniência (Zobel & Van Bujitenen, 1989; Treacy et al., 2000). De acordo com Zobel & Jett (1995), tipicamente, a densidade da madeira é fortemente herdada e variável, permitindo assim ganhos na manipulação genética. Frequentemente, é desejável produzir povoamentos em alta densidade para compensar a elevada proporção de lenho juvenil de baixa densidade, em povoamentos de curtas rotações. Ao melhorador cabe-lhe a função de trabalhar com este parâmetro complexo, a densidade, de forma a tentar produzir madeira mais valiosa, com ganhos significativos, quer do ponto de vista do rendimento, quer da qualidade, quer ainda da uniformidade. Para tal, há que estudar não só o potencial genético como também o ambiente em que a árvore cresce pois, é da conjugação simultânea destes dois fatores, que determina o tipo de lenho que a árvore apresenta (Wright, 1976; Zobel & Talbert, 1984; Lousada, 2000). 42

47 IMPACTOS AMBIENTAIS NA DENSIDADE Segundo a teoria de Mayr cit. por Simas (2004), cada espécie florestal, independentemente do seu património genético, apresenta uma melhor qualidade a nível do lenho, quanto mais próximo está do seu território ótimo. O efeito que o ambiente provoca na densidade do lenho é um parâmetro muito complexo que engloba aspetos como a temperatura, a pluviosidade, a estrutura do solo e a sua fertilidade, entre outros, embora sejam fatores difíceis de isolar para se fazer uma avaliação individual (Lousada, 2000). Quando as comparações envolvem locais com extrema variabilidade, podem ocorrer diferenças substanciais nas densidades anuais máximas e mínimas, em que os valores mais baixos estão normalmente associados a locais cujas condições inibem o desenvolvimento do lenho final (Larson, 1963; Lousada, 2000) INFLUÊNCIA DAS PRÁTICAS CULTURAIS Qualquer aspeto que altere o padrão de crescimento ou a forma da árvore pode resultar numa alteração das propriedades da madeira (Zobel & Van Bujitenen, 1989; Zobel, 1992). Contudo, este último autor afirma que não é possível fazer generalizações absolutas devido à comum ocorrência de exceções acerca do efeito do tratamento silvícola nas propriedades da madeira. Apesar disto, a fertilização pode alterar profundamente a madeira produzida, da mesma forma que os desbastes drásticos. As diferenças de densidade em povoamentos resultantes de espaçamentos iniciais de plantação têm um menor efeito. Em geral, a desrama, quando corretamente executada, não tem grande efeito além de aumentar a proporção da madeira livre de nós. Outra constatação feita por Zobel & Jett (1995) é que as árvores exploradas em curtas rotações possuem menor densidade graças à proporção de lenho juvenil (de densidade baixa) ser maior. 43

48 VARIAÇÃO DA DENSIDADE COM A HUMIDADE DA MADEIRA Sendo a densidade a razão entre massa e volume de determinada peça de madeira, qualquer variação da humidade da peça, ao fazer variar tanto a sua massa como o seu volume (Figura 20), vai provocar variações na sua densidade (Figura 21). Figura 20 Gráfico de variação do volume da madeira com a humidade da madeira (HSF - humidade de saturação das fibras). Figura 21 Gráfico de variação da densidade da madeira com a variação da sua humidade (HSF humidade de saturação das fibras). De facto, quanto maior o teor de humidade da madeira maior o valor da densidade, isto porque, até ao ponto de humidade de saturação das fibras (HSF) toda a água que entra na madeira provoca um aumento do seu peso, aumento esse superior ao aumento que ocorre do seu volume (algumas moléculas de água ocupam espaços intercelulares não provocando variação de dimensões da madeira). Acima da HSF a 44

49 água que entra na madeira continua a contribuir para o aumento do seu peso mas já não provoca variação de dimensões, daí que acima da humidade de saturação das fibras verificar-se um aumento mais acentuado da densidade. Sendo a percentagem de humidade da madeira um fator determinante no cálculo da sua densidade, quando falamos na densidade da madeira é fundamental referir a humidade a que ela foi determinada. Assim, podemos ter (Silva, 2010): Densidade anidra/seca em estufa (%H = 0): <=> Densidade seca ao ar (12%H): <=> Densidade aparente/saturada (%H = Máx.): <=> Densidade básica: <=> A densidade básica não é uma densidade real pois, como se pode ver na fórmula apresentada, ela é calculada através da razão entre o peso seco e o volume saturado da madeira. No entanto, o seu cálculo é muito importante quando se pretende comparar densidades de diferentes madeiras, pois a densidade básica será a densidade menos sujeita a erros de determinação. 45

50 EXTRATIVOS Os extrativos, tal como se pode observar no esquema a baixo (Figura 22), são parte integrante da constituição química da madeira fazendo parte das substâncias orgânicas de baixo peso molecular. Figura 22 Esquema genérico dos componentes químicos da madeira (Adaptado de Fengel & Wegener, 1989). Estas substâncias encontram-se acumuladas nas células de parênquima, nos canais secretores e em concentrações muito pequenas na lamela média, nos espaços intercelulares e na parede das células, sem fazerem parte dos componentes estruturais da parede celular (Fengel & Wegener, 1989; Hillis, 1987; Silva, 2010). Por esse motivo, os extrativos podem ser mais ou menos facilmente removidos da madeira através de solventes polares ou não polares, sem prejuízo para as características mecânicas da madeira (Fengel e Wegener, 1989, Rio et al., 1998; Silva, 2010). O teor de extrativos pode variar entre 0% a 20% da massa seca da madeira, constituindo até 8% da massa seca de madeiras de espécies de climas temperados e até 20% de madeiras de espécies de climas tropicais (Turgilho et al., 1996; Silva, 2010). A sua composição e quantidade variam não só com o género como com a espécie, mas também dentro da espécie de árvore para árvore ou mesmo dentro da própria árvore com a posição no tronco. De facto, em geral, verifica-se uma maior concentração de extrativos na parte central do tronco das árvores correspondendo à região do cerne (Silva, 2010). Segundo Silva (2010), o teor de extrativos tem um efeito profundo nas propriedades da madeira, sendo um dos responsáveis pelas diferentes características que as madeiras de diferentes espécies apresentam. Por exemplo, a durabilidade natural da madeira está intimamente relacionada com a toxicidade dos extrativos nela existente. 46

51 Alguns extrativos causam erosão e corrosão nas ferramentas ou interferem na colagem e acabamento final de alguns trabalhos, como por exemplo, na elaboração de painéis de aglomerados de partículas. Já para utilizações de madeira em estruturas ou aplicações exteriores, um teor elevado de extrativos pode ter vantagens na medida em que, regra geral, corresponde a um aumento da durabilidade da madeira RETRAÇÕES Tal como refere Oliveira (2007) a retração é a propriedade da madeira alterar as suas dimensões, quando o seu teor de água se modifica. Trata-se de um processo reversível, em que estas alterações dimensionais ocorrem quando a humidade da madeira varia abaixo do ponto de saturação das fibras. O ponto de saturação das fibras corresponde ao teor de humidade da madeira, em que nenhuma água livre está presente e as paredes celulares têm o máximo de água ligada (saturadas). Abaixo do ponto de saturação das fibras (PSF), a retração é aproximadamente linear com a redução do teor em água da madeira. A madeira tende a equilibrar a sua humidade com a do meio ambiente em que se encontra. De um modo geral pode dizer-se que à medida que a madeira perde água ela retrai, ao passo que, quando ganha água ela incha. Tsoumis (1991) define retração como redução e expansão das dimensões da madeira, devido às variações do seu teor em humidade. Estas variações dimensionais apenas ocorrem quando o teor em humidade se situa abaixo do ponto de saturação das fibras. Variações de humidade acima desse ponto não afetam significativamente as variações dimensionais. A madeira é predominantemente anisotrópica e heterogénea, não apresenta os mesmos valores de retração segundo as três direções principais: tangencial, radial e longitudinal ou axial. A direção longitudinal é a direção paralela às fibras, enquanto as direções tangencial e radial são ambas perpendiculares às fibras. Em condições normais, as madeiras apresentam um valor de retracção tangencial de aproximadamente o dobro da retracção radial. Já a retracção axial apresenta valores normalmente muito inferiores comparativamente a estas duas. Um dos modos de classificar uma madeira quanto à estabilidade dimensional, baseia-se no fator de anisotropia, definida pela relação entre os coeficientes tangencial e 47

52 radial. A variação dimensional é um dos principais problemas na utilização da madeira, devido ao facto de provocar fendas e empenos. Assim, madeiras com elevado fator de anisotropia, têm geralmente maior probabilidade de empenar e formar fendas (Oliveira, 2007). Segundo Panshin & De Zeeuw (1970), a utilização da madeira para obtenção de produtos finais de alta estabilidade requer um fator anisotrópico baixo. Existe uma situação em que a madeira não perde nem absorve água do ambiente, ou seja, a humidade da madeira está em equilíbrio com a humidade relativa do ar, o que é chamado de humidade de equilíbrio da madeira. Desta forma, a madeira deverá sempre ser utilizada com uma humidade próxima ao teor de humidade de equilíbrio higroscópico ENSAIOS MECÂNICOS A madeira pode ser descrita como um material elástico a um baixo nível de tensão e de curta duração, mas a níveis mais elevados e de longa duração a madeira comporta-se como um material viscoelástico linear ortotrópico. De acordo com o comportamento viscoelástico, as propriedades mecânicas da madeira são afetadas pela taxa de carga (Kang et al., 1994). Sendo a madeira um material com comportamento viscoelástico, apresenta uma região linear elástica traduzida pela lei de Hooke, na qual as tensões são proporcionais às deformações e cuja constante de proporcionalidade se designa por Módulo de Elasticidade (MOE) ou Módulo de Young. Durante esta fase assume-se que a deformação elástica é independente do tempo, ou seja, quando uma carga é aplicada, a deformação elástica permanece constante durante o período em que a carga é mantida constante e que após a remoção da carga, a deformação é totalmente recuperada, ou seja, a deformação retorna para o valor zero. Acima do Limite de Proporcionalidade (LP) a deformação deixa de ser proporcional à carga aplicada, passando a ocorrer deformações plásticas (irreversíveis), seguido da rutura do material (Figura 23). 48

53 Figura 23 Diagrama do comportamento elástico e plástico da madeira, traduzido pela curva de deformação (d) tensão (P). Para a caracterização mecânica da madeira de Criptoméria foram efetuados ensaios de flexão estática em 3 pontos (segundo a norma NP-CT14/SC1-01, de 1994). Para os ensaios de flexão em 3 pontos foram confecionados 20 provetes (um por árvore) com a dimensão nominal de 20 x 20 x 340 mm (R x T x L). 49

54 2.3. CARACTERIZAÇÃO E UTILIZAÇÃO DA MADEIRA DE CRIPTOMÉRIA CARACTERÍSTICAS MACROSCÓPICAS Segundo Carvalho (1997) a madeira de Criptoméria é uma madeira com cerne distinto de tonalidade muito variável (rosada-clara a castanho-avermelhada) (Figuras 24 e 25), regularmente definido e abundante [45% (35 55%)]. Já o borne é brancoamarelado ou branco-rosado. A medula é pouco volumosa e mais ou menos circular. Apresenta camadas de crescimento distintas por linha ou banda estreita mais escura no fim de cada anel, de contorno definido e desenvolvimento mais ou menos irregulares; medianamente largos a muito largos (2 4 mm nas madeiras de cerne escuro e 8 10 mm nas de cerne rosado). Tem grão médio e textura uniforme ou medianamente uniforme (anéis estreitos) conferindo à madeira um aspeto homogéneo ou medianamente homogéneo. O fio é, em geral, reto. Por fim o veio, conferido pelas camadas de crescimento, é medianamente riscado. Figuras 24 e 25 Duas amostras de Criptoméria. A primeira corresponde à variedade de cerne rosa e a segunda à variedade de cerne acastanhado. O cerne de uma madeira com uma tonalidade rara ou peculiar tem um valor próprio, e tal cerne é favorecido para ser utilizado com material de interiores. Por outro 50

55 lado, um cerne com uma coloração suja tem uma aparência desagradável, e o seu preço é portanto mais baixo. Assim sendo, a tonalidade da madeira é um fator importante quando se estabelece o preço da mesma (Ishiguri et al., 2003). Estes mesmos autores apresentam a Criptoméria como uma gimnosperma de belíssima coloração de cerne e que tem sido amplamente utilizada em vários setores da indústria de madeira e o seu valor é frequentemente influenciado pela cor do cerne. Segundo Kuroda et al. (2008), no Japão há uma forte exigência no controlo da tonalidade e do teor de humidade do seu cerne, dado que as árvores de Criptoméria com uma tonalidade negra e elevado teor de humidade no cerne são indesejáveis. Graças a este elevado teor de humidade em verde, acrescem custos superiores ao normal para o transporte e secagem (Kubo & Ataka, 1998; Nakada et al., 2003; Matsunaga et al., 2006). Assim, no Japão a madeira com um cerne negro tem sido vendida a um preço menor que a comum de cerne rosa devido à sua aparência suja (Ishiguri et al., 2003). À semelhança do Japão, em que por vezes ocorrem mudanças na tonalidade do cerne, de rosa-avermelhado para negro após a árvore ter sido abatida (Kawazumi et al., 1991 cit. por Matsunaga et al., 2006), também nos Açores ocorre este tipo de variações. A diferença entre madeiras de cerne escuro (castanho e negro) e de cerne rosa a mais comum nos Açores é bem nítida. Já a distinção entre as duas variedades de cerne escuro nem sempre é evidente. A cor do cerne, intensidade do crescimento e altura dos raios lenhosos, a par da densidade e dureza, permitem identificar essencialmente estes dois tipos de madeira: cerne claro cerne rosado, anéis anuais de 8 10 mm, raios com 9 10 células de altura, muito leve e muito branda; cerne escuro cerne acastanhado a negro-arroxeado, anéis com 2-4 mm, raios com mais de 10 células de altura, leve e branda (DRRF, 2010). Contudo, Matsunaga et al. (2006) referem que as propriedades de resistência não são significativamente diferentes entre a variedade negra e a rosa. Assim como refere Matsunaga et al. (2006), alguns investigadores têm sugerido um número de pontos que podem ser relevantes para a madeira de cerne negro: O teor de cinzas no cerne negro é superior que no cerne comum (rosaavermelhado) (Kubo & Ataka, 1998; Oda et al., 1994). Os valores de ph dos típicos cernes negros são fracamente alcalinos, enquanto os valores de ph de cernes rosas comuns são fracamente ácidos (Oda et al., 1994; Takahashi & Mori, 2006). 51

56 O teor total de Ca, Mg, Na, e especialmente de K, é superior nos cernes negros que nos rosas (Kubo & Ataka, 1998; Oda et al., 1994). Cernes negros contêm mais extrativos que cernes rosas (Takahashi & Mori, 2006) CARACTERÍSTICAS ANATÓMICAS Segundo Carvalho (1997), a madeira desta espécie apresenta nos anéis de crescimento uma zona de Verão/Outono (lenho final) distinta, pouco espessa (menor que 1/3 da largura do anel), constituindo uma linha ou banda estreita no fim do crescimento. O parênquima pode ser distinto com ampliação (10 20 x), é abundante e normalmente disposto em bandas tangenciais ou disperso; por vezes pode ser distinto mesmo à vista desarmada, em particular pelo seu conteúdo mais escuro. Está presente, sobretudo, no lenho inicial. Os raios são finos, indistintos à vista desarmada, tanto no plano transversal como no tangencial, mas no radial assemelham-se a malhas perpendiculares ao fio; são pouco distintos mesmo com ampliação (10 20 x). Não existem canais de resina. Os traqueídos verticais apresentam secção poligonal, sem espessamento espiralado. As pontuações areoladas são pequenas, unisseriadas por vezes bisseriadas, nas paredes radiais; são raras nas paredes tangenciais do lenho final. Os raios lenhosos são homogéneos e unisseriados, pouco numerosos, ocasionalmente bisseriados; com 1 25 células de altura, em regra com menos de 10 na madeira rosada e mais de 10 na madeira escura, e µ de altura; são constituídos por células oblongas, de paredes transversais espessas; os campos de cruzamento têm pontuações do tipo taxodióide, em número de 1 4 (geralmente 1 2), em 1 2 fiadas transversais. O parênquima vertical está presente, é abundante, do tipo metatraqueal, disposto em faixas. Não existe parênquima epitelial. A Figura 26 apresenta as fotomicrografias dos cortes histológicos das secções transversal, radial e tangencial do tecido C. japonica. 52

57 Figura 26 Fotomicrografias de cortes histológicos de Cryptomeria japonica. A. secção transversal. B. secção radial. C. secção radial, detalhe campo de cruzamento com pontuações tipo taxodioide. D. Secção tangencial (Carneiro et al., 2009). Relativamente aos traqueídos, Carneiro et al. (2009) obtiveram no estudo com indivíduos de 14 anos, um comprimento médio de 2,15 mm, valor ligeiramente inferior à bibliografia que consultaram [Pereira et al. (2003): 2,21 mm (árvores de 22 anos); Colodette (1982): 2,24 mm]. Fujita et al. (1994) estudaram a Criptoméria do tipo Yaku (originária da ilha de Yakushima, Japão) com 213 anos de idade, e obtiveram um comprimento médio dos traqueídos de 2,79 e 2,95 mm nas camadas de lenho inicial e final, respetivamente. Quanto à largura dos traqueídos, Carneiro et al. (2009) referem valores médios de 29,4 µm. Idênticos valores são apresentados por Pereira et al. (2003): 30,1 µm e Colodette (1982): 31,0 µm. Para o diâmetro do lúmen Carneiro et al. (2009) obtiveram um valor médio de 18,6 µm, valor este ligeiramente inferior ao referido por Pereira et al. (2003): 19,2 µm e Colodette (1982): 21,8 µm. Finalmente, para a espessura da parede Carneiro et al. (2009) obtiveram um valor médio de 5,3 µm, enquanto Pereira et al. (2003) e Colodette (1982) apresentam valores de 4,8 µm e 5,5 µm, respetivamente. 53

58 Ainda no comprimento dos traqueídos, Zhu et al. (2005) referem uma média para o lenho adulto cerca de % mais compridos que no lenho juvenil PROPRIEDADES FÍSICAS Como é sabido, é uma espécie com elevada variabilidade das suas propriedades, sobretudo em diferentes locais. De acordo com os dados de Carvalho (1997), no que respeita à densidade (massa volúmica a 12% de humidade) esta madeira é muito leve a leve, apresentando em média uma densidade de 0,260 g/cm 3, muito diferente do valor médio de 0,338 g/cm 3 apresentado em DRRF (2010) 1. Já Carneiro et al. (2009) referem um valor intermédio, também para um teor de humidade de 12%, de 0,307 g/cm 3. Quanto à densidade básica, Pinto & Iwakiri (2013) referem para a realidade do Brasil valores como 0,393 a 0,473 g/cm 3 (cerne e borne, respetivamente) para árvores de 35 anos de idade, 0,255 g/cm 3 para árvores de 14 anos (Carneiro et al., 2009), ou ainda 0,360 g/cm 3 para árvores de 22 anos (Pereira et al., 2003). Zhu et al. (2005) não encontraram diferenças significativas entre lenho juvenil e adulto, no que respeita à densidade. É pouco retráctil (8,8 % de retração volumétrica total), de fracas retrações lineares (6,0 % e 2,2 % de retração tangencial total e radial total, respetivamente) o que a torna pouco nervosa (0,31 de coeficiente de retração) mas de forte anisotropia (3,1). Apresenta um teor de saturação das fibras normal, à volta dos 29 % de humidade, e uma dureza branda ou mesmo muito branda (1,41 / 98 kgf) (DRRF, 2010) 1. Já Carneiro et al. (2009), apresentam uma retração volumétrica total de 9,96 %, valores próximos aos apresentados por Gérard et al. (2003) e Pereira et al. (2003), sendo de 9,24 % e 10,1 % respetivamente. Estes autores apresentam também valores de retração tangencial e radial de 6,59 % e 2,96 % respetivamente. Quanto ao coeficiente de anisotropia obtiveram o valor de 2,54. Já Fujita et al. (1994) apresentam valores de 5,44 e 2,88 % nas direções tangencial e radial, respetivamente, para a Criptoméria- Yaku. 1 Caracterização e Perspetivação Tecnológica das Madeiras dos Criptomeriais Micalenses (1979) in DRRF (2010) 54

59 Wang & Chen (1992) cit. por Ishiguri et al. (2005), relatam um estudo executado no Japão, em que as árvores de Criptoméria foram plantadas em cinco arranjos de espaçamento diferentes (de 1 x 1 m até 5 x 5 m), no qual as árvores de 40 anos que cresceram no povoamento com o espaçamento de 2 por 2 m apresentaram os traqueídos mais longos, menor largura do anel, maior percentagem de lenho final, e menor percentagem de cerne. Já Ishiguri et al. (2005) realizaram um estudo considerando quatro espaçamentos iniciais de plantação (2,6 x 2,6 m, 1,8 x 1,8 m, 1,3 x 1,3 m, 1 x 1 m), ao fim de 35 anos de crescimento analisaram os troncos e concluíram que as árvores com maior compasso apresentaram maior largura do anel. Ainda assim, não houve diferenças significativas entre povoamentos na densidade básica, no comprimento dos traqueídos do lenho final e no ângulo das microfibrilas da camada S2. Por outro lado, o espaçamento inicial afetou a qualidade da madeira, em que a média do diâmetro dos nós foi significativamente maior no povoamento com maior espaçamento. Como já referido reconhecem-se diferenças assinaláveis entre as variedades de cerne escuro e de cerne rosa, em que a madeira de cerne rosa apresenta menor densidade. Contudo, as suas retrações conservam-se idênticas nos três tipos de madeiras, sendo a anisotropia mais forte nas madeiras de cerne rosa e as madeiras de cerne escuro são cerca de 30% mais pesadas o que indica uma maior densidade, geralmente associada a madeiras de maior qualidade (DRRF, 2010). Este será um dos motivos porque a madeira de cerne escuro tem mais procura PROPRIEDADES MECÂNICAS Esta madeira apresenta uma compressão axial fraca, com uma tensão de rotura de 210 kg/cm 2. A flexão estática é fraca, com uma tensão de rotura de 440 kg/cm 2 e um índice de rigidez elástico de 31,8. Já o fendimento é fraco, com uma tensão de rotura de 8 kg/cm 2, assim como a tração transversal, com uma tensão de rotura de 12 kg/cm 2. Por fim a flexão dinâmica que se revela pouco resistente ao choque, com um coeficiente de resiliência de 0,07 kg/cm 2 (DRRF, 2010). Carneiro et al. (2009) referem o valor para a tensão tangencial de 61,5 kgf/cm 2. Os valores encontrados no módulo de elasticidade (MOE) para a flexão estática na C. japonica foram pouco inferiores ( kgf/cm 2 ) aos encontrados por Gérard et al. 55

60 (2003), kgf/cm 2. Já Fujisawa et al. (1994) referem, para um caso de estudo no Japão com indivíduos com 15 anos de idade, valores entre e kgf/cm 2, com um valor médio de kgf/cm 2. Para o módulo de rutura (MOR), Carneiro et al. (2009) relatam valores de 387,4 kgf/cm 2. Para a resistência da madeira à compressão paralela às fibras o valor médio foi de kgf/cm 2. Os valores observados para a dureza nas faces transversal, tangencial e radial foram de 234,8, 136,3 e 126,7 kgf/cm 2 respetivamente. É importante referir que, no estudo de Carneiro et al. (2009), a diferença que alguns destes valores tenham apresentado em relação a outros estudos, pode dever-se à característica juvenil da madeira utilizada no estudo (14 anos). Árvores originárias de povoamentos maduros, devido à sua grande proporção de lenho adulto, em princípio possuem maior resistência mecânica que árvores de povoamentos jovens. A presença de células relativamente mais longas e de paredes mais espessas, bem como a maior proporção de lenho final, confere à madeira adulta para além de maior massa específica (densidade),diferenças noutras propriedades físicas, anatómicas e mecânicas. Estes factos são corroborados pelo estudo de Zhu et al. (2005), que indica para o módulo de elasticidade (MOE) um aumento de % do lenho juvenil para o lenho adulto. O módulo de rutura e a força de compressão paralela ao grão mostraram um aumento de % do lenho juvenil para o adulto, e de 6 13 % para a força de tensão tangencial. Já o módulo de tensão tangencial diminuiu por cerca de % do lenho juvenil para o adulto. No estudo de Ishiguri et al. (2005) referido no ponto anterior, o qual aborda diferenças das propriedades da madeira consoante o compasso de instalação, o módulo de Young, o módulo de rutura, e o módulo de elasticidade em flexão estática aumentou com a diminuição do espaçamento inicial de 2,6 x 2,6 m para 1,3 x 1,3 m. Em termos médios, a madeira de cerne escuro é mais resistente que a de cerne rosa. Entre as madeiras de cerne escuro as diferenças a nível da resistência mecânica não são significativas (DRRF, 2010). 56

61 PROPRIEDADES TECNOLÓGICAS A Criptoméria é uma madeira fácil de trabalhar mas por ser muito macia exige que os utensílios de corte se encontrem perfeitamente afiados, sendo a sua laboração delicada. Mostra muito boa aptidão à colagem e permite um razoável acabamento, sendo bastante regular na receção de produtos de recobrimento. O desenrolamento e corte plano são delicados, por fraca coesão transversal. Já na preparação tem uma secagem ao ar fácil e rápida (Carvalho, 1997). No Japão a principal justificativa para o uso da madeira produzida por esta espécie deve-se aos seus excelentes atributos: fuste reto, crescimento rápido, facilidade de processamento e cor agradável (Carneiro et al., 2009). Pinto & Iwakiri (2013) desenvolveram um estudo (no Brasil) que demonstra o potencial desta espécie para a produção de painéis de madeira contraplacada, tendo em vista que, embora os painéis tenham baixa densidade, a sua resistência à flexão estática foi satisfatória. Para além disto, referem também que, apesar de não estar a ser utilizada comercialmente no Brasil, já existem alguns estudos sobre plantações e análise dessa madeira, principalmente considerando o seu uso para a produção de papel de celulose. Graças à tonalidade clara do cerne da Criptoméria, tem uma forte aceitação no mercado externo, aliada à sua baixa densidade (Pinto & Iwakiri, 2013). Estes autores recomendam ainda a utilização das folhas de cerne na face e na contraface de painéis decorativos, em aplicações internas e não estruturais que não requerem alta resistência mecânica. Além disto, é uma madeira estável, qualidade importante para o processamento mecânico e para aplicações mais nobres, como mobiliário (Pereira et al, 2003; Carneiro et al., 2009). Esta madeira pode ser utilizada para madeira serrada em geral, assim como para pasta e papel, painéis, construção de casas, móveis, barcos e navios, caixotaria e interiores de painéis de contraplacado, entre outros usos (Santos et al., 2000; Gérard et al., 2003; Carneiro et al., 2009). Considera-se a madeira de Criptoméria muito durável em relação a fungos e a insetos, verificando-se apenas uma certa suscetibilidade ao ataque de térmitas. A impregnação desta madeira no estado seco não é fácil, contudo considera-se facilmente tratável segundo técnicas clássicas sob vácuo e pressão com solutos aquosos. 57

62 Tendo em conta os aspetos mencionados, apresenta-se um resumo dos inconvenientes e das vantagens da utilização desta madeira (DRRF, 2010). Inconvenientes Os defeitos que mais ocorrem nesta madeira são os nós (pequenos a médios), fio torcido ou irregularidades de crescimento. São em geral pouco frequentes e de pequena extensão, mas podem adquirir importância em consequência de uma deficiente técnica cultural. Pequenas fissuras transversais ocasionadas durante o abate ocorrem por vezes nalgumas peças. Como já foi referido esta espécie é bastante suscetível ao ataque do fungo Armillaria mellea (Vahl.) Quél. durante o crescimento da árvore, o qual provoca uma podridão do cerne ( brocado ) de que pode resultar na inutilização da melhor parte do tronco. Vantagens Madeira muito leve, muito pouco retráctil e facilmente trabalhável, características que lhe conferem excelentes aptidões para carpintaria de limpos e, consequentemente, indicada para a construção de elementos pré-fabricados, de rápida e fácil montagem, utilização em que poderá vir a ocupar lugar de destaque, caso se disponha de um regular abastecimento de mercado IMPORTÂNCIA ECONÓMICA DA CRIPTOMÉRIA NOS AÇORES A madeira de Criptoméria tem bastante importância nos Açores, quer em termos ecológicos, quer na economia das populações. De acordo com Simas (2004) esta espécie tem as seguintes utilizações na região: Embelezamento paisagístico Valor ecológico no suporte de fauna e flora Proteção na eutrofização de lagoas, erosão do solo e de enchentes (Figura 27) Comércio e indústrias florestais nos Açores 58

63 Figura 27 Proteção na eutrofização da lagoa de S. Brás, S. Miguel. A produção de madeira de Cryptomeria japonica D. Don tem um elevado valor como material de construção, marcenaria e também como árvore ornamental. Todos os anos a indústria de madeira de C. japonica açoriana gera uma larga quantidade de resíduos (casca, madeira e ramos). Por exemplo a média de desperdícios derivados apenas de serrações de processamento de madeira é de aproximadamente 30% (Mendes, 2008 cit. por Moiteiro et al., 2008). A bio-valorização destes resíduos de C. japonica produzidos pela indústria madeireira no arquipélago dos Açores, até agora apenas vistos como descartáveis, pode representar uma vantagem comercial extremamente importante para a economia destas ilhas (Moiteiro et al., 2008). De facto, os óleos essenciais de diferentes espécies de plantas têm sido amplamente utilizados em cosmética, fragrâncias, alimentos, aromaterapia e na indústria farmacêutica, em parte devido à sua propriedade anti-microbiana, anti-bacteriana, anti-viral e anti-fúngica (Burt, 2004; Edris, 2007; Moiteiro et al., 2008). As atividades observadas para os óleos essenciais da C. japonica mostram o potencial fechado destes bio-produtos. Se pensarmos nas utilizações preferenciais desta madeira, tal como refere Carvalho (1997), temos: Excecional aptidão para lamelados e contraplacados (interiores); Contraplacados de embalagem; Embalagem de produtos horto-frutícolas; Interiores de móveis: gavetas e fundos; Compósitos especiais (vg. com cortiça); Desenrolamento para interiores de contraplacados especiais. 59

64 Nas Figuras 28 e 29 encontram-se dados relativos à utilização de Criptoméria e os principais destinos de exportação da mesma. Figura 28 Principais utilizações da madeira de Cryptomeria japonica (Belerique et al., 2006; Abreu, 2011). Figura 29 Destino geográfico da madeira serrada de Cryptomeria japonica (Belerique et al., 2006; Abreu, 2011). A floresta de Criptoméria representa cerca de 53 % da floresta produtiva e constitui um ativo da economia rural regional, nomeadamente na ilha de São Miguel, onde existem alguns recursos próprios de uma fileira florestal assente na transformação de madeira (Galante, 2012). Tal como afirmou Noé Rodrigues (secretário regional da Agricultura e Florestas), é a espécie mais representativa da produção florestal dos Açores, movimenta um volume de negócios de 12 milhões de euros por ano e garante cerca de 60

65 1400 postos de trabalho. A marca Criptoméria dos Açores for apresentada numa iniciativa do executivo regional que pretende valorizar os produtos feitos com a madeira desta árvore. Uma das opções pode ser a utilização em caixas para transporte de produtos regionais, como vinho e fruta, o que permitiria associar a madeira aos produtos regionais, valorizando ambos. Esta madeira está também a ser utilizada na construção de casas pré-fabricadas, existindo já muitas habitações construídas, especialmente na zona norte do país (Lusa, 2011). O Governo dos Açores está a desenvolver o processo de certificação da madeira açoriana, em particular da Criptoméria, com o intuito de valorizar este setor do ponto de vista económico e social, para que constitua mais um fator de rendimento e de riqueza do setor agro-florestal (Governo dos Açores, 2011). Atualmente, a fidelização dos mercados internacionais, no que respeita ao comércio de produtos florestais, exige a ostentação do Eco-rótulo da Certificação da Gestão Florestal Sustentável. Pretende a Secretaria Regional dos Recursos Naturais obter em 2013 o primeiro Certificado de Gestão Florestal Sustentável para os Açores, através da certificação das áreas florestais do Núcleo da Achadinha, em São Miguel (Correio dos Açores, 2013). O Governo dos Açores tem-se mostrado empenhado na elaboração de um Plano Regional de Ordenamento Florestal (PROF), para assegurar a certificação dos recursos florestais do arquipélago. Conjugado com o plano de marketing para o fomento do uso da madeira de Criptoméria (recentemente, foi lançada a marca Criptoméria dos Açores ), cria um conjunto de condições de base que colocam no horizonte a necessidade de avançar para o passo seguinte: a criação do cluster silvo-industrial da Criptoméria dos Açores. Desta forma, o próximo período de programação comunitária constitui uma oportunidade ímpar para o desenvolvimento desse novo cluster da fileira florestal (Galante, 2012). 61

66 3. MATERIAL E MÉTODOS 3.1. CARACTERIZAÇÃO DO MATERIAL O material utilizado neste estudo foram meias rodelas (Figuras 30 e 31) de espessura variável extraídas a uma altura de 30 cm, recolhidas na ilha de São Miguel em 2011, pelos madeireiros da Direção Regional dos Recursos Florestais dos Açores (DRRF), em povoamentos sujeitos a corte raso. Figuras 30 e 31 Amostras de Cryptomeria japonica (cerne rosa e escuro, respetivamente). Estas amostras foram embaladas e enviadas para a UTAD a fim de se proceder às análises laboratoriais descritas no ponto seguinte. No total colheram-se 88 amostras com idades compreendidas entre os 38 e os 47 anos (média de 43 anos). Destas foram selecionadas 20 para as análises de densidade, comprimento de fibras e teor de extrativos, das quais 13 de cerne claro e 7 de cerne escuro, a fim de se avaliar as supostas diferenças entre as duas variedades desta espécie (cerne escuro e claro). Receberam-se também 20 tábuas que, após serem transformadas em provetes com as dimensões normalizadas, foram utilizadas nos ensaios mecânicos. 62

67 3.2. MÉTODOS LABORATORIAIS PERCENTAGEM DE CERNE E BORNE Para a determinação da percentagem de cerne e borne procedeu-se, em cada uma das amostras, à delimitação por decalque em papel vegetal das duas zonas da amostra (Figura 32) para posteriormente medir-se cada uma das áreas. Figura 32 Decalque dos limites de cerne e borne das amostras sobre uma folha de papel vegetal. Dada a irregularidade das amostras, foi traçada uma reta ao nível da medula de forma a dividir a amostra em duas porções o mais simétricas possível, o que permitiu nalguns casos utilizar apenas uma das porções. Tendo o desenho e recorrendo a um planímetro (Figura 33), foi então possível determinar a área de cerne e borne e calcular a respetiva percentagem de cerne pela seguinte expressão: 63

68 Figura 33 Determinação da área de uma amostra com recurso a um planímetro COMPRIMENTO DOS TRAQUEÍDOS Das mesmas 20 amostras utilizadas anteriormente na densitometria, foi retirada de cada uma um provete da medula até à casca, de 1 cm de largura (direção tangencial) por 1 cm de espessura (direção axial). Recomenda-se que a espessura seja de pelo menos 1 cm de forma a garantir uma quantidade apreciável de fibras (traqueídos) que não tenham sido partidas aquando do corte dos provetes e, desta forma, se obtenha o máximo de fibras completas possível. Estes provetes foram colocados em tubos de ensaio com água e postos em vácuo durante algumas horas. O passo anterior facilitará a divisão dos provetes com auxílio de um bisturi. A divisão foi feita, a partir da medula, de 3 em 3 anéis, até ao 12º anel, e posteriormente de 5 em 5 (Figura 34). 64

69 Figura 34 Divisão de um provete com o auxílio do bisturi. Cada conjunto foi fracionado em pequenas estilhas (Figura 35) e introduzidas em tubos de ensaio. A dissociação dos elementos celulares foi feita recorrendo à solução de Franklin (mistura, em partes iguais, de ácido acético glacial e peróxido de hidrogénio a 130 volumes). Para tal, aos tubos de ensaio contendo as estilhas de madeira foi adicionada solução de Franklin, até que estas ficassem completamente submersas, e colocados em banho-maria a seco, em blocos de alumínio, a 70 ºC durante dois dias (Figura 36). Ao fim deste tempo as estilhas já se encontram desprovidas de lenhina, tendo a dissociação dos traqueídos sido efetuada através do esmagamento das estilhas contra a parede do tubo de ensaio, com auxílio de uma vareta de vidro. Figuras 35 e 36 Estilhas fracionadas, e colocadas em tubos de ensaio em solução de Franklin, respetivamente. As fibras (traqueídos) foram lavadas em suspensão, num crivo, com água corrente. Retirou-se uma amostra com auxílio de uma pinça e colocou-se numa placa de 65

70 petri com água. Estas foram colocadas num projetor de perfis (microscópio invertido com mesa de projeção) que reproduz e projeta a imagem ampliada das fibras (com uma ampliação de 100x) numa folha de papel vegetal, onde foram decalcadas. Em cada conjunto de anéis foram medidas 20 fibras com o auxílio de um curvímetro com registo de dados e com uma precisão de 1 mm (Figura 37). Figura 37 Medição do comprimento dos traqueídos utilizando um curvímetro TEOR DE EXTRATIVOS De cada rodela retirou-se uma fatia radial, rejeitou-se a casca e, com auxílio de um formão, destacaram-se pequenas lascas de cerne e borne separadamente (Figura 38), uma vez que se pretendia quantificar os extrativos dos dois tipos de lenho, as quais foram posteriormente moídas num moinho com um crivo de 2 mm. Importa sublinhar que a obtenção das lascas e sua moagem foi sempre realizada de forma individual e com limpeza completa do material, evitando a contaminação com restos de outras amostras. Todo o material de cerne e borne foi colocado individualmente em formas de metal devidamente identificadas. 66

71 Figura 38 Destacamento de borne e materiais utilizados na preparação das amostras utilizadas para avaliação do teor de extrativos. Depois de moídas as amostras foram colocadas em sacos de plástico referenciados. Posteriormente, pesaram-se 8,000 g ± 0,005 g de material de cada amostra, da qual foram retiradas 2 repetições de 4,000 g (aproximadamente), colocadas em cartuchos de papel, agrafadas e novamente identificadas (Figura 39). Figura 39 Embalamento das amostras em cartuchos de papel. Desta forma o material utilizado na determinação do teor em extrativos é constituído por um total de 80 amostras correspondentes a 20 árvores, 2 tipos de lenho (Cerne e Borne) com 2 repetições cada. 67

72 O processo de extração de cada uma das amostras para posterior quantificação do teor de extrativos foi efetuado com um dispositivo de Soxhlet, em que a extração das amostras foi realizada por refluxo utilizando 3 tipos de solventes: 2 solventes orgânicos (diclorometano e etanol); 1 solvente inorgânico (água). A sequência das lavagens foi feita segundo o grau de intensidade de polaridade dos solventes, começando pelo menos polar (diclorometano), seguido do etanol e terminando com a água (maior polaridade). A diferença de polaridade reflete-se na capacidade de lavagem: quanto maior a polaridade maior a capacidade de lavagem. Desta forma os solventes orgânicos dissolvem produtos como por exemplo: gomas, ceras, gorduras, óleos e compostos fenólicos. Já no processo de lavagem com água, graças à reduzida dimensão da sua molécula, esta consegue entrar facilmente nos espaços da madeira, extraindo tudo o que não saiu nos processos anteriores, como sendo: gomas, açucares, sais, taninos e corantes. No final do processo de lavagem com cada um destes solventes foi pesada a quantidade de extrativos secos em cada solvente, de forma a permitir a quantificação dos extrativos retirados por cada tipo de solvente. Na lavagem com diclorometano, os cartuchos foram inseridos nos tubos e os balões aquecidos a uma temperatura de 70 ºC durante aproximadamente 8 horas, para que o solvente consiga lavar bem as amostras e os extrativos fiquem no balão em solução com o diclorometano. A metodologia laboratorial do processo de extração é descrita a seguir: Enche-se o balão até a um pouco mais de metade do seu volume com diclorometano e coloca-se sobre a fonte de aquecimento; No recipiente que liga o balão ao tubo de arrefecimento, coloca-se o cartucho e unem-se a estas duas partes; O tubo de condensação possui uma serpentina no seu interior onde circula a água entre ºC; O funcionamento do processo (Figuras 40 e 41) passa por aquecer o diclorometano a 70 ºC, este evapora e desloca-se pelo tubo lateral e exterior ao do cartucho e atinge a serpentina arrefecida. Aqui condensa, caindo por força da gravidade sobre o cartucho, lavando-o. Este líquido 68

73 contento extrativos volta ao balão, repetindo-se o processo durante aproximadamente 8 horas, garantindo assim uma eficiente capacidade de extração. Serpentina de arrefecimento Tubo de passagem do diclorometano gaseificado Fonte de aquecimento Balão com diclorometano Figura 40 Processo de lavagem dos extrativos num condensador com identificação dos elementos. Figura 41 Vista geral dos condensadores em funcionamento na lavagem de extrativos com diclorometano. 69

74 No fim deste processo tem que se quantificar a quantidade de extrativos que foram retirados das amostras pelo diclorometano. Para isso, aqueceu-se um balão limpo num evaporador rotativo em água aquecida e pesou-se numa balança com precisão de 0,001 g. A este foi adicionado o conteúdo de um dos balões (diclorometano mais extrativos), colocou-se na panela de água (do evaporador) a 60ºC e foi posto em rotação (Figura 42). Neste processo todo o diclorometano presente na solução é evaporado para um segundo balão ficando no primeiro apenas os extrativos. O teor de extrativos é calculado pelo peso do balão que contem os extrativos deduzido do peso do balão vazio que se tinha registado no início do processo relativamente ao peso seco da amostra. Figura 42 Evaporador rotativo a extrair o diclorometano do balão, a fim de deixar apenas os extrativos. Os cartuchos com a amostra foram postos na estufa durante dois dias a 50 ºC para uniformização da humidade tendo sido, posteriormente, colocados no excicador durante alguns minutos para arrefecerem e finalmente pesados. Após esta operação, foi possível passar à extração com etanol. Este processo de lavagem é idêntico ao anterior, com alteração da temperatura usada, cerca de 80 ºC (temperatura de ebulição do etanol) durante as mesmas 8 horas. Da mesma forma que 70

75 no anterior, utiliza-se o evaporador rotativo para separar o solvente (etanol) dos extrativos. No fim desta lavagem retiraram-se os sacos e colocaram-se novamente na estufa durante dois dias a 50ºC, no fim dos quais é determinado o peso seco de cada uma das amostras. Por último, fez-se a extração utilizando água. O processo de lavagem é idêntico aos anteriores, com exceção da temperatura (aproximadamente 100 ºC), para além de que na fase final do processo não se recorre ao evaporador rotativo pois, neste caso, o peso dos extrativos é calculado por diferença entre o peso inicial de uma taça e o seu peso com os extrativos. Neste processo, colocou-se o conteúdo do balão (água + extrativos) em pequenas taças, levaram-se a uma estufa, a 50 ºC durante dois dias, e pesaram-se. No fim da lavagem das amostras, retiraram-se os sacos e colocaram-se novamente na estufa durante dois dias a 50 ºC, para se obter o peso seco de cada uma das amostras MICRODENSITOMETRIA Para a determinação da densidade da madeira, os métodos mais comuns e amplamente aceitáveis são baseados em medições radiográficas. Dentro destas, os raiosx são o método mais comum. A radiografia da madeira por raio-x foi desenvolvida nos anos 60, principalmente por Polgue (1966), e hoje a maioria das investigações são ainda baseadas na avaliação de radiografias de raio-x (König et al., 2005; Mannes et al., 2007). Com estes métodos é possível estimar, para além da densidade média do anel (Dmed) e da percentagem de lenho final (%LF), outras componentes tais como a densidade mínima (Dmin), densidade máxima (Dmax), densidade do lenho inicial (DLI) e final (DLF), largura do anel (LA) e a heterogeneidade dentro dos anéis (IH), componentes estas extremamente importantes para o aprofundamento dos conhecimentos das potencialidades da madeira (Silva & Louzada, 2001). O método utilizado neste estudo recorre à utilização de raios-x e, segundo Lousada (2000), esta técnica permite a obtenção de um registo contínuo da variação da 71

76 densidade da madeira e das suas componentes, da medula até à casca e envolve basicamente duas etapas: A radiação com raios-x dos provetes de madeira por forma a obter-se uma imagem negativa dos mesmos, impressa numa película de raios-x; A leitura da densidade ótica dessa película por um microdensitómetro, que, por sua vez, será posteriormente correlacionada e convertida em densidade real da madeira. Como os principais constituintes da madeira (celulose hemiceluloses e lenhina) são formados basicamente por apenas três elementos (carbono, oxigénio e hidrogénio) com peso atómico reduzido, são particularmente transparentes aos raios-x. Assim, só necessitam de radiações de baixo nível energético (com comprimento de onda elevado) para serem atravessados (Lousada, 2000). A madeira ao ser atravessada pela radiação absorve parte desta, sendo a restante impressa na radiografia. Assim, esta apresenta diferentes tonalidades consoante a densidade da madeira. Por esta razão, é fundamental que a amostra tenha espessura e humidade uniformes, a fim de se evitarem erros. Para esta análise foram retirados provetes de 1,5 cm de largura (dimensão tangencial) das 20 amostras, segundo a melhor orientação possível dos anéis de crescimento, e de espessura (dimensão axial) constante de aproximadamente 1,8 mm (Figura 43). Figura 43 Alguns dos provetes de madeira colocados no suporte e prontos para a radiografia. 72

77 RADIOGRAFIA De forma a propiciar uma boa definição dos anéis de crescimento, é necessário garantir que a dosagem de radiação seja uniformemente distribuída por toda a película e que o feixe de radiação incida na madeira paralelamente ao eixo longitudinal dos traqueídos (Lousada, 2000). Para as madeiras de resinosas, como é o presente caso, as amostras são radiografadas na direção axial, já que é esta a que proporciona melhor definição dos limites dos anéis de crescimento (Lousada, 2000). A película utilizada foi do tipo Kodak Instrex CX, a qual apresenta as características mais adequadas a esta aplicação (Figura 44). Quanto à voltagem utilizada foi de 18 Kv, com uma intensidade de 12 ma e um tempo de exposição de 300 s. A revelação (4 minutos) e a fixação (4 minutos) foram feitas à temperatura ambiente de 20 ºC, num tanque com agitação forçada do revelador Kodak LX24 e do fixador Kodak AL4. Figura 44 Película de raios-x com algumas das amostras e os padrões DENSITOMETRIA Tal como referido, o presente método microdensitométrico por raios-x não determina diretamente a densidade real da madeira, mas sim a densidade ótica das amostras impressas numa película de raios-x, através dum microdensitómetro (Lousada, 2000). 73

78 O output do microdensitómetro é um registo de valores de densidade ótica relativa, que terão que ser convertidos em valores equivalentes de densidade real da madeira (Lousada, 2000). A leitura das películas de raios-x foi efetuada por um microdensitómetro de duplo feixe JOYCE LOEBL MK3 (Figura 45), o qual está equipado com um sistema duplo de saída de dados. Deste modo, o registo da variação da densidade ótica foi feito em fita furada numa escala de 0 a 999 e, simultaneamente, num traçador de gráficos. Como a mesa onde são colocadas as películas pode deslocar-se em intervalos diminutos previamente fixados (a partir de 5 µm), é possível, em concordância com a dimensão radial da janela de leitura, obter-se um registo contínuo da densidade das amostras da madeira. No presente caso regulou-se o aparelho por forma a que o intervalo entre duas leituras fosse de 100 µm, a altura da janela de leitura de 5 mm (na direção tangencial) e a largura de 1100 µm (na direção radial) que, combinadas com o fator de ampliação de 11x produz uma resolução efetiva de 455 µm (tangencial) por 100 µm (radial) na superfície da película. Figura 45 Leitura de película de raio-x pelo microdensitómetro. 74

79 CÁLCULOS PRELIMINARES E REGISTO DOS DADOS NO COMPUTADOR Os valores de cada leitura de densidade ótica dos padrões e dos provetes de madeira determinados pelo microdensitómetro foram, numa primeira fase, registados em fita perfurada e num traçador de gráficos (Figura 46). Figura 46 Gráfico traçado em papel milimétrico. Depois de rejeitados os valores correspondentes ao início e ao fim das leituras, sempre que estas não coincidiam com o início e o fim dos provetes, bem como os correspondentes a fissuras dos provetes, os valores individuais de densidade ótica foram introduzidos diretamente no computador através de software concebido propositadamente para o efeito e gravados num ficheiro inicial. Posteriormente, para cada película analisada calculou-se uma equação de regressão linear entre a densidade ótica e a densidade real dos padrões, com uma precisão de quase 100% (0,9900 R2 0,9999), com a qual se procede à transformação dos valores de densidade ótica em densidade real da madeira, os quais foram gravados num segundo ficheiro (ficheiro principal). A etapa seguinte consistiu em adicionar a informação dos limites dos anéis de crescimento, por um processo de coordenadas, ao ficheiro principal, permitindo, então, o cálculo das componentes da densidade que foram gravadas num ficheiro complementar. 75

80 CÁLCULOS PARA DETERMINAÇÃO DAS COMPONENTES DA DENSIDADE Largura do anel (LA) Tendo em conta que a distância entre duas leituras é sempre constante (0,1 mm no presente caso), a largura dos anéis de crescimento foi obtida pelo produto desta distância pelo número de leituras efetuadas em cada anel. Densidade média do anel (Dmed) A densidade média do anel foi calculada pela média aritmética de todos os valores de densidade de cada anel de crescimento. Densidade média do lenho inicial (DLI), do lenho final (DLF) e da percentagem de lenho final (%LF) Como critério de definição dos limites entre lenho inicial e final, utilizou-se um método em função de um valor relativo (semi-soma da Dmax e da Dmin). O cálculo da percentagem de lenho final (%LF) foi realizado através da razão percentual entre a largura do lenho final e a largura total do anel de crescimento. Índice de heterogeneidade (IH) Para estimar a heterogeneidade da densidade dentro dos anéis utilizou-se o método proposto por Ferrand (1982), segundo o qual a heterogeneidade dentro dos anéis é avaliada por um índice traduzido pelo desvio padrão de todos os valores individuais de densidade de cada anel HIGROSCOPICIDADE Para a determinação das retrações, foram retirados 2 provetes por amostra (um de cerne e outro de borne), com aproximadamente 2 cm de lado (radial e tangencial) e de comprimento variável (na direção axial) consoante a espessura da amostra original. 76

81 Os provetes foram pesados numa balança digital com precisão de ± 0,001 g. As dimensões das diferentes direções foram medidas com um micrómetro com precisão de ± 0,001 mm (Figura 50). Para que a avaliação dimensional fosse efetuada sempre no mesmo local, os provetes foram marcados com um ponto a meio de cada face. Todo o trabalho de laboratório teve uma sequência metodológica, de modo a reproduzir tanto quanto possível, uma situação real de perda de água e humidade, que acontece a partir do momento em que a árvore é abatida até que se encontre nas melhores condições para ser utilizada (Lousada, 2000; Azevedo, 2006). Para isso, utilizou-se uma câmara climática a 20 ºC (± 0,01 ºC) e com humidade relativa do ar consoante a condicionante do teste, com precisão de ± 0,1 % (Figura 51). Figura 47 Medição de provete com recurso a um micrómetro digital. Figura 48 Vista geral da câmara climática. 77

82 Os provetes após terem sido sujeitos a ambientes controlados, no final de cada condicionamento, e depois de terem estabilizado o seu peso, foram medidos nas diferentes direções (tangencial, radial e axial) e pesados. A sequência dos condicionamentos foi a seguinte: 20 ºC 90 % HR 20 ºC 80 % HR 20 ºC 52 % HR 20 ºC 40 % HR Introdução na estufa a 103 ± 2 ºC, para garantir o estado anidro Colocados em água numa panela e levados a cozer, e posteriormente submetidos a um processo de imersão quente-frio Como resultado da sequência de condicionamentos anteriormente referida, foi possível determinar todas as características de qualidade física da madeira, sendo estas: Retrações totais, coeficientes de retracção, coeficientes de estabilidade ao ar e diferenciais de secagem: Humidades da madeira e humidades de saturação das fibras; Densidade básica, anidra e a 12%H; Anisotropia das retracções e das humidades de saturação das fibras.. Toda a metodologia utilizada baseou-se nas seguintes normas portuguesas: NP-614 Madeiras. Determinação do teor de água (Humidade); NP-615 Madeiras. Determinação da retracção; NP-616 Madeiras. Determinação da massa volúmica (densidade) Os cálculos efetuados apresentam-se de seguida de uma forma resumida: Retrações totais lineares e volumétricas (T, R, L, V): variação máxima de dimensões da madeira entre situações acima do ponto de saturação das fibras e a madeira anidra, expressas em percentagem (%). 78

83 T retração tangencial total d s dimensão tangencial do provete no estado saturado d 0 dimensão tangencial do provete no estado anidro modo. O cálculo paras as outras retrações lineares totais (R, L) foi efetuado do mesmo A retração total volumétrica: V retração volumétrica total T retração tangencial total R retração radial total L retração longitudinal (axial) total Em todos os provetes também foi calculada a relação T/R que representa a anisotropia de retrações da madeira. Diferenciais de contração por secagem da madeira nas direções tangencial e radial (ΔST, ΔSR): variação máxima de dimensões da madeira entre situações da madeira acima da humidade de saturação das fibras e a sua humidade de equilíbrio a 20 ºC 65 % HR (H ). ΔST diferencial de contração por secagem na direção tangencial d s dimensão tangencial do provete saturado d 65% - dimensão tangencial do provete a 65 % de humidade do ar O cálculo para a dimensão radial (R) foi efetuado do mesmo modo. 79

84 Retrações unitárias ou coeficientes de retração (αt, αr, αl, αv): variação unitária de dimensões da madeira, ou seja, a variação de dimensões quando a humidade da madeira varia 1 %. αt coeficiente de retração tangencial R 80 retração da madeira quando saturada no ambiente de 20 ºC 80 % HR R 40 retração da madeira quando saturada no ambiente de 20 ºC 40 % HR H 80 humidade da madeira quando saturada no ambiente de 20 ºC 80 % HR H 40 humidade da madeira quando saturada no ambiente de 20 ºC 40 % HR forma. Os coeficientes de retração radial e longitudinal foram calculados da mesma Coeficiente de retração volumétrico: Coeficientes de estabilidade ao ar (εt, εr): variação unitária de dimensões da madeira nas direções tangencial e radial quando a humidade relativa do ar varia de 1 %. εt coeficiente de estabilidade ao ar tangencial Rt 80 retração tangencial aos 80 % da madeira Rt 40 retração tangencial aos 40 % da madeira 80-40% - valores de humidade do ar Para os restantes coeficientes o processo de cálculo foi idêntico. 80

85 Humidade de saturação (S v, S t, S r ): a humidade de saturação das fibras (HSF ou S) quantifica o valor relativo máximo de água que a madeira pode conter por higroscopicidade. Sv humidade de saturação volumétrica V retração volumétrica αv coeficiente de retração volumétrico mesma forma. As restantes humidades de saturação tangencial e radial foram calculadas da Densidade: dada a influência da água na madeira ou higroscopicidade, pode ser calculado um número indeterminado de densidades em qualquer amostra da madeira. Todavia, neste trabalho foram avaliadas apenas as seguintes: Densidade básica (D b ): é a relação entre o peso anidro e o volume saturado. anidra. Densidade anidra (D 0 ): através da relação entre o peso e o volume da madeira Densidade normal ou a 12 % de humidade relativa: através da relação entre o peso e o volume da madeira àquela humidade. 81

86 Densidade a 20 ºC e 65 % de humidade: através da relação entre o peso e o volume da madeira àquela humidade e temperatura ENSAIOS MECÂNICOS FLEXÃO ESTÁTICA EM 3 PONTOS Estes ensaios seguiram os procedimentos descritos na Norma Portuguesa NP NP-CT14/SC1-01 (de 1994), com os quais se avaliou a resistência e a rigidez da madeira através da estimativa dos Módulos de Elasticidade (MOE ou Módulo de Young) e do Módulo de Rutura (MOR ou Tensão de Rutura). O Módulo de Elasticidade (ou Módulo de Young) fornece uma indicação sobre o grau de rigidez do material, em que quanto maior for o módulo, maior será a rigidez, ou seja, menor será deformação elástica resultante da aplicação da força. O Módulo de Rutura (ou Tensão de Rutura) é à tensão correspondente ao ponto de máxima carga atingida durante o ensaio (P max na figura 18). Este ensaio consiste em apoiar o provete em dois pontos distanciados de um comprimento (L) e aplicar lentamente uma força de flexão (F) no centro da distância entre os apoios (Figuras 47 e 48). Figura 49 Esquema de ensaio de flexão. 82

87 Figura 50 Ensaio de flexão em procedimento. Os Módulos de Elasticidade e de Rutura à flexão foram obtidos simultaneamente nos mesmos provetes, cujas dimensões foram de 20 x 20 x 340 mm (R x T x L), utilizando uma máquina universal de ensaios mecânicos INSTRON (Figura 49). Antes da realização dos ensaios, os provetes foram mantidos durante uma semana numa câmara de climatização com temperatura de 20 ± 2 C e uma humidade relativa do ar de 65 ± 5%, para que atingissem uma humidade de 12%. Figura 51 Equipamento utilizado nos ensaios mecânicos. Durante o ensaio a força F foi aumentada gradativa e constantemente, permitindo a medição do deslocamento (flexa) em cada momento, até à rutura do 83