SIMPÓSIO INTERNACIONAL DE CIÊNCIAS INTEGRADAS DA UNAERP CAMPUS GUARUJÁ

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1 SIMPÓSIO INTERNACIONAL DE CIÊNCIAS INTEGRADAS DA UNAERP CAMPUS GUARUJÁ Estudo Comparativo de Parâmetros Físicos e Mecânicos no Caso de Resíduos de Poda de Árvore na Cidade de Bauru/SP Manuel Joaquim Duarte da Silva Professor Doutor do curso de Engenharia Civil FEB/UNESP-Bauru manuel@feb.unesp.br Paula Whitaker Ranieri Aluna do curso de Engenharia Civil FEB/UNESP-Bauru manuel@feb.unesp.br Este simpósio tem o apoio da Fundação Eduardo Lee Resumo: O desenvolvimento do planeta, acompanhado do uso não sustentável de seus recursos naturais, tem originado uma preocupação em relação ao acumulo de resíduos sólidos urbanos e ao esgotamento de recursos naturais. A busca pela destinação correta destes resíduos e o seu melhor aproveitamento, são medidas que reduzem problemas ambientais. Esta pesquisa avalia a possibilidade de emprego de partículas residuais de podas de árvores na produção de chapas de madeira aglomerada. Na confecção das chapas foi empregado como matéria prima o resíduo das podas de árvores das espécies: Chapéu de Sol (Terminalia catappa L.), Fícus (Fícus benjamina), Oiti (Licania tomentosa) e Sibipiruna (Caesalpinia peltophoroides), os quais são encontradas na grande totalidade das cidades do território brasileiro. Foi feito um estudo comparativo dos parâmetros físicos e mecânicos utilizando trabalhos os quais foram realizados ensaios de densidade, flexão estática e tração paralela destas espécies, seguindo a NBR Seção 3-Curso Engenharia Civil: Meio Ambiente e Educação Ambiental Apresentação: oral. 1. Introdução No processo construtivo, o grande índice de perdas do setor é a principal causa do entulho gerado. Embora nem toda perda se transforme efetivamente em resíduo, pois uma parte acaba ficando na própria obra, os índices médios de perda fornecem uma noção clara de quanto desperdiça em materiais de construção. Considerando que o entulho gerado corresponde, em média, cerca de 5% do material desperdiçado, pode-se ter uma idéia da porcentagem de entulho produzido em função do material que entra na obra. O setor tem um grande desafio em conciliar uma atividade produtiva desta magnitude com as condições que conduzam a um desenvolvimento sustentável consciente e menos agressivo ao meio ambiente. Para isto, é 1

2 necessária que ocorra grandes mudanças culturais e amplas conscientização de recursos naturais e no reaproveitamento de resíduos sólidos gerados neste tipo de atividade. Existe uma tendência crescente, por parte dos países desenvolvidos, em reduzir as quantidades de resíduos com destino a aterros e proceder à sua reutilização e reciclagem. Assim, como resultado do aumento das normas atuais, que reforçam as medidas de proteção ambiental, existe cada vez mais um maior interesse na procura de tecnologias alternativas para a recuperação e reciclagem dos resíduos de forma a convertê-los em novos materiais comerciais. Esta pesquisa teve como intuito fazer um estudo comparativo entre os parâmetros físicos e mecânicos no caso dos tipos de espécies que já foram estudados na reciclagem de podas de árvores, no município de Bauru-SP, cuja intenção é a elaboração de chapas de madeira aglomerada, que serão utilizadas na divisão interna de ambientes na construção civil. O estudo abordou os tipos de espécies de árvore, Chapéu de Sol, Fícus, Oiti e Sibipiruna, os quais são de maneira bastante preponderante nas artérias da cidade de Bauru. Para cada espécie foram analisados gráficos comparativos nos casos de testes de resistência de tração e flexão, bem como também para cada espécie a sua densidade. 2. Aspectos da poda de árvore e de seus resíduos Ao selecionar a espécies de porte ideal para o local, evitam-se podas desnecessárias para adaptar árvores que ultrapassa o limite físico local. Assim, é preciso conhecer previamente uma árvore saudável para definir com maio precisão a necessidade e o momento da intervenção (poda), bem como as partes a serem eliminadas. Desta forma pode-se prolongar o Tempo de Residência de espécies arbóreas nos vários nichos urbanos onde estão inseridas, considerando-se todos os fatores ambientais imediatos que regem o se desenvolvimento (poluição, ação predatória, choques mecânicos, areação do solo, etc). Existem diferentes tipos de poda cada qual com seu objetivo. Segundo a Prefeitura Municipal de São Paulo (Manual Técnico de Arborização Urbana - 25) a poda, na arborização urbana, visa basicamente conferir a arvore uma forma adequada durante o seu desenvolvimento (poda de limpeza); remover partes da arvore que coloca em risco à segurança das pessoas; eliminar ramos mortos, danificados, doentes ou praguejados (poda de limpeza); e remover partes da arvores quem interferem ou causam danos incontornáveis às edificações ou aos equipamentos urbanos (poda de adequação). A poda de formação é empregada para substituir os mecanismos naturais que inibem as brotações laterais e para conferir a arvore crescimento ereto e à copa altura que permita o livre trânsito de pedestres de veículos. A poda de limpeza é empregada para evitar que a queda de ramos mortos coloque em risco a integridade física das pessoas e do patrimônio publico e particular, bem como para impedir o emprego de agrotóxico no meio urbano e evitar que a permanência de ramos danificados comprometa o desenvolvimento sadio das arvores. 2

3 A poda de emergência, a mais traumática para a arvore e para a vida urbana, é empregada para remover partes da arvore que coloca em risco a integridade física das pessoas e do patrimônio público. A poda de adequação é empregada para solucionar ou amenizar conflitos entre equipamentos urbanos e a arborização. É motivada pela escolha inadequada das espécies, pela não realização da poda de formação, e principalmente por alterações do uso do solo, do subsolo e do espaço aéreo. As podas drásticas, que removem totalmente a copa, ou ramos principais deverão ser evitados, sendo a sua utilização permitida apenas em situações emergenciais ou quando procedida de parecer técnico de funcionário municipal autorizado. 2.1 Definição de Chapas, Placas e Painéis Os termos chapas, painéis e placas são comumente empregados por engenheiros, fabricantes de produto à base de madeira e comerciantes, para definir um mesmo elemento. No entanto, cada palavra designa um único elemento de construção. Sendo assim, NUTSCH (1992) apresenta a definição de chapas da norma alemã DIN 479, como sendo laminas delgadas de madeira obtidas pelo desdobro do tronco de arvore através da laminação do tronco. Desta forma, será adotada a definição de FUSCO (1976), que define chapas utilizando um critério de classificação de natureza mecânica. Dentro deste critério, as chapas são aqueles elementos que tem o carregamento contido no plano paralelo ao plano composto pelas maiores dimensões. Nesses elementos denominados de elementos de superfícies uma das dimensões é muito menor que as outras duas (da mesma ordem de grandeza). Em relação às placas FUSCO, (1976) (op.cit) emprega o mesmo critério de classificação, utilizando a natureza mecânica do elemento como diferenciador dos demais semelhantes, como as chapas, por exemplo. Consideram como placas os elementos que possuem carregamentos perpendiculares aos seus planos médios de carregamento. As placas também apresentam uma dimensão pequena em relação às outras duas. Para o termo painel a NBR-5714, da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT-1982), especifica o que denomina de painel vertical. Segundo este instrumento normativo, o painel vertical apresenta medidas modulares, sendo este elemento utilizado para construir divisões verticais internas, externas e interno-externas. 2.2 Características Físicas Dentre as características físicas das chapas, temos a homogeneidade, a anisotropia, a densidade, o inchamento e a estabilidade dimensional. Segundo CASTRO (2), as chapas de madeira reconstituída são mais homogêneas, sendo esta característica uma de suas vantagens, quando comparada com a madeira serrada. Para a chapa de compensado, a sua maior homogeneidade se deve à seleção das laminas de madeira, durante o seu processo de fabricação, onde são retirados os defeitos da madeira natural e selecionadas as laminas por sua densidade. 3

4 A anisotropia também é melhorada com o processo de fabricação das chapas de madeira reconstituída. A madeira apresenta um comportamento diferenciado em relação às três direções principais (axial, radial e tangencial), estas mesmas, quando se observa a retração variando com o teor de umidade, a condutividade elétrica, entre outras características. O parâmetro densidade é um dos mais importantes para as indústrias de chapas. Por se tratar de um produto industrializado, esta característica devera ser constante em todas as chapas. As chapas de compensado apresentam valores médios de densidade, uma vez que muitas espécies são empregadas na produção de chapas, como também as madeiras de alburno e de cerne. Este aspecto é mais bem controlado, quando se produz chapa de compensado de uma mesma espécie de madeira. Quanto às chapas de madeira reconstituída, a resistência ao inchamento está diretamente ligada ao tipo de cola empregada na sua fabricação. Se a cola for à base de água, as chapas não terão bom desempenho na presença de umidade, ocorrendo desagregação de sua estrutura. Quando perde umidade, este retrai, ocasionando frestas entre duas pecas adjacentes. A variação do índice de retração da madeira serrada depende de cada espécie considerada, como também de cada tipo de chapa analisado. A melhoria da estabilidade dimensional, segundo CASTRO (2), é resultante do processo de industrialização das chapas de madeira reconstituída. No caso das chapas de compensado e de sarrafeados, a disposição ortogonal das fibras das laminas que as compõem é responsável por esta melhora dimensional, comparada à madeira apenas serrada, para formar componentes de edificação ou de móveis. 2.3 Características Mecânicas As características mecânicas da madeira serrada para cada espécie em estudo considerada são as resistências à tração paralela e normal às fibras, resistência à compressão paralela e normal as fibras, resistência ao cisalhamento, flexão estática, flexão dinâmica e modulo de elasticidade. Em relação às chapas de compensado, se considera a tração perpendicular às fibras, à flexão e à tração superficial superior, segundo FONSECA (1998). Cada tipo de chapa tem ensaios específicos de características mecânicas que estão relacionadas com sua natureza. O que deve ficar ressaltado é que a madeira serrada de modo geral tem maior resistência mecânica em relação às chapas disponíveis atualmente no mercado. 3. Metodologia da pesquisa A metodologia empregada para a produção das chapas de madeira aglomerada em escala laboratorial foi feita utilizando-se os seguintes tipos de espécies de árvores: Chapéu de Sol, Terminalia catappa L., Fícus, Fícus benjamina, Oiti, Licania tomentosa e Sibipiruna, Caesalpinia peltophoroides, obtidos através de coletas feitas na cidade de Bauru, Estado de São Paulo. 3.1 Coleta e Preparo do Material O estudo iniciou-se com a coleta das podas de árvores dentro dos limites do Campus da UNESP, localizado no município de Bauru, sendo estado de São Paulo. Efetuada a poda de cada espécie, fez-se a separação 4

5 dos galhos em caixas separadas. Cabe observar que diferente das podas realizadas pelos Órgãos municipais, o material coletado para estudo possui diâmetro máximo de cerca de três centímetros, pois o triturador utilizado não tem capacidade para suportar material de maiores diâmetros. Terminado o processo de trituração, os galhos triturados foram dispostos em bandejas e secos ao sol durante um período de uma semana, sendo levados no início de cada manhã para uma área com incidência direta do sol, e retiradas ao fim de cada tarde. Após este período, o material foi levado para estufa por mais 24 horas a uma temperatura de 7ºC. Depois de atingir a temperatura ambiente realiza-se a pesagem do material. 3.2 Preparo do Aglomerante Para o preparo do aglomerante utilizam-se uma balança digital, com precisão de,1g, para a pesagem de cada uma das substâncias, e um recipiente plástico, para misturá-las. Este é feito utilizando-se: adesivo à base de uréia-formoldeído (15% da massa total de partículas), água (5% do valor total do adesivo), emulsão de parafina (1,5% da massa total de partículas), e sulfato de amônia (1,5% do valor do adesivo). 3.3 Preparo das Chapas Aglomeradas Utilizando as quatro espécies de árvore serão preparados quatro traços diferentes. O primeiro terá a composição de % de partículas provenientes de galhos triturados da espécie Chapéu de Sol, o segundo traço será composto por % de galhos triturados da espécie Fícus, o terceiro terá em sua composição % de galhos triturados da espécie Oiti e o último será composto por % de galhos triturados da espécie Sibipiruna. Cada uma destas chapas terá seus lados devidamente esquadrejados e posteriormente serão cortados os corpos de prova para realização dos testes. 3.4 Preparo do Material a ser Prensado Em um recipiente plástico e devidamente limpo, faz-se a pré-mistura de 16 gramas do material triturado anteriormente pesado, com a porção de aglomerante preparada para execução de uma chapa. Esta pré-mistura deve ser feita manualmente, a fim de evitar a concentração do aglomerante em único ponto. Em seguida esta pré-mistura é levada para um misturador de eixo horizontal com aletas, onde o material permanece por cerca de 5 minutos. Retirado do misturador, o material é depositado em uma fôrma modeladora de dimensões internas de 45 cm x 45 cm, que está sobre uma chapa de aço forrada com papel alumínio. Logo após, faz-se a regularização manual do material e coloca-se sobre o mesmo uma tampa de madeira, com a qual realiza-se uma pré-compactação. Finalmente retira-se a fôrma de madeira e sua tampa, colocam-se os separadores com seção quadrada de 12,6 milímetros, ao lado de cada um dos lados da chapa, coloca-se outra chapa de aço, agora sobre o material moldado. Leva-se então o preparado para a prensa hidráulica pré-aquecida, que foi programada para uma temperatura de trabalho de 11ºC e tempo de permanência de 12 minutos, a uma pressão próxima de 28 psi. 3.5 Preparação dos Corpos de Prova 5

6 Densidade Os corpos-de-prova foram confeccionados com a utilização de uma serra circular do Laboratório de Processamento da Madeira/FEB, sendo devidamente identificados. Os corpos de prova foram obtidos com as dimensões e quantidades que a NBR :22, determina para realização dos ensaios. A seguir foram realizados os ensaios de resistência a tração paralela, flexão estática para a determinação do módulo de resistência a flexão estática (MOR) e do módulo de elasticidade (MOE), bem como os testes de densidade. 4. Resultados Obtidos Estão sendo apresentados os resultados obtidos nos casos dos testes de densidade, resistência à flexão estática e resistência à tração paralela das espécies Chapéu de Sol, Fícus, Oiti e Sibipiruna realizado com base nas recomendações da norma NBR 1481 de março de 22, bem como o desvio padrão apresentado. 4.1 Teste de densidade Depois de coletados os corpos-de-prova, foram feitos o teste de densidade em cada um deles, através da medição de suas dimensões e da pesagem de sua massa, sendo que a Tabela 1 apresenta as densidades dos corpos de prova para os quatro tipos de espécies de podas de árvore. Chapéu de Sol (kg/m 3 ) Fícus (kg/ m 3 ) Oiti (kg/ m 3 ) Sibipiruna (kg/ m 3 ) 1 545,74 487,1 622,7 554, ,17 534,85 687,21 51, ,22 564,25 681,43 424, ,3 463,96 55,9 555, ,42 51,31 564,33 5, ,3 583,49 476,76 425, ,4 523,23 546,5 59, ,75 56,15 519,26 553, ,71 5,2 588,33 5, ,77 496,1 577,15 427,63 Tabela 1 Densidade dos corpos-de-prova das espécies de podas de árvores As Figuras 1, 2, 3 e 4 apresentam o gráfico de densidade dos quatro tipos de espécies. da densidade da espécie Chapéu de Sol Figura 1 Gráfico da densidade da espécie Chapéu de Sol 6

7 Densidade Densidade Densidade da densidade da espécie Fícus Figura 2 Gráfico da densidade da espécie Fícus da densidade da espécie Oiti Figura 3 Gráfico da densidade da espécie Oiti da densidade da espécie Sibipiruna Figura 4 Gráfico da densidade da espécie Sibipiruna 4.2 Ensaio de Tração Paralela as Faces O desempenho das chapas de madeira aglomerado feita de partículas de podas de árvores, submetidas ao ensaio de tração paralela, apresentou ensaios realizados observando as recomendações descritas na norma NBR de 22. O ensaio foi realizado em máquina universal de ensaios pertencente ao Laboratório de Materiais de Construção Civil da UNESP- Bauru/FEB, sendo que os resultados são apresentados na Tabela 2, sendo que Figuras 5, 6, 7 e 8 ilustram a curva dos valores da tração obtido nos ensaios e o desvio padrão de cada espécie. Chapéu de Sol (kgf) Fícus (kgf) Oiti (kgf) Sibipiruna (kgf) 1 124,61 168,61 116,63 93, ,56 183,49 11,65 17, ,71 21,34 98,69 15, ,63 168,61 125,61 159, ,67 315,4 85,73 154,73 7

8 Tração Tração Tração 6 163,49 196,38 19,66 187, ,74 215,23 11,68 111, ,31 176,55 69,78 78, ,62 185,47 99,69 144, ,53 171,59 6,81 151,75 Desvio padrão 4,9 43,9 2,42 34,96 Tabela 2 Tração paralela dos quatro tipos de espécies de poda de árvores Tração paralela da espécie Chapéu de Sol Figura 5 Gráfico da tração paralela da espécie Chapéu de Sol Tração paralela da espécie Fícus Figura 6 Gráfico da tração paralela da espécie Fícus Tração paralela da espécie Oiti Figura 7 Gráfico da tração paralela da espécie Oiti 8

9 Tração Tração paralela da espécie Sibipiruna Figura 8 Gráfico da tração paralela da espécie Sibipiruna 4.3 Ensaio de Flexão Estática A Tabela 3 apresenta os valores da flexão estática para os quatro tipos de espécies estudadas, sendo que as Figuras 9, 1, 11 e 12 ilustram a curva dos valores da flexão obtido nos ensaios e o desvio padrão de cada espécie. Chapéu de Sol (N) Fícus (N) Oiti (N) Sibipiruna (N) 1 26,23 156,9 118,14 217, ,94 158,26 143,41 181, ,43 232,97 173,46 212, ,6 271,1 11,7 173, ,43 212,6 87,41 23, ,63 231,61 68,97 267, ,4 186,11 86,73 228, ,4 164,37 9,82 95, ,82 182,71 68,29 139, ,97 186,11 92,19 122,26 Desvio padrão 26,23 37,73 33,28 54,49 Tabela 3 Flexão Estática dos quatro tipos de espécies de podas de árvores. 9

10 Flexão Flexão Flexão Flexão estática da espécie Chapéu de Sol Figura 9 Gráfico da flexão estática da espécie Chapéu de Sol Flexão estática da espécie Fícus Figura 1 - Gráfico da flexão estática da espécie Fícus Flexão estática espécie Oiti Corpos-deprova Figura 11 Gráfico da flexão estática da espécie Oiti 1

11 Flexão Flexão estática da espécie Sibipiruna Figura 12 - Gráfico da flexão estática da espécie Sibipiruna Analisando as figuras de 1 a 12 podemos observar que alguns corposde-prova apresentaram problemas, pois se encontra fora da margem limitada pelo desvio padrão. Para a espécie Chapéu de Sol, a figura 1 mostra que isto ocorre com os corpos-de-prova 8 e 9, analogamente observa-se na figura 5 para os corposde-prova 7 e 8 e na figura 9 para os corpos-de-prova 2 e 3. Para a espécie Fícus, a figura 2 mostra que isto ocorre com o corpos-deprova 4 e 6, analogamente observa-se na figura 6 para o corpo-de-prova 5 e na figura 1 para os corpos-de-prova 1, 2 e 4. Para a espécie Oiti, a figura 3 mostra que isto ocorre com o corpos-deprova 2 e 6, analogamente observa-se na figura 11 para o corpo-de-prova 3. Na figura 7 pode-se observar que os dez corpos-de-prova encontram-se dentro da margem aceitável. Para a espécie Sibipiruna, a figura 4 mostra que isto ocorre com o corpos-de-prova 3, 6 e 7, analogamente observa-se na figura 8 e na figura 12 para os corpos-de-prova 6 e Considerações finais Foi feito um estudo comparativo entre os parâmetros físicos e mecânicos através de gráficos cujos resultados obtidos permitem-nos apresentar algumas conclusões, tais como: Os corpos-de-prova localizados fora das áreas limítrofes do desvio padrão apresentam problemas provavelmente relacionados à sua confecção (esses corpos-de-prova podem ter sido retirados das bordas das placas prensadas) e a erros oriundos do próprio ensaio. Considerando os ensaios de densidade, tração paralela e flexão estática, no caso do tipo da espécie Chapéu de Sol totalizaram fora da margem delimitada pelo desvio padrão seis corpos-de-prova. O mesmo ocorre no caso do tipo da espécie Fícus e Sibipiruna. No caso da espécie Oiti totalizou fora da margem limitada pelo desvio padrão três corpos-de-prova. A porcentagem total de corpos-de-prova fora da margem limitada pelo desvio padrão é de 17,5%. 11

12 Será interessante que novos ensaios sejam realizados, pois assim teremos uma amostragem maior a qual será mais representativa num estudo futuro. É interessante também que se tenha um certo cuidado no caso da realização das podas de árvore em período de ninhagem, para evitar a morte de filhotes e assim preservar o equilíbrio do meio-ambiente. Referências bibliográficas ABNT - Associação Brasileira De Normas Técnicas. Chapas de Madeira Aglomerada, Parte 1: Terminologia - NBR Rio de Janeiro, 22. ABNT - Associação Brasileira De Normas Técnicas. Chapas de Madeira Aglomerada, Parte 3: Métodos de Ensaio - NBR Rio de Janeiro, 22. CASTRO, E.M.de. Processos de fabricação de chapas. In: GONÇALVES, M.T.T. Processamento da madeira. Bauru: Document Center Xerox - USC, 2. Cap. 7. P DIONISIO H. A.; Reaproveitamento dos Resíduos de podas de Árvores para Produção de Chapas de Madeira Aglomerada., 28. Bauru. FUSCO, P.B.; Influência da rigidez das ligações no Comportamento de estruturas de madeira laminada colada. ENCONTRO BRASILEIRO EM MADEIRAS E EM ESTRUTURAS DE MADEIRA, 6, 22 a 24 julho de Florianópolis: Anais. Florianópolis: IBRAMEM. IWAKIRI, S. et al. Produção de chapas de madeira aglomerada de Pinus elliottii com inclusão laminar. Cerne, v.5, n.2, p.86-94, MENDES, L. M., & ALBUQUERQUE, C.E.C.de. Aspectos técnicos e econômicos da indústria brasileira de chapas de fibras e de partículas. MILANO,M.S. O planejamento da arborização, as necessidades de manejo e tratamentos culturais das árvores de ruas de Curitiba,PR. Floresta, v.17, n.1/2, p.15-21, jun./dez.1987 MOSLEMI, A. A. Particleboard: materials. Carbandale: Southern Illinóis University Press, v. 1, 243 p. MURAKAMI, K. Manufacture and properties of threelayered particleboards with oriented face strands of veneers: 1. Japan Wood Science, Tokyo, v.45, n.5, p , TSOUMIS, G. Science and technology of wood - structure, properties, utilization. New York. Chapman & Hall, p. YAMAMOTO, M.A.;SCHIMIDT, R.O.L;COUTO,H.T.Z. do;silva FILHO,D.F. das Árvores Urbanas Piracicaba 24 YUSOFF, M.N.M.; HORIE, H. The manufacture of oriented strand boards from rubeerwood. Journal of Tropical Forest Products, Malaysia, v.3, n.1, p.43-5,