Propriedades físicas da madeira

Com esta abordagem, pretende-se fundamentalmente uma melhor compreensão e entendimento dos mecanismos e comportamentos da madeira.
A qualidade da operação tecnológica não depende apenas da técnica de transformação adoptada, mas em grande parte da natureza e estrutura do material em causa. A madeira não é um material homogéneo.
Pelo contrário, é extremamente heterogéneo, variando não apenas com a espécie, mas também com o meio em que a árvore se desenvolve.
Assim os materiais como a madeira, nas suas diferentes formas, apresentam irregularidades e descontinuidades no desenho dos veios, podendo causar pequenas variações em termos de acabamento, nomeadamente na cor do produto acabado. Essas variações, são inerentes e constituintes da beleza natural da madeira devendo ser aceites dentro das tolerâncias habituais.


Humidade
A água, que nas árvores é condição de sobrevivência do vegetal, existe na madeira em três estados: água de constituição, água de absorção e água livre.
· A água de constituição encontra-se em combinação química com os principais constituintes do material lenhoso. Não é eliminada na secagem. Quanto à madeira que só contém água de constituição, diz-se anidra (seca em estufa).

· A água de absorção nas paredes células lenhosas: provoca uma considerável expansão das mesmas levando a uma alteração notável de volume da peça de madeira com a variação da água de absorção. Todo o comportamento físico-mecânico do material fica alterado com a presença ou a variação desta.
Por exemplo para a resistência à compressão, pode-se verificar uma variação de 4 a 5% e para a resistência à flexão, uma variação de 2% a 4% quando a humidade varia cerca de 1% (água de absorção).
Quando as paredes das células estão completamente saturadas, mas a água ainda não derramou para os espaços vazios das células (sem água livre), diz-se que a madeira atingiu o ponto de saturação das fibras (PSF) (Figura (c)). Para a maioria das espécies o PSF situa-se entre os 25 e 30%.


No abate, as madeiras têm um teor de humidade da ordem de 52% para as folhosas e 57% para as resinosas. No entanto, em alguns casos pode conter mais de 100% nas madeiras muito leves e atingir os 200% ou mais, em madeiras imersas.
Fazendo-se a secagem, enquanto o valor da humidade se mantém acima do PSF verifica-se apenas a redução do peso da madeira, não havendo praticamente quaisquer alterações nas suas dimensões. Pelo contrário, quando o teor de água desce abaixo do PSF as paredes perdem água, pelo que se contraem, ou seja, começam a diminuir de espessura, iniciando-se assim o fenómeno da retracção (Figura anterior (d)). Esta fase de secagem pode demorar de algumas semanas a muitos meses, dependendo da espécie, da espessura das peças, do teor de água pretendido e do processo de secagem seguido:
A secagem consiste em uma etapa de desidratação da madeira, até que sua taxa de humidade se equilibre com a higrometria ambiente.

Secagem
Existem dois tipos básicos de secagem, aqui distinguidos quanto à origem e efeitos:

· Natural - permite secar a madeira sobrepondo as peças umas sobre as outras de modo a permitir um arejamento uniforme. Este processo é demorado, exige grandes espaços e imobiliza grandes quantidades de madeira. A secagem natural permite secar a madeira até uma humidade mínima de 12%. Abaixo dos 20% de humidade a madeira resiste à putrefacção. Abaixo dos 30% podem começar a surgir os defeitos de secagem: rachaduras, empenamentos, encruamentos, colapsos, abaulamentos, torções, encanoamentos.

· Artificial - a secagem artificial, feita através de estufas próprias, permite aumentar a velocidade da secagem da madeira ao mesmo tempo que a protege dos fungos e insectos. Exige instalações caras, torna a madeira menos flexível e escurece o seu tom. Na secagem artificial podem ser utilizadas diversas técnicas destinadas a acelerar o processo de secagem ou a conferir características específicas ao produto. Entre essas técnicas conta-se a utilização de vapor a alta pressão, a utilização de permutadores de calor, a retirada de seiva por imersão em água e o uso de vapor de creosote (líquido extraído de alcatrão de madeira por destilação) e de outros produtos para impregnar a madeira.

Considera-se a madeira "comercialmente seca" logo que o seu teor de água atinjaos 20%.
Pelo processo de secagem ao ar o teor de água pode descer até cerca de 18 a 14%, dependendo das condições ambientais. Para utilizações que requerem teores de água baixos, por exemplo (8 a 12%), é geralmente necessário proceder a uma secagem artificial. Do ponto de vista da sua utilização, conforme o seu teor de humidade, as madeiras podem ser classificadas como:

· Madeira verde: acima do PSF, mais de 30% em geral ( PSF entre 25 e 30%).
· Madeira comercialmente seca: quando h ≤ 20%.
· Madeira seca ao ar: 14% ≤ h 20%
Determinação da Humidade
A humidade ou teor em água de um provete de madeira pode ser determinado segundo a norma portuguesa NP614 - "MADEIRA. Determinação do teor em água" e define-se como:
· Cociente, expresso em percentagem, da massa da água que se evapora do provete por secagem em estufa, a 103ºC±2ºC até massa constante, pela massa do provete depois de seco.

· Sendo:
Ø m1 - a massa do provete húmido, expressa em gramas,
Ø m2 - a massa do provete seco, expressa em gramas, o teor em água, expresso em percentagem, é:
A determinação do teor de água por secagem em estufa é o método usado para verificações laboratoriais ou sempre que se exigir uma avaliação rigorosa.

Retracção A retracção é a propriedade da madeira que consiste na alteração das dimensões quando o seu teor de água se modifica. Esta instabilidade constitui um dos mais graves defeitos da madeira. Diz-se que a madeira oscila, inchando ao absorver humidade, contraindo-se se ao perdê-la.
A madeira, predominantemente anisotrópica e heterogénea, não apresenta os mesmos valores de retracção segundo as três direcções principais, axial ou longitudinal, tangencial e radial – Figura seguinte. A retracção axial é praticamente nula sendo a tangencial aproximadamente o dobro da radial e a volumétrica claramente igual à soma das retracções lineares segundo a direcção axial, radial e tangencial.

Quando uma madeira passa do estado de saturação das fibras (PSF ≡30%) ao estado anidro (H=0%) diminui de volume. Essa diminuição de volume dividida pelo volume no estado anidro designa-se por retracção volumétrica total e é expressa em percentagem.
O Coeficiente unitário de retracção volumétrica é a retracção volumétrica total por variação de 1% do teor de humidade.


Do mesmo modo define-se Coeficiente unitário de retracção numa dada direcção como sendo a variação de dimensão da peça de madeira nessa direcção, que ocorre por cada 1% de variação do teor de água no intervalo entre 0% e o PSF.
Sendo a retracção tangencial pelo menos duas vezes maior que a radial, as deformações nas peças são mais ou menos importantes conforme o corte efectuado - Figura seguinte.
Para atenuar os inconvenientes da retracção,
· Deve aplicar-se madeiras de retracção reduzida;
· O corte efectuado nas peças deve ser radial;
· Em grandes superfícies, convém realizar uma estrutura cujo interior é preenchido com contraplacados ou por painéis com a maior dimensão paralela às fibras;
· Deve impermeabilizar-se as superfícies com vernizes e pinturas.
· A madeira deve ser empregue com o grau de humidade correspondente ao meio onde vai ser utilizada; isto é, o seu teor de água, quando aplicada, deve ser tanto quanto possível próximo do correspondente à situação de equilíbrio (teor de água de equilíbrio) média para o local.

Massa volúmica
A massa volúmica, a H% de teor em água de um provete de madeira, é o quociente da massa do provete pelo seu volume, ambos os valores determinados com o provete a H% do teor em água. A massa do provete é determinada por pesagem e o volume por medição das arestas, utilizando-se em geral provetes de forma cúbica de 20mm de aresta, da madeira sã e isenta de nós (NP 616, 1973).
A massa volúmica da madeira varia desde 100 a 1500 kg/m3 (para um teor de água de 12%).

Dilatação térmica
A madeira, como a maior parte dos corpos sólidos, pode dilatar-se sob os efeitos do calor, mas a variação das dimensões são pequenas e desprezáveis na prática, em relação às variações inversas devidas à retracção. Tomando como condições iniciais a temperatura de 0º e a humidade de 0%, os coeficientes de dilatação são:

· α = 0,05 × 10-4 na direcção axial ou longitudinal
· α = 0,50 × 10-4 nas direcções radial ou tangencial
· α = 1 × 10-4 coeficiente de dilatação volumétrico.

Condutibilidade eléctrica
Esta propriedade depende sobretudo do grau de humidade. A resistividade diminui com o aumento da humidade H, como se pode observar no Quadro apresentado a seguir.


É de notar que para um determinado grau de humidade, a resistividade depende da espécie, da direcção e da massa volúmica. A resistividade na direcção transversal é de 2 a 4 vezes maior do que na direcção axial e um pouco superior à resistividade na direcção radial.

Condutibilidade térmica
A madeira é um excelente isolante térmico. Uma parede dupla de tijolos de 22 cm com 4 cm de caixa-de-ar, tem um coeficiente de transmissão k=0,97; duas paredes de 3 cm cada em madeira, com 4 cm de caixa-de-ar, têm um coeficiente k=0,98.
O grau de isolamento térmico que este material proporciona justifica que nos países frios as casas sejam de madeira ou revestidas a madeira.

Inflamabilidade
A madeira arde espontaneamente a cerca de 275º, desde que haja oxigénio suficiente para se realizar a combustão. A combustão inicial é apenas superficial, formando-se uma camada meia calcinada que, se a temperatura se mantiver em 275º, quando atinge 1 cm de espessura protege o resto da madeira. Desde que o elemento tenha mais de 2,5 cm de espessura conservará uma certa solidez.
Por outro lado, num incêndio normal, a velocidade de combustão da madeira é de 1 cm por quarto de hora: um barrote poderá resistir cerca de 1 hora.
Se a temperatura aumenta, a madeira continua a arder e pode mesmo alimentar o incêndio; no entanto, consome-se lentamente, e conserva durante um certo tempo as suas características mecânicas, mesmo a 1000º-1100º, enquanto o aço começa a perder a sua resistência e a deformar-se a partir de 200º-300ºC. Em todas as obras importantes em madeira, onde possa um incêndio faça parte dos receios, as peças com menos de 2,5 cm de espessura não devem ser utilizadas. A menos que recebam tratamento anti-fogo.