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A madeira é um material ortotrópico, ou seja, apresenta propriedades mecânicas únicas e diferenciadas nos eixos longitudinal, radial e tangencial. O conhecimento das propriedades mecânicas do lenho é essencial para decidir a melhor forma de aproveitamento da madeira (SILVA et al., 2005).

As propriedades mecânicas determinam a capacidade da madeira em suportar solicitações mecânicas. Geralmente, consideram-se a resistência (capacidade em suportar solicitações mecânicas propriamente ditas) e a rigidez (quantificada pelo módulo de elasticidade) como parâmetros mecânicos principais, que condicionam o uso da madeira e aplicações futuras (BENJAMIN, 2006).

Kollmann e Côté (1968) explicam que as propriedades mecânicas estão estritamente relacionadas com o teor de umidade, características anatômicas, químicas, densidade da madeira, porcentagem de madeira juvenil/adulta, presença de defeitos e, ainda, com o crescimento e a idade das árvores. Evans, Senft e Green (2000) acrescentam que o ângulo das microfibrilas e a inclinação da grã também são fatores que afetam as propriedades mecânicas. Tais fatores fazem com que as propriedades mecânicas variem nas direções longitudinal (base-topo da árvore) e radial (medula-casca), sendo que esta última ocorre de maneira mais pronunciada (PANSHIN; DE ZEEUW, 1980; DOWNES et al., 1997; SERPA et al., 2003; LEITE, 2013).

Kretschmann (2010) deixa claro que, a madeira utilizada na determinação das propriedades mecânicas deve estar livre de defeitos, como nós e com grã bem orientada. Por isso, é importante seguir metodologias padronizadas que obedecem a critérios pré-estabelecidos, como a norma NBR 7190/97 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT, 1997). Contudo, a madeira sendo um material heterogêneo, que sofre a ação de uma série de fatores como clima,

material genético e tratos silviculturais, exige extensa e rigorosa amostragem para que os resultados sejam bem representativos das condições da floresta ou do lote.

Relativamente ao efeito da umidade, Wiedenhoeft (2010) explica que, abaixo do ponto de saturação das fibras, é o momento que a madeira inicia sua contração e as propriedades mecânicas começam a serem alteradas. Diversos autores afirmam que praticamente toda madeira tem as propriedades mecânicas aumentadas após o processo de secagem. Este processo acontece, pois quando a umidade é retirada, as unidades estruturais se aproximam, aumentando a quantidade de ligações de hidrogênio. Sendo as propriedades mecânicas diretamente influenciadas pela espessura de parede das fibras, a densidade também exerce grande influência nas propriedades mecânicas: para madeiras de maior densidade é esperada uma maior resistência e rigidez.

Latorraca e Albuquerque (2000) descrevem que o lenho juvenil possui densidade menor, fibras mais curtas e de parede mais delgada o que acaba por refletir nas propriedades mecânicas, as quais se apresentam menores em relação ao lenho tardio, de condição inversa. Neste sentido, árvores com maiores idades apresentam maior quantidade de lenho tardio, o que caracteriza os maiores valores obtidos nas propriedades mecânicas.

O ensaio de compressão paralela às fibras é, ao nível nacional, o mais importante na caracterização mecânica de madeiras; ela mensura a tensão máxima sustentada por uma dada amostra de madeira comprimida. A madeira submetida a essa solicitação apresenta duas fases de comportamento distintas: a primeira fase revela uma relação linear entre a tensão e a deformação – fase elástica; a segunda fase – plástica – revela comportamento não linear entre tensão e deformação (KOLLMANN; CÔTÉ, 1968).

O ensaio de flexão estática também é muito usado na caracterização mecânica de madeiras, sobretudo em países estrangeiros. Avalia o módulo de elasticidade (MOE) e a resistência convencional à ruptura (MOR). O MOE quantifica a relação linear entre a tensão e a deformação (flecha) na fase inicial de ensaio, na qual há proporcionalidade entre elas. O MOR avalia a resistência à solicitação propriamente dita, e é calculado a partir da carga máxima suportada pela amostra, no momento em que há ruptura parcial ou total da amostra de madeira (WANGAARD, 1950).

Ashley e Ozarska (2000) encontraram para o MOE à flexão estática, valores iguais a 12300 e 13500 MPa para árvores de eucalipto com 22 e 28 anos, respectivamente. Panshin e De Zeeuw (1980) acrescentam que as propriedades de resistência à flexão estática estão correlacionadas com a densidade e que, a presença de extrativos aumenta, principalmente, a resistência à compressão na direção longitudinal do lenho.

Bartholomeu e Gonçalves (2007) determinaram o MOE à flexão estática de vigas de Eucalyptus grandis e Eucalyptus citriodora, obtendo valores maiores na última espécie. Lobão et al. (2004) avaliaram o MOE da compressão paralela às fibras e da flexão estática da madeira de Eucalyptus com diferentes densidades (0,57 e 0,88 g/cm³) e encontraram valores médios de rigidez iguais a 18947 e 15598 MPa, respectivamente. Para resistência, os resultados foram de 78 e 55,5 MPa para madeira a 12% de umidade, respectivamente. Oliveira (1997) em estudo conduzido com Eucalyptus grandis, encontrou como MOE 8656 MPa e MOR igual a 61,2 MPa. Sette Junior (2010) em determinação da resistência à compressão paralela às fibras e resistência e rigidez na flexão estática em Eucalyptus grandis sujeito a fertilização com K e Na, concluiu que as árvores fertilizadas com potássio apresentaram maior resistência e rigidez em relação às árvores controle e fertilizadas com sódio.

As madeiras podem ser classificadas estruturalmente a partir do enquadramento em classes de resistência, como a apresentada na Tabela 1, extraída da norma NBR 7190/97 (ABNT, 1997), que é a usada no caso brasileiro para essa finalidade. Essa classificação facilita a especificação do uso estrutural da madeira, proporcionando maior segurança na escolha de determinada madeira (SALES; CALIL JUNIOR, 2005).

Para classificar madeiras segundo as classes de resistência, é necessário calcular o valor característico das propriedades mecânicas.

Tabela 1 – Classes de resistência das coníferas e folhosas (valores na condição-padrão de referência U=12%)

Divisão Classes fc0k fvk Ec0,m ρbas,m ρap12

MPa MPa MPa kg/m³ kg/m³

C on ífera s _{C20 20 4 3500 400 500} C25 25 5 8500 450 550 C30 30 6 14500 500 600 Fo lho sas C20 20 4 9500 500 650 C30 30 5 14500 650 800 C40 40 6 19500 750 950 C60 60 8 24500 800 1000

Fc0k: valor característico da resistência à compressão paralela às fibras; Fvk: valor característico da

resistência ao cisalhamento paralelo às fibras; Ec0,m: valor médio do módulo de elasticidade na

compressão paralela às fibras; ρbas,m: densidade básica média; ρap12: densidade aparente média à

umidade de referência de 12% Fonte: ABNT (1997)

O valor característico (inferior), menor que o valor médio de um lote, é o valor que tem apenas 5% de probabilidade de não ser atingido no lote. É dependente do valor médio e da distribuição e variabilidade dos resultados no lote.

Lobão et al. (2004) verificaram que o valor característico para Eucalyptus variou de 46,5 MPa a 61,9 MPa em diferentes lotes de madeiras, o que as classificam como C40 e C60, respectivamente.