Madeira: Principais Propriedades para Construção e Design

A madeira é o segundo material mais popular usado em construção, móveis, pisos e outros itens. Embora a pedra ainda reine suprema na construção de edifícios, a madeira experimentou recentemente um tremendo aumento. Aqui estão alguns fatos fascinantes adicionais sobre a madeira e suas várias características mecânicas, químicas e físicas.

Cor, brilho, textura, macroestrutura, odor, umidade, retração, tensões internas, inchamento, rachaduras, empenamento, densidade e condutividade som-eletro-térmica são algumas das características físicas fundamentais da madeira. A aparência da madeira é influenciada por sua cor, brilho, textura e macroestrutura.

Diferentes espécies de madeira vêm em várias cores, variando do branco (álamo, picea) ao preto (ébano). A madeira ganha cor de taninos, resina e pigmentos nas cavidades celulares. Neste artigo, discutirei todas as propriedades da madeira, que incluem propriedades físicas, químicas, mecânicas, etc.

Propriedades da madeira

A seguir estão listadas as principais propriedades da madeira:

• Propriedades mecânicas
• Propriedades térmicas
• Propriedades elétricas
• Propriedades acústicas
• Características sensoriais
• Densidade e gravidade específica
• Degradação
• Higroscopicidade
• Retração e inchamento

• Características sensoriais

Cor, brilho, cheiro, sabor, textura, grão, figura, peso e dureza da madeira são exemplos de propriedades sensoriais. Para fins de identificação ou outros usos, estas características macroscópicas adicionais são úteis para descrever um pedaço de madeira. Existem madeiras em uma ampla gama de cores, embora a maioria das madeiras sejam tons de branco e marrom. Outras cores incluem amarelo, verde, vermelho e praticamente branco puro. Dependendo das diferenças de cor entre o cerne, alburno, madeira inicial, madeira tardia, raios e canais de resina, variações podem ser visíveis em uma única peça de madeira. Branqueamento ou tingimento, bem como exposição prolongada ao ambiente, podem alterar a cor natural. Pau-ferro, faveira e algumas espécies tropicais são apenas alguns exemplos de madeiras brilhantes.

Algumas espécies, como picea, freixo, tília e choupo, têm um brilho natural particularmente perceptível em superfícies radiais. Devido aos compostos voláteis encontrados na madeira, odor e sabor são produzidos. Eles são às vezes traços distintivos úteis, embora difíceis de articular. O termo "textura" refere-se a quão uniformemente uma superfície de madeira, tipicamente transversal, aparece. Como em textura ou grão grosso, fino ou uniforme, grão é frequentemente usado indistintamente com textura. Também pode ser usado para descrever a direção dos elementos da madeira, como reto, espiral ou ondulado. Às vezes, o grão é usado em vez de figura, como no caso do grão prateado no carvalho. A figura refere-se a padrões ou designs orgânicos em superfícies de madeira (normalmente radiais ou tangenciais).

Peso e dureza são considerados propriedades sensoriais em um sentido diagnóstico, não técnico; o peso é determinado simplesmente levantando com a mão, e a dureza pressionando com a unha. Existem madeiras mais leves e mais pesadas que podem ser encontradas nos trópicos, com pesos variando de 80 a 1.300 kg por metro cúbico (5 a 80 libras por pé cúbico) para balsa e pau-ferro, respectivamente. Madeiras comuns de climas temperados tipicamente variam em peso de cerca de 300 a 900 kg por metro cúbico (aproximadamente 20 a 55 libras por pé cúbico) em condições de secagem ao ar.

Densidade e gravidade específica

A gravidade específica é a razão entre o peso ou massa da madeira e o da água, enquanto a densidade é o peso ou massa de um volume unitário de madeira. Como 1 cm³ de água pesa 1 grama, a densidade média e a gravidade específica da madeira de abeto de Douglas são ambas 0,45 grama por centímetro cúbico (g/cm³), respectivamente, no sistema métrico de medição. (Um grama por centímetro cúbico, ou aproximadamente 62,4 libras por pé cúbico, é expresso como peso por unidade de volume.) Como a madeira é higroscópica, a quantidade de umidade afeta consideravelmente tanto seu peso quanto seu volume, tornando a determinação de sua densidade mais desafiadora do que para outros materiais. Peso e volume são calculados em valores de umidade predeterminados para produzir resultados semelhantes.

Peso e volume são calculados em valores de umidade predeterminados para produzir resultados semelhantes. Peso seco em estufa (teor de umidade quase nulo) e volume seco em estufa ou verde são os padrões (verde refere-se a teor de umidade acima do ponto de saturação da fibra, que média cerca de 30 por cento). Outras representações de densidade, como aquelas baseadas em peso e volume de secagem ao ar ou peso e volume de madeira verde, são menos precisas, mas têm certas aplicações práticas, como no transporte de madeira.

Higroscopicidade

Se em contato com água, a madeira pode absorvê-la como líquido ou como vapor do ar. A água é o líquido ou gás mais significativo que a madeira pode absorver, apesar disso. A madeira sempre inclui umidade devido à sua natureza higroscópica, seja um componente da árvore viva ou um material. (Os termos água e umidade são usados indistintamente aqui.) A umidade afeta todos os aspectos da madeira, embora deva ser destacado que apenas a umidade encontrada nas paredes celulares é significativa; a umidade encontrada nas cavidades celulares faz pouco mais que adicionar peso.

Retração e inchamento

Quando o nível de umidade na madeira varia abaixo do ponto de saturação da fibra, ocorrem mudanças dimensionais. Retração e inchamento são causados por ganho e perda de umidade, respectivamente. Estas mudanças dimensionais são anisotrópicas, significando que diferem nas direções axial, radial e tangencial. Aproximadamente 0,4 por cento, 4 por cento e 8 por cento, respectivamente, são os valores médios de retração. A perda de volume é de cerca de 12%, mas há diferenças significativas entre espécies. Estes números são fornecidos como porcentagem das dimensões verdes e correspondem a transformações da condição verde para seca em estufa. A estrutura da parede celular é primariamente responsável pela retração e inchamento diferenciais em várias orientações de desenvolvimento.

A orientação das microfibrilas nas camadas da parede celular secundária pode ser usada para explicar as variações entre as direções axial e as duas laterais (radial e tangencial), porém não está claro por que estas discrepâncias existem nas direções radial e tangencial.

Degradação

Bactérias, fungos, insetos, brocas marinhas, bem como variáveis ambientais, mecânicas, químicas e térmicas, todos contribuem para a destruição da madeira. A aparência, estrutura ou composição química da madeira pode mudar devido à degradação, que pode afetar árvores vivas, toras ou produtos. Estas mudanças podem variar de descoloração menor a transformações irreversíveis que tornam a madeira totalmente inútil. Como evidenciado, por exemplo, por móveis e outros artefatos de madeira descobertos em perfeitas condições nas tumbas dos antigos faraós egípcios, a madeira pode durar centenas ou milhares de anos (ver arte egípcia). Apenas sob a influência de elementos externos a madeira se deteriora ou é destruída.

Propriedades mecânicas

As propriedades mecânicas, ou de resistência, da madeira são indicadores de sua capacidade de resistir a forças externas que poderiam potencialmente alterar seu tamanho e forma. A quantidade e método de aplicação destas forças, bem como a densidade e teor de umidade da madeira, afetam a resistência a essas forças. Na direção axial, ou paralela ao grão, as características de resistência da madeira são notavelmente diferentes daquelas através do grão (na direção transversal).

A resistência da madeira em tração e compressão (medidas nas direções axial e transversal), cisalhamento, clivagem, dureza, flexão estática e choque são algumas de suas características mecânicas (flexão por impacto e tenacidade). Testes respectivos determinam tensões por unidade de área carregada (no limite elástico e carga máxima) assim como outros critérios de resistência, incluindo tenacidade, módulo de ruptura e módulo de elasticidade (uma medida de rigidez). Pequenos espécimes transparentes com seção transversal de 2 x 2 cm ou 2 x 2 polegadas são tipicamente usados para testes.

Propriedades térmicas

Embora a madeira expanda e contraia com variações de temperatura, retração e inchamento trazidos por mudanças no teor de umidade são alterações dimensionais muito mais significativas. Tal expansão e contração relacionadas à temperatura são tipicamente insignificantes e sem consequência prática. Fissuras superficiais podem ocorrer apenas em temperaturas abaixo de 0 °C (32 °F); rachaduras por geada podem ocorrer em árvores vivas devido à contração desigual das camadas externa e interna.

Comparada a materiais como metais, mármore, vidro e concreto, a madeira tem baixa condutividade térmica (alta capacidade de isolamento térmico). Madeiras leves e secas são isolantes superiores porque a condutividade térmica é mais alta na direção axial e aumenta com a densidade e teor de umidade.

Propriedades elétricas

Isolamento elétrico pode ser encontrado em madeira seca em estufa. No entanto, quando o teor de umidade aumenta, a condutividade elétrica também aumenta, fazendo com que a madeira saturada (madeira com o maior teor de umidade) se comporte mais como água. É notável como a resistência elétrica cai dramaticamente à medida que o teor de umidade sobe de 0 ao ponto em que as fibras estão saturadas. A resistência elétrica cai mais de um bilhão de vezes neste intervalo, mas apenas cerca de 50 vezes do ponto de saturação da fibra ao maior teor de umidade. A resistência elétrica da madeira é mostly unaffected por outros parâmetros, como espécie e densidade; variações entre espécies estão relacionadas à química dos extrativos. A resistência axial é aproximadamente metade da resistência transversal.

As propriedades dielétricas ou de mau condutor da madeira também são importantes. Constante dielétrica e fator de potência desempenham um papel prático na fabricação de medidores elétricos (capacitivos e de perda de potência de radiofrequência) para medir o teor de umidade da madeira, secar madeira com corrente elétrica (uma possibilidade teórica, embora não seja atualmente uma realidade), e colar madeira com corrente elétrica de alta frequência. A polarização elétrica (o aparecimento de cargas elétricas opostas em lados opostos de uma peça) que ocorre quando estresse mecânico é aplicado faz a madeira mostrar o efeito piezoelétrico. Contrariamente, a madeira experimenta deformação mecânica quando exposta a um campo elétrico (mudanças de tamanho).

Propriedades acústicas

A madeira pode tanto criar som (por percussão direta) quanto amplificar ou desviar ondas sonoras vindas de outros objetos. É um material especial para instrumentos musicais e outras aplicações acústicas por causa destes fatores. O tamanho, densidade, teor de umidade e módulo de elasticidade da madeira todos têm impacto na frequência de vibração, que por sua vez afeta o tom do som gerado. Maior densidade e elasticidade, teor de umidade reduzido e dimensões menores contribuem para sons de tom mais alto.

Isso é tudo para este artigo, onde as propriedades da madeira são listadas e explicadas. Espero que você tenha obtido muito da leitura; se sim, compartilhe com outros. Obrigado por ler, até a próxima!