Floresta e Ambiente

27V. 8, n.1, p.27 - 35, jan./dez. 2001

CLASSIFICAO E PROPRIEDADES DA MADEIRA DE PINUS EEUCALIPTO

Alexandre Miguel do Nascimento1Jos Tarcsio da Silva Oliveira2

Ricardo Marius Della Lucia3

RESUMO

A tcnica de classificao de madeira por suas caractersticas visuais e mecnicas pode melhorar odesempenho de uma estrutura, alm de permitir um uso mais amplo de madeira de diferentesclasses de qualidade. O objetivo deste trabalho foi verificar a influncia do tamanho de n dearesta no mdulo de elasticidade das madeiras de pinus ( Pinus taeda e P. elliottii) e de Eucalipto (Eucalyptuscitriodora), alm de definir algumas propriedades fsicas e mecnicas destas madeiras. Trs classes detamanho de n localizado na aresta da madeira foram estabelecidas. Ficou evidente que as madeiraspertencentes s maiores classes tiveram um menor mdulo de elasticidade.

Palavras-chaves: Classificao de madeira, massa especfica, propriedades mecnicas

ABSTRACT

GRADING AND PROPERTIES OF PINE AND EUCALYPT WOODS

Lumber grading through mechanical and visual characteristics may improve the performance of a structuralmember, and allow more aplications of woods from different quality classes. The objective of this work wasto verify the influence of the size of edge knots on the modulus of elasticity of pine lumber ( Pinus taedaand P. elliottii) and eucalypt (Eucalyptus citriodora), and describe some physical and mechanical propertiesof these woods. Three classes of knot size located at the edge of the pieces were established. It got evidentthat the lumber from the greatest class, had an smaller modulus of elasticity

Key words: Lumber grading, specific gravity, mechanical properties

1 DPF, IF, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro2 DEF, Universidade Federal de Viosa3 DEF, Universidade Federal de Viosa

INTRODUOA classificao da madeira um procedimento

que permite uma utilizao mais ampla e segura. Essaclassificao pode estar baseada apenas na inspeodas caractersticas visuais. Uma outra tcnica,

posterior, foi a da classificao mecnica, que medeo mdulo de elasticidade longitudinal na flexo eque surgiu como uma informao adicional quepermitia melhorar a classificao das peas. Umexemplo importante do emprego desses critrios

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de classificao o posicionamento das lminasnum elemento estrutural como as vigas de madeiralaminada-colada, em que as lminas, segregadaspelas suas classes de qualidade, so dispostas emregies desse elemento estrutural em funo donvel de solicitao maior ou menor a que elas serosubmetidas. Uma prova de carga pode ser conduzidacomo uma opo adicional para garantir a melhorqualidade das lminas tracionadas, quanto resistncia, tendo assim um melhor controle esegurana na construo de vigas

A classificao visual das peas leva em contacaractersticas da madeira tais como a presena, otamanho, a freqncia e a localizao dos ns, amassa especfica, a inclinao da gr, o crescimento,a proporo de lenho tardio, a presena de madeirade reao, entre outras. Essa tcnica foi bastanteinvestigada e permitiu, em vrios pases, a ediode normas, por rgos de padronizao, queestipulam que caractersticas podem ou no ocorrer,e em que tamanho ou proporo, em certa classe dequalidade. notrio que a qualidade visual de umapea tem tambm implicaes na sua qualidademecnica. Assim, FILLER et al. (1964), trabalhandocom classificao de lminas de madeira paraconstruo de vigas de madeira laminada colada,perceberam que uma simples ordenao das lminasgarantiu um significativo aumento da resistncia edo mdulo de elasticidade.

A classificao de lminas umaobrigatoriedade, na construo de vigas de MLC.Nas lminas mais tracionadas, alm de se preocuparcom as propriedades dos ns, deve-se tambm levarem considerao a massa especfica da madeira, apresena e a freqncia de medula e a inclinao dagr (NORMA AITC 119-71 em AITC, 1974).

A classificao mecnica das lminas baseia-se principalmente na determinao do mdulo deelasticidade , que pode ser feito pela medioesttica ou medio automatizada. O mtodoesttico consiste na medio do mdulo deelasticidade flexo, em lminas, por carga aplicadano meio do vo (GROHMANN e SZCS, 1998) ou,ainda, com a aplicao dessa carga em dois pontos

simtricos em relao ao meio do vo (MANTILLACARRASCO, 1989). Nessa medio, mencionadopela ASTM D-3737 (ASTM, 1994b) que a relaoentre o vo e a espessura das lminas esteja entre90 e 110 vezes. Os mtodos de medio automatizadausam mquinas classificadoras ou mtodo devibrao (dinmico). HERNANDEZ et al. (1997)compararam o mtodo dinmico com o mtodoesttico, obtendo um coeficiente de determinaode 0,96 na madeira de yellow poplar (Liriodendrontulipifera).

Associando as informaes das caractersticasvisuais da madeira com as de mdulo de elasticidade,pode se melhorar substancialmente o desempenhodas estruturas. Alguns dos trabalhos feitos noBrasil com classificao mecnica da madeira devemser destacados. ARRUDA e SZCS (1995)compararam dois grupos de seis vigas, construdascom madeira de Pinus elliottii e Pinus taeda, cujaslminas foram classificadas ou no pela rigidez. Elesencontraram valores de resistncia e mdulo deelasticidade de 24,47 MPa e 7.431 MPa nas vigascom lminas no classificadas e 47,56 MPa e 13.646MPa, nas vigas de lminas classificadas.

A classificao da madeira pelo mdulo deelasticidade no tem apenas utilidade na construode vigas de madeira laminada colada (MLC).PETRAUSKI (1991) construiu e testou novetesouras de telhado usando madeira de pindaba(Xilopia sericea), tendo sido a madeira classificadapelo mdulo de elasticidade. Trabalhos maisrecentes, na construo e testes de vigas,consideraram todos a classificao visual emecnica das lminas (JANOWIAK et al., 1995;HERNANDEZ et al., 1997; MANBECK et al., 1993;MOODY et al., 1993).

Face a importncia em se classificar as peasde madeira nas utilizaes estruturais, os objetivosdeste trabalho foram:

fazer a classificao mecnica da madeira de pinuse eucalipto, pela determinao do mdulo deelasticidade

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Fornecer informaes sobre as propriedadesmecnicas das madeiras estudadas, assim comoestabelecer algumas correlaes entre essaspropriedades.

MATERIAL E MTODOSPara a conduo deste trabalho, foram

adquiridos 12 m3 de madeira de pinus, oriunda doestado do Paran, na forma de tbuas com espessurade 2,5 cm, largura de 18 cm e comprimento de 400 cme 4 m3 de madeira de Eucalyptus citriodora,vulgarmente conhecida como eucalipto citriodora,em pranchas de 5 cm de espessura, 10 cm de largurae 400 cm de comprimento, provenientes do estadode Minas Gerais. Por intermdio de observaomacroscpica, conclui-se que a madeira de pinusadquirida consistia de uma mistura de Pinus elliottiie de Pinus taeda.

Essas madeiras foram secas em estufadesumidificadora de baixa temperatura. Aps asecagem, elas foram conduzidas para o laboratriode propriedades fsicas e mecnicas para os testesnecessrios descrio das propriedades dasmadeiras.

Classificao da madeira

Uma vez seca, as tbuas foram desempenadase cortadas com 81 mm de largura, produzindo peascom comprimentos variados, que foramdevidamente identificadas. Em seguida, a espessurada madeira de pinus e da madeira de E. citriodorafoi uniformizada em 21 mm e 44 mm, respectivamente.Seguindo a norma ASTM 3737 (ASTM, 1994b), asamostras foram classificadas em funo do tamanhomximo dos ns localizados nas arestas das tbuas,ocasio em que trs classes foram estabelecidas: Tamanho mximo do n menor que 1/6 da largura

das tbuas Tamanho mximo do n maior que 1/3 da largura

das tbuas Tamanho mximo do n entre 1/3 e 1/6 da largura

das tbuasForam tambm determinados os mdulos de

elasticidade de todas as tbuas, para cada classede tamanho do n. O valor mdio do mdulo deelasticidade encontrado passou a ser tomado comoo valor de referncia da classe. Foram tambmdeterminados os percentis de 5 e de 95%.

Para determinao do mdulo de elasticidade,aps medio da espessura e a largura de cadauma das tbuas, elas foram colocadas em doissuportes cilndricos sobre dois cavaletes de madeira,gerando um vo entre 90 e 110 vezes a espessura.Aps isto, foram colocadas duas cargas de 40 Ncada no centro do vo formado, sendo a cadacarregamento de 40 N medida a flecha formada. Aflecha foi medida com auxlio de relgio comparadorcom resoluo de 0.01 mm e capacidade de cursode 100 mm. O mdulo de elasticidade (E, em MPa)das tbuas foi calculado com a diferena entre asflechas e com o valor da segunda carga, pelaexpresso que segue:

6'

3

10I384L'P8

=

em que P o valor da segunda carga (40N); L ovo entre apoios (m); I o momento de inrcia dalmina (m4); a diferena entre as flechas (m).

Testes fsicos e mecnicos da madeira

Na Tabela 1 tem-se o demonstrativo dosensaios mecnicos realizados e as respectivasnormas utilizadas. Estes foram realizados com oobjetivo de se obter parmetros de resistnciamecnica da madeira.

Amostras de peas radiais foram coletadas dolote de madeira de pinus e eucalipto e empregadaspara a confeco dos corpos de prova, que foramacondicionados a uma temperatura de 20 C e 65%de umidade relativa. Observa-se que o nmero deamostras quase sempre foi superior ao recomendadopelas respectivas normas. Isto foi feito para se obtercorrelaes entre as propriedades.

As dimenses das amostras dos testes de

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em que f12 o valor da propriedade a 12% de umidadee fU o valor da propriedade num teor U de umidade.

O mdulo de elasticidade foi tambm corrigidopor intermdio da expresso

em que E12 e EU so, respectivamente, o mdulo deelasticidade num teor de 12 e num teor U de umidade.

Com base na nova norma foram calculados osvalores caractersticos das propriedades estudadas,dados pela expresso

em que fwk o valor caracterstico de resistncia

onde os resultados devem ser colocados em ordemcrescente f1f2...fn., desprezando o valor maisalto se o nmero de corpos de prova for impar, nose tomando para f

wk valor inferior a f1, nem a 0,70 dovalor mdio.

mdulo de elasticidade flexo e resistncia acompresso, para o eucalipto, foram um poucoabaixo do recomendado pela norma, ou seja, 45 mm.

O teste de cisalhamento na madeira de pinusfoi realizado em amostras com 2x2x3 cm, em razodo lote recebido apresentar uma espessura de 25mm. O formato dos corpos de prova de trao nofoi feito segundo a norma ASTM, e simdesenvolvido em laboratrio, e suas dimenses eformato esto apresentadas na Figura 1.

Foi tambm determinada a massa especficaaparente da madeira de pinus e o seu teor deumidade, fazendo uso de amostras semelhantes susadas no ensaio de compresso paralela s fibras.Na madeira de E. citriodora foram determinadas amassa especfica e o teor de umidade, em amostrasretiradas dos corpos de prova de qualificao flexo. A massa especfica foi calculada tomando-se o volume e peso da madeira seca em estufa 105C. A medio do volume da amostra foi feitopelo mtodo hidrosttico usando-se o mercrio nolugar da gua.

Os valores das propriedades mecnicas foramcorrigidos para um teor de umidade de 12 % comoexige a nova norma ABNT NBR-7190 (ABNT, 1997),utilizando-se a seguinte expresso:

+=

100)12%U(31ff %u12

+=

100)12%U(21EE %u12

1,1x)f)12/n(f...ff

2(f 2/n)12/n(21wk

++=

Tabela 1. Testes realizados em laboratrio para caracterizao da madeira de Pinus e E.citriodora, normas ASTM D-143(ASTM, 1994a) e ABNT MB 26(ABNT, 1940)utilizadas e nmero de corpos de prova testados.

Testes Norma Mdulo de elasticidade trao - pinus ASTM D -143 Resistncia trao paralela as fibras - pinus ASTM D -143 Mdulo de elasticidade trao - E. citriodora ASTM D -143 Resistncia trao paralela as fibras - E. citriodora ASTM D -143 Resistncia compresso paralela s fibras - pinus ABNT MB 26 Resistncia compresso paralela s fibras E. citriodora ASTM D -143 Resistncia ao cisalhamento paralelo s fibras pinus ASTM D -143 Resistncia ao cisalhamento paralelo s fibras E. citriodora ASTM D -143 Resistncia flexo pinus ABNT MB 26 Resistncia flexo E. citriodora ABNT MB 26 Mdulo de elasticidade flexo E. citriodora ASTM D -143

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RESULTADOS E DISCUSSOClassificao das tbuas

Os resultados do mdulo de elasticidade paraa madeira no classificada esto na Tabela 2 e aclassificao das tbuas pelo mdulo de elasticidadee pelo tamanho do n de aresta esto na Tabela 3.Observa-se na Tabela 2 o valor mdio do mdulo deelasticidade para todas as 598 tbuas de Pinus quefoi de 10.536 MPa com um elevado coeficiente devariao, 31,42%.

Figura 1. Formato e dimenses do corpo deprova trao.

Tabela 2. Algumas estatsticas relativas ao mdulo deelasticidade em MPa para as tbuas de Pinussem classificao visual prvia

Estatsticas M adeira de Pinus sem classificao prviaM dia 10.536M nimo valor 3.539M ximo valor 23.381Percentil 5% 5.970Percentil 95% 16.776Casos 598S 3.310CV (% ) 31,42

Tabela 3. Algumas estatsticas relativas ao mdulo de elasticidade em MPa para as tbuas de pinus e E.citriodora em funo das classes dos ns.

E . citriod o ra P inE statstica s C la sse d o n C la s

1 /6 1 /6M d ia 2 2 .2 6 8 1 2 .0 6 3 a*

M n im o va lor 1 8 .0 0 5 3 .5 3 9M x im o va lor 2 8 .1 6 2 2 3 .3 3 1P ercen ti l 5 % 1 9 .5 9 5 6 .6 8 8P ercen ti l 9 5 % 2 5 .5 5 7 1 7 .9 5 1C asos 4 3 2 2 8S 2 .0 9 3 3 .4 6 7C V (% ) 9 ,4 0 2 8 ,7

Onde: S desvio padro e CV o coeficiente de variao.* Os contrastes entre as mdias foram avaliados pelo teste t e as diferentes letras mostram diferena estatstica significativaao nvel de 5% de probabilidade.

Floresta e Ambiente CORREO TAB1 E TAB 3

Tabela l. Testes realizados em laboratrio para caracterizao da madeira de Pinus e E. citriodora, normas ASTM D-143(ASTM, 1994a) e ABNT MB 26(ABNT, 1940) utilizadas nmero de corpos de prova testados.

Testes

Normas

Corpos Mdulo de elasticidade trao - pinus

ASTM D -143

61 Resistncia trao parale la as fibras - pinus

ASTM D -143

61 Mdulo de elasticidade trao - E. citriodora

ASTM D-143

35 Resistncia trao paralela as fibras - E. citriodora

ASTM D-143

35 Resistncia compresso paralela s fibras - pinus

ABNT MB 26

72 Resistncia compresso paralela s fibras E. citriodora

ASTM D -143

18 Resistncia ao cisalhamento paralelo s fibras - pinus

ASTM D -143

72 Resistncia ao cisalhamento paralelo s fibras - E. citriodora

ASTM D -143

21 Resistncia flexo - pinus

ABNT MB 26

45 Resistncia flexo - E. citrindora

ABNT MB 26

42 Mdulo de elasticidade flexo - E. citriodora

ASTM D -143

12

Tabela 3. Algumas estatsticas relativas ao mdulo de elasticidade em MPa para as tbuas de pinus e E. citriodora em funo das classes dos ns.

. citriodora Pinus spp Estatsticas Classe do n Classe do n

1/6

1/6

1/3

> 1/3 Mdia 22.268 12.063 "" 10.882 b' 9.131''

Mnimo valor

18.005

3.539

4.856

3.825 Mximo valor

28.162

23.331

20.132

19.425 Percentil 5%

19.595

6.688

6.358

5.541 Percentil 95%

25.557

17.951

15.871

13.819 Casos

43

228

98

272 S

2.093

3.467

3.074

2.588 C V (%)

9,40

28,7

28,2

28,4

Onde: S desvio padro e CV o coeficiente de variao. * Os contrastes entre as mdias foram avaliados pelo teste t e as diferentes letras mostram diferena estatstica significativa ao nvel de 5% de probabilidade. V. 8, n.l, p.27 - 35, jan./dez. 2001

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Observando aTabela 2, v-se claramente que existe tbua com mdulo de elasticidade de at 6,6 vezes mais elevados que o de menor valor. J para a madeira de eucalipto esta rela o no passa de l ,6 vezes. Isto mostra a importncia do conhecimento do modulo de elasticidade, em especial quando a madeira possui grande variabilidade em suas propriedades fsicas e mecnicas.

A madeira de eucalipto quase no possua ns, o que permitiu a classificao de todas as peas geradas na classe menor que 1/6.

Com a classificao pelo tamanho do n de aresta percebe-se uma sensvel diminuio do coeficiente de variao (Tabela 3). Se outros fatores tivessem sidos includos na classificao, tais como presena e percentual de medula, presena de madeira juvenil e intensidade de desvio de gr, certamente poderia se uniformizar mais a madeira

em cada classe de qualidade visual, diminuindo assim mais o coeficiente de variao.

Ainda no Tabela 3 v-se que os valores mdios do MOE para a madeira de pinus classificada em l/ 6,1/3 e maior que 1/3 foram respectivamente 12.063, 10.882 e 9.131 MPa e o mdulo mdio das tbuas de eucaliptos foi de 22.268 MPa. Fica tambm evidente que o aumento do tamanho do n de aresta tende a diminuir os valores de mdulo de elasticidade.

Propriedades fsicas e mecnicas da madeira

Os resultados dos testes mecnicos e fsicos das madeiras de pinus e E. citriodora, ajustados para um teor de umidade de 12%, de acordo com a norma NBR 7190 (1997), so apresentados na Tabela 4.

Os valores mdios de resistncia da madeira de pinus compresso, cisalhamento, flexo e trao

Tabela 4. Resultados das propriedades fsicas e mecnicas das madeiras de Pinus spp e Eucalyptus citriodora, valores corrigidos para 12% de teor de umidade . Madeira de Pinus spp

te

fv

fb

ff

E.

Me

T -M

(Mpa)

(Mpa)

(Mpa)

(Mpa)

(Mpa)

(g/cm3)

(%) Mdia

45,2

5,9

80,4

84,8

11.810

0,53

11,3 V. c.

37,8

3,2

52,6

47,7

8.267

-

-- Mnimo

31,3

2,3

43,5

40,2

4.291

0,37

10,0 Mximo

74,7

11,0

137,1

161,1

20.875

0,73

13,3 Desvio

8,82

2,1

22,9

29,5

3.944

0,08

0,7 C.v.

19,5

35,6

28,5

34,8

33,4

15,10

5,8

Madeira de Eucalyptus citriodora

fc

fv

fb

Bb

Et

Me

T ^

(Mpa)

(Mpa)

(Mpa)

(Mpa)

(Mpa)

(g/cm3)

(%) Mdia

78,2

18,2

172,9

26.663

26.985

0,98

12,6 V. c.

52,9

15,6

167,9

15.958

16.228

--

- Mnimo

49,6

14,8

143,7

14.318

16.228

0,76

11,1 M ximo

91,6

22,1

204,1

34.758

37.742

1,06

13,6 Desvio

18,1

2,2

12,6

6.568

4.874

0,10

1,3 C.v.

17,1

11,8

7,3

24,6

18,1

10,2

10,2 em que f^ a resistncia compresso; f^. a resistncia ao cisalhamento; f^ a resistncia flexo; f a resistncia trao:

E ^ o mdulo de elasticidade trao; M^ a massa especfica da madeira com volume e peso a 0% de teor de umidade; T ^ o teor de umidade; E,, o m dulo de elasticidade a flexo; V. c. o valor caracterstico.

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foram 45,2 MPa, 5,89 MPa, 80,42 MPa e 84,84 MPa,respectivamente. Para a madeira de E. citriodora osvalores de resistncia mdia na compresso,cisalhamento e flexo foram, 78,16 MPa , 18,17 MPa e172,9 MPa, respectivamente.

Para a madeira de pinus foi determinado o mdulode elasticidade a trao enquanto que na madeira deE. citriodora foi determinado o mdulo deelasticidade trao e flexo. O valor mdio para amadeira de pinus foi 11.810 MPa e para a madeira deE. citriodora foram 26.985 MPa e 26.663 MPa traoe flexo, respectivamente.

A massa especfica da madeira anidra (peso evolume secos em estufa) de pinus foi 0,53 g/cm3

20 40 60 80 100 120 140 160 180

5000

10000

15000

20000GRFICO DY = 2576,31 + 108,48 * XR = 0,83288R2=0,6937

Md

ulo

de el

ast

icida

de -

MPa

Resistncia trao - MPa0,4

5000

10000

15000

20000

GRFICO CY = -6925,38 R = 0,67617R2=0,4572

Md

ulo

de e

last

icida

de - M

Pa

0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

20

40

60

80

100

120

140

160

180 GRFICO BY =-84,788 + 312,416 * XR = 0,7663R2=0,5872

Resis

tnc

ia

tra

o - M

Pa

Massa especfica - g/cm30,4

30

40

50

60

70

80 GRFICO AY = 2,17662 +R = 0,68908R2=0,4748

Res

istn

cia

com

pres

so

- M

Pa

enquanto que para a madeira de E. citriodora foi0,98 g/cm3. Estes valores corrigidos, no volume e nopeso, para um teor de umidade de 12% ficaram: pinusigual a 0,56 g/cm3 e E. citriodora 1,05 g/cm3. Os teoresde umidade equilbrio para uma condio de 20 C eumidade relativa de 60% foram iguais a 11,3% parapinus e 12,6% para o E. citriodora.

Na Figura 2 tem-se trs grficos que representamas correlaes entre algumas propriedades mecnicase massa especfica da madeira de pinus ( A, B e C) eum grfico que representa a correlao existente entrea resistncia e mdulo de elasticidade trao (D).Observa-se bons ndices de correlaes

Figura 2. Algumas correlaes entre a massa especfica (peso e volume anidro) e propriedades mecnicas( A, B e C) e entre resistncia e mdulo de elasticidade (D).

GRFICOS CORRIGIDOS

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Analisando ainda o Tabela 4 observa-se queos coeficientes de variao para a madeira de pinusforam elevados. Isto pode ser explicadoparcialmente pela grande amplitude da massaespecfica da madeira, 0,38 - 0,70 g/cm3. Para amadeira de Eucalyptus citriodora os coeficientesforam bem menores, com exceo do mdulo deelasticidade flexo e trao. Verifica-se paramassa especfica, um valor de coeficiente de variaobaixo. Em seu trabalho, OLIVEIRA (1997) encontrouum coeficiente de variao mdio para a mesmamadeira de 9,3%, variando entre 7,2 e 10,5 %.CARMO (1996) estudando a massa especfica damadeira das seguintes espcies de eucaliptos: E.grandis, E. saligna, E. citriodora, E. pilulares e E.maculata afirmou que o E. citriodora e E. maculataforam aqueles que apresentaram menorvariabilidade.

CONCLUSES Para fins estruturais, a classificao pelo mdulo

de elasticidade muito importante, em especialpara madeiras que possuem uma grandevariabilidade em suas propriedades fsicas emecnicas.

A classificao pelo tamanho do n de arestapermite diminuir a variabilidade do material;

Quanto maior o tamanho da classe do n dearesta, menor o mdulo de elasticidade;

Para a madeira de pinus, obteve-se boascorrelaes entre algumas das propriedadesfsicas e mecnicas estudadas;

LITERATURA CITADA

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