Madeira na construção civil João Ribeiro Santana Vieira, Discente. Estudante de Engenharia Civil da UESC, [email protected]Gustavo Souza Almeida, Discente. Estudante de Engenharia Civil da UESC, [email protected]Resumo A madeira é um dos primeiros materiais de construção a ser empregado pelo homem desde épocas pré-históricas. Mesmo após as descobertas de novos materiais, como o metal e o concreto, por exemplo, a madeira ainda é amplamente utilizada como um material de construção. Sua utilização pode acontecer de duas formas: temporária e definitiva. De forma temporária, é utilizada na instalação do canteiro de obras, nos andaimes, nos escoramentos e nas fôrmas. De forma definitiva, é utilizada nas esquadrias, nas estruturas, nos forros e nos pisos. Os avanços tecnológicos alcançados nos últimos anos, juntamente com as inúmeras pesquisas desenvolvidas, possibilitaram o desenvolvimento de diversos materiais derivados da madeira, ampliando ainda mais sua utilização. O desenvolvimento de peças em MLC(Madeira Laminada Colada) permitiu a construção de componentes estruturais, como os pórticos, por exemplo, capazes de vencer grandes vãos de até 100 m. Além disso, os avanços alcançados na química permitiram a descoberta de substâncias capazes de aumentar a resistência da madeira a ataques biológicos e ação do fogo, além de aumentar também sua durabilidade. Este trabalho visa descrever as principais aplicações da madeira e de seus derivados na construção civil, mostrando as principais vantagens e desvantagens de tais aplicações, com base em uma investigação histórica e atual sobre o tema. Palavras-chave Madeira industrializada; Madeira maciça; Propriedades da madeira; Sistemas estruturais; Métodos de tratamento. 1 Introdução Desde que o Homem abandonou os buracos e grutas naturalmente escavadas nas rochas, que a madeira o acompanhou
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Madeira na construção civil
João Ribeiro Santana Vieira, Discente.Estudante de Engenharia Civil da UESC, [email protected]
Gustavo Souza Almeida, Discente.Estudante de Engenharia Civil da UESC, [email protected]
Resumo
A madeira é um dos primeiros materiais de construção a ser empregado pelo homem desde épocas pré-históricas. Mesmo após as descobertas de novos materiais, como o metal e o concreto, por exemplo, a madeira ainda é amplamente utilizada como um material de construção. Sua utilização pode acontecer de duas formas: temporária e definitiva. De forma temporária, é utilizada na instalação do canteiro de obras, nos andaimes, nos escoramentos e nas fôrmas. De forma definitiva, é utilizada nas esquadrias, nas estruturas, nos forros e nos pisos. Os avanços tecnológicos alcançados nos últimos anos, juntamente com as inúmeras pesquisas desenvolvidas, possibilitaram o desenvolvimento de diversos materiais derivados da madeira, ampliando ainda mais sua utilização. O desenvolvimento de peças em MLC(Madeira Laminada Colada) permitiu a construção de componentes estruturais, como os pórticos, por exemplo, capazes de vencer grandes vãos de até 100 m. Além disso, os avanços alcançados na química permitiram a descoberta de substâncias capazes de aumentar a resistência da madeira a ataques biológicos e ação do fogo, além de aumentar também sua durabilidade. Este trabalho visa descrever as principais aplicações da madeira e de seus derivados na construção civil, mostrando as principais vantagens e desvantagens de tais aplicações, com base em uma investigação histórica e atual sobre o tema.
Palavras-chaveMadeira industrializada; Madeira maciça; Propriedades da madeira; Sistemas estruturais; Métodos de tratamento.
1 Introdução
Desde que o Homem abandonou os buracos e grutas naturalmente escavadas nas rochas, que a madeira o acompanhou como a matéria-prima elementar a ser utilizada na construção dos seus abrigos. Efetivamente, ao longo da história encontramos registros de construções em madeira em todos os lugares do mundo, o que permite concluir que, havendo a presença do Homem e de materiais orgânicos aptos para a construção, algum tipo de estrutura de madeira se erguia (TORRES, 2010). A imagem abaixo mostra uma das primeiras habitações em madeira já datadas, são as denominadas construções subterrâneas ou “pit-house”.
Figura 1: Construção subterrânea em madeira [1].
Com o passar dos anos, o homem foi desenvolvendo ferramentas e técnicas que facilitaram o corte e montagem de peças em madeira, o que permitia a construção de habitações cada vez mais robustas. Os avanços foram tais que, no final da idade média, se construíam edifícios em madeira de 5 ou 6 andares com resistências semelhantes a outros construídos em pedra e tijolo. Durante este período, as construções em madeira conheceram o seu apogeu que veio a culminar no fim do séc. XIX e início do séc. XX com o aparecimento do concreto armado e a compreensão das suas potencialidades. No entanto, em países mais desenvolvidos, a madeira nunca perdeu a notoriedade adquirida séculos atrás, sendo que nos Estados Unidos da América, Países Nórdicos e Japão, a madeira continua a ser o material mais utilizado na construção (responsável por cerca de 80% da habitação residencial) (TORRES, 2010).
No Brasil, é notável que a madeira serrada ainda é o principal dos produtos de madeira empregados na construção civil, sendo as construções habitacionais em madeira muito raras. Um dos fatores que explicam essa diferença, em relação aos países desenvolvidos, (citados anteriormente) onde cerca de 80% das habitações residenciais são de madeira, está no desconhecimento das propriedades da madeira e a insistência em métodos de construção antiquados, o que causa desempenho insatisfatório desta, frente a outros materiais. Essa situação, aliada à tradição herdada dos colonizadores espanhóis e portugueses, geraram na América Latina um preconceito generalizado em relação ao uso mais intensivo da madeira na construção civil de edificações.
Atualmente, as principais aplicações da madeira serrada no Brasil são: construção de estruturas de coberturas residenciais, portas, janelas, esquadrias e pisos. As madeiras de baixa resistência são geralmente utilizadas em instalações provisórias de canteiros de obras, escoras, construção de andaimes e etc. As placas de madeira recomposta são bastante utilizadas como formas de concretagem para pilares e vigas, além de servirem também, para construção de instalações provisórias do canteiro de obras.
2 Características gerais da madeira
A madeira utilizada na construção civil é obtida do tronco de árvores do tipo exogênico, ou seja, que crescem pela adição de camadas externas, sob a casca. A seção transversal de um tronco de madeira é composta pelas seguintes camadas: casca, alburno (ou borne), cerne e medula. Para construção, o cerne e alburno são as partes mais utilizadas, sendo que o cerne apresenta maior resistência mecânica que o alburno (PFEIL, 2003). A figura abaixo ilustra a seção transversal de um tronco de madeira.
Figura 2: Detalhe da seção transversal de um tronco de madeira [2].
O tronco de uma madeira é composto por camadas fibrosas orientadas longitudinalmente, o que faz da madeira um material anisotrópico e heterogêneo. Como resultando, a madeira apresenta diferentes comportamentos quando solicitada mecanicamente nas direções: transversal, longitudinal e radial.
A madeira possui diversas propriedades que a tornam muito atraente frente a outros materiais. Dentre essas, são comumente citados: baixo consumo de energia para seu processamento, alta resistência específica, boas características de isolamento térmico e elétrico, além de ser um material muito fácil de ser trabalhado manualmente ou por máquinas. A principal característica que distingue a madeira dos demais materiais é a possibilidade de produção sustentada nas florestas nativas e plantada (ZENID).
Entre as principais desvantagens da utilização da madeira como material de construção está a susceptibilidade a ataque de fatores biológicos como os fungos, bactérias, insetos, crustáceos e moluscos. A madeira também é uma material bastante susceptível a ação do fogo, o que muitas das vezes faz com que as pessoas deixem de utilizá-la na construção de habitações. Por ser um material que se desenvolve de forma espontânea na natureza, a madeira tem suas dimensões limitadas. Além disso, peças de madeira podem apresentar defeitos como nós, fendas e gretas.
Nos últimos anos, muitas substâncias químicas foram desenvolvidos com a finalidade de aumentar a resistência da madeira à ação do fogo e de agentes biológicos, como será mostrado no tópico 5. Além disso, também foram desenvolvidos processos industriais de produção de peças de madeira com grandes comprimentos, como será mostrado no item 3.
3 Tipos de madeira e derivados para construção
Existem centenas de tipos e espécies diferentes de madeiras. No entanto, algumas delas são mais utilizadas na produção de móveis, estruturas, esquadrias e etc.
Se tratando do setor construtivo, podemos dividir os tipos de madeiras em dois grupos, as madeiras maciças e as industrializadas, que serão tratadas a seguir.
3.1 Madeira maciça
Madeira maciça são aquelas que como o próprio nome indica, são feitas com pedaços inteiros das árvores, sem adição de fibras sintéticas ou aglomerados. Elas em sua natureza são mais resistentes e costumam ser mais pesadas que as madeiras industrializadas.
As madeiras maciças são divididas em dois grandes grupos: as que provêm de árvores resinosas e as que provêm de árvores folhosas. As árvores folhosas (carvalho, castanheiro, eucalipto) são anatomicamente mais complexas e diversificadas que as resinosas (pinheiro, abeto, cedro).
A seguir apresenta-se a definição de algumas das madeiras maciças mais utilizadas no mercado da construção civil:
Andiroba: É uma madeira brasileira resistente, sendo bastante utilizada na construção civil, pode ser empregada como estaca marítima, na construção de pontes, obras imersas em ambiente de água doce e etc. Sua madeira é de coloração pardo-avermelhada até uma tonalidade bem escura, de superfície irregularmente lustrosa e áspera. É uma madeira de média trabalhabilidade, fácil de laminar e com ligeira tendência a rachar com pregos.
Angelim: É uma madeira dura, de cor castanha avermelhada clara, aspecto fibroso, textura grosseira e grã irregular. É bem resistente ao ataque de fungos e cupins. Muito utilizada em peças de decoração para exteriores e interiores, escadas, pisos, vigas, na construção civil, construção naval etc.
Maçaranduba: Indicada para ser usada em itens que ficarão ao ar livre, pois possui boa resistência à umidade e ao ataque de fungos e cupins. Possui core vermelho-arroxeada, com tendência a se tornar vermelho-escuro com o passar do tempo. De textura fina e uniforme, brilho médio, cheiro e gosto imperceptíveis. Além disso, esse tipo de madeira é muito pesado, com resistência mecânica de média a alta. Possui grande durabilidade natural e tendência a rachar se pregada ou parafusada sem furação prévia.
Jatobá: Madeira de superfície pouco lustrosa, textura lisa e grossa. Pode ser classificada como de alto peso específico, baixa retratibilidade e alta resistência mecânica. Fácil de
trabalhar, pode ser desenrolada, aplainada, colada, parafusada e pregada sem muitos problemas, apresentando resistência apenas para tornear e faquear. Possui naturalmente uma boa resistência a fungos e cupins. Pode ser empregada como estacas, vigamentos, arcos, etc.
Figura 3: Escada com viga central feita com jatobá [3].
Os exemplos supracitados são apenas algumas das inúmeras espécies de madeiras que são utilizadas na construção civil, cada uma com suas características, que indicam onde melhor devem ser empregadas, sendo utilizadas desde a parte estrutural, até nos acabamentos.
3.2 Madeira industrializada
As madeiras industrializadas apresentam atualmente um papel muito relevante na indústria da construção. Pois alguns destes materiais permitiram a ampliação do âmbito de aplicação das madeiras na construção através da maior procura de soluções para grandes áreas e pequenas espessuras, como os contraplacados, aglomerados de fibras e os aglomerados de partículas, e demais materiais que têm como objetivo ser um substituto viável da madeira maciça, trazendo maior competitividade ao mercado e redução dos danos ambientais, porque se reduz a necessidade da madeira maciça.
A seguir apresenta-se a definição de algumas das madeiras industrializadas mais utilizadas no mercado da construção civil:
Compensado: Uma das maneiras em que pode ser encontrado é a de uma placa (de ótima resistência), formada por folhas de madeiras coladas umas às outras. Importante notar que os veios das folhas devem ser sempre dispostos em direções cruzadas uns aos outros, visando equilibrar tensões e reduzir riscos de empenamento. Ademais, existe também o compensado tipo sarrafeado com miolo maciço. As madeiras utilizadas nos compensados em geral são pinho, cedro ou jequitibá.
MDF: O MDF (Medium Density Fiberboard) é uma chapa de fibra de média densidade, na qual, por um processo de alta temperatura e emprego de pressão, fibras de madeira são aglutinadas por resinas sintéticas. Para a obtenção das fibras, a madeira é cortada em pequenos cavacos que, em seguida, são triturados por equipamentos denominados
desfibradores. Basicamente, utiliza-se o pinus reflorestado e selecionado para confecção de tais painéis.
Aglomerado: Trata-se de chapas homogêneas com excelente resistência ao empenamento, resultantes de partículas de madeiras impregnadas com resinas sintéticas sob a ação de pressão e de calor. Não raro, o aglomerado pode ser observado revestido com lâminas de madeiras nobres, bem como com folha de papel e resina melamínica.
Figura 4: Compensado utilizado no sistema de segurança na construção civil [4].
4 Sistemas construtivos e estruturais de madeira
A seguir serão apresentados alguns sistemas estruturais e construtivos que utilizam a madeira e seus subprodutos como matéria prima. Os sistemas estudados serão: casas de troncos ("Loghomes"), sistemas construtivos em madeira leve, treliças de cobertura e pórticos.
4.1 Casas de troncos ("Loghomes")
As casas de tronco constituem um modelo construtivo e estrutural bastante antigo e rústico. Nesse sistema, a disposição mais comum dos troncos é a horizontal devido à maior estabilidade estrutural, sendo que, a disposição vertical dos mesmos é também uma opção correntemente adotada. As 3 figuras abaixo mostram respectivamente: uma casa de troncos, as possíveis seções transversais dos troncos e os cortes de amarração da estrutura.
(a) (b) (c)
Figura 5: (a) Casa de tronco [a]. (b) Exemplos de troncos com superfícies planas [b]. (c) Detalhe da ligação entre os troncos [c] [5].
Este sistema construtivo dispensa qualquer tipo de revestimento ou acabamento. As recentes descobertas sobre as propriedades da madeira, permitiram a resolução de problemas anteriormente existentes nesse sistema construtivo, no que se refere as variações dimensionaissignificativas que provocavam deslocamentos entre as peças. Entretanto, o Loghomes é um sistema bastante limitado, pois a madeira trabalha perpendicularmente à direção das fibras, resultando num aproveitamento das capacidades resistentes em cerca de 20 a 30 vezes menor que na direção longitudinal (TORRES, 2010).
4.2 Sistemas construtivos em madeira leve
Os sistemas construtivos em madeira leve ("Light framing"), recebem esse nome por utilizarem peças de pequenas dimensões. Os sistemas construtivo em madeira leve são subdividido em dois grupos: balão e plataforma. O sistema em balão é caracterizado por um conjunto de vigas unidas aos pilares, onde estes pilares têm altura correspondente a altura total do edifício. O sistema em plataforma é caracterizado pelo fato dos elementos verticais (pilares) possuírem a altura correspondente a altura de um pavimento. A figura abaixo ilustra a principal diferença entre esses sistemas construtivos.
Figura 6: Principal diferença entre os sistemas em plataforma e balão [6].
Como o sistema em balão é raramente utilizado, por ser considerado um sistema construtivo ultrapassado, apenas o sistema em plataforma será detalhado nesse trabalho.
As edificações do sistema plataforma são construídas sobre uma fundação de concreto, e sobre esta são montados os pilares que, como foi dito, possuem a altura de um pavimento. A
estrutura dos pisos (posteriores ao térreo), são compostas por vigas de seção "I" com alma de compensado ou OSB, ou podem ser também de travessas de madeira sólida. A vedação externa é feita com placas de compensado ou OSB e posteriormente revestidas com material plástico, enquanto que a vedação interna é feita com gesso acartonado. As figuras abaixo ilustram algumas fases do processo construtivo em plataforma.
(a) (b) (c)
Figura 7: Sistema construtivo em plataforma (a) Detalhe interno durante a construção (b) Parte externa durante construção (c) Residência finalizada [7].
A estrutura do telhado no sistema plataforma, geralmente é executada utilizando treliças de madeira pré-fabricadas. A menor dimensão das peças favorece a utilização da pré-fabricação neste sistema que, aliada à simplicidade do sistema de montagem, permite a diminuição nos prazos e nos custos associados à mão-de-obra.
4.3 Treliças de cobertura
O sistema treliçado em madeira é o mais utilizado para construção das coberturas das edificações residenciais. As peças constituintes desse sistema estrutural são: tesouras (ou treliças), terças, caibros e ripas. A figura a seguir mostra em detalhes cada uma dessas peças.
Figura [8]: Peças de um sistema de cobertura em treliças [8].
As ripas são peças sobre as quais as telhas se apoiam, e seu espaçamento é definido pelo o tipo de telha utilizada (geralmente cerâmicas). As ripas são dispostas perpendicularmente sobre os caibros, que são peças com um espaçamento variando entre 40 e 60 cm. Os caibros por sua vez são apoiados sobre as terças, que são as peças que vão transmitir as cargas para as tesouras através dos nós. Quando as telhas utilizadas na cobertura são metálicas, não há a necessidade de utilização dos caibros nem ripas, sendo assim as telhas se apoiam diretamente sobre as terças (PFEIL, 2003).
As tesouras são dispostas em planos verticais e, em muitos casos, é necessário a utilização de peças de contraventamento ligando-as entre si a fim de garantir maior rigidez e estabilidade a estrutura como um todo. A figura a seguir ilustra essas peças de contraventamento, também chamadas de diagonais.
Figura 9: Peças de contraventamento de um sistema de cobertura em treliças [9].
4.4 Pórticos
Os pórticos são geralmente utilizados como sistema portante principal de grandes edificações como galpões, ginásios e terminais rodoviários, podendo vencer vãos de até 100 m. A descoberta da técnica de produção de peças em MLC (Madeira Laminada Colada), possibilitou a construção de grandes pórticos contínuos, como pode ser visto na figura a seguir.
Figura 10: Pórtico triarticulado construído em MLC [10].
Os pórticos podem ser triarticulados como o mostrado na figura anterior, ou biarticulados, sendo que os primeiros são geralmente utilizados pela facilidade de montagem utilizando gruas ou guindastes. Na figura y nota-se a existência de peças de contraventamento, que são utilizadas para garantir maior rigidez e estabilidade a estrutura como um todo. No Brasil a construção de grandes estruturas utilizando pórticos de madeira não é muito comum, sendo essas estruturas na maioria das vezes construídas com peças metálicas.
5 Técnicas de preservação da madeira
As técnicas de preservação da madeira têm por objetivo, utilizar os métodos mais vantajosos para que se consiga estender ao máximo a vida útil da madeira em uso. Para isso se deve fazer a escolha do produto e do processo observando o tipo de madeira e da condição da mesma, conforme a (NBR 16143 – Preservação de Madeiras – Sistema de Categorias de Uso). Em alguns casos, a técnica construtiva aplicada corretamente pode ser suficiente para evitar a deterioração, assim como pode haver a necessidade de tratamentos mais elaborados para fazer com que a madeira dure mais e cumpra com sua função na construção.
5.1 Agentes deterioradores
Para que se possa tratar a madeira, primeiramente é preciso saber quais o tipo de agentes deterioradores se quer neutralizar, dentre esses se destacam os agentes químicos, físicos e biológicos, que faremos uma breve descrição a seguir:
Agentes físicos: Representado principalmente pela ação combinada dos raios ultravioletas (UV) e a umidade, causando deterioração superficial na madeira. A madeira atacada torna-se rugosa com microfissuras e levantamento grã. A superfície torna-se acinzentada comprometendo o seu aspecto e facilitando a instalação de fungos apodrecedores.
Agentes biológicos: Existem três grupos, os fungos, insetos e perfuradores marinhos: Fungos: existem os fungos superficiais causadores de manchas e bolores e o grupo dos
fungos aprodecedores, como os próprios nomes indicam, o primeiro não causa graves problemas na madeira, pois não afetam a estrutura celular das madeiras, já o segundo ocorre a deterioração das paredes celulares.
Insetos: vários grupos de insetos utilizam a madeira como fonte de alimento. Os principais deles são as brocas (Coleoptera) e os cupins (Isoptera).
Perfuradores marinhos: os perfuradores marinhos causam muito prejuízos à embarcações e estruturas construídas em madeiras na faixa costeira ou imersas. Os principais são os crustáceos e moluscos que causam prejuízos significativos.
5.2 Processos para tratamento
Para evitar prejuízos devido aos ataques desses agentes, a madeira deve ser tratada através de processos que podem ser industriais ou não industriais:
Processos industriais: são realizados nas chamadas Usinas de Preservação de Madeira (UPMs) que são unidades industriais dotadas de autoclaves, bombas de vácuo e de pressão, podendo ter fontes de calor, dependendo do tipo de produto utilizado, com sistemas de controle, vagonetas, tanques, áreas de proteção ambiental, pátios de secagem e preparação, e estruturas de movimentação de cargas.
Produtos para tratamento industrial: Arseniato de Cobre Cromado – CCA tipo C – Óxido. Borato de Cobre Cromatado – CCB – Base Salina Borato de Cobre Cromatado – CCB – Base Óxida Creosoto QUATs (ACQs – Ammoniacal Copper Quata A/B/D) Boratos ( Borato de zinco e Octaborato disódico tetrahidratado).
Processos não industriais: todo processo que não envolve a utilização de equipamentos industriais como moto bombas, vasos de pressão, etc. Como exemplo desses processos temos a imersão simples, pulverização, injeção, aditivação de preservativos à cola de painéis, aplicação de pasta e bastonetes difusíveis, entre outros.
Produtos para tratamento não industrial: Profiláticos Inseticidas: Bromados (Tribromofenato de Sódio – TBP); Piretroides
Sintéticos (Cypermetrina / Deltametrina). Profiláticos Fungicidas: Bromados (Tribromofenato de Sódio – TBP); Carbamato e
Quelato de cobre (Cu-8 / Carbendazin); Origem vegetal (Tanino). Preventivos/Curativos em estruturas e sistemas construtivos: Pincelamento; Injeção;
Atualmente a madeira tem uma grande participação na construção civil, seja na parte estrutural, no acabamento e até na segurança durante a execução de obras, onde o compensado é utilizado no sistema de segurança coletivo, que é obrigatório para construções com mais de quatro pavimentos. Com isso pode-se notar que não só as madeiras maciças, mas também as madeiras industrializadas ganharam espaço no mercado e estão sendo aplicadas em diversos segmentos do setor, apoiada nas crescentes preocupações ambientais e também nos avanços dos estudos das características da madeira, que permitiram consolidá-la como material que transmite confiança, ajudando a eliminar convicções erradas sobre este material.
Em comparação com o processo construtivo tradicional, os processos que envolvem o uso da madeira têm vantagem no tempo de execução e controle dos resíduos proveniente da obra, o que contribui para o meio ambiente. Além de que a madeira tem um aspecto estético refinado e ecológico, deixando o ambiente mais agradável, além contribuir para o conforto térmico. Em desvantagem, para se empregar este material é necessário tomar os cuidados com a durabilidade, atentando para o tratamento da madeira, se necessário, além de que se faz necessária uma mão de obra especializada, que esteja habituada a trabalhar com estes métodos construtivos.
7 Referências
7.1 Referências Bibliográficas
PFEIL, W.; Estruturas de Madeira; 6ª Edição; LTC Editora, Rio de Janeiro-RJ, 2003.
BAUER, L. A. F.; Materiais de Construção: Volume 2; 5ª Edição; LTC Editora, Rio de Janeiro-RJ, 1997.
Associação Brasileira da indústria de Madeira Processada Mecanicamente. Aplicação da madeira na construção civil. Artigo nº 24, Agosto de 2014.
ZENID, G. J.; Madeira na construção civil. Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo.
TORRES, J. T. C. Sistemas construtivos modernos em madeira. Dissertação de Mestrado em Engenharia Civil, Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal, 2010.
< http://www.abpm.com.br/ - Asssociação Brasileira de Preservadores de Madeira> Acesso em: 15 de Dezembro de 2015.
