Introdução

A madeira quando empregada em ambientes externos, tanto para fins estruturais quanto não-estruturais, está sujeita a ação do intemperismo natural e de organismos xilófagos que causam importantes modificações nas propriedades tecnológicas (^{Trevisan, Tieppo e Carvalho, 2008}; ^{Cademartori, Missio, Mattos e Gatto, 2015}; ^{Pilocelli et al., 2015}).

A capacidade da madeira em resistir à ação desses agentes de deterioração é denominada de durabilidade natural. A durabilidade natural da madeira pode ser influenciada pelo ambiente e período de exposição (^{Melo et al., 2010}; ^{Ribeiro et al., 2014}), bem como pelas propriedades intrínsecas da madeira, como por exemplo a massa específica e a composição química (^{Paes et al., 2007}; ^{Carneiro, Emmert, Sternadt, Mendes e Almeida, 2009}).

A caracterização da durabilidade natural da madeira pode ser avaliada por meio da exposição de amostras em ensaios de campo ou de laboratório. Os ensaios de campo, com amostras de madeira em contato direto com o solo, são mais fidedignos nos resultados obtidos (^{Brischke e Rolf-Kiel, 2010}), tendo em vista que a madeira fica sujeita á deterioração pela ação dos agentes bióticos (fungos, térmitas, brocas e bactérias) e abióticos (radiação solar, precipitação pluviométrica e umidade).

O processo de deterioração resulta em alterações químicas e mecânicas da madeira em serviço, as quais influenciam diretamente em sua vida útil. As madeiras mais suscetíveis à deterioração apresentam menor tempo de vida útil em serviço. Nesse sentido, o conhecimento da durabilidade natural em conjunto com a composição química e a resistência mecânica auxilia na definição do correto emprego de uma madeira em condições de serviço.

No setor madeireiro brasileiro, o estado de Mato Grosso é um dos principais responsáveis pela exploração de madeiras amazônicas para produção de múltiplos produtos serrados. Esse processo se dá principalmente por meio de Planos de Manejo Florestais Sustentáveis, autorizado e supervisionado pela Secretaria Estadual de Meio Ambiente. Os produtos originados são comercializados no mercado interno, principalmente nos estados do sul e sudeste do Brasil, e externo. As madeiras de Trattinnickia rhoifolia Willd. (amescla), Erisma uncinatum Warm. (cedro), Parkia pendula (Willd.) Benth. ex Walp. (angelim), Apuleia leiocarpa (Vogel) J.F. Macbr. (garapeira) e Mezilaurus itauba (Meissn.) Taub. (itaúba) destacam-se por serem as mais comercializadas na região norte de Mato Grosso, principal pólo madeireiro do estado, sendo empregadas tanto para fins estruturais como não-estruturais na construção civil (^{Melo et al., 2015}).

Objetivos

O presente trabalho teve como objetivo avaliar a resistência mecânica e a composição química de cinco madeiras amazônicas (Trattinnickia rhoifolia - amescla, Parkia pendula - angelim, Erisma uncinatum - cedro, Apuleia leiocarpa - garapeira e Mezilaurus itauba - itaúba) expostas a ensaios de deterioração de campo durante 360 dias.

Materiais e métodos

Coleta do material e preparo dos corpos de prova Para realização desse estudo utilizaram-se seis tábuas, com dimensões de 0,03 m × 0,30 m × 3 m (espessura, largura e comprimento, respectivamente), para cada uma das cinco espécies amazônicas (Trattinnickia rhoifolia - amescla, Parkia pendula - angelim, Erisma uncinatum - cedro, Apuleia leiocarpa -garapeira e Mezilaurus itauba - itaúba), as quais foram obtidas em diferentes serrarias no município de Sinop, estado Mato Grosso, Brasil.

A partir das tábuas selecionadas foram confeccionados 78 corpos de prova, com dimensões de 2 cm × 2 cm × 30 cm (espessura, largura e comprimento, respectivamente), para cada uma das espécies amazônicas. Desse total, 72 corpos de prova, de cada espécie, foram submetidos aos ensaios de deterioração em campo, enquanto o restante foi utilizado para caracterização inicial da flexão estática e dureza Rockwell (material testemunha, sem exposição aos ensaios de deterioração em campo).

Antecedendo os ensaios de deterioração em campo e a caracterização mecânica inicial, os corpos de prova foram lixados com lixa de grã nº 200 e submetidos à secagem em estufa de circulação forçada de ar, com temperatura de 60 °C, até obtenção de massa anidra.

Adicionalmente foram confeccionados 10 corpos de prova com dimensões de 2 cm × 2 cm × 10 cm (espessura × largura × comprimento, respectivamente), para cada uma das espécies amazônicas, os quais foram, posteriormente, transformados em serragem de granulometria de 60 mesh para caracterização da composição química inicial.

Resultados

As madeiras apresentaram uma baixa perda de massa nos primeiros 120 dias de exposição aos ensaios de deterioração em campo, sendo os valores próximos a 2%, independente do ambiente (Fig. 1A e 1B). As madeiras de garapeira e itaúba apresentaram alta resistência natural, com valores finais de perda de massa entre 2,44% a 2,84% e 2,23% a 2,30%, respectivamente. A partir desse período inicial, houve um aumento considerável na deterioração, com as madeiras avaliadas apresentando valores variando entre 16,95% a 38,73%.

Figura 1 Perda de massa média observada para cada dia de coleta das cinco madeiras amazônicas expostas aos ensaios de deterioração em ambiente de campo aberto (A) e floresta (B). 

Ao analisar a composição química das madeiras antes e após a deterioração nos ensaios em campo, pode-se observar que as madeiras de amescla, angelim-saia e cedrinho apresentaram resultados semelhantes, com redução dos teores de holocelulose e aumento dos teores de lignina (Tabela 1). Esse resultado pode indicar uma maior deterioração das madeiras pela ação biológica, como no caso de cupins e fungos apodrecedores que deterioram enzimaticamente celulose e polioses, em comparação à oxidação da lignina pela ação das intempéries - intemperismo natural (^{Stangerlin et al., 2013}).

Para as madeiras de garapeira e itaúba verificase que os teores de holocelulose e lignina tiveram um acréscimo e decréscimo, respectivamente. Entretanto, devese ressaltar que os valores desses constituintes apresentaram variação de aproximadamente 1% entre as avaliações iniciais e finais, indicando a resistência natural dessas madeiras à deterioração.

Nas figuras 2A e 2B podese observar que as durezas Rockwell das madeiras de amescla, angelim e cedro apresentaram expressiva redução a partir de 60 dias de exposição aos ensaios de deterioração.

Figura 2 Dureza Rockwell das cinco madeiras amazônicas expostas aos ensaios de deterioração em ambiente de campo aberto (A) e floresta (B). 

Em relação aos ensaios de flexão estática, as madeiras de amescla, angelim e cedro apresentaram os menores valores de resistência mecânica durante o período de exposição aos ensaios de campo, considerando os valores dos módulos de elasticidade (Fig. 3A e 3B) e ruptura (Fig. 4A e 4B).

Figura 3 Módulo de elasticidade das cinco madeiras amazônicas expostas aos ensaios de deterioração em ambiente de campo aberto (A) e floresta (B). 

Figura 4 Módulo de ruptura das cinco madeiras amazônicas expostas aos ensaios de deterioração em ambiente de campo aberto (A) e floresta (B). 

As médias das perdas dos módulos de elasticidade foram de 78,06%, 57,81%, 52,71%, 16,54% e 11,46% para as madeiras de amescla, angelim, cedro, itaúba e garapeira, respectivamente. Por sua vez, as médias das perdas dos módulos de ruptura foram de 81,72%, 75,53%, 75,23%, 15,97% e 10,45% para as madeiras de angelim, amescla, cedro, itaúba e garapeira, respectivamente.

Na tabela 2 pode-se destacar que para todas as madeiras, independente do ambiente de deterioração, as correlações de Pearson entre os módulos de elasticidade e ruptura com as perdas de massa foram significativas a 1% e 5% de probabilidade de erro. Por sua vez, as correlações de Pearson entre as durezas Rockwell e a perda de massa foram estatisticamente significativas apenas para as madeiras de garapeira e itaúba.

Discussão

Os primeiros 120 dias de exposição das madeiras aos ensaios em campo coincidiram com a estação seca no estado de Mato Grosso, a qual ocorre entre os meses de abril a setembro (^{Souza et al., 2013}). De acordo com ^{Casavecchia, Souza, Stangerlin e Melo (2016)}, durante a estação seca a madeira é menos suscetível a deterioração biológica. Por outro lado, durante a estação chuvosa (entre outubro a março) o solo torna-se mais úmido, de modo a favorecer a atividade biológica dos organismos xilófagos (^{Ribeiro et al., 2014}).

A maior resistência natural das madeiras de garapeira e itaúba pode estar relacionada aos teores iniciais de extrativos, sendo esses superiores aos verificados para as demais espécies (Tabela 1). ^{Carneiro et al. (2009)} relacionaram a resistência natural de 28 madeiras amazônicas ao ataque de fungos apodrecedores com os teores de extrativos, sendo consideradas resistentes as madeiras que possuíam valores de extrativos superiores a 7%, dentre as quais se incluem a garapeira e itaúba.

Outras propriedades químicas que podem ter contribuído positivamente com a resistência à deterioração das madeiras de itaúba e garapeira são os teores de lignina e cinzas, respectivamente. ^{Paes, Medeiros Neto, Lima, Freitas e Diniz (2013)} e ^{Shanbhag e Sundarara (2013)} relataram que madeiras com elevados teores de cinzas e lignina, respectivamente, apresentam uma maior resistência ao ataque de cupins xilófagos. Esse comportamento pode ser atribuído a uma maior presença de componentes que não são utilizados como fonte de alimento para os organismos xilófagos, dificultando sua propagação.

De acordo com ^{Sarto e Sansigolo (2010)} produtos da degradação de polissacarídeos são solúveis em etanol, o que pode justificar o aumento dos teores de extrativos das madeiras de amescla, angelim e cedro, uma vez que este é um dos solventes utilizados para solubilização dos extrativos totais. Em relação às madeiras de garapeira e itaúba, verificou-se uma redução dos teores de extrativos, sendo esse resultado associado à possível lixiviação superficial desses constituintes pela ação do intemperismo natural (^{Cademartori et al., 2015}).

Nas solubilidades em hidróxido de sódio a 1%, quando se comparam os valores médios antes e após os ensaios de deterioração, verifica-se aumento na ordem de até 65,36%, 62,47%, 57,68%, 35,00% e 14,11% para as madeiras de cedro, angelim, amescla, garapeira e itaúba, respectivamente. O aumento nas solubilidades das madeiras em hidróxido de sódio a 1% está relacionado à solubilização de carboidratos de baixo peso molecular oriundos da fragmentação da celulose e polioses devido à ação dos agentes deterioradores. ^{Li, Huang, Hse e Qin (2011)} e ^{Malakani, Khademieslam, Hosseinihashemi e Zeinaly (2014)} ao avaliarem madeiras de Pinus massoniana e Fagus orientalis, respectivamente, deterioradas por fungos apodrecedores também verificaram aumento na solubilidade em hidróxido de sódio a 1%.

Verificou-se perda total de dureza Rockwell a partir de 300 dias para as madeiras de amescla e angelim e aos 360 dias para a madeira de cedro, devido à intensa deterioração (Fig. 2). Resultados similares foram observados por ^{Stangerlin et al. (2013)} concluindo que o emprego do ensaio de dureza Rockwell possibilita a caracterização da deterioração incipiente em madeiras.

Para as madeiras de garapeira (27,33) e itaúba (21,56) verificam-se maiores valores de dureza Rockwell, desde o período inicial até o final da exposição aos ensaios de deterioração. A maior dureza Rockwell inicial dessas madeiras está associada aos seus teores de extrativos, o que favorece uma maior densidade superficial. Em relação à estabilidade da dureza Rockwell durante o período de exposição aos ensaios de deterioração, esse resultado está associado à resistência natural dessas madeiras.

Em relação aos valores de rigidez e resistência observados para madeiras submetidas aos ensaios de apodrecimento em floresta e campo aberto (Fig. 3e 4), resultados similares foram observados por ^{Trevisan, Tieppo, Carvalho e Lelis (2007)} e ^{Weiler et al. (2013)}, em que madeiras deterioradas em ensaios de campo apresentaram maior redução do módulo de ruptura em comparação ao módulo de elasticidade, sendo esse parâmetro mais eficaz na caracterização da deterioração.

A deterioração da madeira exposta a campo proporciona a perda de elasticidade do material, reduzindo a sua capacidade de se recuperar de pequenas deformações, de modo a torná-lo mais plástico e menos resistente aos esforços mecânicos (^{Silveira, Trevisan, Santini, Cancian e Mariano, 2016}).

Deve-se destacar que as perdas de dureza Rockwel foram superiores às perdas dos módulos de elasticidade e ruptura à flexão estática, denotando uma maior sensibilidade dos ensaios de dureza. ^{Malanaki et al. (2013)} também verificaram maiores perdas de resistência mecânica em madeiras avaliadas por meio de ensaios de dureza, no caso Brinell, em comparação aos módulos de ruptura à compressão paralela. Nesse sentido, as maiores perdas de dureza Rockwell estão relacionadas ao fato deste ensaio ser realizado pela aplicação de um esforço mecânico superficial, de modo a possibilitar a caracterização de estágios iniciais de deterioração, seja por ação biológica ou do intemperismo natural (^{Stangerlin et al., 2013}).

Em relação ao ambiente de deterioração, não se verificou distinção entre as perdas de massa e resistência mecânica, bem como alterações na composição química. Diversos estudos (^{Trevisan et al., 2007}; ^{Melo et al., 2010}; ^{Silveira et al., 2016}) relatam que madeiras em contato com solo de ambiente florestal são mais suscetíveis à deterioração quando comparadas ao solo de ambiente de campo aberto.

A diferença entre os resultados obtidos com aqueles encontrados na literatura pode estar relacionada aos ensaios terem sido realizados em região de clima tropical, com temperaturas médias superiores a 18 °C em todos os meses (^{Souza et al., 2013}). Nessas regiões, as condições ambientais favorecem o pleno desenvolvimento dos microorganismos xilófagos ao longo de todo ano, o que intensifica o processo de biodeterioração (^{Stangerlin et al., 2013}).

Conclusões

As madeiras de garapeira e itaúba apresentaram a maior durabilidade natural, devido às menores perdas de massa e de resistência mecânica, em comparação às demais madeiras.

As madeiras apresentaram alterações na composição química após o período de exposição aos ensaios de campo, sendo as maiores solubilidades em hidróxido de sódio verificadas paras as madeiras de angelim, amescla e cedro.