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Madera y bosques

versão On-line ISSN 2448-7597versão impressa ISSN 1405-0471

Madera bosques vol.27 no.2 Xalapa  2021  Epub 04-Abr-2022

https://doi.org/10.21829/myb.2021.2722176 

Artigos científicos

Alterações físico-mecânicas na madeira de cambará (Qualea paraensis) termorretificada

Physical-mechanical alterations in Qualea paraensis wood after heat treatment

Dayane Targino de Medeiros1 

Felipe Gomes Batista1 

Rafael Rodolfo de Melo2  * 

Adriano Reis Prazeres Mascarenhas1 

Talita Dantas Pedrosa3 

1Universidade Federal de Lavras. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia da Madeira. Lavras, Minas Gerais, Brasil. dayanemedeirost@gmail.com felipejp.gomes@gmail.com adriano.mascarenhas@unir.br

2Universidade Federal Rural do Semi-Árido. Departamento de Ciências Agronômicas e Florestais. Mossoró, Rio Grande do Norte, Brasil

3Universidade Federal Rural do Semi-Árido. Departamento de Engenharia e Ciências Ambientais. Mossoró. Rio Grande do Norte, Brasil. talita.pedrosa@ufersa.edu.br


Resumo

Objetivou-se analisar o efeito do tempo e da temperatura de tratamentos térmicos nas propriedades físico-mecânicas da madeira de cambará (Qualea paraensis Ducke). Foram confeccionados corpos de prova de 5 lotes da madeira de cambará submetidos ao tratamento térmico em estufa sob temperaturas de 180 °C e 200 °C e períodos de 2 h e 4 h. Determinouse densidade aparente (ρ12%), perda de massa (PM), umidade de equilíbrio (UE), contrações nos eixos longitudinal (βl), radial (βr) e tangencial (βt), contração volumétrica (βv) e fator anisotrópico (fa). Mecanicamente, a madeira foi avaliada quanto à resistência e rigidez nos ensaios de flexão estática (f M e EM) e compressão paralela às fibras (fc0 e Ec0). Após os tratamentos térmicos, os valores de ρ12% aumentaram, em média, 7,72% e a UE foi reduzida em 24,3%. Os maiores valores de PM (3,67%) foram observados para o tempo de exposição de 2 h em temperatura de 200 °C. Com este tratamento, obtevese também os menores valores de βt (5,73%) e βv (9,69%) . Os tratamentos térmicos aumentaram a densidade aparente, reduziram a umidade de equilíbrio e aumentaram a estabilidade dimensional da madeira. Na maioria dos tratamentos térmicos, observouse redução da resistência e aumento da rigidez à flexão estática. Ocorreu aumento da resistência e da rigidez à compressão paralela à grã em todas as combinações de tempo e temperatura. De modo geral, a maior estabilidade dimensional com menores perdas da resistência à flexão estática e compressão paralela foram obtidas com o tratamento de 200 °C e tempo de 2 h.

Palavras chave: densidade da madeira; madeira tropical; perda de massa; módulo de ruptura; tratamento térmico

Abstract

The objective was to analyze the effect of heat treatments on the physical and mechanical properties of Qualea paraensis wood. Test specimens from 5 lots of wood were submitted to heat treatments using temperatures of 180 °C and 200 °C with periods of 2 h and 4 h. Density (ρa), mass loss (PM), equilibrium moisture content (UE), longitudinal (βl), radial (βr) and tangential (βt) shrinkage, volumetric shrinkage (βv) and anisotropic factor (fa) were determined. Mechanically, the wood was evaluated for strength and stiffness in the tests of static bending (fM and EM) and compression parallel to the fibers (f c0 and Ec0) . After the heat treatments, the values of ρ12% increased, on average, by 7.72% and the UE was reduced by 24.3%. The highest values of PM (3.67%) were observed for the exposure time of 2 hours at a temperature of 200 °C. With this treatment, the lowest values of βt (5.73%) and βv (9.69%) were obtained. The thermal treatments increased the bulk density, reduced the equilibrium moisture content, and increased the dimensional stability of the wood. In most heat treatments, a reduction in strength and an increase in stiffness to static bending was observed. There was an increase in strength and stiffness to compression parallel to the grain in all combinations of time and temperature. The greatest dimensional stability with less loss of strength to static bending and parallel compression were obtained with the treatment at 200 °C and time of 2 h.

Keywords: wood density; tropical wood; mass loss; modulus of rupture; heat treatment

Introdução

A Amazônia é um dos principais complexos ecossistêmicos do planeta, dada a extensão territorial e diversidade de espécies vegetais e animais. Isso representa grande importância socioeconômica, pois diversas cadeias produtivas na Amazônia são baseadas no setor madeireiro e extrativismo vegetal (Silva, Gomide, Figueiredo, Carvalho e Ferraz-Filho, 2018; Gaui et al., 2019).

É importante que essas atividades econômicas sejam realizadas a partir de planos de manejo florestal sustentável (PMFS). Assim, é possível conservar os mecanismos ecossistêmicos, obter produtos não-madeireiros e utilizar múltiplas espécies madeireiras. Também se garante que a madeira foi explorada com menor impacto à floresta, temse rastreabilidade da madeira e o atendimento aos requisitos legais de comercialização (Faggin e Behagel, 2017; Silva et al., 2020).

As madeiras amazônicas são comercializadas ao redor do mundo com finalidades direcionadas à construção civil, indústria moveleira e painéis de madeira (Reis et al., 2019, Araujo et al., 2020). O cambará (Qualea paraensis Ducke) destacase entre as principais espécies tropicais madeireiras exploradas da Amazônia. No mercado florestal de Mato Grosso, Brasil, registrouse entre 2004 e 2010 o consumo de 1 milhão de metros cúbicos, comercializados ao valor médio de USD 68,00 por metro cúbico (Ribeiro et al., 2016; Soares-Filho et al., 2017).

A madeira de cambará tem sido estudada quanto ao seu processamento (Melo, Dacroce, Rodolfo Jr, Lisboa e França, 2019a), sobre suas propriedades físicas (Christoforo, Almeida, Varanda, Panzera e Lahr, 2020) e propriedades mecânicas (Wolenski, Peixoto, Fedotova, Christoforo e Lahr, 2020; Wolenski, Almeida, Christoforo, Lahr e Peixoto, 2020). De modo geral, a madeira de cambará possui média densidade, boa resistência mecânica e durabilidade moderada (Cerre, Gérard, Guibal e Paradis, 2017).

Seguindo a classificação apresentada por Pereira (2013), a madeira de cambará possui baixa estabilidade dimensional. Isso pode inviabilizar sua aplicação em produtos que demandem alto padrão de qualidade, já que a madeira é higroscópica, anisotrópica e heterogênea (Patera, Bulcke, Boone, Derome e Carmeliet, 2018; Stragliotto, Freitas, Oliveira e Pereira, 2019).

Essas características estão relacionadas ao arranjo anatômico e constituintes químicos da madeira (celulose, hemiceluloses e lignina) (Menezes, Santini, Souza, Gatto e Haselein, 2014; Zanuncio et al., 2018). As hemiceluloses favorecem trocas de vapor de água com o ar constantemente. Isso, por sua vez, ocasiona o fenômeno de retração e inchamento da madeira, afetando sua estabilidade dimensional (Sargent, 2019).

Agregar estabilidade dimensional em madeiras tropicais nativas é um grande desafio para os pesquisadores de tecnologia da madeira, devido à grande diversidade e distribuição geográfica das espécies. Por isso, vários estudos têm sido realizados em busca da melhoria das propriedades tecnológicas dessas madeiras.

O tratamento térmico, também conhecido como termorretificação, por ser uma técnica simples e viável, tem apresentado resultados promissores. O método consiste na aplicação de calor expondo a madeira a temperaturas acima daquelas usadas na secagem convencional, visando alterações em sua composição química, principalmente nas hemiceluloses (Hamada et al., 2015; Batista, 2019; Kubovsky, Kaciková e Kacik, 2020).

Em estudos focados no tema, observouse que o tratamento térmico resultou em melhoria das propriedades acústicas, estabilidade dimensional e durabilidade natural da madeira (Palermo et al., 2014; Gérardin, 2016; Shukla, 2019; Mania, Molinski, Roszyk e Górska, 2020). Verificouse também, que há favorecimento dos acabamentos superficiais dos produtos confeccionados com madeira, como: móveis, decks, esquadrias, pisos e painéis (Dias Júnior, 2015). Uma desvantagem deste método é a diminuição da resistência mecânica da madeira (Candelier et al., 2016; Amirou, Pizzi e Delmotte, 2020).

Com os aspectos apresentados, verificase a necessidade da realização de pesquisas direcionadas ao estudo do desempenho de madeiras tropicais termorretificadas. De posse dessas informações, é possível reposicionar espécies madeireiras no mercado para mais aplicações, agregando valor aos produtos e evitando a superexploração das espécies tradicionalmente comercializadas (Reis et al., 2019).

Objetivos

Objetivouse analisar o efeito do tempo e da temperatura de tratamentos térmicos nas propriedades físico-mecânicas da madeira de cambará (Qualea paraensis Ducke).

Materiais E Métodos

Amostragem da madeira

A madeira de cambará (Qualea paraensis Ducke) utilizada nesse estudo, foi fornecida por uma fonte comercial do Centro-Oeste do Brasil que atua em conformidade aos termos de gestão sustentável da Amazônia estabelecidos pela legislação.

Após o desdobro, o material foi organizado em cinco lotes. Para cada lote, selecionou-se aleatoriamente 10 peças com dimensões de 250 mm × 90 mm × 17 mm (comprimento × largura × espessura) livres de defeitos como: presença de nós, medula, rachaduras e grã irregular.

Propriedades Físicas

A madeira de cada lote, foi transformada em corpos de prova dimensionados e avaliados de acordo com as normas da Comisión Panamericana de Normas Técnicas [COPANT] 460, 461 e 462 (COPANT, 1972 a; 1972b; 1972c). Os ensaios físicos foram realizados após a execução de cada tratamento térmico em estufa de circulação forçada de ar, conforme os parâmetros apresentados na tabela 1. Em cada tratamento utilizouse 20 corpos de prova para realização de cada ensaio físico.

Tabela 1 Período de exposição (h) e temperaturas (°C) dos tratamentos térmicos aplicados à madeira de cambará (Qualea paraensis Ducke). 

Tratamentos Tempo (h) Temperatura (°C)
Controle - -
2/180 2 180
2/200 2 200
4/180 4 180
4/200 4 200

Após o tratamento térmico da madeira, obteve-se a densidade aparente (ρ12%) em umidade de 12%, umidade de equilíbrio (UE), contrações nos eixos longitudinal (βl), radial (βr) e tangencial (βt), contração volumétrica (βv) e o fator anisotrópico (fa), obtido pela razão entre a contração tangencial e radial. A perda de massa da madeira (PM) foi determinada por meio da razão entre a diferença de massas antes e após o tratamento térmico em relação a massa inicial dos corpos de prova. Esses parâmetros também foram obtidos para a madeira não tratada (controle).

Propriedades Mecânicas

A caracterização mecânica da madeira de cambará foi conduzida conforme as normas COPANT 464 e 555 (COPANT, 1972 d, e), utilizandose a mesma quantidade de corpos de prova nos ensaios físicos. Essas amostras foram mantidas em câmara climatizada sob temperatura de 20 °C e umidade relativa de 65% até atingirem massa constante e umidade em torno de 12%. Na sequência, obtevese a resistência (fc0) e rigidez (Ec0) à compressão paralela à grã e resistência (fM) e rigidez (EM) à flexão estática. Para isso, empregou-se máquina universal de ensaios com célula de carga de 300 kN.

Análises estatísticas

O experimento foi conduzido em delineamento inteiramente casualizado em arranjo fatorial 2 × 2 (tempo × temperatura). Os dados foram submetidos ao teste de Fisher (p<0,01), e quando significativo, aplicouse o teste de Scott-Knott (p<0,01).

Resultados

Na análise de variância, não se verificou interação entre os fatores tempo e temperatura. Ao analisar o desvio padrão, verificouse que aplicação dos tratamentos térmicos resultou em maior homogeneidade da ρ12% entre as amostras. Os tratamentos térmicos ocasionaram ligeiro aumento (7,72%) na densidade aparente da madeira de cambará em relação ao material não tratado termicamente (controle), independentemente da combinação de tempo e temperatura (Tabela 2).

Tabela 2 Valores de densidade aparente a 12% de umidade (ρ12%), perda de massa (PM) e umidade de equilíbrio (UE) da madeira de cambará (Qualea paraensis Ducke) submetida à termorretificação. 

Tratamentos (h/ o C) ρ12% (g/cm 3 ) PM (%) UE (%)
Controle 0,708 ± 0,074 a - 11,17 ± 0,79 a
2/180 0,780 ± 0,048 b 2,75 ± 0,82 b 08,90 ± 0,92 b
2/200 0,779 ± 0,034 b 3,67 ± 0,48 a 08,12 ± 0,65 b
4/180 0,785 ± 0,027 b 3,03 ± 0,17 b 08,23 ± 1,02 b
4/200 0,725 ± 0,060 b 2,98 ± 0,55 b 08,46 ± 0,63 b

Médias seguidas por mesma letra minúscula na vertical não diferem entre si pelo teste de Scott-Knott (p<0,01).

As maiores perdas de massa foram registradas para o tempo de exposição de 2 h sob temperatura de 200 °C, os demais tratamentos não diferiram entre si. Para os valores de UE, não se observaram diferenças entre os tratamentos térmicos, porém todos promoveram decréscimo na umidade em torno de 24,3% quando comparado ao controle. Isoladamente, a duração do processo não promoveu influência nos parâmetros.

Quanto aos parâmetros de estabilidade dimensional, não foi observado efeito dos tratamentos térmicos para βl e fa (Tabela 3). Para βr, apenas o tratamento 4/200 resultou em redução dos valores. No sentido tangencial (βt), o tratamento 2/180 não diferiu do controle e o tratamento 4/180 aumentou a instabilidade dimensional da madeira nesse sentido anatômico.

Tabela 3 Resultados experimentais das contrações longitudinal (βl), radial (βr), tangencial (βt) e volumétrica (βv) e fator anisotrópico (fa) da madeira de cambará (Qualea paraensis Ducke) submetida à termorretificação. 

Tratamentos (h/ o C) βl (%) βr (%) βt (%) βv (%) fa
Controle 0,57 ± 0,33 a 4,62 ± 0,78 a 6,83 ± 1,08 b 11,13 ± 1,62 a 1,53 ± 0,35 a
2/180 0,56 ± 0,43 a 4,40 ± 0,52 a 6,88 ± 1,19 b 11,20 ± 1,35 a 1,73 ± 0,61 a
2/200 0,59 ± 0,59 a 4,19 ± 0,45 a 5,73 ± 1,02 c 9,69 ± 1,27 b 1,43 ± 0,28 a
4/180 0,54 ± 0,52 a 4,79 ± 0,97 a 7,81 ± 1,25 a 12,41 ± 1,75 a 1,67 ± 0,39 a
4/200 0,58 ± 0,59 a 3,73 ± 0,54 b 6,04 ± 1,17 c 10,05 ± 1,40 b 1,71 ± 0,37 a

Médias seguidas por mesma letra minúscula na vertical não diferem entre si pelo teste de Scott-Knott (p<0,01).

Tanto para βt quanto para βv, os tratamentos 2/200 e 4/200 promoveram um aumento da estabilidade da madeira. Assim como observado para densidade, perda de massa e umidade de equilíbrio, o tempo de exposição não exerceu influência nos parâmetros de estabilidade dimensional.

Os tratamentos térmicos promoveram efeitos nas propriedades mecânicas da madeira de cambará (Tabela 4). Quanto a fM, os menores valores foram obtidos para o tratamento em que a madeira ficou exposta durante 4 h em temperatura de 200 °C, nessa condição a redução na resistência foi na ordem de 26,43%, em média.

Tabela 4 Resultados experimentais da resistência (fM) e rigidez (EM) à flexão estática e resistência (fc0) e rigidez (Ec0) à compressão paralela à grã da madeira de cambará (Qualea paraensis Ducke) submetida à termorretificação. 

Tratamentos fM (MPa) EM (GPa) fc0 (MPa) Ec0 (GPa)
(h/oC)
Controle 87,67 ± 20,08 a 12,60 ± 2,64 b 52,22 ± 10,49 c 13,07 ± 3,06 c
2/180 73,22 ±19,53 b 14,09 ± 2,65 a 60,50 ± 11,91 b 14,14 ± 3,36 b
2/200 83,30 ± 20,19 a 15,72 ± 1,34 a 65,01 ± 10,41 a 15,37 ± 3,77 a
4/180 79,94 ± 19,90 b 15,07 ± 1,50 a 65,31 ± 11,55 a 15,63 ± 3,44 a
4/200 64,50 ± 17,11 c 11,76 ± 3,20 b 58,16 ± 11,21 b 14,11 ± 3,32 b

Médias seguidas por mesma letra minúscula na vertical não diferem entre si pelo teste de Scott-Knott (p<0,01).

O tratamento 2/200 não promoveu efeitos de redução na fM, enquanto que os tratamentos 2/180 e 4/180 resultaram em decréscimo deste parâmetro com a mesma magnitude. Para os resultados de EM, o tratamento 4/200 teve o mesmo comportamento do controle e os demais tratamentos acarretaram aumento de, aproximadamente, 15,60% neste parâmetro.

No ensaio de compressão paralela à grã, todos os tratamentos térmicos ocasionaram aumento na resistência e na rigidez da madeira de cambará. As combinações 2/180 e 4/200, foram, em média, 8,95% superiores às combinações de tempo e temperatura de 2/200 e 4/180. Em comparação com o controle, as combinações 2/180 e 4/200 apresentaram médias de fc0 11,98% maiores. Já para as combinações 2/200 e 4/180, os valores foram 19,85% superiores à madeira não tratada termicamente.

Para Ec0, as tendências foram as mesmas observadas para resistência e a diferença entre o agrupamento dos tratamentos 2/180 e 4/200 em relação ao agrupamento 2/200 e 4/180 foi na ordem de 8,90%, aproximadamente. As combinações 2/180 e 4/200 apresentaram valores de Ec0 8,07% superiores em relação ao controle, enquanto que as médias observadas para as combinações 2/200 e 4/180 foram 13,07% maiores.

Discussão

Propriedades Físicas

O aumento da densidade aparente da madeira de cambará após o tratamento térmico pode estar vinculado a redução do volume das amostras e ligeira perda de massa (< 4,00%). Melo et al. (2019b) mencionam que a perda de massa pode ser de até 20% dependendo da forma de execução do processo. Geralmente, a medida em que se eleva a temperatura ocorre redução da superfície transversal da madeira, devido a diminuição do diâmetro tangencial dos elementos de vaso (Nisgoski, Muñiz, Batista e Mölleken, 2014; Gasson, Cartwright e Leme, 2017).

Em acréscimo, Gonçalves, Marcati e Scheel-Ybert (2012), ao estudaram o efeito da temperatura nas características anatômicas de espécies madeireiras do Cerrado brasileiro, verificaram redução proeminente de volume em madeiras que continham parênquima axial paratraqueal abundante, pois as células parenquimáticas possuem paredes delgadas e são mais suscetíveis à degradação térmica.

Os resultados obtidos e os aspectos mencionados corroboram com as pesquisas de Reis, Abreu, Pinho, Lisboa e Urbinati (2014). Estes autores relataram que as espécies do gênero Qualea apresentam o tipo de parênquima axial mencionado anteriormente. Assim, podese dizer que o efeito sobre o volume pode ter sido mais pronunciado uma vez que todos os tratamentos térmicos promoveram redução na massa dos corpos de prova.

Nas pesquisas de Ferreira, Melo, Zaque e Stangerlin (2019), também se observou aumento da densidade após o tratamento térmico da madeira de Hymenolobium petraeum Ducke aplicandose os mesmos parâmetros de tempo e temperatura utilizados neste trabalho. Melo et al. (2019b), também verificaram incremento de 5,35% na densidade aparente utilizando temperaturas entre 180 °C e 200 °C por períodos de 2 h e 4 h de exposição. Esse efeito não é recorrente, pois após o tratamento térmico a redução da densidade da madeira é um fenômeno mais comum.

Geralmente, quando a madeira é exposta a temperaturas entre 100 °C e 250 °C ocorrem perdas de massa decorrentes da degradação de seus constituintes químicos, resultando em perda de massa. Isso está associado a baixa estabilidade térmica das hemiceluloses e de alguns extrativos, que se degradam facilmente em relação aos demais constituintes estruturais da madeira (celulose e lignina) (Candelier et al., 2016, Lengowski, Muñiz, Klock e Nisgoski, 2018, Pratiwi et al., 2019).

Esses aspectos juntamente com os resultados obtidos estão em harmonia com o trabalho de Dittommaso et al. (2020), que também verificaram perda de massa na madeira de Intsia spp. em decorrência da redução do teor de hemiceluloses em 10% sob temperaturas próximas a 200 °C. Os autores explicaram que em função dos diferentes tipos de hemiceluloses essa degradação pode ser mais acentuada, principalmente em moléculas formadas por cadeias menores.

Com isso, as variações de massa observadas neste trabalho são aceitáveis, já que a alteração das propriedades da madeira está intimamente relacionada aos parâmetros envolvidos no tratamento térmico, tais como: duração, temperatura, taxa de oxigênio, tipo de madeira e dimensões do material. A combinação desses parâmetros pode melhorar ou piorar as propriedades físico-mecânicas da madeira, isso destaca a necessidade do dimensionamento dos procedimentos de termorretificação para cada espécie.

Esses aspectos também estão associados à redução da umidade de equilíbrio (UE) e consequentemente ao aumento da estabilidade dimensional da madeira de cambará. Em temperaturas superiores a 180 °C, ocorrem reações químicas na madeira e formação de compostos, como o hidroximetilfurfural, que auxiliam na redução da higroscopicidade da madeira. Esses compostos ocasionam desidratação de componentes químicos hidrofílicos, tais como: hexoses e pentoses (Rowell, Ibach, McSweeny e Nilsson, 2009; Carvalho, Zanuncio, Silva, Carneiro e Paula, 2017; Cabalová et al., 2018).

Essas modificações químicas reduzem a higroscopicidade da madeira (Conte, Missio, Pertuzzatti, Cademartori e Gatto, 2014; Gérardin et al., 2016). Os parâmetros de estabilidade dimensional também são influenciados, pois as dinâmicas de contração e inchamento da madeira são ocasionadas pela variação do teor de água em seus sítios hidrofílicos (Sargent, 2019).

Os efeitos do tratamento térmico na adsorção de água da madeira também foram observados por Anjos e Souza (2015). Os autores verificaram redução dos percentuais de umidade devido à perda de componentes hidrófilos na madeira de Goupia glabra Aubl. submetida a temperaturas acima de 180 °C.

Conforme observado, as combinações de tempo e temperatura que resultaram nos menores valores de βr, βt e βv foram 2/200 e 4/200. Takeshita e Jankowsky (2015) explicaram que os efeitos do tratamento térmico variam para cada tipo de madeira, em função do tempo e temperatura. Os autores registraram redução da adsorção de água e aumento da estabilidade dimensional das madeiras de Hymenaea sp. e Astronium sp. utilizando temperaturas acima de 90 °C, independentemente, do tempo de exposição.

De forma semelhante, Carvalho et al. (2017) obtiveram redução de 20,7% no inchamento (linear e volumétrico) e redução fator anisotrópico na madeira de Eucalyptus urophylla S. T. Blake para qualquer tempo de exposição com temperaturas acima de 225 °C.

No presente trabalho não ocorreram alterações nos valores de βr e fa, mas na literatura existem relatos do efeito do tratamento térmico nessas propriedades. Por exemplo, Dias Júnior et al. (2015) observaram redução no fator anisotrópico e estabilização das contrações (lineares e volumétricas) na madeira de eucalipto, utilizando temperaturas entre 160 °C e 215 °C e tempo variando de 2 h a 6 h.

Dentre esses parâmetros, a contração tangencial é a mais importante para fins práticos de utilização da madeira, haja vista que em grande intensidade promovem rachaduras e empenamentos no material, dificultando sua aplicação em produtos que demandam alta estabilidade dimensional, como móveis e esquadrias (Sargent, 2019).

Com base nos aspectos apresentados, podese considerar que o tratamento 2/200 foi o mais eficiente para melhoria da estabilidade dimensional da madeira de cambará. Além disso, a menor duração do processo acarretou em redução do consumo energético em relação ao segundo melhor tratamento (4/200).

Propriedades mecânicas

A redução na resistência à flexão estática pode ser atribuída à degradação dos componentes semiestruturais da parede celular, pois em todos os tratamentos registrouse perdas de massa, característica também observada por Carvalho et al. (2017).

O aumento da densidade não resultou em acréscimo na resistência, como a madeira foi amostrada de forma aleatória e a distribuição dos tecidos no sentido medula-casca é heterogênea, é possível que em algumas regiões das peças tenham sido afetadas de forma mais severa pelo tratamento térmico, principalmente onde existe maior proporção de lenho inicial reduzindo a densidade dessa região, mesmo havendo aumento da densidade global das peças (Patera, et al. 2018).

Hein e Brancheriau (2018) relataram que durante o ensaio de flexão estática ocorrem esforços de cisalhamento paralelos ao eixo longitudinal da peça. Os autores explicaram que a heterogeneidade radial da densidade promove fadigas devido a variabilidade das tensões na peça durante o ensaio. Johansson e Morén (2006) submeteram a madeira de Batula sp. ao tratamento térmico com temperaturas variando entre 175 °C e 200 °C e verificaram redução da resistência ao cisalhamento, a partir da análise das fraturas durante o ensaio de flexão estática.

Quanto ao aumento da rigidez na flexão estática (EM), Dittommaso et al. (2020) atribuem esse efeito ao aumento de ligações cruzadas entre as moléculas de lignina em temperaturas acima de 160 °C. Isso aumenta a rigidez perimetral nas microfibrilas celulósicas e a resistência característica da lamela média.

A celulose, hemiceluloses e lignina quando são expostas às suas respectivas temperaturas de transição vítrea (tg) mudam para um estado semelhante à borracha ou plástico. Após o resfriamento, as fases desses componentes tornam-se mais rígidos e a estrutura polimérica das moléculas pode ser alterada, afetando a interação original dos constituintes e o módulo de elasticidade da madeira (Modes, Santini, Vivian e Haselein, 2017).

Isso explica a redução acentuada nos valores de fM e EM observada na combinação de tempo e temperatura 4/200. Quanto maior o período de permanência da madeira sob altas temperaturas, maior será a degradação de seus componentes químicos. Cademartori, Schneid, Gatto, Beltrame e Stagerlin (2012) e Carvalho et al. (2017), verificaram redução da resistência mecânica nas madeiras de Eucalyptus grandis e Eucalyptus urophylla termorretificadas sob longos períodos de exposição às temperaturas acima de 160 °C e 150 °C, respectivamente, Quanto à rigidez à flexão, Boonstra, Acker, Tjeerdsma e Kegel (2007) verificaram aumento deste parâmetro para as espécies Pinus radiata e Pinus sylvestris em temperaturas entre 150 °C e 260 °C. Modes et al. (2017) verificaram o mesmo comportamento para madeira de Eucalyptus grandis tratadas em temperaturas de 130 °C e 160 °C durante 3 h.

Para o ensaio de compressão paralela à grã, o aumento dos valores de fc0 e Ec0 pode ser explicado pelo incremento na proporção de celulose cristalina altamente ordenada, devido à quebra das regiões amorfas da cadeia celulósica. Nessa condição, eleva-se a anisotropia do material e a rigidez no sentido longitudinal às microfibrilas (Boonstra et al., 2007, Kubovsky et al., 2020).

O aumento da resistência mecânica também ocorre devido ao incremento de ligações cruzadas entre macromoléculas de lignina. Por ser altamente resistente à compressão, a lignina restringe o movimento perpendicular às fibras, que é comum no ensaio de compressão paralela à grã (Kacik, Luptáková, Nasswettrová, Kaciková e Vacek, 2016). A lignina é o principal componente da lamela média e está em grande quantidade na parede primária, quanto mais ligações entre suas macromoléculas maior será a resistência perimetral da parede celular.

Após o tratamento térmico, a madeira de cambará mantevese na classe de resistência característica C60 (fc0 > 60 MPa), considerando a norma NBR 7190 da Associação Brasileira de Normas Técnicas [ABNT] (ABNT, 1997). Wolenski, Peixoto, Christoforo, Lahr e Dias (2019) ao estudarem a espécie Qualea paraensis, relataram que essa classe de resistência permite a aplicação da madeira de cambará em usos diversos com segurança estrutural.

As madeiras do gênero Qualea são amplamente utilizadas na construção civil (ripas, rodapés e andaimes), movelaria, decoração, na produção de chapas compensadas e embalagens. Cardoso, Moutinho, Melo, Sousa e Souza (2012), analisaram as propriedades mecânicas da madeira de Qualea dinizii Ducke e classificaram sua resistência como média, além de indicarem para a confecção de móveis, revestimentos internos de residências e esquadrias.

Nos estudos de Lazarotto et al. (2016), Dittommaso et al. (2020) e Mania et al. (2020) estão apresentados outros benefícios nas propriedades da madeira com a aplicação de tratamento térmico na madeira, como: melhoria das propriedades acústicas, ganhos na qualidade da superfície em acabamentos, redução do consumo energético durante o desdobro, aumento na velocidade de corte e aumento da durabilidade natural.

No presente trabalho, foi possível verificar essas características na madeira de cambará, o tratamento térmico 2/200 permitiu melhorar a estabilidade dimensional da madeira sem redução drástica na resistência mecânica. O tratamento 4/200 também proporcionou aumento da estabilidade dimensional, mas a resistência mecânica foi prejudicada. Os demais tratamentos não diferiram do controle quanto a estabilidade dimensional, mas acarretaram redução da resistência mecânica da madeira em comparação ao controle.

Édesejável observarse na madeira alta estabilidade dimensional e resistência mecânica. No processo de termorretificação, encontrar um equilíbrio entre a melhoria das propriedades físicas e redução da resistência mecánica é um grande desafio. Assim, com base nos resultados dos melhores tratamentos térmicos, pode-se dizer que a madeira de cambará é adequada para construção civil leve, usinagem, confecção de esquadrias, portas, móveis e acabamentos internos.

Conclusões

Os tratamentos térmicos ocasionaram incremento na densidade aparente, promoveram pequenas perdas de massa, redução da umidade de equilíbrio e propiciaram melhorias na estabilidade dimensional da madeira de cambará (Qualea paraensis Ducke).

Na maioria dos tratamentos térmicos observouse redução da resistência e aumento da rigidez à flexão estática. Ocorreu aumento da resistência e da rigidez à compressão paralela à grã em todas as combinações de tempo e temperatura.

Em aplicações que demandem maior estabilidade dimensional com pequena redução da resistência à flexão estática, os melhores resultados podem ser obtidos com o tratamento 2/200. Para aplicações estruturais sob solicitação de esforços de compressão paralela à grã, os maiores valores de resistência e rigidez podem ser obtidos nos tratamentos 2/200 e 4/200.

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Recebido: 19 de Maio de 2020; Aceito: 13 de Novembro de 2020; Publicado: 22 de Dezembro de 2021

*Autor de correspondencia. rafael.melo@ufersa.edu.br

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