Propriedades Mecânicas e Densidade Aparente da Madeira de Tectona grandis Linn.
F. (Teca) em Função do Espaçamento e da Posição Radial na Tora
Propriedades Mecânicas e Densidade Aparente da Madeira de Tectona grandis Linn.
F. (Teca) em Função do Espaçamento e da Posição Radial na Tora
Israel Luiz de Lima*, Marcos Manzano Pimentel** e José Nivaldo Garcia***
*Pesquisador Científico
Instituto Florestal do Estado de São Paulo. Divisão de Dasonomia. Rua do Horto,
931, São Paulo, SP, CEP-023777-000, BRASIL
**Engenheiro Agrónomo
***Professor Livre-Docente
Universidade de São Paulo. Departamento de Ciências Florestais da ESALQ. Caixa
Postal 9, Piracicaba, SP, 124000-970, BRASIL
Sumário
O espaçamento ideal entre árvores onde se obtém uma maior proporção de madeira
e melhor qualidade é uma das questões a serem consideradas nas pesquisas de
manejo florestal de Tectona grandis (teca) que se vem destacando pela
produtividade e qualidade de sua madeira. Este trabalho teve como objetivo
verificar a influência do espaçamento em algumas propriedades mecânicas e
densidade aparente da madeira de Tectona grandis, aos 32 anos de idade, e a
variabilidade radial dessas propriedades. O delineamento experimental utilizado
foi de blocos casualizados com cinco repetições em esquema fatorial 3 x 3
(espaçamento x posição radial na tora da árvore) sendo três espaçamentos (3 x
1,5; 3 x 2,0 e 3 x 2,5m) e três posições radiais (medula; intermediária e
casca). A amostragem foi composta por 15 árvores de diâmetro superior em
populações na região de "Pederneiras, SP, Brasil". De acordo com os resultados
obtidos, pode-se concluir que o espaçamento das árvores não influenciou
significativamente nas propriedades mecânicas e densidade aparente. Pode-se,
então, inferir que espaçamentos maiores podem produzir um maior volume de
madeira por unidade de área, sem prejuízo para as propriedades mecânicas e
densidade aparente. Ocorreu também um aumento no sentido da medula à casca para
todas as propriedades estudadas.
Palavras-chave: Manejo florestal; propriedades da madeira; resistência
Mechanical Properties and Specific Gravity of the Wood of Tectona grandis Linn.
F. (teack) According to the Spacing and the Radial Position in the Log
Abstract
The ideal spacing between trees in order to obtain higher proportion and better
quality of wood is one of the issues to be considered in research on forest
management of Tectona grandis (teak), which is characterized by the
productivity and quality of its wood. This study aimed to investigate the
influence of spacing on some mechanical properties and wood density of Tectona
grandis, with 32 years old, and the radial variability of these properties. The
experimental design used was randomized blocks with five replications in
factorial scheme 3x3 (spacing x the radial position in the log) being three
spacings (3 x 1.5; 3 x 2.0 and 3 x 2.5m) and three radial positions (pith,
intermediate and bark). The sample was composed of 15 trees with the greater
diameter in populations in the region of Pederneiras, SP, Brazil. According to
the results, it could be concluded that the spacing of the trees did not
significantly influence the mechanical properties and density. Larger spacing
can produce a greater volume of wood per unit area, without affecting the
mechanical properties and specific gravity. An increase towards the pith-bark
direction also occurred in all the studied properties.
Key words: Forest management; wood properties; strength
Propriétés Mécaniques et Densité Apparente du Bois de Tectona grandis Linn. F.
(teack) en Raison de l'Espacement et de la Position Radiale dans le Grume
Résumé
L'espacement idéal pour obtenir le bois de meilleure qualité et plus haut
rendement est l'une des questions à considérer dans les recherches sur
l'aménagement forestier de Tectona grandis (teck). Cela a été mis en évidence
dû à la productivité et la qualité de son bois. Le bût de cet étude a été de
vérifier l'influence de l'espacement sur certaines propriétés mécaniques et sur
la densité apparente du bois de Tectona grandis à l'âge de 32 ans, et la
variabilité radiale de ces propriétés. Le dispositif expérimental utilisé a été
celui de blocs aléatoires avec cinq répétitions, schéma factorielle de 3 x 3
(espacement x position radiale dans le grume de l'arbre) dont trois espacements
(3 x 1,5; 3 x 2 et 3 x 2,5m) et trois positions radiales (moelle, intermédiaire
et écorce). L'échantillonnage a été composé par 15 arbres de diamètres
supérieurs, choisis dans les peuplements de la région de Pederneiras, SP,
Brasil. Selon les résultats obtenus on peut conclure que l'espacement des
arbres n'a pas significativement influencé les propriétés mécaniques et la
densité apparente. L'élargissement de l'espacement peut produire un plus grand
volume de bois par unité de surface, sans affecter les propriétés mécaniques et
la densité apparente. On a également remarqué une augmentation de toutes les
propriétés étudiées, dans le sens de la moelle vers l'écorce.
Mots clés: Aménagement des forêts; propriétés du bois; résistance mécanique
Introdução
Atualmente as indústrias madeireiras, no Brasil, utilizam em grande escala
toras de árvores do género Pinus e Eucalyptus, para processamento mecânico.
Entretanto, o reflorestamento com Tectona grandis, (teca) surge como uma boa
alternativa de investimento, visto que esta espécie vem se destacando pela
produtividade e qualidade de sua madeira. O Brasil é considerado um grande
potencial de consumo e de produção desta madeira.
De acordo com RAMOS et al. (2008), a madeira de teca é utilizada para as mais
diversas finalidades: móveis finos, esquadrias de alto padrão, pisos,
embarcações, decoração, construção naval, laminação e compensados. A teca
também pode ser utilizada como lenha e carvão vegetal, porém somente para as
áreas de ocorrência natural. A madeira é considerada nobre, de excelente
qualidade, é valorizada pela beleza, resistência e durabilidade e tem grande
procura no mercado mundial, podendo alcançar preços até três vezes superiores
aos do Swietenia macrophylla (mogno). A madeira de teca possui um alburno
estreito e claro, bem distinto do cerne, cuja cor é castanha viva e brilhante.
A média da densidade aparente da teca é 650 kg.m-3 e, apesar de ser leve,
apresenta resistência que é considerada boa, semelhante ao mogno brasileiro (S.
macrophylla), sua madeira é estável e sob mudança de umidade praticamente não
empena durante a secagem. A durabilidade do cerne deve-se a tectoquinona, um
extrativo contido nas células da madeira (LAMPRECHT, 1990 e LORENZI et al.,
2003).
Em floresta de teca em Mato Grosso, na região de Cáceres, as árvores alcançam
grandes dimensões num ciclo de 25 a 30 anos, e são aptas a produzirem madeira
para serraria de ótima qualidade (MACEDO et al., 1999).
Uma característica importante na utilização da madeira de teca é a proporção de
cerne que é altamente correlacionada com o crescimento da árvore, podendo,
então ser obtido um alto rendimento do cerne por meio deadubação intensiva ou
controle do espaçamento de plantio (MOYA e PEREZ, 2008).
Os espaçamentos mais utilizados no plantio da teca, especialmente no estado do
Mato Grosso, são os de 3,0 x 3,0m ou 3,0 x 2,0m (RONDON NETO et al., 1998). O
espaçamento para a teca é dependente, principalmente, do tipo de produto que se
espera obter (madeira serrada, lenha, carvão vegetal ou painéis à base de
madeira) e também da declividade do terreno. Nesse sentido, os espaçamentos
variam de 1,5 x 1,5m até 3,0 x 6,0m (CHAVES e FONSECA, 1991).
Segundo MALAN e HOON (1992), o controle da densidade de plantio, através do
espaçamento inicial ou desbaste ou a combinação de ambos, são práticas
silviculturais que podem influenciar fortemente o crescimento e a formação da
madeira. Os espaçamentos iniciais mais utilizados operacionalmente têm pouca
influência nas propriedades das madeiras de folhosas (ZOBEL e BUIJTENEN, 1989).
Isto foi comprovado no trabalho de BRASIL e FERREIRA (1971) em um estudo de
densidade da madeira de Eucalyptus alba, Eucalyptus saligna e Eucalyptus
grandis. Resultados semelhantes foram obtidos por GOULART et al. (2003) para E.
grandis e CARVALHO e CARVALHO (2002) para Bagassa guianensis (tatajuba). Porém,
GARCIA et al. (1991) observam uma tendência de diminuição da densidade básica
da madeira de E. grandis e E. saligna com o aumento do espaçamento. PÉREZ e
KANNINEN (2005) verificaram para T. grandis, que variações na combinação entre
intensidade e época de aplicação de desbaste afetaram negativamente o
relacionamento entre a densidade básica da madeira e a densidade populacional.
ROQUE e LEDEZMA (2003), em um estudo com populações de T. grandis, de 10 anos
de idade verificaram que o espaçamento (6 x 2m) influenciou de forma
significativamente diferente do espaçamento (3 x 3m) a densidade básica da
madeira. HASELEIN et al. (2002) verificaram aumento na densidade aparente, no
módulo de resistência à flexão estática e no módulo de elasticidade na flexão
estática em função do aumento do espaçamento em uma população clonal de E.
saligna, de 10 anos de idade.
De acordo com HARRIS (1981), o crescimento mais rápido da população decorrente
de espaçamentos mais amplos, tanto em coníferas quanto em folhosas pode
ocasionar diminuição da densidade e da resistência da madeira, além de aumentar
o gradiente na direção medula-casca. Isso foi verificado por MALAN e HOON
(1992), que estudaram o efeito do desbaste em uma população de E. grandis de 34
anos, testando diferentes séries de intensidade de desbastes. Concluíram que os
desbastes gradativos reduziram o gradiente de variação medula-casca da
densidade básica, demonstrando que é possível conseguir uma madeira mais
homogénea por meio da prática de desbastes, ou seja, alterando o espaçamento
inicial da população de maneira gradativa.
As propriedades físicas e mecânicas variam mais acentuadamente no sentido
medula-casca, do que no sentido da base para o topo das árvores, mostrando que
é importante o conhecimento das variações radiais da qualidade de madeira (CRUZ
et al., 2003). De acordo com MALAN (1995), ocorre uma grande variação das
propriedades das madeiras no sentido medula-casca, cuja extensão é determinada,
principalmente, pela presença de madeira juvenil e a sua proporção no tronco
das árvores.
O objetivo deste estudo foi verificar a influência do espaçamento na
variabilidade radial de algumas propriedades mecânica e da densidade aparente
da madeira de Tectona grandis.
Material e métodos
O experimento de silvicultura de onde foram extraídas as árvores de Tectona
grandis para o presente estudo foi instalado na Floresta Estadual Pederneiras,
do Instituto Florestal em 1975, SP, Brasil. Esta localidade apresenta latitude
de 22°22'S e longitude de 40°44'W, altitude de 500m e precipitação média anual
de 1.112mm. O solo é do tipo Latossolo Vermelho Escuro, e o clima do tipo Cwa
de inverno seco, conforme classificação de Köppen (VENTURA et al., 1965/66). O
delineamento experimental utilizado foi o de blocos casualizados com cinco
repetições, sendo constituídos por três tratamentos de espaçamento de plantio
(3 x 1,5; 3 x 2 e 3 x 2,5m). As parcelas experimentais apresentam tamanho
variável de 112,5m², 168m² e 202,5m², compostas por 25, 28 e 27 plantas úteis/
repetição, correspondentes aos respectivos tratamentos citados.
As amostras de madeira foram coletadas de cinco árvores de cada espaçamento,
sendo apenas uma de cada bloco, pertencentes à classe de DAP superior do
experimento que foi definida por um inventário florestal exploratório. De cada
árvore selecionada, foi utilizada apenas a primeira tora de 3m de comprimento.
As toras retiradas foram transportadas para a serraria e de cada tora foi
retirada uma prancha central com espessura de 4 cm. Após secagem ao ar foram
retiradas de um dos lados aleatoriamente escolhido de cada prancha, três
sarrafos de 2 x 2 x 50cm, de forma representar as posições (medula,
intermediária e casca) do raio da prancha (Figura 1). De cada sarrafo foram
retirados corpos de prova para os ensaios de resistência à compressão paralela
às fibras (fc0), resistência ao cisalhamento paralelo as fibras (fv0), módulo
de resistência à flexão estática (fM), módulo de elasticidade na flexão
estática (EM0) e densidade aparente (ρap).
Figura 1 - Prancha central representando as posições radiais de retirada dos
corpos de prova para estudo da variabilidade radial onde a distância "d" variou
de 5,25 a 6,25 cm em função do diâmetro da tora
Devido às limitações impostas pelo diâmetro das toras e de defeitos visíveis
nas pranchas de madeira, os corpos de prova foram confeccionados com dimensões
menores do que as especificadas na norma NBR 7190/1997, que foi adotada como
diretriz para determinações das propriedades mecânicas e densidade aparente.
Todos os 45 corpos de prova utilizados na obtenção de cada variável tiveram uma
dimensão fixa de 2cm limitada pela dimensão de um dos lados da seção
transversal dos sarrafos, de onde foram retirados. Para as demais dimensões
foram tomados os valores mais tradicionais possíveis. As propriedades mecânicas
foram determinadas em Laboratório de Ensaios Mecânicos de Madeira, as amostras
utilizadas estavam com teor de umidade de 15%.
Densidade aparente (ρap)
Foram obtidos corpos de prova de 2 x 2 x 3cm, obtidos dos sarrafos de cada
repetição de diferentes posições do tronco. Essas amostras foram secas em
ambiente com temperatura normalizada, até atingirem aproximadamente 15% de
umidade. Nas amostras foram medidas suas dimensões com paquímetro digital com
sensibilidade de 0,01 cm e a massa do corpo de prova foi obtida em balança
semi-analítica com sensibilidade de 0,01g (ABNT, 1940).
Resistência à compressão paralela às fibras (fc0)
Foram utilizados corpos de prova de 2 x 2 x 3cm, obtidos de cada sarrafo. Os
ensaios foram realizados em uma máquina universal de ensaio (ABNT, 1940). Foi
utilizada a mesma taxa de aplicação de tensão (taxa de carregamento da norma
NBR 7190) que é de 10 MPa/min e, portanto, já considerada a área de
carregamento.
Resistência ao cisalhamento tangencial aos anéis de crescimento (fv0)
Para este ensaio foram utilizados corpos de prova com dimensões nominais de 2 x
2 x 3cm, com 5cm2 de área de cisalhamento. Um lado da área cisalhada foi de
2cm, imposta pela dimensão da seção do sarrafo. O lado 2 foi o maior possível
entre o valor do lado 1 e o valor crítico a partir do qual ocorre compressão na
área da placa cisalhante, ao invés do cisalhamento da amostra, o valor adotado
foi de 2,5cm. A velocidade de aplicação de carga foi de 2,5 MPa/min (N/mm2/
min), portanto o que variou em relação à norma foi a taxa de aplicação da
carga, mas a taxa de aplicação da tensão foi a especificada na norma.
Módulo de resistência à flexão estática (fM) e Módulo de elasticidade à flexão
estática (EM0)
Nestes testes foram utilizados corpos de prova de 2 x 2 x 35cm, retirados de
cada sarrafo. Os corpos de prova foram secos à temperatura ambiente até
atingirem a umidade de 15%. Os ensaios foram conduzidos em uma máquina
universal de ensaio com velocidade de aplicação de carga de 10 MPa/min. Foi
utilizada uma combinação da norma MB 26 e a ASTM D143 ' 94, ou seja, com
dimensões (b x h) de 2 x 2cm para seção transversal e 30cm de vão livre (L)
redundando na relação L/h igual a 15. Essa relação está acima da atualmente
recomendada pela ASTM 143-09 para a determinação do módulo de elasticidade na
flexão estática que é de 14.
As hipóteses testadas foram: a) O espaçamento das árvores não influencia nas
propriedades mecânicas e densidade aparente da madeira de T. grandis; b) Não
existem variações nas propriedades mecânicas e na densidade aparente ao longo
do raio das toras de T. grandis.
O modelo matemático adotado para avaliação das propriedades obtidas foi:
com i = 1,2,3; j=1,2,3; l= 1,...5, em que:
= é o valor observado para o i-ésimo espaçamento, na j-ésima posição radial,
no bloco l;
= constante inerente a todas as observações;
= é o efeito do i-ésimo espaçamento;
= é o efeito da j-ésima posição radial;
= é o efeito da interação entre espaçamento e posição radial;
= é o efeito do l-ésimo bloco;
= é o erro experimental, tal que .
Os dados obtidos das variáveis foram analisados estatisticamente com o auxílio
do procedimento estatístico PROC GLM do programa estatístico SAS (SAS, 1999).
Resultados e discussão
No Quadro 1 estão representados os resultados do inventário das populações em
estudo.
Quadro 1 - Valores médios dos DAPs, alturas totais e desvio padrão das árvores
amostradas nas populações de Tectona grandis de 32 anos de idade
O Quadro 2 apresenta um resumo da análise de variância das propriedades:
densidade aparente (ρap), resistência à compressão paralela às fibras (fc0),
resistência ao cisalhamento paralela às fibras (fv0), módulo de resistência à
flexão estática (fM) e módulo de elasticidade na flexão estática (EM0).
Quadro_2
- Resumo da análise de variância para densidade aparente (ρap), resistência à
compressão paralela às fibras (fc0), resistência ao cisalhamento paralela às
fibras (fv0), módulo de resistência à flexão estática (fM) e módulo de
elasticidade na flexão estática (EM0) da madeira de Tectona grandis de 32 anos
de idade
De acordo com o Quadro 2 a densidade aparente média observada (0,64 g.cm-3) foi
menor do que a verificada por MOYA et al. (2009) em uma população de T. grandis
de 13 anos na Costa Rica que obteve valor médio de 0,71 g.cm-3. Os valores
médios obtidos para resistência à compressão paralela às fibras (46 MPa),
módulo de resistência à flexão estática (102 MPa) e módulo de elasticidade na
flexão estática (11774 MPa) foram maiores do que o observado por GUTIÉRREZ et
al. (2008) que obtiveram (42 MPa; 83 MPa e 10655 MPa) respectivamente, para T.
grandis de 22 anos de idade e (38 MPa; 75 MPa e 9344 MPa) para T. grandis de 18
anos.
Pôde-se verificar que tanto para as propriedades mecânicas quanto para a
densidade aparente não ocorreram diferenças significativas entre os
espaçamentos utilizados (Quadro_2). A densidade aparente e as propriedades
mecânicas apresentaram diferenças significativas, na variação radial na tora
(Quadro_2).
Foi verificado que não ocorreu nenhuma tendência de aumento ou diminuição
significativa das propriedades mecânicas e densidade aparente em função do
aumento do espaçamento de T. grandis de 32 anos de idade (Figura 2). Uma das
possíveis razões, da não influência dos espaçamentos utilizados, seria o fato
dos mesmos implicarem em densidades populacionais muito próximas entre si
(2222; 1666 e 1333 arv/ha), que não foram suficientes para influenciar
significativamente nas propriedades estudadas.
Figura 2 - Densidade aparente (ρap), resistência à compressão paralela às
fibras (fc0), resistência ao cisalhamento paralela às fibras (fv0), módulo de
resistência à flexão estática (fM) e módulo de elasticidade na flexão estática
(EM0) em função do espaçamento de Tectona grandis de 32 anos de idade
Considerando-se que espaçamentos maiores podem produzir um maior volume de
madeira por unidade de área, pode-se, então, utilizar os espaçamentos maiores
sem prejuízo para essas propriedades. Resultado semelhante foi verificado por
BRASIL e FERREIRA (1971), em um estudo de densidade da madeira de E. alba, E.
saligna e E. grandis, em função dos espaçamentos (3 x 1,5 e 3 x 2m). GOULART et
al. (2003) verificaram para E. grandis que a densidade básica não foi
influenciada pelos espaçamentos (1 x 1; 1 x 1,5; 2 x 1; 2 x 1,5; 2 x 2; 2 x
2,5; 2,5 x 1,5; 2,5 x 2,5; 3 x 2; 3 x 2,5; 3 x 3 e 3 x 4m). CARVALHO e CARVALHO
(2002), utilizando os espaçamentos (3 x 2; 3 x 3; 3 x 4 e 4 x 4m) para Bagassa
guianensis (tatajuba), também observaram que a densidade básica não foi
influenciada pelo espaçamento. PÉREZ e KANNIEN (2005), comparando várias
intensidades e épocas de realização de desbastes em populações de T. grandis,
na Costa Rica verificaram maiores valores de densidade básica em populações que
sofreram intensidades de desbastes menores. Porém, GARCIA et al. (1981)
observam uma tendência de diminuição da densidade básica da madeira de E.
grandis e E. saligna com o aumento do espaçamento (3 x 1; 3 x 1,5; 3 x 2 e 3 x
2,5m). Entretanto, HASELEIN et al. (2002), em um estudo de uma população clonal
de E. saligna, de 10 anos de idade verificaram um aumento na densidade
aparente, módulo de resistência à flexão estática e módulo de elasticidade na
flexão estática em função do aumento do espaçamento. ROQUE e LEDEZMA (2003)
verificaram que o espaçamento (6 x 2m) diferiu significativamente do
espaçamento (3 x 3m) na densidade básica da madeira, em populações de T.
grandis, de 10 anos de idade.
Pode-se observar que para a densidade aparente e as propriedades mecânicas
ocorreu uma tendência de aumento no sentido medula-casca (Figura 3). MOYA et
al. (2009) também observaram a mesma tendência para densidade aparente de T.
grandis de 13 anos de idade.
Figura 3 - Densidade aparente (ρap), resistência à compressão paralela às
fibras (fc0), resistência ao cisalhamento paralela às fibras (fv0), módulo de
resistência à flexão estática (fM) e módulo de elasticidade na flexão estática
(EM0) em função da posição radial de Tectona grandis de 32 anos
É importante atentar ao fato de que todas as propriedades da madeira em estudo,
tendem a se estabilizar a partir da posição intermediaria, sendo interessante o
estudo de posições entre medula e a posição intermediária para observar a
partir de qual ponto inicia-se a estabilização da qualidade da madeira. Esse
aumento dos valores, nas propriedades mecânicas e densidade aparente ocorreram
provavelmente pelo aumento da proporção da madeira adulta em relação à madeira
juvenil, no sentido medula-casca. Foram testados vários modelos de regressões
(linear, logaritmo e parabólica) para relacionar as propriedades com a posição
relativa do corpo de prova no raio da tora, mas não foi possível encontrar
nenhuma significância a uma tendência de estabilização a um aumento do valor da
propriedade da medula para a posição intermediária e de pequena ou nula da
intermediária para casca. Isto ocorreu devido à variabilidade dentro de cada
posição relativa ter sido muito elevada.
De acordo com SERPA et al. (2003) e BALLARIN e PALMA (2003), o aumento da
densidade da madeira no sentido medula-casca é devido à formação de madeira
juvenil nos primeiros anos e à formação de madeira adulta a partir de certa
idade da árvore. Com o passar do tempo há uma tendência de homogeneização da
madeira, na medida em que a árvore vai atingindo a maturidade. Provavelmente
ocorreu maior proporção de madeira adulta em relação à madeira juvenil, nas
proximidades da região da casca. KOKUTSE et al. (2004) verificaram um aumento
proporcional com a idade e uma tendência de estabilização, na variação medula-
casca, na densidade da madeira de T. grandis com idade acima de 23 anos. Os
trabalhos de WILKES (1984), WILKINS (1990), MALAN (1991), MALAN e HOON (1992),
LIMA e GARCIA (2005), POLLI et al. (2006) e MOYA e TOMAZELO FILHO (2009) entre
outros trabalhos, também verificaram essa mesma tendência.
Conclusões
De acordo com os resultados obtidos conclui-se que:
O espaçamento entre as árvores de Tectona grandis de 32 anos não influencia a
resistência à compressão paralela às fibras, resistência ao cisalhamento,
módulo de resistência à flexão estática, módulo de elasticidade na flexão
estática e densidade aparente, de madeira isenta de defeito;
Espaçamentos maiores podem produzir um maior volume de madeira por unidade de
área, sem prejuízo para as propriedades mecânicas e densidade aparente.
Ocorre uma tendência de aumento no sentido medula-casca para resistência à
compressão paralela às fibras, resistência ao cisalhamento, módulo de
resistência à flexão estática, módulo de elasticidade na flexão estática e
densidade aparente;
As propriedades mecânicas e a densidade aparente estudadas apresentam uma
tendência de estabilização a partir da posição intermediária do raio da tora.
