Avaliação de Estruturas de Madeira Deterioradas

Takashi Yojo, Gonzalo A. Carballeira Lopez, Cassiano Oliveira de Souza, Ricardo G. F. N. de B. Pereira, Laboratório de Tecnologia e Desempenho de Sistemas Construtivos do IPT

Publicado em: 06/07/2021

Texto: Redação AECweb/e-Construmarket

Coordenação técnica: Adriana Camargo de Brito
Comitê de revisão técnica: Adriana Camargo de Brito, Cláudio Vicente Mitidieri Filho, José Maria de Camargo Barros, Luciana Oliveira e Maria Akutsu
Apoio editorial: Cozza Comunicação

30/06/2021 | 14h30 - A avaliação da resistência de estruturas de madeira é realizada segundo normas técnicas, como a ABNT NBR 7190:1997, o Eurocode 5 ou a AF&PA/ASCE 16-95, considerando componentes de madeira sadios. Quando se avalia, entretanto, uma estrutura construída há muito tempo, já podem ter ocorrido danos, como os decorrentes de desgaste, exposição ao ambiente e/ou do ataque causado por agentes biodeterioradores. Portanto, é necessário ter em mente como esses danos podem afetar a resistência de uma estrutura de madeira.

Durante a avaliação de uma estrutura, as alterações causadas por organismos xilófagos (fungos, cupins e brocas de madeira), intempéries etc. podem ser de difícil identificação. É comum encontrar peças de madeira fixadas na alvenaria ou enterradas no solo, situações que oferecem um grande risco de deterioração por fungos e cupins (especialmente cupins subterrâneos) e precisam de uma atenção maior no momento de uma inspeção em campo.

Exemplos podem ser visualizados nas Figuras 1 e 2. Na Figura 1 a barra da treliça apresenta um aspecto externo que, em uma avaliação apenas superficial, não indicaria problemas, entretanto, ao abrir a região do engastamento, foi possível verificar que o topo da barra estava severamente atacada por cupins subterrâneos, a ponto de comprometer a segurança estrutural.

Estruturas de Madeira Deterioradas
Figura 1 – A) Aspecto externo de uma barra de treliça engastada. B) Ataque intenso de cupim subterrâneo no topo da barra de madeira (Fonte: IPT)

Na Figura 2 observam-se pilares de madeira embutidos em uma parede, que tiveram suas bases totalmente deterioradas por fungos, deixando-os em suspensão, sem apoio.

Estruturas de Madeira Deterioradas
Figura 2 – Dois pilares de madeira embutidos na parede, apresentando perda de seção devido ao apodrecimento (Fonte: IPT)

Além desses exemplos, peças aparentes também podem esconder situações de ataque que em uma análise rápida poderiam passar despercebidas (Figura 3). Peças atacadas por cupins podem apresentar um aspecto “sadio” superficialmente, mas de deterioração em camadas mais profundas. Em alguns casos tem-se vestígios externos de que a peça esteja atacada, como no caso da presença de resíduos, no ataque por cupins de madeira seca, e de túneis, no ataque de cupins subterrâneos e arborícolas.

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Figura 3 – Aspecto de um barrote de madeira atacado por cupim de madeira seca antes (esquerda) e depois (direita) da inspeção detalhada (Fonte: IPT)

AGENTES BIODETERIORADORES

Cupins 

Cupins são frequentemente agrupados de acordo com seus hábitos de nidificação, formação de ninhos. São chamados de cupins de madeira quando sua colônia se desenvolve totalmente dentro da madeira; cupins de solo quando a colônia cresce em contato com o solo; e cupins arborícolas quando a colônia cresce em algum suporte acima do solo, geralmente um tronco de árvore ou mesmo uma estrutura de telhado de edificação.

Devido à sua biologia de busca por alimento, tamanho de sua colônia e capacidade de atacar uma variedade de materiais, o cupim subterrâneo representa um grande risco às estruturas de madeira quando presentes em uma edificação nos centros urbanos. O principal modo de acesso desses insetos às estruturas de madeira é pela região de contato com a alvenaria. Apesar do nome, em ambientes urbanos esse grupo de cupins também pode construir seu ninho, em geral com mais de um milhão de indivíduos, no interior da edificação, seja em caixões perdidos, paredes duplas, nos telhados e nos porões, entre outros locais.

Fungos apodrecedores

A deterioração causada por fungos está intimamente ligada à presença de água, ou de umidade. A fixação de peças de madeira em paredes ou pisos pode criar um ambiente favorável para os fungos, pois essa condição dificulta a eliminação da água. Isso permite que os fungos desenvolvam- se e ataquem a estrutura. Este ataque inicial também serve como ponto de acesso de cupins à madeira.

Brocas de madeira

O ataque por brocas de madeira começa quando a fêmea adulta põe seus ovos na superfície ou em frestas de uma peça de madeira. Quando as larvas eclodem, iniciam o ataque com uma perfuração nessa superfície e se alimentam da parte interna da madeira até o estágio adulto, quando perfuram a superfície externa para sair e alçar voo e reiniciar seu ciclo de vida. Em geral, o ataque somente é notado a partir dos buracos e resíduos deixados pelos adultos quando saem da madeira.

RESISTÊNCIA DA MADEIRA COM BASE NO TIPO E INTENSIDADE DE ATAQUE

A partir da caracterização do tipo e da intensidade da deterioração é possível calcular a segurança de uma estrutura de madeira, com base em modelos que descrevem as alterações em suas propriedades físicas e mecânicas.

Modelo 1 – Ataque externo

Este modelo pode ser aplicado em peças de madeira onde a deterioração restrinja-se à porção externa de sua seção transversal, resultando em uma redução do módulo da seção (Figura 4). A espessura do ataque é considerada como sendo uniforme ao longo da seção da peça.

Estruturas de Madeira Deterioradas
Figura 4 - Seção transversal de uma peça de madeira com ataque externo (Yojo et al, 2012)

Modelo 2 - Ataque interno 

Neste modelo, considera-se que a porção externa da madeira apresenta-se íntegra e seu interior deteriorado, geralmente por cupins subterrâneos e arborícolas (Figura 5), tendo o centro geométrico o ponto de origem do ataque.

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Figura 5 - Seção transversal de peça de madeira com ataque interno (Yojo et al, 2012)

Modelo 3 - Ataque uniforme 

Este modelo pode ser aplicado em peças de madeira atacadas por cupins de madeira seca, subterrâneos e arborícolas e consiste na redução de resistência e rigidez em função da porcentagem de deterioração da seção transversal da peça (Figuras 6 e 7).

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Figura 6 - Seção transversal de um segmento de madeira com ataque moderado e uniforme, provocada pelo ataque de cupins (Yojo et al, 2012)

Esta forma de ataque também pode se dar de forma muito intensa, comprometendo a seção transversal da peça com diminuição da sua resistência e rigidez, vide Figura 7.

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Figura 7 – Ataque intenso e uniforme de cupins em uma peça de madeira (Fonte: IPT)

Modelo 4 - Ataque localizado

Este modelo pode ser aplicado a peças de madeira atacadas na região do alburno, quando a madeira do cerne for durável, resultando na redução da seção de forma não homogênea (Figura 8).

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Figura 8 - Seção transversal com ataque no alburno (Yojo et al, 2012)

AVALIAÇÃO DA RESISTÊNCIA DA MADEIRA 

Para avaliar os efeitos gerados pela biodeterioração, calcula-se a capacidade residual das peças retangulares submetidas à flexão, considerando os quatro modelos e seis intensidades de ataque, que levam em conta a redução da seção transversal em porcentagem: 1) madeira sadia; 2) ataque leve (até 20%); 3) ataque moderado (entre 20% e 40%); 4) ataque intenso (entre 40% e 60%), 5) ataque muito intenso (entre 60% e 80%) e 6) destruído (mais de 80%). Para o modelo 4 também foram simuladas variações da espessura da área atacada para cada nível de intensidade de ataque, mesmo que não seja restrita ao alburno. As Tabela 1 e 2 apresentam uma simulação da redução da resistência residual à flexão e à flambagem para peças retangulares em que a proporção entre largura (b) e altura (h) é de 1:2.

Tabela
Tabela 1 - Resistência residual à flexão para peças retangulares (b:h=1:2)
Tabela
Tabela 2 - Capacidade residual à flambagem para peças retangulares (b:h=1:2)

Num projeto estrutural, a ABNT NBR 7190:1997 considera para a resistência da madeira um fator de segurança (minoração) de 1,4. Para carregamentos utiliza um fator de segurança (majoração) que varia de 1,3 a 1,4. Considerando que as peças estejam dimensionadas no limite de segurança, a resistência residual mínima é da ordem de 55% do valor inicial das peças sadias. Portanto, a reserva de resistência atinge o seu limite de segurança para os modelos 1 e 4 com intensidade leve de ataque. Já para o modelo 3 esse limite fica assegurado mesmo para ataques de intensidade moderada. No modelo 2 esse limite é atingido no ataque intenso. Dessa forma, verifica-se que a deterioração externa afeta a estrutura de maneira mais significativa do que a interna.

Os modelos apresentados indicam a necessidade de uma análise cuidadosa de cada peça de madeira com função estrutural, pois, em alguns casos, mesmo em situações de ataques de leve intensidade, a estrutura pode estar comprometida.

Portanto, na avaliação da segurança da estrutura, considerar, no limite, que:

• os ataques externos e em área localizada da peça são mais prejudiciais para um componente estrutural do que o ataque interno e uniforme;
• para peças que trabalham predominantemente com flexão simples, o nível de ataque para os modelos de ataque externo (1) ou em área localizada (4) deve ser limitado ao ataque leve; para o modelo de ataque uniforme (3) deve ser limitado ao ataque de intensidade moderada e para o modelo de ataque interno (2) pode chegar ao ataque intenso;
• para peças como colunas e banzos superiores de treliça, submetidas a esforços de compressão, os modelos de ataque 1 e 4 devem limitar-se a situações com ataque leve; o modelo de ataque uniforme (3) limita-se ao ataque moderado; para o modelo de ataque interno (2) deve limitar-se ao ataque intenso;
• a quantidade de alburno não tratado na madeira deve ser limitada a 20%.

Essas abordagens, entretanto, não devem ser encaradas de forma absoluta, mesmo porque não haveria nenhum fator de segurança para a estrutura de madeira. Há sempre a necessidade de uma inspeção detalhada das estruturas de madeira em uso, considerando:

• a avaliação detalhada da situação de ataque das peças de madeira e o levantamento concomitante das características geométricas atuais das estruturas, realizado preferencialmente por equipe multidisciplinar, para que o diagnóstico dos problemas seja mais preciso;
• que essas informações servirão de base para a realização de análises estruturais detalhadas, que permitirão dizer se a estrutura atende ou não aos requisitos de segurança exigidos para cada situação, considerando também outros fatores de projeto e de solicitação;
• que somente a partir da análise conjunta dos resultados obtidos e demais fatores intervenientes é possível selecionar as medidas mais adequadas para a conservação do patrimônio e planejar as intervenções em conjunto com outras estratégias para o restauro da edificação.

Leituras complementares 

Kachanov, L. M. Introduction to Continuum Damage Mechanics. M. Nijhoff Publ., Dordrecht, The Netherlands, 1986.

USDA. Wood Handbook. Wood as an Engineering Material, Forest Products Laboratory, Madison, 2010.

Lelis, A.T., Brazolin, S., Fernandes, J.L.G., Lopez, G.A.C., Monteiro, M.B.B., Zenid, G.J.: Biodeterioração de Madeiras em Edificações. São Paulo, 2001, v.1. p.54.

Rayner, A.D.M. and Boddy, L.: Fungal Decomposition of Wood – Its Biology and Ecology. John Wiley and Sons Chichester New York Brisbane Toronto Singapore, 1988.

Yojo, T., Monteiro, M.B.B., Figueroa, F. M. Z. Lopez, G.A.C., Miranda, M.J.A.C. Models for evaluating structural wood damaged by xylophagous, World Conference on Timber Engineering, 2012, Auckland, NZ, pp. 419-423.

Yojo, T., Lopez, G.A.C., de Souza, C. O., Pereira, R. G. F. N. de B. Evaluation of strength and stiffness of wood componentes damaged by xylophagous, XXXVIII Journadas Sudamericanas de Engenieria Estructural, 2018, Lima, Peru.

Timoshenko, S.: Strength of Materials – Part I and Part II. D. Van Nostrand Company Inc. Toronto New York London, 1940.

Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) Projeto de Estruturas de Madeira. NBR 7190, 1997.

Colaboração técnica

 
Takashi Yojo - Engenheiro Civil com graduação (1977), mestrado (1988) e doutorado (1993) pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Atua desde 1978 no IPT e tem experiência na área de Engenharia Civil, com ênfase em Materiais e Componentes de Construção de madeira, atuando nos seguintes temas: análise estrutural, caracterização de madeira e produtos derivados, biodeteriorização, sanidade biológica, ensaios não destrutivos com foco no patrimônio histórico e risco de queda de árvores.
 
Gonzalo Antonio Carballeira Lopez - Biólogo pela Universidade de São Paulo em 1981, atua no IPT desde 1976, realizando inspeções em edificações e acervos culturais e históricos para o levantamento, diagnóstico e avaliação da biodeterioração causada por organismos xilófagos, como cupins, fungos e brocas de madeira. Atua na elaboração, coordenação e acompanhamento de pesquisas e prestação de serviços em acervos culturais e históricos e edificações do Patrimônio Histórico.
 
Cassiano Oliveira de Souza - Pesquisador do Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo – IPT. Bacharel em Física e Engenheiro de Produção. Possui sete anos de experiência em ensaios laboratoriais físicos e mecânicos para caracterização da madeira, na inspeção e avaliação de estruturas de madeira de prédios de valor histórico e em sistemas construtivos em madeira.
 
Ricardo Gomes de Freitas Nuno de Barros Pereira - Biólogo pela Universidade de São Paulo em 2007. É pesquisador do Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo – IPT, desde 2009, onde atua com diagnóstico e avaliação da biodeterioração de estruturas de madeira e produtos derivados por organismos xilófagos, ensaios e análises de produtos de madeira e P&D&I de produtos madeireiros.