Estrutura Anatômica e Propriedades Físicas da Madeira

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Os objetivos deste estudo foram determinar a variação das propriedades físicas da madeira de Eucalyptus pellita F. Muell; determinar a variação das dimensões dos elementos anatômicos da madeira pelo método de análise de imagens digitais através do software CELLF (Olympus®); e determinar as correlações existentes entre as variáveis estudadas. Os resultados indicaram um aumento no diâmetro e na espessura da parede dos elementos vasos no sentido medula-casca. A densidade básica mostrou estar mais relacionada ao comprimento e a espessura da parede celular das fibras, sendo proporcional a estas variáveis. A contração volumétrica tende a diminuir com o aumento da largura dos raios, sendo pouco afetada pelas demais estruturas anatômicas.
ANATOMICAL STRUCTURE AND PHYSICAL PROPERTIES OF Eucalyptus pellita F. Muell WOODA

INTRODUÇÃO
A densidade da madeira é um forte indicador de qualidade e uma característica complexa resultante da combinação de diversos fatores. Ela varia entre as espécies, dentro de uma mesma espécie e até dentro de uma mesma árvore nos sentidos radial e axial, sendo influenciada por fatores internos (i.e. posição no tronco, proporção de madeira adulta e juvenil, proporção de cerne e alburno) e externos (local de crescimento, condições climáticas e métodos silviculturais) (Chauhan et al., 2006).
Madeiras de alta densidade apresentam proporcionalmente paredes celulares mais espessas e menor volume de lume, apresentando maiores valores de inchamento e contração. Quando a madeira perde água presente nas paredes celulares, abaixo do ponto de saturação das fibras, ela se contrai a um valor proporcional à perda de umidade. A contração volumétrica é portanto proporcional ao número de moléculas de água adsorvidas na parede celular, e que, por sua vez está relacionado ao número de hidroxilas acessíveis na celulose, hemicelulose e lignina, e à quantidade de parede celular, ou seja, a densidade básica da madeira. As contrações axial, radial e tangencial, que juntas representam a contração volumétrica, são afetadas pelas características estruturais da madeira resistentes a contração, i.e., a quantidade de raios na direção radial, ou pelas características ultra-estruturais, i.e., o alinhamento das microfibrilas na direção axial (Spear & Walker, 2006). Segundo estes autores, os raios são um dos fatores responsáveis pela anisotropia na direção transversal, principalmente em espécies como o Quercus sp, nas quais o volume de raios pode variar entre 17 e 22% do tecido da madeira.
Almeida (2006) determinou o efeito das características anatômicas quantitativas sobre a contração de algumas espécies de madeiras de folhosas tropicais e temperadas. Os elementos anatômicos analisados foram a proporção, os menores e maiores diâmetros de lume e a superfície individual para cada tipo de célula – elementos de vasos, fibras, raios e parênquima axial. Os resultados mostraram que o diâmetro do lume das fibras constitui um fator mais importante para explicar a estabilidade dimensional das madeiras estudadas que a densidade. Além disso, o autor constatou que a dimensão dos vasos foi o parâmetro anatômico que mais afetou o fator de retratibilidade, ou seja, espécies apresentando elementos de vasos de maiores dimensões apresentaram um menor fator de retratibilidade e vice-versa. Arévalo (2002) também observou que as formas dos elementos de vasos e dos raios foram os elementos anatômicos mais importantes na estabilidade dimensional do mogno (Swietenia macrophylla King). Estes estudos mostram que as propriedades físicas da madeira, i.e. densidade e contração, podem ser explicadas pela estrutura anatômica peculiar a cada espécie.
As madeiras provenientes de árvores do gênero Eucalyptus sp apresentam uma contração excessiva ocasionando defeitos de secagem, como empenamentos e fendilhamentos (Hillis & Brown, 1978). Neste contexto, este estudo visa contribuir para uma melhor entendimento do efeito dos elementos anatômicos da madeira nas propriedades físicas da madeira. Portanto, os objetivos deste estudo são: (1) determinar a variação das propriedades físicas da madeira de Eucalyptus pellita F. Muell; (2) determinar a variação das dimensões dos elementos anatômicos da madeira pelo método de análise de imagens digitais através do software CELLF (Olympus®); e (3) determinar as correlações existentes entre as variáves estudadas (propriedades físicas vs. estruturas anatômicas).

MATERIAL E MÉTODOS
Amostragem não destrutiva e preparação do material
As amostras de madeira foram obtidas de quatro árvores de Eucalyptus pellita F. Muell com 15 anos de idade e provenientes de um plantio localizado no campus da Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro-UFRRJ (Seropédica, RJ). As amostras foram coletadas através de método não destrutivo com o auxílio de um trado de aço adaptado ao perfurador de madeira STIHL? BT 45. Este equipamento permite a retirada de cilindros radiais (baguetas) com 20 mm de diâmetro e comprimentos de até 200 mm dependendo da profundidade de penetração do trado. O trado consiste em um tubo de metal cilíndrico, oco e estriado em hélice, capaz de produzir uma bagueta à medida que penetra no tronco.
As baguetas foram retiradas à altura do DAP (1,30 metros) e divididas em seis sub-amostras de aproximadamente 30 x 20 mm (comprimento x diâmetro), sendo duas sub-amostras de cerne (posição 1), duas da transição cerne/alburno (posição 2) e duas de alburno (posição 3)

Determinação das propriedades físicas
A densidade básica (Db) e a contração volumétrica da madeira foram determinadas pelas seguintes equações:

onde: Db: densidade básica da madeira, g cm-3; Mseca: massa da madeira seca em estufa a 103 ± 2oC até a obtenção de peso constante, g; Vsaturado: volume saturado do cilindro após imersão em água até a obtenção de peso constante, cm3.

onde: ßv: contração volumétrica da madeira, %; Vu: volume saturado do cilindro após imersão em água até a obtenção de peso constante, cm3; Vs: volume do cilindro seco em estufa a 103 ± 2oC, cm3.

Análises anatômicas
Cortes histológicos nos planos de cortes transversal e longitudinal tangencial foram obtidos com o auxílio do micrótomo de deslize MICRON HM 450 disponível no Laboratório de Anatomia e Qualidade da Madeira, Departamento de Produtos Florestais-DPF, Instituto de Florestas-IF, UFRRJ. Imagens digitais foram obtidas com o auxílio de uma câmera digital monocromática XC30 3.0 MP adaptada a um microscópio binocular OLYMPUS® BX 51. A análise das imagens digitais foi realizada com o auxílio do software CELLF (OLYMPUS®) disponível no Laboratório de Química da Madeira (DPF, IF, UFRRJ) visando a mensuração das seguintes estruturas anatômicas: elementos de vasos: largura (Lvaso), espessura da parede celular (Epcvaso) e diâmetro tangencial do lume (DLvaso); e parênquima radial: largura (Lraio) e altura (Araio) de acordo com as normas da IAWA Committee (1989).
As mensurações de fibras (espessura da parede celular (Epcfibra), diâmetro do lume (DLfibra), comprimento (Cfibra) e largura (Lfibra)) e do comprimento dos elementos de vasos (Cvaso) foram realizadas a partir de material macerado pelo método modificado de Franklin e corado com safranina. Foram realizadas 60 medições para cada sub-amostra, resultando em 360 observações por árvore para um total 1080 observações para cada estrutura anatômica.

RESULTADOS E DISCUSSÃO
Propriedades físicas: densidade básica e contração volumétrica
As análises estatísticas não indicaram diferenças significativas para as propriedades físicas (densidade básica e contração volumétrica) da madeira de Eucalyptus pellita entre as três posições estudadas (cerne, transição cerne/alburno e alburno). Entretanto, nota-se uma menor densidade e maior instabilidade dimensional para a madeira do cerne (Tabela 1). De acordo com Chauhan & Walker (2006), a contração é proporcional a densidade da madeira, mas ela é afetada também por outros fatores como o ângulo das microfibrilas da camada S2 da parede celular, o qual é maior na madeira do cerne, e a maior porcentagem de grã irregular. Do ponto de vista anatômico, as variações de densidade dependem das variações na proporção dos vasos e das dimensões das células da madeira como comprimento, largura, diâmetro do lume e principalmente da espessura das paredes celulares das fibras, as quais são afetadas pelas condições externas, sendo, portanto características difíceis de serem avaliadas isoladamente (Panshin & Zeeuw, 1970).
Os valores de contração encontrados foram diferentes daqueles encontrados para outras espécies de eucalipto. Oliveira & Silva (2003) observaram uma variação na contração no sentido radial da madeira de Eucalyptus saligna, ocorrendo valores menores na região da medula com acréscimo até a região mais periférica do tronco, fato não constatado nos nossos resultados. Estes resultados devem-se não somente às características peculiares de cada espécie como também aos fatores externos, relativos às condições climáticas e tratamentos silviculturais.
A correlação entre a densidade básica e a contração volumétrica da madeira de Eucalyptus pellita F. Muell não foi importante (Figura 3). Muitos autores atestam que a contração é diretamente proporcional à densidade da madeira (Oliveira & Silva, 2003; Forest Products Laboratory, 1999; Rezende et al., 1998; Kollman & Côté, 1968). Entretanto, alguns autores encontraram uma baixa correlação entre a densidade e a contração da madeira. Recentemente, Pliura (2005) estudou a variação da densidade, da contração e suas correlações para a madeira de 12 clones de Populus sp. e constatou que as madeiras com densidades mais altas apresentaram uma menor contração longitudinal. Estes resultados mostram que ainda há controvérsias entre as correlações existentes entre estas duas propriedades físicas da madeira. A contração da madeira pode ser afetada por vários outros fatores tais como teor de umidade, teor de extrativos, dimensões da peça e taxa de secagem (Forest Products Laboratory, 1999).

Características anatômicas
As análises estatísticas não mostram diferenças significativas entre as três posições estudadas (cerne, transição cerne/ alburno e alburno) para nenhuma das variáveis anatômicas consideradas (Tabela 2). Entretanto, podemos observar algumas tendências e características tais como apresentadas a seguir.
Fibras: presença de fibras libriformes curtas e fibrotraqueídes. O comprimento das fibras apresentou uma tendência ao aumento no sentido medula-casca com valores médios de 925,1; 1041,6 e 1002,4 µm para cerne, transição alburno/cerne e alburno, respectivamente (Tabela 2). Tais resultados são similares aos encontrados por Tomazello Fillho (1987), o qual observou a mesma tendência para árvores de E. pellita com 10 anos de idade. A largura e o diâmetro tangencial do lume foram de 19,8; 27,0 e 20,3 µm e de 10,4; 10,4 e 9,6 µm para cerne, transição alburno/cerne e alburno, respectivamente. As fibras apresentaram parede espessa com valores médios de 4,6; 5,0 e 5,1 µm para cerne, transição alburno/cerne e alburno, respectivamente (Tabela 2).
Elementos de vasos: madeira de porosidade difusa, poros solitários e múltiplos de 2 elementos, com forma ovalada a circular, em arranjo oblíquo e radial e com presença de tiloses na madeira do cerne. O comprimento médio dos vasos foi de 475,2 µm. A espessura da parede celular e o diâmetro tangencial do lume mostraram uma tendência ao aumento no sentido medula-casca com valores médios de 3,04; 3,37 e 3,72 µm e 33,35; 48,14 e 61,75 µm para cerne, transição alburno/cerne e alburno, respectivamente. Estes resultados mostram que à medida que se distanciam da medula, as paredes dos elementos de vasos tornam-se mais espessas e os diâmetros maiores. O diâmetro tangencial total médio foi de 59,97 µm. Tomazello Filho (1985) encontrou vasos com diâmetro tangencial variando de muito pequenos (44 µm) a médios (139 µm), com predominância de médios (99 µm). A Figura 5 apresenta as medições realizadas para o diâmetro tangencial dos vasos através do software de análise CELLF.

Variáveis depenentes: C: comprimento da célula. L: largura da célula. DL: diâmetro do lume da célula. Epc: espessura da parede celular. Dtotal: diâmetro tangencial total da célula. Araio e Lraio: altura e largura dos raios. * largura em número de células. Os valores entre parêntesis referem-se ao desvio padrão. NS não significativo.
Parênquima radial (raios): unisseriados ou multisseriados (largura de 2 células), com altura média de 76,98; 105,63 e 98,69 µm para cerne, transição alburno/cerne e alburno, respectivamente. Os valores encontrados por Tomazello Filho (1985) para a altura média dos raios foram superiores (321 µm) aquelas encontradas em nosso estudo.
Traqueídes vasculares: presentes.
Parênquima axial: paratraqueal aliforme, vasicêntrico, escasso e confluente, e apotraqueal difuso.

Correlações entre as propriedades físicas e as estruturas anatômicas
A densidade apresentou baixas correlações com as dimensões das fibras. Entretanto, esta propriedade física mostrou estar mais correlacionada ao comprimento das fibras e a espessura da parede celular do que a largura e diâmetro do lume das fibras (Figura 6). A densidade é proporcional ao comprimento e a espessura da parede celular das fibras. Estes resultados são similares aqueles encontrados por Almeida (2006). As dimensões dos elementos de vasos não apresentam correlações importantes com a densidade básica.
A contração volumétrica tende a diminuir com o aumento da largura dos raios tal como mencionado por Spear & Walker (2006). Nenhuma correlação entre a contração e os demais parâmetros anatômicos (fibras e elementos de vasos) foi observada.

CONCLUSÕES
1.Os resultados não indicaram diferenças significativas entre as três posições estudadas (cerne, transição cerne/alburno e alburno) para a densidade básica e a contração volumétrica da madeira de Eucalyptus pellita F. Muell.;
2.A correlação entre a densidade básica e a contração volumétrica da madeira não foi importante;
3.As análises estatísticas não mostraram diferenças significativas entre as três posições para as estruturas anatômicas consideradas neste estudo. Entretanto, algumas tendências puderam ser observadas:
– o comprimento das fibras aumenta no sentido medula-casca com valores médios de 925,1; 1041,6 e 1002,4 µm para cerne, transição alburno/cerne e alburno, respectivamente;
– a espessura da parede celular e o diâmetro tangencial do lume dos elementos de vasos aumentam no sentido medula-casca com valores médios de 3,04; 3,37 e 3,72 µm e 33,35; 48,14 e 61,75 µm para as três posições, respectivamente. Estes resultados mostram que à medida que se distanciam da medula, as paredes dos elementos de vasos tornam-se mais espessas e os diâmetros maiores;
4.A densidade básica mostrou estar mais correlacionada ao comprimento e a espessura da parede celular das fibras, sendo proporcional a estas variáveis;
5.A contração volumétrica tende a diminuir com o aumento da largura dos raios, sendo pouco afetada pelas demais estruturas anatômicas.

AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem o apoio financeiro da Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro-FAPERJ através do Projeto INST No E-26/170.317/2007 e ao Programa PROIC/DPPG/UFRRJ pela bolsa de inciação científica concedida à primeira autora.

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