D4 Biomecânica Estrutural

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O fator de segurança estrutural de uma árvore, tronco ou galho compara a resistência do tecido lenhoso com a carga que ele deve suportar. Para calcular o fator de segurança estrutural, é necessário primeiro medir separadamente a resistência do tecido lenhoso e a carga de vento aplicada a esse tecido, utilizando ferramentas diferentes.

A primeira propriedade a ser medida é a rigidez do tecido lenhoso, quantificada pelo módulo de Young, que é obtido com um ensaio de flexão em três pontos: uma amostra de madeira é apoiada em dois pontos e uma força é aplicada em um terceiro ponto intermediário. A forma como a amostra se curva sob essa força revela o módulo de Young do tecido lenhoso.

Como o ensaio de flexão em três pontos requer a extração de uma amostra da árvore, em campo a densidade da madeira é usada como uma medida indireta, um indicador, tanto do módulo de Young quanto da resistência do tecido lenhoso: quanto maior a densidade da madeira, maior tende a ser o módulo de Young do tecido lenhoso e, consequentemente, maior tende a ser a resistência do tecido lenhoso, sem a necessidade de extrair uma amostra ou danificar a árvore.

Além de considerar o tecido lenhoso como material, a rigidez do tronco em campo mede a mesma propriedade, mas na escala de todo o tronco, incluindo sua geometria — seu diâmetro e formato — além do próprio tecido lenhoso: dois troncos feitos do mesmo tecido lenhoso podem ter rigidez diferente em campo se suas geometrias forem diferentes.

Juntamente com a resistência do tecido lenhoso e a rigidez do tronco em campo, a arquitetura radicular determina o quão bem a árvore está ancorada ao solo: uma arquitetura radicular mais extensa ou profunda proporciona à árvore uma ancoragem que compete, como um limite estrutural alternativo, com a resistência do tecido lenhoso do tronco ao determinar se a árvore quebra no tronco ou é arrancada sob a mesma carga de vento.

Do outro lado do fator de segurança estrutural está a carga de vento aplicada, que é medida diretamente na árvore, tronco ou galho em avaliação e representa a força real que o vento exerce sobre essa estrutura no momento da medição.

Com a resistência do tecido lenhoso — medida pelo módulo de Young ou densidade da madeira —, a rigidez do tronco no campo, a arquitetura das raízes e a carga de vento aplicada já quantificadas, calcula-se o fator de segurança estrutural da árvore, tronco ou galho em questão. Quanto maior o fator de segurança estrutural, maior a margem de segurança da estrutura antes de quebrar ou tombar sob a ação do vento; quanto menor o fator de segurança estrutural, mais próxima a estrutura está do limite de ruptura. Esse fator de segurança estrutural é utilizado tanto no manejo florestal, para determinar quais árvores em um povoamento representam risco estrutural, quanto na inspeção de árvores urbanas, para identificar quais árvores em uma cidade precisam de intervenção antes que caiam.

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