RESISTÊNCIA A FLEXÃO EM PEÇAS DE MADEIRA DE EUCALIPTO PARA PRODUÇÃO DE ESTOFADOS

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1 RESISTÊNCIA A FLEXÃO EM PEÇAS DE MADEIRA DE EUCALIPTO PARA PRODUÇÃO DE ESTOFADOS Sofia Maria Gonçalves Rocha 1 João Gabriel Missia da Silva 2 Maria Naruna Felix de Almeida 3 José Clailson Franco Coelho 4 Thais Mendes Brito 3 Ana Paula Câmara 1 Graziela Baptista Vidaurre Dambroz 5 José Tarcísio da Silva Oliveira 3 1 Centro de Ciências Agrárias / Universidade Federal do Espírito Santo 2 Universidade Federal do Espírito Santo, Departamento de Ciências Florestais e da Madeira 3 Universidade Federal do Espírito Santo 4 Universidade Federal do Acre 5 UFES Departamento de Ciências Florestais e da Madeira

2 RESISTÊNCIA À FLEXÃO EM PEÇAS DE MADEIRA DE EUCALIPTO PARA PRODUÇÃO DE ESTOFADOS Resumo: Informações relacionadas à rigidez e máxima tensão de flexão suportadas por peças de madeira são importantes para a indústria de estofados, no que diz respeito a caracterização da matéria-prima utilizada e, consequente, controle do padrão de qualidade. Desse modo, o objetivo desse trabalho foi caracterizar um lote de peças de madeira de Eucalyptus spp. quanto ao MOE e MOR, bem como a sua relação com a densidade aparente e o MOE dinâmico (MOEd). A densidade aparente foi determinada em acordo com norma técnica vigente e foram avaliados o MOEd pela técnica não destrutiva de ondas de tensão e o MOE e MOR em máquina universal de ensaio. A classificação de ruptura do material também foi realizada. O MOE e MOEd apresentaram forte correlação e o MOE e MOR seguiram tendência crescente quando houve aumento da densidade. Por fim a maioria das amostras foi classificada como tipo de ruptura normal, evidenciando valores intermediários de resistência mecânica, comuns aos encontrados na literatura para madeira de eucalipto. Palavras-chave: pré-cortados de madeira, Stress Wave Timer, rigidez. BENDING STRENGTH IN EUCALYPTUS WOOD PIECES FOR PRODUCTION UPHOLSTERED FURNITURE Abstract: Information related to the deformation stiffness limit of wood parts and the maximum stresses in bending are important for an upholstered furniture industry in respect to characterization of the raw material and consequent the standard quality control. Thus, the objective of this work is to characterize a batch of eucalyptus wood pieces in relation to the MOE and MOR, as well as its relation with wood density and dynamic MOE. Wood density was defined according with current technical standard and evaluated the dynamic MOE by non-destructive technique with Stress Wave Timer and static MOE and MOR in universal testing machine. The rupture classification of the material was also performed. The MOE and MOEd showed a strong correlation, MOE and MOR followed a growing trend when there was an increase in density. Finally, most of the samples were classified as normal rupture type evidencing intermediate values of mechanical resistance, common to those found in the literature for eucalyptus wood. Keywords: Pre-cut wood, Stress Wave Timer, stiffness. 1. INTRODUÇÃO Conhecer as características tecnológicas da matéria-prima tornou-se foco de pesquisa na indústria madeireira, pois com essas informações é possível a otimização e um melhor direcionamento do uso do produto. A madeira é um material heterogêneo e possui características distintas de acordo com a espécie, idade e fatores genéticos e ambientais nos quais é submetida (SHIMOYAMA, 1990). Esses fatores estão diretamente ligados a sua composição química, física e anatômica, e afetam as características mecânicas da madeira tornando-a complexa e variável. O módulo de elasticidade (MOE) e de ruptura (MOR) são propriedades mecânicas relevantes para a indústria de móveis destinados ao suporte de cargas, como a produção de

3 estofados, pois determinam a rigidez no limite de deformação elástica do material e a máxima tensão suportada, respectivamente. Desta forma a indústria de estofados carece destas informações a fim de caracterizar a matéria-prima utilizada, assegurando o padrão de qualidade exigido. A caracterização e quantificação das propriedades mecânicas da madeira pode ser realizada por técnicas destrutivas (estáticas) e não destrutivas (dinâmicas), essa última apresenta como vantagem a realização por princípios físicos, sem alterar as características físicas, químicas, mecânicas ou dimensionais do material (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS E INSPEÇÃO - ABENDI, 2006). Dessa forma, o uso de técnicas não destrutivas é promissor neste setor, pois é possível a caracterização do produto in loco. A técnica de emissão de ondas de tensão pelo equipamento Stress Wave Timer, tem se mostrado promissora para a determinação do MOE dinâmico (MOEd), apresentando em diversos estudos boas correlações com o método estático. Essa metodologia se baseia em princípios físicos de velocidade de propagação da onda ao longo da amostra ensaiada, levando-se em consideração a massa específica e a aceleração da gravidade (TRIANOSKI, 2012). O objetivo desse trabalho foi caracterizar um lote de peças de madeira de eucalipto quanto ao MOE e MOR, bem como a sua relação com a densidade e o MOE dinâmico. 2. MATERIAL E MÉTODOS O material foi coletado em um serraria localizada no município de Iúna, Microrregião do Caparaó, estado do Espírito Santo, na forma de pré-cortados de eucalipto, como descrito por Magnago (2015). Para padronização foi selecionado um lote de toras (30 no total) de um mesmo fornecedor de madeira, com classes diamétricas variando de 15 a 23 cm. O précortado é um produto do reaproveitamento das costaneiras, portanto, a posição de amostragem correspondeu a região mais próxima a casca das toras. As peças foram selecionadas quanto a regularidade das dimensões e ausência de nós e bolsas de goma. Antecedendo os ensaios, destrutivo e não destrutivos, as mesmas foram armazenadas em ambiente climatizado até atingir a umidade de equilíbrio de 12%. Para realização dos ensaios foram confeccionadas 24 amostras com dimensões de 2,0 x 2,0 x 41,0 cm (espessura, largura e comprimento, respectivamente), de acordo com a norma D143 (AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS ASTM, 2014a). Foi necessária a adaptação da seção transversal das amostras para o ensaio de flexão em função da dimensão nominal dos pré-cortados (2,0 x 4,0 x 70,0 cm). A densidade aparente a 12% de umidade das amostras foi determinada conforme a norma D2395 (ASTM, 2014b). O ensaio de flexão dinâmica (método não destrutivo) foi realizado com o equipamento Stress Wave Timer que fornece o tempo de propagação das ondas (µs). O equipamento é composto de dois transdutores piezo-eletrônicos (um emissor e outro receptor de ondas) e um pêndulo que fornece um impulso aos transdutores. Após a emissão do impulso, o tempo em que a onda de tensão leva para percorrer o comprimento do corpo de prova é visualizado na tela do equipamento (COELHO, 2016). A relação entre essas variáveis resulta na velocidade longitudinal de propagação de ondas. Com este valor foi possível calcular o MOE d pela Equação 1.

4 MOEd = ((VLL²)*( Da 9,8 ))*10-5 (1) Em que: MOEd = Módulo de elasticidade dinâmico (MPa); VLL = Velocidade de propagação de ondas (m s -1 ); Da = Densidade aparente (Kg m - ³); 9,8 = aceleração da gravidade (m s -2 ). O ensaio de flexão estática (método destrutivo) foi realizado em máquina universal EMIC, com capacidade de carga de 10 toneladas. O vão entre os apoios foi de 36 cm (ASTM, 2014a). Neste ensaio foram obtidos o módulo de elasticidade estático (MOE) e o módulo de ruptura (MOR). Realizou-se a correlação de Pearson entre os valores do MOEd e MOE e foram construídos gráficos de tendência entre o MOE, MOR e a densidade aparente da madeira. Por fim, foi realizada a classificação das formas de ruptura do material (Figura 1) seguindo as recomendações da D143 (ASTM, 2014a). Figura 1. Tipos de ruptura em flexão estática pela norma D143 da ASTM. Fonte: Adaptado de Calonego et al., RESULTADOS E DISCUSSÃO A madeira dos pré-cortados de Eucalyptus spp. apresentou densidade aparente (Tabela 1) moderadamente pesada de acordo com a classificação de Eleotério et al. (2015). Embora a espécie e a idade não sejam identificadas, a densidade aparente do material avaliado foi superior a determinada para as espécies Corymbia torelliana (616,2 Kg m -3 ), Eucalyptus cloeziana (623,8 Kg m -3 ), E. resinifera (638,1 Kg m -3 ) e E. pilularis (517,5 Kg m -3 ) aos 17 anos; e E. grandis x E. urophylla (421,5 Kg m -3 ) aos oito anos de idade, provenientes de plantios comerciais de Santa Catarina (ELEOTÉRIO et al., 2015).

5 Tabela 1. Caracterização da madeira de pré-cortados de Eucalyptus sp. a 12% de umidade. Estatística Da (Kg m descritiva ) VLL (m s -1 MOEd ) (MPa) MOR (MPa) MOE (MPa) Mínimo 541, , ,49 79, ,34 Média 673, , ,57 105, ,81 Máximo 817, , ,69 124, ,31 CV (%) 10,60 6,68 14,69 12,20 18,40 Da = Densidade aparente; VLL = Velocidade de propagação de ondas; MOEd = Módulo de elasticidade dinâmico; MOR = Módulo de ruptura; MOE = Módulo de elasticidade estático; CV = coeficiente de variação. A velocidade de propagação de ondas e o MOEd do material avaliado está dentro da faixa de variação observada para 7 clones de E. grandis x E. urophylla ao 13 anos de idade (COELHO, 2016). De acordo com a classificação do Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis - IBAMA (2005) os pré-cortados de eucalipto possuem alto módulo de ruptura e elasticidade. Os valores de MOR e MOE foram levemente superiores aos 101,6 MPa e MPa observados para a madeira de E. saligna (INSTITUTO DE PESQUISAS TECNOLÓGICAS - IPT, 1989), e inferiores aos 15954,8 Mpa e 130,57 Mpa encontrados para E. cloeziana com 16 anos de idade (VIVIAN et al., 2012). O MOE e MOR apresentaram comportamentos semelhantes em relação a variação da densidade aparente da madeira. Para ambos, observou-se que à medida que aumentou a densidade aparente ocorreu um acréscimo em seus valores (Figura 2). A afirmativa anterior corrobora com a teoria de Lobão et al. (2004), pela qual a densidade influencia na resistência mecânica da madeira de eucalipto. O autor ao avaliar lotes com diferentes densidades encontrou relação diretamente proporcional com as propriedade mecânicas, sendo essas maiores em madeiras mais densas. Figura 2. Comportamento do módulo de elasticidade e módulo de ruptura estático em relação a variação da densidade aparente em Eucalyptus spp.

6 O fato de valores inferiores de MOE estarem associados a menores valores de densidade aparente da madeira pode ser um reflexo da sua composição química, visto que a presença de menor quantidade de celulose nas camadas internas da parede celular ocasiona menor rigidez na madeira (CALEGARI et al., 2011). Portanto, observar o comportamento das propriedades mecânicas da madeira em virtude da variação de sua densidade torna-se prática indispensável na indústria madeireira, uma vez que a densidade aparente, por ser uma propriedade de fácil mensuração, revelase como um potencial estimador das propriedades mecânicas do material. O MOEd e o MOE apresentaram alta correlação (r = 0,82, p < 0,05), isto evidencia que embora sejam métodos diferentes para obtenção do módulo de elasticidade, e a técnica não destrutiva obtenha o MOEd por estimativa, esta explicou 82% do comportamento do MOE (Figura 3 A). Entretanto, nota-se que o ensaio de flexão dinâmica (não destrutivo) realizado com o Stress Wave Timer proporcionou uma subestimação de 66% nos valores do módulo de elasticidade (Figura 3 B). Figura 3. (A) Relação entre o MOE e MOEd (B) tendência de subestimação do MOE pelo MOEd em amostras de Eucalyptus spp. Candian e Sales (2009) ao realizar ensaios de flexão estática e dinâmica em Eucalyptus citriodora identificaram comportamento semelhante com forte correlação (r = 0,89) entre os módulos de elasticidade. O modelo matemático utilizado pelos autores para determinação do MOEd possui moderada precisão do seu comportamento em relação ao valor absoluto de MOE, pois considera a densidade da madeira e, ainda conta com a vantagem de poder ser aplicado em peças com variadas dimensões estruturais. As diferenças encontradas entre o MOE e MOEd estão associadas a heterogeneidade da madeira, sendo a propagação de ondas influenciada por fatores intrínsecos, além da densidade, como: dimensões das fibras, direção dos raios, tipo de lenho e umidade da madeira (HASEGAWA et al., 2011). Para as 24 amostras testadas, 92% apresentaram ruptura do tipo normal e apenas 8% ruptura do tipo frágil. Destaca-se que a ocorrência para os tipos de ruptura foi em maior proporção de tração desviada, seguida por tração simples e compressão (Tabela 2). Estes resultados evidenciam que o material em estudo apresenta resistência moderada em relação

7 ao módulo de ruptura, uma vez que a deformação plástica para a maioria das amostras foi de ruptura normal e pequena porcentagem de ruptura frágil. Tabela 2. Classificação dos tipos de ruptura e porcentagem de ocorrência em amostras de madeira de Eucalyptus spp. Tipo de ruptura Imagem Frequência (%) MOR (MPa) Tração desviada 67% 105,16 Tração simples 25% 89,80 Compressão 8% 71,75 De acordo com a ASTM (2014a), a ocorrência do tipo de ruptura tração desviada pode ocorrer devido os desvios da direção da grã da madeira do eixo longitudinal. Desse modo, é possível inferir que 67% das amostras estudadas possuem desvios na grã da madeira. Entretanto, isso não impediu que o módulo de ruptura fosse maior para essas amostras, evidenciando que a resistência do material reflete diretamente no tipo de ruptura que ocorrerá. 4. CONCLUSÕES A existência de uma forte correlação entre o MOE e MOEd evidencia que a técnica não destrutiva de ondas de tensão pode ser empregada para a estimativa de valores de rigidez da madeira, como uma alternativa viável para situações onde não exista a viabilidade para a fabricação de corpos de prova e a possibilidade de destruição da peça em si, neste caso na classificação da parte estrutural de estofados. O lote de madeira estudado apresentou valores de características tecnológicas comuns aos encontrados na literatura, com destaque para os altos valores de módulo de elasticidade e ruptura. A densidade aparente da madeira foi moderadamente pesada e destacou-se como potencial estimador de MOE e MOR. A resistência mecânica do material reflete diretamente no tipo de ruptura que ocorrerá nas peças serradas.

8 5. AGRADECIMENTOS À Serraria Gildo Madeiras pela disponibilização de material para realização deste estudo. À FAPES - Fundação de Apoio à Pesquisa e Inovação do Espírito Santo pela concessão de bolsas de estudo. 6. REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS E INSPEÇÃO ABENDI. Ensaios Não Destrutivos. Disponível em: < vos.html>. Acesso em: 26 abr AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS ASTM D : Standard Test Methods for Density and Specific Gravity (Relative Density) of Wood and Wood-Based Materials. 2014b. 13p. AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS ASTM D : Standard Test Methods for Small Clear Specimens of Timber. 2014a. 31 p. CANDIAN, M.; SALES, A. Aplicação das técnicas não destrutivas de ultra-som, vibração transversal e ondas de tensão para avaliação de madeira. AMBIENTE CONSTRUÍDO, v. 9, n. 4, p , CALEGARI, L. et al. Influence of moisture content, specific gravity and specimen geometry on the ultrasonic pulse velocity in Eucalyptus grandis Hill ex Maiden wood. CIÊNCIA DA MADEIRA, v. 2, n. 2, p , CALONEGO, F. W. et al. Tipos de ruptura em madeira de Eucalyptus grandis modificada termicamente. SILVA LUSITANA, v. 21, n. especial, p , ELEOTÉRIO, J. R. et al. Massa específica e retratibilidade da madeira de seis espécies de eucalipto cultivadas no litoral de Santa Catarina. FLORESTA, v. 45, n. 2, p , HASEGAWA, M. et al. Effect of wood properties on within-tree variation in ultrasonic wave velocity in softwood. ULTRASONICS, v. 51, n. 3, p , INSTITUTO BRASILEIRO DE MEIO AMBIENTE E DOS RECURSOS NATURAIS RENOVA VEIS - IBAMA. Banco de dados de madeiras brasileiras Disponível em: < Acesso em: 28 abr INSTITUTO DE PESQUISAS TECNOLÓGICAS DO ESTADO DE SÃO PAULO IPT. Fichas de Características das Madeiras Brasileiras. 2a ed. São Paulo: IPT, p. (publicação IPT No 1791). COELHO, J. C. F. Efeitos dos desvios da grã nas variáveis dendrométricas e propriedades físico-mecânicas em madeiras de eucalipto p. Dissertação (Mestrado em Ciências Florestais) Universidade Federal do Espírito Santo, Jeronimo Monteiro, LOBÃO, M. S. et al. Caracterização das propriedades físico-mecânicas da madeira de eucalipto com diferentes densidades. REVISTA ÁRVORE, v. 28, n. 6, p , 2004.

9 Powered by TCPDF ( MAGNAGO, E. C. Desempenho operacional e quantificação de resíduos madeireiros na produção de tábuas e pré-cortados de eucalipto p. Monografia (Graduação em Engenharia Industrial Madeireira) Universidade Federal do Espírito Santos, Alegre, SHIMOYAMA, V.R. Variações da densidade básica e características anatômicas e químicas da madeira em Eucalyptus sp p. Dissertação (Mestrado em Ciência Florestal) Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Piracicaba, TRIANOSKI, R. Avaliação da qualidade da madeira de espécies de pinus tropicais por meio de métodos convencionais e não destrutivos p. Tese (Doutorado em Ciências Florestais) Universidade Federal do Paraná, Curitiba, VIVIAN, M. A. et al. Estimativa dos módulos de elasticidade e ruptura da madeira de Eucalyptus cloeziana F. Muell por meio de método não destrutivo. CIÊNCIA DA MADEIRA, v. 3, n. 2, p , 2012.