UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO. Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz. Departamento de Ciências Florestais

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1 UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz Departamento de Ciências Florestais Estágio Profissionalizante em Engenharia Agronômica APLICAÇÃO DE TOMÓGRAFO DE IMPULSO NA AVALIAÇÃO DE RISCO DE QUEDA EM ÁRVORES DOS MACIÇOS DE EUCALIPTO DO PARQUE IBIRAPUERA Estagiária: Luciana Cavalcante Pereira Orientador: Profº Dr. Demóstenes Ferreira da Silva Filho dezembro/2006.

2 SUMÁRIO Página LISTA DE FIGURAS...2 LISTA DE TABELAS...7 RESUMO INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA O Parque Ibirapuera Estudo da anatomia da madeira Densitometria de raio X Tomografia de impulso Avaliação do risco de queda associado a problemas do tronco Processamento de imagens OBJETIVO Objetivos Específicos MATERIAIS E MÉTODOS Atividades de teste em laboratório Coleta de amostras de lenho Produção de gráficos de velocidade das amostras da primeira coleta Análise dos gráficos de velocidade das amostras da primeira coleta Comparação dos dados obtidos pela densitometria de raios X e pela tomografia de impulso

3 Produção de gráficos de velocidade das amostras da segunda coleta Velocidade limite entre tecido saudável e tecido ruim em Eucalyptus saligna Lm Atividades de teste no Parque Ibirapuera Caracterização do local de estudo Seleção e marcação de indivíduos arbóreos para aplicação do tomógrafo de impulso Produção de gráficos de velocidade dos indivíduos selecionados Análise dos gráficos de velocidade das árvores de eucalipto do Parque Ibirapuera RESULTADOS E DISCUSSÃO Produção de gráficos de velocidade Comparação dos dados obtidos pela densitometria de raios X e pela tomografia de impulso O caso da amostra de cedro Análise dos gráficos de velocidade dos indivíduos selecionados nos maciços de eucalipto do Parque Ibirapuera ATIVIDADES DE TRANSFERÊNCIA DA TECNOLOGIA CONCLUSÃO AGRADECIMENTOS BIBLIOGRAFIA

4 LISTA DE FIGURAS Página FIGURA 1. Localização dos maciços de eucalipto do Parque Ibirapuera de acordo com VEIGA (2004)...13 FIGURA 2. Diagramas de dispersão entre distância dos maciços do centro do parque (obtidas pelo SIG) e as variáveis condição péssima, lesões graves, altura da 1ª ramificação (fonte: SILVA FILHO et al., artigo não publicado) FIGURA 3. Seção de um tronco típico (fonte: BURGER, 1991)...20 FIGURA 4. Foto do tomógrafo de impulso e de PC usado para armazenar as informações FIGURA 5. Software do tomógrafo de impulso exibindo a matriz de delta [%], indicando a confiabilidade das medidas (RINNTECH, 2005)...25 FIGURA 6. Software do tomógrafo de impulso exibindo gráfico de velocidade de linhas, com palheta de cores mostrando velocidades inicial, média e final a que se referem...26 FIGURA 7. Software do tomógrafo de impulso exibindo gráfico de velocidade de superfície, com palheta de cores mostrando velocidades inicial, média e final a que se referem...27 FIGURA 8. Amostras da primeira coleta : eucalipto, cedro e guapuruvu a frente; pau-brasil e pau-ferro atrás...32 FIGURA 9. Discos de 5 centímetros de espessura retirados das amostras contendo a seção transversal de fixação dos pregos: cedro, eucalipto, guapuruvu, pau- Brasil, pau-ferro

5 FIGURA 10. Serra de disco; amostras diametrais de 1,5 cm de largura retiradas dos discos; equipamento de dupla-serra; amostras transversais com 2 mm de espessura retiradas das amostras diametrais...35 FIGURA 11. Software do tomógrafo de impulso exibindo matriz de Runtimes [µs]..37 FIGURA 12. Software do tomógrafo de impulso exibindo matriz de Delta [%]...38 FIGURA 13. Gráfico de velocidade da amostra de eucalipto da primeira coleta com pregos fixados apenas na casca...42 FIGURA 14. Gráficos de velocidade de onda da árvore 1 do maciço 8 (Parque ibirapuera), sendo o segundo gráfico obtido pela alteração da posição do 3º e do 5º pregos usados na produção do primeiro gráfico...43 FIGURA 15. Foto da amostra de cedro da primeira coleta; gráfico de velocidade produzido sem respeitar o limite interno entre os lenhos originários; gráfico de velocidade do lenho originário maior; gráfico de velocidade do lenho originário menor mais danificado...44 FIGURA 16. Gráficos de número de batidas de martelo versus porcentagem de dados confiáveis: eucalipto, guapuruvu, pau-brasil, pau-ferro, todos os dados...48 FIGURA 17. Diagrama de dispersão de distância entre sensores vs. número de medições não realizadas entre sensores (todos os dados coletados)...51 FIGURA 18. Diagrama de dispersão de distância entre sensores vs. número de medições não realizadas entre sensores (excluídos 6 pontos discrepantes)...52 FIGURA 19. Eucalipto: gráfico de perfil de densidade aparente e gráfico de perfil de velocidade de onda mecânica FIGURA 20. Guapuruvu: gráfico de perfil de densidade aparente e gráfico de perfil

6 FIGURA 21. Pau-Brasil: gráfico de perfil de densidade aparente e gráfico de perfil de velocidade de onda mecânica FIGURA 22. Eucalipto: Diagrama de dispersão de médias de velocidade (eixo X) vs. médias de densidade (eixo y) por faixa de posição e tabela de dados de origem...55 FIGURA 23. Guapuruvu: Diagrama de dispersão de médias de velocidade (eixo X) vs. médias de densidade (eixo y) por faixa de posição e tabela de dados de origem...56 FIGURA 24. Pau-Brasil: Diagrama de dispersão de médias de velocidade (eixo X) vs. médias de densidade (eixo y) por faixa de posição e tabela de dados de origem...56 FIGURA 25. Cedro: gráfico de perfil de densidade aparente e gráfico de perfil de velocidade de onda mecânica FIGURA 26. Cedro: Diagrama de dispersão de médias de velocidade (eixo X) vs. médias de densidade (eixo y) por faixa de posição e tabela de dados de origem...58 FIGURA 27. Gráfico de velocidade da árvore 5 do maciço 1, e respectiva imagem da classificação supervisionada (tecido bom em azul e tecido ruim em vermelho)...59 FIGURA 28. Lista dos dados da classificação supervisionada do gráfico de velocidade da árvore 5 do maciço

7 LISTA DE TABELAS Página TABELA 1. Estado geral das árvores cadastradas TABELA 2. Equilíbrio geral das árvores cadastradas...15 TABELA 3. Fitossanidade das árvores cadastradas...15 Tabela 4. Intensidade do ataque provocado pelos diversos agentes identificados nas árvores cadastradas...16 TABELA 5. Local do ataque do agente identificado nas árvores cadastradas...16 TABELA 6. Intensidade das lesões das árvores cadastradas...17 TABELA 7. Interferências nas árvores cadastradas...17 TABELA 8. Valores de densidade básica média da madeira no sentido medulacasca para espécies do gênero Eucalyptus...22 TABELA 9. Características das amostras de lenho retiradas da região basal de 5 espécies diferentes (primeira coleta)...32 TABELA 10. Porcentagem de dados confiáveis conforme amostra, número de sensores e número de batidas...47 TABELA 11. Perímetro da circunferência, distância entre sensores e número de medições não realizadas entre sensores dos indivíduos selecionados por maciço...50 TABELA 12. Maciço 1: dados da classificação supervisionada e risco de queda associado à porcentagem de tecido ruim de acordo com BOND & TUCKER...61 TABELA 13. Maciço 2: dados da classificação supervisionada e risco de queda associado à porcentagem de tecido ruim de acordo com BOND & TUCKER

8 TABELA 14. Maciço 3: dados da classificação supervisionada e risco de queda associado à porcentagem de tecido ruim de acordo com BOND & TUCKER...62 TABELA 15. Maciço 4: dados da classificação supervisionada e risco de queda associado à porcentagem de tecido ruim de acordo com BOND & TUCKER...62 TABELA 16. Maciço 5: dados da classificação supervisionada e risco de queda associado à porcentagem de tecido ruim de acordo com BOND & TUCKER...63 TABELA 17. Maciço 6: dados da classificação supervisionada e risco de queda associado à porcentagem de tecido ruim de acordo com BOND & TUCKER...63 TABELA 18. Maciço 7: dados da classificação supervisionada e risco de queda associado à porcentagem de tecido ruim de acordo com BOND & TUCKER...63 TABELA 19. Maciço 8: dados da classificação supervisionada e risco de queda associado à porcentagem de tecido ruim de acordo com BOND & TUCKER

9 Aplicação do Tomógrafo de Impulso na Avaliação de Risco de Queda em Árvores dos Maciços de Eucalipto do Parque Ibirapuera. Estagiária: Luciana Cavalcante Pereira Orientador: Prof. Dr. Demóstenes Ferreira da Silva Filho RESUMO Este trabalho pretendeu viabilizar a aplicação da tomografia de impulso na avaliação do risco de queda de árvores urbanas no Brasil. Para tanto, foram realizados testes em laboratório e nos maciços de eucalipto do Parque Ibirapuera para aprendizado do funcionamento do tomógrafo de impulso e para estabelecimento de procedimentos para sua utilização, bem como à interpretação das informações que produz. O tomógrafo de impulso é composto por hardware e software com a finalidade de produzir gráficos representativos do interior das árvores, por meio do cálculo da velocidade de ondas mecânicas através da madeira. Tais ondas são produzidas por pancadas de martelo sobre os sensores do equipamento que ficam fixados à árvore. As velocidades das ondas estão diretamente relacionadas à densidade da madeira, o que permitiu a comparação das informações geradas pela tomografia de impulso às geradas pela densitometria de raio X. Por meio da interpretação dos gráficos de velocidade, com o auxílio de ferramentas de processamento de imagens, pode-se inferir sobre a saúde das árvores selecionadas no parque e conseqüentemente sobre seu risco de queda. 9

10 1. INTRODUÇÃO O projeto do Programa de Políticas Públicas da FAPESP Avaliação de áreas verdes e arborização urbana utilizando videografia aérea multiespectral e tomografia, processo nº: 03/ , possui como parte de seu objetivo estudar o emprego da tomografia (2ª fase) em árvores maduras como resposta para a avaliação de árvores urbanas com risco de queda, tendo o Parque Ibirapuera como área de estudo para posterior transferência da tecnologia à administração pública do parque e também à administração pública de Piracicaba (COUTO, 2004). O Parque Ibirapuera se localiza na cidade de São Paulo, dentro do bairro Ibirapuera, na Avenida Pedro Álvares Cabral s/n. Foi inaugurado em 21 de agosto de 1954, em comemoração aos 400 anos da cidade de São Paulo (VEIGA, 2004). Os maciços de eucalipto são a vegetação arbórea de maior porte e mais antiga do parque. Foram plantados, provavelmente, entre o final da década de 20 e início da década de trinta. A maioria das árvores presentes nos maciços de eucalipto encontram-se em processo de declínio, devendo-se proceder a sua substituição por outras da mesma espécie devido à importância paisagística e histórica dessas árvores. Os maciços mais afetados encontram-se na borda do parque, mais próximos aos efeitos negativos do ambiente urbano (VEIGA, 2004; SILVA FILHO et al., artigo não publicado). O presente trabalho analisa como utilizar o tomógrafo de impulso para obtenção de informações confiáveis, compara os dados obtidos pela tomografia de impulso aos dados obtidos pela densitometria de raio X e, posteriormente, avalia o risco de queda de árvores presentes nos maciços de eucalipto do parque por meio 10

11 de processamento das imagens tomográficas. Os testes realizados objetivaram analisar a aplicação da tomografia de impulso na avaliação do risco de queda, para posterior transferência da tecnologia. 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1. O Parque Ibirapuera O Parque Ibirapuera se localiza na cidade de São Paulo, dentro do bairro Ibirapuera, na Avenida Pedro Álvares Cabral s/n. Foi inaugurado em 21 de agosto de 1954, em comemoração aos 400 anos da cidade de São Paulo. Ibirapuera (Ybi-ra-ouêra) é uma palavra tupi que significa pau pobre, exmadeira, árvore velha, extinta, apodrecida; o pau ou a madeira que foi e agora quase nada resta dela. A área de implantação do parque era inundada pelos córregos Caaguaçu e Sapateiro. Representa uma das mais importantes áreas verdes da cidade, local permanente de cultura e lazer, sendo um dos parques mais procurados pela população paulistana, com freqüência média de 300 mil usuários por semana em uma área de m 2 (VEIGA, 2004). Os maciços de eucalipto são a vegetação arbórea de maior porte e mais antiga do parque. Foram plantados, provavelmente, entre o final da década de 20 e início da década de trinta, com o fim de melhorar as condições de drenagem do local (SILVA FILHO et al., artigo não publicado). 11

12 As espécies de eucalipto plantadas no parque são: Eucalyptus camaldulensis, E. cinérea, E. citriodora, E. goniocalix, E. resinifera, E. robusta, Eucalyptus spp. (DEPAVE-CPHN 1 citado por VEIGA, 2004). Em 1992, o parque foi tombado pelo Conselho de Defesa do Patrimônio Histórico, Arqueológico, Artístico do Estado de São Paulo/CONDEPHAAT, por meio da resolução nº 01, de 25 de Janeiro de 1992, na qual tem-se: Artigo 1º - Fica tombado o Parque Ibirapuera, Município de São Paulo, incluindo: I. Área verde localizada no interior da cercadura metálica atualmente existente. (...) Artigo 3º - Visando garantir a manutenção de vegetação a longo prazo em sintonia com os demais espaços do Parque, o CONDEPHAAT recomenda: 1. Avaliações freqüentes do estado dos conjuntos de vegetação do ponto de vista fitossanitário e dos condicionantes locais, tais como pisoteio, depredações, descascamento, acúmulo de lixo, excesso de compactação do solo e destruição de raízes. 2. Reposição constante das árvores mortas ou doentes, se possível com indivíduos da mesma espécie objetivando-se manter a variedade de espécies ou ampliá-las. 1 DEPAVE CPHN. Conhendo o Verde: Parque Ibirapuera. N.11, 22p.,

13 Com o intuito de caracterizar as condições fitossanitárias dos maciços de eucalipto do parque, VEIGA (2004) avaliou as árvores neles presentes. Para tanto, dividiu-os em 8 maciços localizados de acordo com a Figura 1. Figura 1. Localização dos maciços de eucalipto do Parque ibirapuera de acordo com VEIGA (2004). 13

14 VEIGA (2004) obteve como resultado que a maioria das árvores avaliadas apresentavam-se em processo de declínio. Entre as características levantadas tem-se: Estado Geral classificado em: ótimo árvore vigoroso e sadia sem necessidade de manutenção; bom médias condições de vigor e saúde com necessidade de pequenos reparos ou poda, sinais de ataque de insetos, doenças ou problemas fisiológicos; regular estado geral de início de declínio, ataque severo por insetos, doenças ou injúria mecânica, desequilíbrio de copa ou caule, problemas fisiológicos requerendo reparo; péssimo avançado e irreversível declínio, ataque severo de insetos, doenças ou injúrias mecânicas, desequilíbrio de copa ou caule, problemas fisiológicos irremediáveis. Nenhuma árvore avaliada apresentou-se em estado ótimo, 5,51% estavam em estado bom, 79,81% estavam em estado regular, 15,65% em estado péssimo, e 0,65% estavam mortas (Tabela 1). Tabela 1. Estado geral das árvores cadastradas. Estado (%) Mac.1 Mac.2 Mac.3 Mac.4 Mac.5 Mac.6 Mac.7 Mac.8 Ótimo Bom 7, , ,38 Regular 87,41 60,89 75,74 93, , ,19 Péssimo 3,96 12,82 12,43 6, , ,43 Morta 0 0 1, Fonte: VEIGA (2004). 14

15 Equilíbrio Geral quando a árvore possui caule reto e copa de mesmas proporções para todos os lados. Entre as árvores avaliadas 21,30% estavam equilibradas. Portando o total de árvores desequilibradas foi de 78,70%, sendo 47,23% desequilibradas no caule, e 78,13% desequilibradas na copa (Tabela 2). Tabela 2. Equilíbrio geral das árvores cadastradas. Equilíbrio (%) Mac.1 Mac.2 Mac.3 Mac.4 Mac.5 Mac.6 Mac.7 Mac.8 Equilibrada 23,38 25,64 21, ,90 14,28 14,28 Desequilibrada Caule 58,27 33,33 36,09 23, ,74 57,14 61,90 Copa 58,99 66,02 71, ,64 71,43 78,57 Total 75,18 72, ,10 85,72 85,72 Fonte: VEIGA (2004). Fitossanidade foi mais freqüente a presença de cupim, broca e fungos. Assim, 29,04% das árvores avaliadas estavam atacadas por broca, 91,33% atacadas por cupim e 19,85% atacadas por fungos (Tabela 3). Tabela 3. Fitossanidade das árvores cadastradas. Agente (%) Mac. 1 Mac.2 Mac.3 Mac.4 Mac.5 Mac.6 Mac.7 Mac.8 Broca 26,62 44,23 36,69 20,00 34,00 25,81 28,57 16,66 Cupim 83,81 71,15 85, ,48 Fungo 76,98 24,36 15,38 3,33 22,00 9,68 0 7,14 Fonte: VEIGA (2004), parte da tabela. Intensidade do ataque classificada em: leve agente presente sem causar danos à árvore; média agente presente causando danos reparáveis; pesada agente causando danos graves, que podem levar a declínio irreversível. 15

16 Foi considerada leve a intensidade do ataque em 10,19% das árvores avaliadas, média em 23,17%, pesada em 65,51% e ausente em 0,04% (Tabela 4). Tabela 4. Intensidade do ataque provocado pelos diversos agentes identificados nas árvores cadastradas. Intensidade (%) Mac. 1 Mac.2 Mac.3 Mac.4 Mac.5 Mac.6 Mac.7 Mac.8 Leve 5,04 20,51 18,93 6, , ,28 Média 17,99 29,49 31,95 43, ,90 14,28 21,43 Pesada 74,46 43,59 49, ,96 85,71 64,28 Ausente 0, Fonte: VEIGA (2004). Local de ataque 98,97% das árvores avaliadas estavam atacadas no caule; 10,45% na raiz; 8,93% nas folhas; não foram analisados ataques em frutos, flores e ramos (Tabela 5). Tabela 5. Local do ataque do agente identificado nas árvores cadastradas. Local (%) Mac.1 Mac.2 Mac.3 Mac.4 Mac.5 Mac.6 Mac.7 Mac.8 Caule 97,48 94,87 99, Raiz 53,24 2,56 0, ,68 0 9,52 Folhas 8,27 8,33 7,10 3, ,90 0 9,52 Fonte: VEIGA (2004). Intensidade das lesões classificada em: grave quando a lesão compromete a sobrevivência da árvore; média - lesão considerável, da qual a árvore pode se recuperar mediante ações de controle; leve lesão de pequena proporção, da qual a árvore pode se recuperar sem qualquer auxílio. Em 63,90% 16

17 das árvores avaliadas foram encontradas lesões graves, em 20,51% lesões médias e em 8,07% lesões leves. Também foi levantada a ocorrência de vandalismo, presente em 39,78% das árvores avaliadas (Tabela 6). Tabela 6. Intensidade das lesões das árvores cadastradas. Lesões (%) Mac.1 Mac.2 Mac.3 Mac.4 Mac.5 Mac.6 Mac.7 Mac.8 Grave 34,39 58,97 55,62 63, ,74 71,42 71,42 Média 26,62 13,46 27,21 26, ,9 28,57 16,66 Leve 12,59 13,46 11,83 6, ,90 0 7,14 Ausente 16,19 0,64 0, ,38 Vandalismo 21, ,02 56, ,70 42,86 23,80 Fonte: VEIGA (2004). Ação recomendada a substituição foi a ação recomendada para 66,74% das árvores avaliadas, refletindo o péssimo estado das árvores do parque (Tabela7). Tabela 7. Interferências nas árvores cadastradas. Ação Recomendada (%) Mac.1 Mac.2 Mac.3 Mac.4 Mac.5 Mac.6 Mac.7 Mac.8 Poda leve 2,52 5,12 1, Poda pesada 5,76 0 3, Plantio Controle de pragas 1, Reparo de danos 1, Substituição 49,64 38,46 38,46 53, ,04 Fonte: VEIGA (2004), parte da tabela. 17

18 O ambiente urbano é inapropriado ao ciclo de vida das árvores. Os inconvenientes estão na ação de agentes bióticos e abióticos. A ação antrópica pode causar danos diretos por meio de ferimentos, ou indiretos, pela poluição e manejo inadequados. O Parque Ibirapuera é circundado por avenidas que possuem trânsito intenso, ruído e poluição do ar que provavelmente afetam o parque, sobretudo a biota próxima de sua borda (SILVA FILHO et al., artigo não publicado). SILVA FILHO et al. (artigo não publicado) analisando os dados levantados por Veiga (2004), notou que conforme os maciços vão se distanciando do centro do parque são encontrados maior número de árvores em estado geral péssimo, mais árvores afetadas por lesões graves e menores alturas da 1ª ramificação (Figura 2). Este último fator podendo estar relacionado ao maior número de queda de árvores ou à maior quantidade de podas de rebaixamento efetuadas para garantir a segurança do entorno do parque. (%) de árvores péssimas Diagrama de dispersão entre a distância dos maciços de eucalipto em relação ao centro do parque e a percentagem de árvores em péssimas condições. 50 y = 0,0003x 2-0,12x + 17, R 2 = 0,8556 (**) distância em metros do centro do parque (%) de árvores com lesões graves Diagrama de dispersão entre a distância dos maciços em relação ao centro do parque e a percentagem de árvores com lesões graves y = 2E-06x 3-0,0027x 2 + 0,9507x - 41,532 R 2 = 0,9003(**) distância em metros do centro do parque (%) de árvores péssimas Diagrama de dispersão entre a distância dos maciços de eucalipto em relação ao centro do parque e a percentagem de árvores em péssimas condições. 50 y = 0,0003x 2-0,12x + 17, R 2 = 0,8556 (**) distância em metros do centro do parque Figura 2. Diagramas de dispersão entre distância dos maciços do centro do parque (obtidas pelo SIG) e as variáveis condição péssima, lesões graves, altura da 1ª ramificação (fonte: SILVA FILHO et al., artigo não publicado). 18

19 2.2. Estudo da anatomia da madeira Segundo BURGER & RICHTER (1991), em uma seção transversal de tronco as seguintes partes se destacam (Figura 3): Casca a casca é constituída interiormente pelo floema, conjunto de tecidos vivos especializados na condução da seiva elaborada, e exteriormente pelo córtex, periderme e ritidoma. Além da condução e armazenamento de nutrientes (floema), a casca tem função de proteger o vegetal contra o ressecamento, ataques fúngicos, injúrias mecânicas e variações climáticas; Câmbio é o tecido meristemático situado entre o xilema e o floema, visível só ao microscópio. É responsável pela formação dos tecidos secundários que constituem o xilema e a casca; Alburno e Cerne onde são encontrados os anéis de crescimento. A cada ano, um novo anel é acrescentado ao tronco, por isso sua contagem permite conhecer a idade do indivíduo. A proporção cerne/alburno varia dentro da própria árvore, e depende da idade, sítio, solo, clima e espécie. O alburno é a região periférica do xilema, na qual, juntamente com o câmbio, ocorre mais intensamente atividade fisiológica no tronco, sendo responsável por: transporte de seiva bruta e armazenamento de substâncias nutritivas (atraentes aos microorganismos). Em muitas árvores, o cerne (parte interna do tronco) se destaca por sua cor mais escura e apenas suas camadas mais periféricas são fisiologicamente ativas. O fluxo de seiva bruta ocorre nos anéis de crescimento mais externos do xilema. À medida que as partes internas distanciam-se do câmbio, perdem gradativamente sua atividade vital e adquirem coloração mais escura. Como deixa de armazenar 19

20 substâncias nutritivas, o cerne é muito menos susceptível à ação de agentes degradadores e apresenta uma durabilidade natural superior à do alburno; Raios são faixas horizontais dispostas radialmente no tronco, de comprimento indeterminado e formadas por células parenquimáticas, isto é, elementos que desempenham a função de armazenamento de substâncias nutritivas. Só são visíveis a olho nu quando extremamente largos e altos; Medula ocupa a parte central do tronco e tem como função armazenar substâncias nutritivas. Particularmente importante nas plantas jovens, por participar na condução de seiva bruta. O seu tamanho, coloração e forma (principalmente nas angiospermas) são pouco variáveis. Constituída por tecido parenquimático, é susceptível a apodrecimento causado por fungos. Figura 3. Seção de um tronco típico (fonte: BURGER & RICHTER, 1991). 20

21 Dentre as propriedades físico-mecânicas da madeira, podem-se destacar: Massa específica ou densidade (g/cm 3 ) é a propriedade mais importante da madeira. A massa (g) reflete a quantidade de matéria lenhosa e de espaços vazios por unidade de volume (cm 3 ) na madeira. A massa específica varia de acordo com vários fatores: cerne, alburno e, sobretudo, com o teor de umidade. Portanto, uma comparação para ser válida, deve ser feita nas mesmas condições (BURGER & RICHTER, 1991); Massa específica aparente ou densidade aparente (g/cm 3 ) é a relação entre a massa e volume da madeira a um determinado teor de umidade. Como material poroso e higroscópico, a madeira tem seu volume alterado em função da umidade até o ponto de saturação das fibras; Densidade básica (g/cm3) é a relação entre a massa absolutamente seca da madeira (isenta de água livre e de adesão) e volume saturado (umidade acima do PSF). São os valores mínimo de massa e máximo de volume (TOMAZELLO FILHO, ano?). TOMAZELLO FILHO (1985, 1985,1987) estudou a variação da densidade básica em espécies do gênero Eucalyptus. Em amostra de disco da altura do DAP, foram preparados corpos de prova 2x2x3 cm em 5 diferentes posições no sentido medula-casca (0; 25; 50; 75 e 100% do raio das amostras). A densidade básica foi crescente no sentido medula-casca para as espécies: Eucalyptus saligna, E. grandis, E. microcorys, E. pilularis, E. pellita e E. acmeniodes. Esse modelo de variação da densidade é observado com maior freqüência para diferentes espécies do gênero. Para o E. gummifera, os valores de densidade básica mantiveram-se praticamente constantes, enquanto para o E. globulus, os 21

22 valores decresceram após a posição 50% do raio das amostras. Os valores médios de densidade por espécie variaram de 0,385 a 0,562 g/cm 3 (E. grandis e E. microcorys respectivamente) (Tabela 8). Tabela 8. Valores de densidade básica média da madeira no sentido medulacasca para espécies do gênero Eucalyptus. Espécie Densidade Básica Média (g/cm 3 )/ Posição Densidade Básica 0% 25% 50% 75% 100% Média (g/cm 3 ) E. saligna 0,364 0,409 0,420 0,483 0,493 0,434 E. grandis 0,346 0,401 0,359 0,386 0,434 0,385 E.microcorys 0,509 0,503 0,559 0,619 0,619 0,562 E. pilularis 0,422 0,413 0,448 0,501 0,519 0,461 E. pellita 0,450 0,433 0,491 0,586 0,614 0,515 E.acmeniodes 0,470 0,465 0,511 0,582 0,610 0,528 E. gummifera 0,490 0,489 0,488 0,502 0,493 0,492 E. globulus 0,465 0,468 0,544 0,447 0,468 0,478 Fonte: modificado de TOMAZELLO FILHO (1985, 1985 e 1987) Densitometria de raio X Segundo o Glossary of dendrochronology, densitometria de raio X trata-se de: método para a medição da densidade da madeira a partir de filmes de raio X de amostras finas de madeira (obtidas de seção do tronco). Em estudo realizado por BANZATO & TOMAZELLO FILHO (1998), a metodologia de densitometria de raio X, mostrou-se eficaz para determinação da densidade aparente das árvores de Pinus taeda L.. Possibilitou analisar a estrutura e as características dos anéis de crescimento, útil não só para determinação da idade das árvores, mas também para se conhecer as taxas anuais de crescimento radial e o efeito da aplicação de práticas de manejo. 22

23 DECOUX et al. (2003) e LINDEBERG (2004) também obtiveram bons resultados da aplicação da metodologia de densitometria de raios X Tomografia de impulso O tomógrafo de impulso foi desenvolvido para avaliação do estado interior das árvores. Baseia-se no princípio da cronometragem de ondas de estresse. A velocidade do impulso dentro da árvore está altamente correlacionada com a densidade do material, por isso pode ser usada para colher informações sobre o seu estado (RINNTECH, 2005). Onda é uma perturbação da matéria ou energia que se propaga, mantendo as suas características. Transporta energia e informação, mas não matéria. Existem dois tipos de ondas: ondas mecânicas - perturbação num meio material, do qual dependem para se propagarem, por exemplo o som; ondas eletromagnéticas - propagação de um campo elétrico e magnético que não necessita de um meio material para se propagar. A velocidade das ondas mecânicas está relacionada à rigidez do material, e com a densidade do mesmo (VIEIRA, 2002). RINNTECH (2005) explica que o hardware do tomógrafo de impulso é composto por (Figura 4): Sensores cada sensor é equipado com um vibrômetro e um regulador eletrônico para análise direta do tempo de entrada dos impulsos. Batendo no sensor com um martelo são geradas ondas de estresse que viajam através da madeira. O tempo de viagem das ondas entre os sensores é gravado e transformado em velocidade; 23

24 Bateria para fornecer energia para o tomógrafo. Através de um cabo serial conector da bateria, os dados medidos são transferidos dos sensores para PC; Cabos de conexão conectam os sensores uns aos outros, um dos sensores à bateria e a bateria ao PC. Figura 4. Foto do tomógrafo de impulso e de PC usado para armazenar as informações. O software do equipamento foi projetado para gravar os dados produzidos e exibi-los em matrizes e em gráficos de velocidade (Figura 5, 6 e 7): Matriz de runtimes [µs] contem o tempo de percurso do impulso medido entre os sensores. Se um impulso não alcança um sensor, o runtime tende a valores extremamente altos; 24

25 Matriz de velocidade [m/s] contem a velocidade calculada entre os sensores. As velocidades das ondas entre os sensores são calculadas através da distância entre os sensores fornecida pelo usuário dividida pelo tempo de percurso medido; Matriz de delta [%] exibe a porcentagem de erro da medida realizada, portanto quanto um dado é confiável. Quando o delta está entre 0 e 10%, o dado é confiável, e quando delta está acima de 10%, o dado é não confiável; Figura 5. Software do tomógrafo de impulso exibindo a matriz de delta [%], indicando a confiabilidade das medidas (RINNTECH, 2005). Gráfico de linha exibe a velocidade entre os pares de sensores por meio de linhas coloridas. Não permite localizar o defeito da madeira. Todas as cores do gráfico são encontradas na palheta de cores, que exibe as velocidades inicial, média e final a que se referem; 25

26 Figura 6. Software do tomógrafo de impulso exibindo gráfico de velocidade de linhas, com palheta de cores mostrando velocidades inicial, média e final a que se referem. Gráfico de superfície é calculado através do gráfico de linha, usando algoritmo matemático. Sua qualidade depende da densidade da rede de sensores. Permite localizar o defeito da madeira. Todas as cores do gráfico são encontradas na palheta de cores, que exibe as velocidades inicial, média e final a que se referem. 26

27 Figura 7. Software do tomógrafo de impulso exibindo gráfico de velocidade de superfície, com palheta de cores mostrando velocidades inicial, média e final a que se referem. As medidas do tomógrafo de impulso não são explicadas por elas mesmas. A velocidade do impulso está altamente correlacionada com a densidade da madeira, mas pode ser afetada por parâmetros anatômicos. As diferenças particulares entre as espécies precisam ser levadas em conta (RINNTECH, 2005). 27

28 2.5. Avaliação do risco de queda associado a problemas do tronco Para sobreviver em qualquer ambiente, as árvores necessitam ser mecanicamente confiáveis e possuir um razoável nível de segurança. Esse nível de segurança, que deve ser ajustado de acordo com o crescimento da planta, pode ser baseado no tronco. A susceptibilidade do tronco para falhas mecânicas aumenta conforme a árvore cresce em massa e em altura (NIKLAS, 2002). BOND & TUCKER (2006) recomendam a seguinte avaliação de risco de queda referente a defeitos no tronco: Baixo defeitos são pequenos (feridas pequenas recuperáveis pela árvore); Médio defeitos são presentes e óbvios (cavidade abrangendo 10 a 25% da circunferência do tronco); Alto defeitos presentes são numerosos e/ou significativos (cavidade abrangendo 30 a 50% da circunferência do tronco); Severo defeitos são muito severos (cavidade abrangendo mais de 50% do tronco). A remoção é recomendada para árvores em que ocorrem: apodrecimento em mais de 2/3 do tronco; cavidade maior que metade da circunferência do tronco e 1/3 do diâmetro do tronco apodrecido; cavidade cobrindo 2/3 ou mais da circunferência do tronco (BOND & TUCKER, 2006). Para KARLOVICH et al. (2000), árvores são classificadas como boas quando possuem as condições: não mais que rachaduras ou fendas pequenas; cavidades não excedendo 30% do diâmetro do tronco; galhos quebrados com diâmetro menor que 20cm; 28

29 não mais que mínimas evidências de insetos, doenças ou plantas parasitas; menos que 1/3 do sistema radicular exposto; condição. inclinação menor que 30%. Não ocorrendo qualquer dos critérios acima, a árvore é considerada em má 2.6. Processamento de imagens SILVA FILHO (2004) avaliou a floresta urbana de nove bairros do município de Piracicaba-SP por meio de imagens de videografia. Neste trabalho, foi feita identificação e quantificação do tecido urbano como um todo, composto por floresta urbana, sistema viário, edificações, pavimentações e outros tipos de coberturas. Para tal, foi utilizada a metodologia de classificação supervisionada por meio do programa TNT Mips 6.8. A classificação supervisionada utiliza algoritmos cujo reconhecimento dos padrões espectrais na imagem se faz com base numa amostra de área de treinamento (treinador), que é fornecida ao sistema de classificação pelo analista. Por meio das classes identificadas no treinador, são determinados valores centrais e a variabilidade em cada banda (R, G, B) para cada classe do treinador. Esta informação permite ao processo determinar a probabilidade de uma dada célula de um pacote de bandas pertencer a uma determinada classe do treinador. A probabilidade depende da distância do valor da célula para o valor central da classe, e o tamanho e forma das classes no espaço espectral. 29

30 Para avaliar estatisticamente a exatidão do mapeamento temático utilizouse a estatística Kappa extraída de matriz de erro obtida pelo programa de geoprocessamento TNT Mips 6.8, conforme descrito em Landis & Koch 2 e Moreira 3 citados por SILVA FILHO (2004). A estatística Kappa pode ser obtida por meio das equações: Sendo Po a exatidão geral; Pc, a proporção de unidades que concordam por casualidade; M, o número de classes presentes na matriz de erro; nij, o número de observações na linha i e coluna j; n i + e n + i, os totais marginais da linha i e da coluna j, respectivamente; e N, o número total de unidades amostrais contempladas pela matriz. O valor da estatística Kappa, determinado por meio da equação (1), é comparado em classes de acurácia, sendo que de 80% a 100% a classificação é reconhecida como excelente. 2 LANDIS, J. R.; KOCH, G. G. The measurement of observer agrement for categorical data. Biometrics, Arlington, v.33, n.1, p , MOREIRA, M. A. Fundamentos do Sensoriamento Remoto e Metodologias de Aplicação. 2 ed. Viçosa, UFV, 307p.,

31 3. OBJETIVO Os testes realizados objetivaram a aplicação do tomógrafo de impulso na avaliação do risco de queda de árvores dos maciços de eucalipto do Parque Ibirapuera. 3.1 Objetivos Específicos Analisou-se qual o melhor procedimento de utilização do equipamento para obtenção de informações confiáveis; Compararam-se os valores de velocidade de onda obtidos pela tomografia de impulso aos valores de densidade aparente obtidos pela densitometria de raio X, para verificar a confiabilidade do tomógrafo de impulso; Avaliou-se o risco de queda de árvores dos maciços de eucalipto do Parque Ibirapuera por meio da utilização de ferramentas de processamento de imagens. 4. MATERIAIS E MÉTODOS 4.1. Atividades de teste em laboratório Coleta de amostras de lenho Para os testes do tomógrafo de impulso em laboratório foram realizadas 2 coletas de material vegetal do lenho de árvores: Primeira coleta - foram coletadas seções da região basal de 5 árvores de espécies diferentes do Parque da ESALQ, tombadas durante o mini-ciclone ocorrido em 29 de março de Tais amostras possuíam as seguintes características (Tabela 9 e Figura 8): 31

32 Tabela 9: Características das amostras de lenho retiradas da região basal de 5 espécies diferentes (primeira coleta). Nome Científico Nome Popular Altura Perímetro da (cm) circunferência (cm) Schizolobium parahyba (Vell.) Blake guapuruvu 35,5 203 Eucalyptus saligna Sm. eucalipto 19,5 144 Caesalpinia echinata Lam. pau-brasil Caesalpinia férrea Mart. Ex Tul. pau-ferro Cedrela odorata L.* cedro * O lenho amostrado era composto por dois lenhos originários: um maior com 133 cm de perímetro da circunferência e outro menor com 105 cm. Figura 8. Amostras da primeira coleta: eucalipto, cedro e guapuruvu à frente; pau- Brasil e pau-ferro atrás. Segunda coleta - foram coletadas 16 amostras do lenho de árvores da espécie Eucalipto saligna Sm. de variadas regiões do tronco, com cerca de 50 cm 32

33 de altura e com diversas medidas de diâmetro. O local de origem foi a Estação Experimental de Anhembi ESALQ/USP, plantio para produção de madeira Produção de gráficos de velocidade das amostras da primeira coleta Na seção transversal das amostras de lenho a 30 cm de altura, foram fixados 12 pregos. Procurou-se distribuí-los ao longo da circunferência das amostras a distâncias iguais, atravessando a região cerne/alburno (RINNTECH, 2005). A profundidade utilizada foi de 1 a 2 cm dentro do alburno. Os pregos foram utilizados para sustentação dos sensores do tomógrafo. Tais sensores receberam pancadas de martelo, para a produção de ondas mecânicas e, consequentemente, dos gráficos de velocidade. Foram produzidos gráficos com 2, 3, 4, 5 e 6 pancadas, primeiramente, utilizando-se 12 sensores, depois 9 sensores e por último 6 sensores, sendo realizadas 6 repetições para cada tratamento (exceto para guapuruvu e eucalipto com 12 sensores e 6 pancadas, para os quais foram feitas apenas 5 repetições). Os pregos não foram mudados de posição, apenas foram retirados 3 sensores e depois 6, sempre de forma intercalada. Totalizaram-se 448 gráficos de velocidade. Para o cedro, além das repetições acima, produziram-se 2 gráficos diferenciados, pois o lenho dessa amostra era originado da união de dois lenhos. Tais gráficos foram produzidos respeitando-se o limite entre os lenhos originários. Portanto, produziu-se um gráfico do lenho originário maior (9 sensores e 6 batidas) e outro do lenho originário menor (6 sensores e 6 batidas). 33

34 Análise dos gráficos de velocidade das amostras da primeira coleta Para análise dos gráficos de velocidade obtidos dos tratamentos e repetições nas amostras da primeira coleta, foram utilizadas suas matrizes de Delta [%]. Por meio do uso do Excel foi possível avaliar os dados nelas contidos. Os gráficos de velocidade da amostra de cedro não foram usados, pois não correspondiam à condição real do lenho, devido à colocação errônea dos pregos na amostra (abordado no item 5.1.i). Portanto foram analisados 358 gráficos de velocidade Comparação dos dados obtidos pela densitometria de raios X e pela tomografia de impulso Após a produção dos gráficos de velocidade das primeiras amostras coletadas, estas foram preparadas para aplicação da densitometria por raio-x. Foram cortados discos de 5 centímetros de espessura, que incluíram a seção transversal de fixação dos pregos, e portanto de produção dos gráficos (BANZATTO & TOMAZELLO FILHO, 1998) (Figura 9). Figura 9. Discos de 5 centímetros de espessura retirados das amostras contendo a seção transversal de fixação dos pregos: cedro, eucalipto, guapuruvu, pau- Brasil, pau-ferro. 34

35 Nos discos, foram demarcadas e cortadas amostras diametrais com 1,5 cm de largura em serra de disco e, destas, cortadas amostras transversais em equipamento de dupla-serra, com 2 mm de espessura (BANZATTO & TOMAZELLO FILHO, 1998) (Figura 10). Figura 10. Serra de disco; amostras diametrais de 1,5 cm de largura retiradas dos discos; equipamento de dupla-serra; amostras transversais com 2 mm de espessura retiradas das amostras diametrais. Acondicionadas em sala a 20 C e 50% de umidade relativa por 12 horas, as amostras transversais foram homogeneizadas a 12% de umidade relativa. Posteriormente foram radiografadas com aparelho Hiwlett Packarb Faxitron e reveladas (BANZATTO & TOMAZELLO FILHO, 1998). Os filmes radiográficos foram digitalizados e os valores pontuais de um eixo das amostras, bem como os respectivos gráficos dos perfis de densidade aparente das amostras de lenho foram obtidos através da aplicação dos softwares CRAD e CERD. No caso do pau-ferro, não foi possível concluir a metodologia acima, pois suas amostras continham substâncias extrativas, que interferiram na radiografia, impedindo a produção do gráfico do perfil de densidade aparente. Para comparar os dados obtidos pela densitometria de raio X e pela tomografia de impulso, selecionou-se a faixa da imagem tomográfica (gráfico de velocidade produzido com 12 sensores e 6 batidas) na qual estaria contido o eixo 35

36 utilizado pela densitometria de raio X. Dessa faixa, percorreu-se uma linha de pixels para confecção do gráfico dos perfis de velocidade de onda mecânica das amostras de lenho, a semelhança da densitometria. As cores dos pixels da linha percorrida foram reconhecidas com o auxílio do software Adobe Photoshop. Foram também reconhecidas as cores da palheta exibida nos gráficos de velocidade. Pode-se associar um valor de velocidade a cada cor de pixel, dividindo-se a faixa de velocidades do gráfico (cujos valores extremos são mostrados junto à palheta) pelo total de cores observadas na palheta. Por fim, cada pixel da linha percorrida recebeu a velocidade correspondente a sua cor e o gráfico do perfil de velocidade de onda mecânica produzido. Também, produziu-se o diagrama de dispersão das médias de velocidade vs. médias de densidade em faixas de 3 cm das posições das amostras e foi aplicado teste de Tukey para comparação entre as médias. É importante destacar que em todos os métodos, sempre foram utilizados os gráficos de velocidade de superfície (e não os gráficos de linha), pois permitem a visualização de defeito do tronco. Também são chamados de imagens tomográficas Produção de gráficos de velocidade das amostras da segunda coleta Nas 16 amostras de lenho de Eucalyptus saligna Lm. da segunda coleta, os pregos para sustentação dos sensores foram fixados em seção transversal a cerca de 15 cm da seção transversal externa da amostra, para possibilitar a comparação entre o gráfico de velocidade obtido pelo tomógrafo de impulso e a 36

37 observação visual da seção transversal externa. Foram utilizados 12 sensores sustentados pelos pregos fixados a distâncias iguais entre si, atravessando a casca e o alburno entre 1 e 2 cm de profundidade. Cada sensor recebeu 5 pancadas de martelo. Enquanto as pancadas eram executadas, o software do tomógrafo de impulso exibia a matriz de Runtimes [µs] para que fosse avaliada a qualidade do impulso recebido. Caso fosse observado que não havia sido medido o runtime (tempo de percurso da onda mecânica) entre vários sensores, a exemplo da última linha da matriz da Figura 11, a linha era excluída e repetida a pancada, até que se completassem 5 pancadas por sensor. Figura 11. Software do tomógrafo de impulso exibindo matriz de Runtimes [µs]. 37

38 Após a execução das pancadas, observava-se a matriz de Delta [%] produzida. Caso ocorressem células com valores maiores que 10%, que significam medições da velocidade não confiáveis, mais algumas pancadas eram executadas naquele sensor para tentar reduzir o valor até a faixa aceitável (delta entre 0 e 10%). Foram dadas, no máximo mais 5 pancadas. No exemplo da Figura 12, os sensores ID_5576, ID_5581, ID_5583 receberam novas pancadas para diminuição dos deltas iguais a 100%. Figura 12. Software do tomógrafo de impulso exibindo matriz de Delta [%]. 38

39 Velocidade limite entre tecido saudável e tecido ruim em Eucalyptus saligna Lm. Por meio da observação visual da seção transversal externa das amostras de lenho de Eucalyptus Saligna Lm. da segunda coleta e dos gráficos de velocidade dessas amostras, separou-se a região representativa de tecido saudável da região representativa de tecido ruim nos gráficos. Foi observado a partir de qual cor de pixel o gráfico estaria representando regiões de tecido ruim nos 16 gráficos de velocidade das diferentes amostras. A variação da densidade nas espécies mais comuns do gênero Eucalyptus, é entre 0,385 e 0,562 g/cm 3 e esta densidade geralmente e crescente no sentido medula-casca. A densidade do Eucayipus saligna Lm. é 0,434 g/cm 3 e é crescente no sentido medula-casca, tornando-a boa representante do gênero (TOMAZELLO, 1985). A análise foi feita em amostras de Eucalyptus saligna Lm. para que os resultados obtidos pudessem ser extrapolados para os indivíduos, também do gênero Eucalyptus, selecionados no Parque Ibirapuera Atividades de teste no Parque Ibirapuera Caracterização do local de estudo O Parque Ibirapuera se localiza na Zona Sul do município de São Paulo, no bairro Ibirapuera. Sua área é de 110,0 ha. E pode ser dividida, segundo uma linha norte-sul que passa pelo seu centro, em dois ambientes geológicos distintos: i) na porção oriental do parque, encontram-se terrenos aluviais quaternários contendo antigas várzeas que foram aterradas (onde hoje se localizam os lagos); ii) na porção 39

40 ocidental, há terrenos firmes constituídos por maciços de sedimentos terciários da Formação Resende. O lençol freático está a profundidades que variam de 1,50 a 2,50m na região a montante e de 1,5 a 4,5m na região da Av. República do Líbano (Link et al. 4 citado por VEIGA, 2004). O clima da região é subtropical úmido com estiagem no inverno, com a temperatura do mês mais quente superior a 23ºC e a do mês mais frio inferior a 18ºC (VEIGA, 2004). Os maciços de eucaliptos do Parque Ibirapuera foram divididos e localizados para este estudo conforme a Figura 1, como foi feito por VEIGA (2004) Seleção e marcação de indivíduos arbóreos para aplicação do tomógrafo de impulso Dentro de cada um dos 8 maciços de eucalipto do Parque Ibirapuera foram escolhidas 7 árvores que apresentassem preferencialmente: estado geral regular a péssimo, proeminente desequilíbrio de caule e/ou de copa, lesão aparentes. Tais indivíduos foram marcados à cal com um número que os identificou dentro do maciço Produção de gráficos de velocidade dos indivíduos selecionados Foram produzidos gráficos de velocidade de seção transversal localizada na região basal do lenho das árvores selecionadas, de acordo com a metodologia 4 LINK et al., Plano diretor do Parque Ibirapuera e respectivas intervenções. VRL Arquitetos Associados. v. 1, 145p. 40

41 de produção de gráficos de velocidade das amostras da segunda coleta (item 4.1.5) Análise dos gráficos de velocidade das árvores de eucalipto do Parque Ibirapuera A análise dos gráficos de velocidade das árvores de eucalipto do Parque Ibirapuera foi composta por duas partes: 1ª parte foram analisados os dados da matriz de Velocidade [m/s] dos gráficos com o auxílio do Excel; 2ª parte classificação supervisionada das imagens tomográficas (gráficos de velocidade) por meio do software TNT Mips 7.2. Na classificação supervisionada dos gráficos de velocidade por meio do TNT Mips 7.2, foram usadas amostras de área de tecido bom e de tecido ruim para confecção do treinador. A partir da cor de pixel da velocidade limite entre tecido saudável e tecido ruim observada nas amostras de Eucalipto saligna Lm. da segunda coleta, pode-se selecionar as amostras dentro da imagem tomográfica. Após a confecção do treinador, procedeu-se a classificação. Para todas obteve-se valor de estatística Kappa superior a 80% (considerado excelente). Com a porcentagem de área de tecido bom e de tecido ruim dada pela classificação supervisionada, pode-se avaliar o risco de queda da árvore de acordo com os critérios de BOND & TUCKER (2006). 41

42 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO 5.1. Produção de gráficos de velocidade Os testes realizados em laboratório e em campo, demonstraram que 5 fatores influenciam a produção de gráficos de velocidade: i) colocação dos pregos de sustentação dos sensores; ii) qualidade da pancada de martelo e do impulso produzido; iii) número de pancadas de martelo por sensor; iv) número de sensores em relação ao perímetro da circunferência do lenho; v) condições climáticas e interferências externas. i) Colocação dos pregos de sustentação dos sensores: Profundidade dos pregos - como é salientado pela RINTECH (2005), os pregos devem atravessar a casca e parte do alburno do lenho para produção de imagens tomográficas de qualidade. Na Figura 13, observam-se manchas amarelas e vermelhas na periferia do gráfico devidas à pouca profundidade dos pregos, que ficaram presos apenas à casca do lenho. Figura 13. Gráfico de velocidade da amostra de eucalipto da primeira coleta com pregos fixados apenas na casca. 42

43 É necessário atravessar o alburno até que o prego fique firme (importante também para sustentação do sensor), de 1 a 2 cm de profundidade no alburno foi suficiente. Em alguns casos, o prego continuou sem firmeza mesmo quando enfiado até o fim, o que foi resolvido pela remoção de parte da casca ou escolha de outro local para fixação. Posição dos pregos - todos os pregos devem estar direcionados para o centro do lenho para evitar distorções do gráfico de velocidade. A Figura 14 mostra dois gráficos diferentes, o segundo foi obtido pela mudança na posição dos pregos que sustentavam o 3º e o 5º sensores na produção do primeiro gráfico. Estes pregos foram redirecionados para o centro do lenho. Observa-se que esta alteração, reduziu a área de menores velocidades do primeiro para o segundo gráfico. Figura 14. Gráficos de velocidade de onda da árvore 1 do maciço 8 (Parque Ibirapuera), sendo o segundo gráfico obtido pela alteração da posição do 3º e do 5º pregos usados na produção do primeiro gráfico. Há situações em que a colocação dos pregos não será tão obvia, como ocorreu com a amostra de cedro da primeira coleta, quando o lenho da árvore era 43

44 formado pela união de dois lenhos (Figura 15). Para produção do primeiro gráfico da Figura 15, colocaram-se os pregos equidistantemente, sem respeitar o limite interno entre os lenhos originários, gerando um gráfico incorreto. Os outros gráficos foram obtidos respeitando-se esse limite, o segundo gráfico correspondente ao lenho originário maior e o terceiro ao lenho originário menor mais danificado. Figura 15. Foto da amostra de cedro da primeira coleta; gráfico de velocidade produzido sem respeitar o limite interno entre os lenhos originários; gráfico de velocidade do lenho originário maior; gráfico de velocidade do lenho originário menor mais danificado. 44

45 Além de direcionados para o centro, os pregos também devem estar preferencialmente distribuídos a distâncias iguais (RINTECH, 2005). Este procedimento será mais discutido a frente nos itens iii e ii) Qualidade da pancada de martelo e do impulso produzido: Conforme é explicado pela RINTECH (2005), a pancada do martelo no sensor deve ser: precisa - batendo-se bem em cima do parafuso do sensor para pancada; firme - sem usar muita força ou pouca força; e uniforme evitando variações de intensidade. Constatou-se nas etapas de produção de gráficos, que a qualidade da batida influencia diretamente na qualidade do impulso produzido. Os dados dos impulsos recebidos pelos sensores são exibidos nas matrizes do software do tomógrafo de impulso. No método de produção de gráficos utilizado nas amostras da primeira coleta essas matrizes não foram analisadas. Ao contrário do método utilizado nas amostras de eucalipto e nos indivíduos selecionados do Parque Ibirapuera, no qual as matrizes do software foram analisadas. Quando as matrizes são analisadas, conforme o segundo método, podemse eliminar dados de impulso de má qualidade ou introduzir mais medições por meio de novas pancadas, melhorando a qualidade dos dados das matrizes e, conseqüentemente, do gráfico de velocidade. 45

46 iii) Número de pancadas de martelo por sensor: Na análise das matrizes de Delta% dos 358 gráficos de velocidade obtidos das primeiras amostras coletadas, foram separados os dados confiáveis (até 10% de erro) dos dados não confiáveis (acima de 10% de erro). Foi calculada a porcentagem de dados confiáveis, conforme o número de batidas e de sensores das amostras (Tabela 10) e construídos os gráficos da Figura 16. Na Tabela 10, observa-se em cada amostra que conforme o número de batidas de martelo aumentou, a porcentagem de dados confiáveis cresceu (exceto para o pau-brasil com 6 sensores de 5 para 6 batidas e para o pau-ferro com 6 sensores de 4 para 5 batidas). Os acréscimos na porcentagem de dados confiáveis tenderam a ser menores conforme o número de batidas aumentou. A mudança do número de sensores também alterou a porcentagem de dados confiáveis. Os resultados de 6 para 12 sensores foram sempre melhores, enquanto de 6 para 9 sensores houve aumento da porcentagem de dados confiáveis em poucas observações. Os 9 sensores não foram distribuídos a distâncias iguais, o que provavelmente diminuiu a qualidade das medições, mostrando a importância de manter os sensores a distâncias iguais, conforme já foi comentado no item i. As colunas de Total Global confirmam essas tendências observadas. 46

47 Tabela 10. Porcentagem de dados confiáveis conforme amostra, número de sensores e número de batidas. Porcentagem de dados confiáveis Sensores Amostra Batidas Total Global Eucalipto 2 0,56% 0,46% 0,51% 0,51% 3 42,22% 34,95% 47,98% 41,72% 4 58,33% 56,02% 68,18% 60,84% 5 72,22% 77,31% 84,97% 78,17% 6 75,00% 82,18% 88,48% 81,50% Eucalipto Total 49,67% 50,19% 56,97% 52,22% Guapuruvu 2 0,56% 0,23% 0,88% 0,56% 3 43,33% 47,22% 46,09% 45,55% 4 65,00% 59,03% 65,28% 63,10% 5 76,67% 74,31% 85,23% 78,73% 6 91,67% 87,50% 91,97% 90,29% Guapuruvu Total 55,44% 53,66% 56,71% 55,26% Pau-brasil 2 0,00% 0,69% 0,00% 0,23% 3 43,33% 35,65% 45,83% 41,60% 4 59,44% 55,32% 65,40% 60,06% 5 75,56% 65,97% 77,15% 72,89% 6 73,89% 76,39% 80,56% 76,94% Pau-Brasil Total 50,44% 46,81% 53,79% 50,35% Pau-ferro 2 0,00% 0,93% 0,63% 0,52% 3 35,00% 28,94% 56,06% 40,00% 4 65,56% 52,31% 73,23% 63,70% 5 63,33% 54,86% 81,19% 66,46% 6 71,67% 64,12% 84,22% 73,33% Pau-ferro Total 47,11% 40,23% 59,07% 48,80% Total Global 50,67% 47,72% 56,63% 51,65% Os gráficos seguintes ressaltam as informações da Tabela 10, percebe-se claramente a tendência de acréscimo na porcentagem de dados confiáveis conforme o número de batidas aumenta e de que forma este incremento tende a ser menor com o aumento do número de batidas. 47

48 Figura 16. Gráficos de número de batidas de martelo versus porcentagem de dados confiáveis: eucalipto, guapuruvu, pau-brasil, pau-ferro, todos os dados. 48

49 Assim, estabeleceu-se como suficiente o número de 5 batidas por sensor para a produção de gráficos de velocidade. Acompanhando as matrizes de Runtimes [µs] e de Delta % (conforme método apresentado no item 4.1.5) pode-se observar a qualidade dos dados e excluir ou adicionar medições quando necessário. iv) Número de sensores em relação ao perímetro da circunferência do lenho: Os indivíduos selecionados do Parque Ibirapuera apresentaram uma diversidade no perímetro da circunferência entre 108 a 504cm, resultando numa variação na distância entre os 12 sensores usados de 9 a 42cm (Tabela 11). De suas matrizes de Velocidade [m/s] produzidas pelo software do tomógrafo, foram contadas as células que exibiam valor nulo de velocidade, pois significa que as medições entre o par de sensores não foram feitas pelo equipamento (Tabela 11). 49

50 Tabela 11. Perímetro da circunferência, distância entre sensores e número de medições não realizadas entre sensores dos indivíduos selecionados por maciço. Perímetro da Distância entre nº medições Maciço Árvore Circunferência Sensores não realizadas Indivíduos com o maior e menor perímetro entre as circunferências Indivíduos retirados na produção do segundo diagrama de dispersão 50

51 O diagrama de dispersão e a equação linear de 1º grau das distâncias entre sensores vs. número de medições não realizadas entre sensores (Figura 17), mostrou não haver correlação entre estas duas variáveis, quando utilizados todos os dados coletados. O R 2 igual a 0,2571 não foi significativo pelo teste de Tukey Diagrama de dispersão de distância entre sensores em cm (eixo X) versus número de medições não realizadas entre sensores (eixo y). y = 0,808x - 7,1016 R 2 = 0, Figura 17. Diagrama de dispersão de distância entre sensores vs. número de medições não realizadas entre sensores (todos os dados coletados). No segundo diagrama de dispersão e em sua equação do 1º grau (Figura18), 6 pontos discrepantes do conjunto de dados do primeiro diagrama foram retirados. Obteve-se R 2 igual a 56,29 que foi significativo pelo teste de Tukey a 1%, constatando haver correlação entre as variáveis distância entre sensores e número de medições não realizadas entre sensores. Conforme a distância entre os sensores diminui, o número de medições não realizadas tende a diminuir. Portanto, na aplicação do tomógrafo de impulso 51

52 recomenda-se utilizar o maior número de sensores a disposição, para que o conjunto de dados sobre os impulsos seja melhor e, portanto, o gráfico de velocidade produzido. 36 Diagrama de dispersão de distância entre sensores em cm (eixo X) versus número de medições não realizadas entre sensores (eixo Y) y = 1,2303x - 16,419 R 2 = 0,5629** Figura 18. Diagrama de dispersão de distância entre sensores vs. número de medições não realizadas entre sensores (excluídos 6 pontos discrepantes). v) Condições climáticas e interferências externas: É destacado pela RINNTECH (2005) a impossibilidade do uso do tomógrafo de impulso enquanto houver chuva, independente de sua intensidade. Em campo, durante as medições realizadas no Parque Ibirapuera, constatou-se que o vento também pode impedir o uso do equipamento. As copas das árvores são balançadas, produzindo ondas mecânicas que acabam sendo captadas pelos sensores e confundidas com as pancadas de martelo. 52

53 O tráfego intenso de automóveis nas Avenidas República do Líbano e Pedro Álvares Cabral se apresentou como uma importante interferência externa. As ondas mecânicas produzidas pela passagem dos automóveis também impossibilitaram o uso do equipamento, sendo necessário aguardar períodos de menor movimento Comparação dos dados obtidos pela densitometria de raios X e pela tomografia de impulso As Figuras 19, 20 e 21 exibem os gráficos de perfil de densidade aparente seguidos pelos gráficos de perfil de velocidade das amostras de eucalipto, guapuruvu e pau-brasil. Pela observação dos pares de gráficos, nota-se que existem semelhanças entre as suas curvas, tanto no primeiro raio (representado pelos valores negativos de posição) como no segundo raio (valores positivos de posição). No gráfico de perfil de densidade aparente do eucalipto, percebe-se que existe crescimento da densidade no sentido medula-casca (TOMAZELLO, 1985). A queda da densidade aparente observada nas extremidades do gráfico é atribuída à degradação da madeira, uma vez que as árvores coletadas estavam caídas a cerca de 4 meses. 53

54 Figura 19. Eucalipto: gráfico de perfil de densidade aparente e gráfico de perfil de velocidade de onda mecânica. Figura 20. Guapuruvu: gráfico de perfil de densidade aparente e gráfico de perfil de velocidade de onda mecânica. Figura 21. Pau-Brasil: gráfico de perfil de densidade aparente e gráfico de perfil de velocidade de onda mecânica. 54

55 O diagrama de dispersão e a equação de regressão polinomial de 2 grau das médias de velocidade vs. as médias de densidade (Figura 22, 23, 24) permitem se analisar quanto os dados obtidos pela tomografia de impulso são semelhantes aos obtidos pela densitometria de raios X. Os asteriscos indicam que o valor de R 2 foi significativo pelo teste de Tukey a 1%, portanto as médias de densidade aparente e de velocidade de onda obtidas ao longo do perfil do lenho são semelhantes. Eucalipto 1,15 1,10 1,05 1,00 0,95 0,90 0,85 0,80 0,75 Diagrama de dispersão de médias de velocidade (eixo X) vs médias de densidade (eixo Y) da amostra de Eucalipto combinados pela posição. y = -3E-06x 2 + 0,006x - 1,861 R 2 = 0,5019** 0, Faixas (cm) Velocidade (m/s) Densidade Ap. (g/cm 3 ) ,15 0, ,20 1, ,10 0, ,73 0, ,78 1, ,14 1, ,49 0, ,43 0, ,95 0, ,17 0, ,36 0, ,95 1, ,63 0, ,02 0,77 Figura 22. Eucalipto: Diagrama de dispersão de médias de velocidade (eixo X) vs. médias de densidade (eixo y) por faixa de posição e tabela de dados de origem. 55

56 Guapuruvu 0,85 0,80 0,75 0,70 0,65 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 Diagrama de dispersão de médias de velocidade (eixo X) vs médias de densidade (eixo Y) da amostra de Guapuruvu combinados pela posição. y = 2E-05x 2-0,0164x + 3,9176 R 2 = 0,7407** 0, Faixas (cm) Velocidade (m/s) Densidade Ap. (g/cm 3 ) ,59 0, ,51 0, ,64 0, ,22 0, ,32 0, ,66 0, ,19 0, ,69 0, ,99 0, ,60 0, ,03 0, ,54 0, ,43 0, ,34 0, ,56 0, ,94 0, ,94 0, ,95 0,81 Figura 23. Guapuruvu: Diagrama de dispersão de médias de velocidade (eixo X) vs. médias de densidade (eixo y) por faixa de posição e tabela de dados de origem. Pau-Brasil 1,40 1,35 1,30 1,25 1,20 1,15 1,10 1,05 1,00 0,95 0,90 Diagrama de dispersão de médias de velocidade (eixo X) vs médias de densidade (eixo Y) da amostra de Pau-brasil combinados pela posição. y = 2E-06x 2-0,0022x + 1,6478 R 2 = 0,5364** 0, Figura 24. Pau-Brasil: Diagrama de dispersão de médias de velocidade (eixo X) vs. médias de densidade (eixo y) por faixa de posição e tabela de dados de origem. Faixas (cm) Velocidade (m/s) Densidade Ap. (g/cm 3 ) ,38 1, ,44 1, ,78 1, ,70 1, ,28 1, ,99 0, ,06 0, ,25 0, ,88 0, ,74 1, ,79 1, ,81 1, ,86 1, ,27 1,11 56

57 Como observado anteriormente, ocorreram semelhanças entre os gráficos. Contudo houve variações devidas, provavelmente, ao método usado para obtenção dos valores de velocidade - em uma linha de pixels da imagem tomográfica - para confecção da tabela de valores à semelhança da densitometria de raios X. Tal método é específico da densitometria (apenas um eixo amostral), enquanto a tomografia de impulso reproduz regiões na totalidade da secção transversal, com uma resolução diferente do raio X. O tomógrafo é mais eficiente para detectar regiões. Enquanto que o raio X é mais preciso em um eixo da amostra, porém incapaz de avaliar áreas completas de uma seção do tronco. Com os resultados obtidos, comprovou-se que existe coincidência das medições dos lenhos de eucalipto, guapuruvu e pau-brasil feitas pela tomografia de impulso e pela densitometria de raios X, o que comprova a eficiência do tomógrafo de impulso para reproduzir planos do interior das árvores O caso da amostra de cedro Para o cedro, foram feitos os gráficos de densidade aparente e de velocidade de onda apenas para o lenho originário maior da amostra. Pois o raio X atravessa a madeira para obter resultados de densidade e o lenho originário menor estava com um grande oco. Pela observação dos gráficos de densidade aparente e de velocidade de onda da amostra de lenho de cedro (Figura 25), percebe-se que existem semelhanças entre as cursas do segundo raio (valores positivos de posição), porém a discrepância é grande no primeiro raio (valores negativos). A extremidade 57

58 exterior do primeiro raio coincide com o limite entre os dois lenhos originários da amostra, trecho impossível de se fixar pregos para sensores. Figura 25. Cedro: gráfico de perfil de densidade aparente e gráfico de perfil de velocidade de onda mecânica. As médias de densidade aparente e de velocidade de onda encontradas ao longo do perfil do lenho não foram semelhantes. O R 2 igual a 0,1766 foi não significativo pelo teste de Tukey (Figura 26). 0,85 0,80 0,75 0,70 0,65 0,60 0,55 0,50 Diagrama de dispersão de médias de velocidade (eixo X) vs médias de densidade (eixo Y) da amostra de Pau-brasil combinados pela posição. y = 1E-06x 2-0,0013x + 1,0153 R 2 = 0,1766 0, Faixas (cm) Velocidade (m/s) Densidade ,15 0, ,13 0, ,54 0, ,59 0, ,63 0, ,31 0, ,20 0, ,40 0, ,96 0, ,54 0, ,00 0, ,84 0, ,73 0,64 Figura 26. Cedro: Diagrama de dispersão de médias de velocidade (eixo X) vs. médias de densidade (eixo y) por faixa de posição e tabela de dados de origem. 58

59 Este resultado pode estar associado ao fato dos sensores não estarem distribuídos a distâncias iguais e também pela grande distância que o trecho de união entre os lenhos originários provocou entre dois sensores Análise dos gráficos de velocidade dos indivíduos selecionados nos maciços de eucalipto do Parque Ibirapuera Pela comparação das seções transversais das amostras de Eucalipto saligna Lm. da segunda coleta com suas imagens tomográficas, pode-se observar que a cor do pixel da velocidade limite entre tecido bom e tecido ruim possuía banda R= 255, banda G= 255, banda B= 0. Este resultado foi extrapolado para a classificação supervisionada das imagens tomográficas dos eucaliptos do Parque Ibirapuera. A classificação supervisionada gerou uma imagem da classificação (tecido bom em azul e tecido ruim em vermelho) e uma lista com os dados da classificação para cada gráfico de velocidade analisado (Figura 27 e 28). Figura 27. Gráfico de velocidade da árvore 5 do maciço 1, e respectiva imagem da classificação supervisionada (tecido bom em azul e tecido ruim em vermelho). 59

60 Figura 28. Lista dos dados da classificação supervisionada do gráfico de velocidade da árvore 5 do maciço 1. A seta indica as porcentagens de tecido bom e ruim. Nas tabelas abaixo, encontram-se a porcentagem de tecido bom e a porcentagem de tecido ruim calculada pela classificação supervisionada e o risco 60