Orientador: Raquel Gonçalves

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola

Resumo: A madeira apresenta grande potencial para ser utilizada como material estrutural, por possuir propriedades mecânicas compatíveis com essa utilização e por ser material ecologicamente correto. Proveniente de árvores, cujo crescimento se faz a partir de energia limpa e, adicionalmente, estoca...

Resumo: A madeira apresenta grande potencial para ser utilizada como material estrutural, por possuir propriedades mecânicas compatíveis com essa utilização e por ser material ecologicamente correto. Proveniente de árvores, cujo crescimento se faz a partir de energia limpa e, adicionalmente, estoca carbono, a madeira, embora em menor grau, continua atuando na mitigação do carbono enquanto está sendo utilizada como material. No Brasil, no entanto, esse material, tão nobre e reconhecido em outros países, não tem sido adequadamente utilizado. Uma das razões para o uso reduzido e inadequado da madeira em elementos estruturais em nosso país é a falta de conhecimento de suas propriedades. Essa questão, aliada à complexidade em termos de comportamento, dificulta seu correto dimensionamento, principalmente considerando o desenvolvimento de programas computacionais de simulação e de cálculo estrutural. Sendo material considerado ortotrópico, para a caracterização da madeira é necessária a determinação de 12 constantes elásticas - três módulos de elasticidade longitudinais (EL, ER, ET), três módulos de elasticidade transversais (GLR, GLT, GRT) e seis coeficientes de Poisson ( mLR, mRL, mRT, mTR, mLT, mTL ). Essa pesquisa teve como objetivo principal propor e avaliar metodologia de ensaio utilizando ultrassom para a determinação das constantes elásticas da madeira. Para os ensaios foram adotadas três espécies - Eucalipto (Eucalyptus saligna), Garapeira (Apulleia leiocarpa) e Cupiúba (Goupia glabra). Os ensaios de ultrassom foram realizados utilizando-se as geometrias de corpos de prova - prismática, disco multifacetado e poliedro de 26 faces. Ensaios estáticos de compressão foram realizados para a comparação dos resultados. Os valores dos módulos de elasticidade longitudinais de cisalhamento, determinados utilizando-se a metodologia de ensaio por ultrassom apresentada nessa pesquisa, foram compatíveis com os obtidos nos ensaios de compressão estática. Para a obtenção dos módulos longitudinais e de cisalhamento não houve destaque de nenhum tipo de geometria de corpo de prova. Para a obtenção dos coeficientes de Poisson a geometria prismática apresentou resultados mais compatíveis com os obtidos no ensaio de compressão, seguido do disco e, por ultimo do poliedro. Os coeficientes de Poisson determinados por ultrassom apresentaram resultados discrepantes dos obtidos no ensaio de compressão estática, principalmente para os planos RL e LR. No entanto, os valores foram compatíveis com resultados obtidos por outros autores que utilizaram metodologia semelhante. Além disso, os coeficientes de Poisson determinados pelo ensaio estático também não foram compatíveis com resultados médios indicados na literatura, comprovando que a determinação desses coeficientes da madeira apresenta dificuldades qualquer que seja o método utilizado. O ensaio de ultrassom, para a determinação dos parâmetros elásticos da madeira é mais fácil e mais econômico do que o ensaio estático de compressão e seus resultados são igualmente adequados, principalmente para a determinação dos módulos de elasticidade longitudinal e de cisalhamento

Abstract: Wood offers a great potential for being used as structural material, considering the suitability of its mechanical properties and the fact that it is an environmentally correct material. Originating from trees, which growth takes place from clean energy, and additionally stocks carbon,...

Abstract: Wood offers a great potential for being used as structural material, considering the suitability of its mechanical properties and the fact that it is an environmentally correct material. Originating from trees, which growth takes place from clean energy, and additionally stocks carbon, even if in a lower degree, wood continues carrying out a carbon mitigation process while applied as material. However, such material, acknowledged as noble by other countries, has not been properly used in Brazil, where its reduced and inadequate application in structural elements is explained by a lack of knowledge about wood properties. Along with the complexity of wood in terms of behavior, that issue has made it difficult to accurately dimension wood, especially when we also take into account the fast development of simulation and structural calculus software. Considered as an orthotropic material, wood characterization requires establishing 12 elastic constants - the three Young's moduli (EL, ER, ET), the three shear moduli (GLR, GLT, GRT) and the six Poisson's ratios (mLR, mRL, mRT, mTR, mLT, mTL). The present research aims at proposing and evaluating test methodology using ultrasound in order to establish wood elastic constants. For such tests three specimen have been used - Eucalipto saligna (Eucalyptus saligna), Garapeira (Apulleia leiocarpa) and Cupiúba (Goupia glabra). The ultrasonic tests were performed based on three different geometries of test specimen - cubic prism, multifaceted disc and polyhedron with 26 faces. Static tests of compression were carried out in order to compare results. The values of the Young and shear moduli determined using the ultrasonic test methodology showed compatibility with static tests. The Poisson's ratios determined by ultrasonic tests showed results contradicting from those obtained using compressions test , especially for RL and R. However, values were compatible with results obtained by other authors using similar methodology. Furthermore, the Poisson's ratios determined by the static test were also not compatible with the average results indicated in the literature, proving how challenging it is to determine wood coefficients, whatever is the method applied. No highlight was noticed in any type of geometry of test specimen. For the Poisson's ratios the prismatic geometry showed results more compatible to those obtained in the compression test, followed by the disc and afterwards by the polyhedron, respectively. For establishing elastic parameters of wood, the ultrasound test is easier and of lower cost compared to static compression test, and its results are similarly suitable, mainly when determining Young' and shear moduli