Influência das condiçÕes de ensaios nos valores do módulo de elasticidade (moe) da madeira na flexão estática



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INFLUÊNCIA DAS CONDIÇÕES DE ENSAIOS NOS VALORES DO MÓDULO DE ELASTICIDADE (MOE) DA MADEIRA NA FLEXÃO ESTÁTICA

F. H. Icimoto, Mestrando em Ciência e Engenharia de Materiais, USP/São Carlos, Av. Trabalhador Sãocarlense, 400 – São Carlos, SP. E-mail: icimoto@usp.br

F. S. Ferro, Mestranda em Ciência e Engenharia de Materiais, USP/São Carlos, Av. Trabalhador Sãocarlense, 400 – São Carlos, SP.

D. H. de Almeida, Mestrando em Engenharia de Estruturas, USP/São Carlos, Av. Trabalhador Sãocarlense, 400 – São Carlos, SP

F. A. R. Lahr, Departamento de Engenharia de Estruturas, USP/São Carlos, Av. Trabalhador Sãocarlense, 400 – São Carlos, SP

RESUMO


Para determinação do módulo de elasticidade em ensaios mecânicos de flexão estática, a norma ABNT NBR 7190: 1997 recomenda que a medida do deslocamento transversal seja realizada no meio do vão do corpo-de-prova desconsiderando a variabilidade natural da madeira. A norma estabelece também que o corpo-de-prova seja fabricado de preferência com o plano de flexão perpendicular à direção radial da madeira, não se admitindo inclinações de fibras maiores que 6° em relação ao comprimento do corpo-de-prova. O objetivo deste trabalho foi verificar a influência das condições de ensaios requeridas pela ABNT NBR 7190:1997 nos valores do módulo de elasticidade (MOE) da madeira na flexão estática. O MOE em função da deformação foi determinado para cada uma das quatro faces do corpo-de-prova. Os resultados dos ensaios apontam variações da ordem de 8% quando comparados os resultados de MOE para apenas uma face do corpo-de-prova.

Palavras-chave: Módulo de elasticidade, Pinus elliottii, Eucalipto citriodora, compressão paralela às fibras.



INTRODUÇÃO

Ao longo dos anos a madeira tem conquistado seu espaço nem diversos setores da economia e destacando-se como um importante elemento estrutural, principalmente pelo desenvolvimento de pesquisas e avanço na tecnologia empregada em seu beneficiamento, utilização de agentes preservantes com maior qualidade e a vantagem de, também, utilizar espécies de reflorestamento como as dos gêneros Pinus, Eucalyptus e Corymbia (1).

A heterogeneidade da madeira está relacionada com diversos fatores como, aspectos climáticos, solo, local de crescimento e de ordem genética, assim como aspectos anatômicos e de crescimento (2).

Dentro de uma mesma espécie, e até mesmo dentro de uma árvore ocorrem variações significativas das propriedades da madeira na altura do tronco e na direção da medula até a casca. Além disso, existem diferenças de suas características entre o cerne e o alburno, madeira de início e fim de estação de crescimento, lenho juvenil e adulto, e em escala microscópica, entre células individuais (3).

Para a utilização da madeira em projetos de construção civil o conhecimento em propriedades como resistência e rigidez do material é fundamental (4). Diante destes fatos, a Associação Brasileira de Normas Técnicas em seu documento ABNT NBR 7190:1997 (5) fornece as diretrizes para realização de ensaios laboratoriais para a determinação dessas propriedades.

Para determinar o módulo de elasticidade (MOE) da madeira em ensaios de flexão estática, trabalha-se na fase de deformação elástica desse material, onde, após as forças cessarem de atuar no corpo-de-prova, o mesmo volta a seu estado inicial.

O objetivo deste trabalho de pesquisa foi verificar a influência das condições de ensaios requeridas pela norma brasileira nos valores do MOE da madeira em ensaios de flexão estática.

MATERIAIS E MÉTODOS

Para este trabalho foram utilizadas duas diferentes espécies de madeira de reflorestamento: Pinus elliottii (Pinus elliottii L.) (Classe de resistência C30) e Eucalipto citriodora (Corymbia citriodora) (Classe de resistência C40). Foram confeccionados 6 corpos-de-prova de flexão estática para cada uma das espécies de madeira, extraídos de peças diferentes de um lote considerado homogêneo com teores de umidade próximos a 12%, assim como estabelecido pela norma ABNT NBR 7190: 1997.

Os corpos-de-prova foram fabricados com seção transversal quadrada de 5,0 cm de lado e comprimento de 115 cm, e estavam isentos de defeitos. As medidas dos lados do corpo-de-prova foram realizadas com o auxílio de um paquímetro com exatidão de 0,1 mm (Fig. 1).

Figura 1 - Corpo-de-prova de Eucalipto citriodora instrumentado para realização de ensaio na flexão estática.

Foram determinados os módulos de elasticidade das peças de madeira nas quatro faces dos corpos-de-prova de flexão estática (faces A, B, C e D). Para isso foi determinada a carga que fornece o máximo deslocamento que o corpo-de-prova pode sofrer ainda no regime elástico, pela relação que a norma brasileira sugere L/200, onde, L é o vão livre entre apoios no ensaio, sendo nesse caso igual a 1,05 m, portanto o deslocamento máximo utilizado para os ensaios foi de 5 mm. Para realização dos ciclos de carregamento também utilizou-se a carga necessária para fornecer o deslocamento de um 1 mm. As deformações foram medidas com o auxilio de relógios comparadores com precisão de 0,01 mm. O MOE em cada uma das faces foi determinado pela Eq. (A).




(A)

Em que: σ5 = carga referente ao deslocamento de 5 mm do corpo-de-prova (MPa); σ1 = carga referente ao deslocamento de 1 mm do corpo-de-prova (MPa); ε5 = deslocamento do corpo-de-prova de 5 mm (mm/mm); ε1 = deslocamento do corpo-de-prova de 1 mm (mm/mm).

RESULTADOS E DISCUSSÕES

Para ambas as espécies estudadas foram determinados para cada corpo-de-prova quatro valores de MOE distintos, um para cada lado ensaiado do corpo-de-prova. Os valores de MOE/A, MOE/B, MOE/C e MOE/D para cada corpo-de-prova de Eucalipto citriodora pode ser observado na Tab. 1. A Tab. 2 refere-se aos valores de MOE determinados para a madeira de Pinus elliottii.

Para o Eucalipto citriodora a maior diferença média encontrada foi igual a 3,30% e ocorreu entre as faces A e D. A menor diferença média foi encontrada entre as faces A e B com valor igual a 0,50%.

Para o Pinus elliottii a maior diferença média encontrada foi igual a 5,25% e ocorreu entre as faces A e B. A menor diferença média foi encontrada entre as faces A e C com valor igual a 0,12%.



Tab. 1: MOE dos corpos-de-prova de Eucalipto citriodora nos ensaios A, B, C e D.

Corpo-de-prova

MOE/ A (MPa)

MOE/ B (MPa)

MOE/ C (MPa)

MOE/ D (MPa)

1

15504

15593

15058

15370

2

13623

12255

13165

12293

3

14283

15634

12931

12075

4

16689

16825

17053

16962

5

18704

18504

18554

18905

6

16681

16226

16772

16817

Média

15914

15840

15589

15404

Desvio Padrão

1846

2058

2261

2736

Tab. 2: MOE dos corpos-de-prova de Pinus elliottii nos ensaios A, B, C e B.

Corpo-de-prova

MOE/ A (MPa)

MOE/ B (MPa)

MOE/ C (MPa)

MOE/ D (MPa)

1

8938

8764

8850

8197

2

9077

9353

8940

9399

3

14439

15805

14530

15669

4

13028

14394

13073

14349

5

13824

13870

13687

13824

6

13251

14508

13565

14598

Média

12093

12782

12108

12673

Desvio Padrão

2440

2960

2532

3084

Estudos a cerca do MOE em ensaio de flexão da madeira proveniente da espécie nogueira – pecã (Carya illinoinenses) mostram que peças saturadas possuem módulos de elasticidade menores em relação a peças com teor de umidade na ordem de 40% (4).

Realizando ensaios com corpos-de-prova confeccionados a partir da madeira de Pinho do Paraná (Araucária angustifolia) proveniente de diferentes estratos fitossociológicos foram encontrados valores de módulos de elasticidade em ensaios de flexão estática sem nenhuma diferença significativa entre os estratos de acordo com a análise estatística (6).

Em trabalho com a madeira de Paricá (Schizolobium amazonicum Herb) em diferentes idades (5, 7, 9 e 11 anos) e teores de umidade a 12% e saturados encontraram-se diferenças entre os valores médios de módulo de elasticidade em esforços de flexão 13%. (7).

A literatura fornece valores médios de MOE para madeira juvenil e madeira adulta de Pinus taeda (Pinus taeda L.), respectivamente, iguais a 10894 MPa e 16730 MPa (8). Valores esses maiores que os determinados nesse trabalho para o Pinus elliottii.



CONCLUSÕES

Após a realização dos ensaios mecânicos de flexão estática da madeira, considerando os deslocamentos das quatro faces dos corpos-de-prova, podemos concluir que, para ambas as espécies estudadas que a maior diferença média entre os módulos de elasticidade determinados foram pequenos, na ordem de 5,25% para o Pinus elliottii e de 3,30% para o Eucalipto citriodora.



REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. BERTOLINI, M. S. Emprego de resíduos de Pinnus sp tratado com preservante CCB na produção de chapas de partículas homogêneas utilizando resina poliuretana à base de mamona. 2011, 128p. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, EESC/USP, São Carlos.

2. CALIL JUNIOR, C.; LAHR, F. A. R.; DIAS, A. A. Dimensionamento de elementos estruturais de madeira. Barueri: Manole, 2003.

3. FERREIRA, S.; LIMA, J. T.; TRUGILHO, P. F.; SILVA, J. R. M.; LEITE, F. P.; ALTOÉ, T. F. Comparação entre lenho de tração e lenho oposto em Eucaliptus cultivados em diferentes topografias. In: ENCONTRO BRASILEIRO DE MADEIRAS E DE ESTRUTURAS DE MADEIRA, 10, São Pedro, 2006. Anais ... São Pedro: IBRAMEM, 2006. p. 1 – 9.

4. STANGERLIN, D. M.; MELO, R. R.; GATTO,D. A.; CADEMARTORI, P. H. G. Propriedades de flexão estática da madeira de Carya illinoinensis em duas condições de umidade, CIÊNCIA DA MADEIRA, v. 01, n. 2, p. 70-79, 2010.

5. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto de estruturas de madeira. Rio de Janeiro, 1997. (NBR 7190).

6. BELTRAME, R.; SOUZA, J. T.; MACHADO, W. G.; VIVIAN, M. A.; BULIGON, E. A. PAULESKI, D. T.; GATTO,D. A.; HASELEIN, C. R. Propriedades físico-mecânicas da madeira de Araucaria angustifolia (Bertol.) em três estratos fitossociológicos, CIÊNCIA DA MADEIRA, v. 01, n. 2, p. 54-69, 2010.

7. VIDAURRE, G.; PIZZOL, V. D.; ARANTES, M. D. C.; LOMBARDI, L. R. Influência da idade na resistência à flexão e compressão paralela da madeira de Paricá. In: ENCONTRO BRASILEIRO DE MADEIRAS E DE ESTRUTURAS DE MADEIRA, 13, Vitória, 2012. Anais ... Vitória: IBRAMEM, 2012. p. 1 – 9.

8. BALLARIN, A. W.; PALMA, H. A. L. Propriedades de resistência e rigidez da madeira juvenil e adulta de Pinus taeda L, ÁRVORE, v. 27, n. 3, p. 371-380, 2003.

INFLUENCE OF CONDITIONS OF TESTS IN VALUES OF MODULUS OF ELASTICITY (MOE) WOOD IN BENDING

ABSTRACT

For determining the modulus of elasticity in bending mechanical tests, the ABNT NBR 7190: 1997 recommends that the measurement of transverse displacement is held at mid-span of the specimen disregarding the natural variability of wood. The standard also requires that the specimen be made ​​preferably with the bending plane perpendicular to the radial direction of the wood, not admitting fiber slopes greater than 6 ° relative to length of specimen. The aim of this study was to assess the influence of test conditions required by ABNT NBR 7190:1997 values ​​of modulus of elasticity (MOE) of wood in bending. The MOE as a function of deformation was determined for each of the four faces of the specimen. The test results indicate variations of about 5% when compared to the results of MOE only one face of the specimen.



Key-words: Modulus of elasticity, Pinus elliottii, Eucalipto citriodora, bending

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