Os valores médios de dureza Janka perpendicular obtidos para os grupos I (E), II (IE), III (CI) e IV (CIE) da madeira não termorretificada foram 281,80, 242,04, 202,71 e 219,5 Kgf/cm2, respectivamente. Para a madeira termorretificada os valores foram 261,70, 281,31, 233,58 e 247,42 Kgf/cm2, respectivamente. A média geral para a madeira não termorretificada e termorretificada foram 236,51 kgf/cm2 e 256,0 kgf/cm2, respectivamente (Tabela 15).
Os valores de dureza Janka obtidos neste estudo são inferiores aos encontrados por GONÇALES et al. (2006) para madeira não termorretificada de E. grandis (331 kgf/cm2) e por UNSAL et al. (2003) para E. camaldulensis não termorretificado (369,13 kgf/cm2 e 431,33 kgf/cm2) e termorretificado a 180ºC (315,09 kgf/cm2 e 377,0 kgf/cm2), na face radial e tangencial, respectivamente.
Com relação aos grupos, verificou-se que ocorrem para a madeira não termorretificada diferenças significativas da dureza Janka entre os grupos (Tabela 15 e Anexo 4.5). O teste de Tukey para comparação entre médias mostrou que os grupos III (CI) e IV (CIE) diferenciam estatisticamente do grupo I (E) e II (IE). Já a madeira termorretificada não apresentou diferença estatística de dureza Janka entre os grupos (Tabela 16 e Anexo 4.6).
Com relação ao tipo de madeira verificou-se que o tratamento de termorretificação não interferiu na dureza Janka da madeira (Tabela 16 e Anexo 4.7).
A Figura 60 ilustra a variação da dureza Janka da madeira termorretificada e não termorretificada em função dos grupos e do tratamento de termorretificação.
Os estudos sobre dureza Janka descritos na literatura apresentam resultados divergentes. Por exemplo, UNSAL et al. (2003), KORKUT et al. (2008), KOCAEFE et al. (2008), KORKUT et al. (2008), KORKUT & HIZIROGLU (2008), KORKUT et al. (2009) e GUNDUZ et al. (2009) para as madeiras de E. camaldulensis, Pinus sylvestris, Populus tremuloides, Acer trautvetteri, Corylus colurna, Ostrya carpinifolia e Carpinus betulus, respectivamente, observaram uma redução da dureza da madeira à medida que a temperatura e o tempo de exposição aumentaram. Entretanto, BRUNETTI et al. (2007), KOCAEFE et al. (2008), ASSOCIATION THERMOWOOD (2003), PAVLO & NIEMZ (2003) e PONCSÁK et al. (2006) ao analisarem a dureza de duas espécies de folhosas provenientes de plantios localizados na Itália central, de Pinus banksianai, de Pinus sp., de Picea abies e de Betula papyrifera, respectivamente, observaram um aumento da dureza na madeira termorretificada. UNSAL et al. (2003) verificaram para a madeira de E. camaldulensis uma diminuição significativa da dureza Janka na direção longitudinal, transversal tangencial e radial em função do aumento da temperatura e tempo de exposição.
CALONEGO (2009), ao estudar o efeito do tratamento de termorretificação, sob diferentes condições de temperatura (140, 160, 180, 200 e 220oC), na dureza Janka da madeira de Eucalyptus grandis, observou uma redução significativa da dureza somente para a madeira termorretificada a temperaturas acima de 180oC.
Segundo BODIG & JANE (1993) de modo geral, as propriedades mecânicas decrescem com o aumento da temperatura e tempo de tratamento, com poucas exceções, suas propriedades elásticas e de resistência não são afetadas.
150 200 250 300
CIE (IV) CI (III) IE (II) E (I)
Grupo D u re z a J a n k a M é d ia (k g f/ c m 2 ) NTR TR
Figura 60. Dureza Janka da madeira termorretificada (TR) e não termorretificada (NTR) de
Eucalyptus grandis em função dos grupos I, II, III e IV. Médias seguidas de mesma letra não diferem
estatisticamente entre si pelo teste de Tukey a 5% de significância.
O aumento não significativo da dureza nas amostras termorretificadas pode ser ter sido influenciado pela contração da madeira ocasionada pela perda de água livre e de adesão no lume e na parede das células durante o tratamento. Sabe-se que a perda de água acarreta maior união das microfibrilas, tornando a madeira mais seca e rígida.
Outra explicação é que apesar da perda de água e de alguns constituintes químicos da parede celular da madeira, o tratamento térmico aplicado não foi suficiente para afetar a degradação de polímeros como a celulose, que é responsável pelas propriedades de resistência da madeira. No entanto, estas explicações são apenas hipotéticas e investigações futuras sobre a estrutura celular e outras propriedades mecânicas da madeira termorretificada devem ser efetuadas.
GRIOUT et al. (2007), estudando o efeito da temperatura sob a porosidade da madeira de espécie de oliveira (Olea europaea), verificaram que amostras carbonizadas entre 199º C e 349ºC não apresentaram mudanças na sua estrutura anatômica quando a perda de massa foi ao redor de 54%. Porém foi observado que as amostras contraíram 15,21% na direção tangencial e 9% na direção radial.
BOONSTRA et al. (2006), ao estudarem os aspectos físicos e microestruturais da madeira de Fagus sylvatica e Populus sp termorretificadas verificaram que os elementos de vasos e de parênquima radial sofreram colapso. Porém, para a madeira de Simaruba amara o tratamento não afetou sua estrutura, apenas algumas células dos raios sofreram danos. Segundo eles a presença de água livre no lume das células, bem como a maior plasticidade da parede celular ocasionada durante o tratamento hidrotérmico possibilitou o aumento de colapso, especialmente dos elementos de vasos, e o aparecimento de fendas e deformações.
Apesar dos resultados indicarem um aumento da dureza após a termorretificação, as análises estatísticas não revelaram diferenças significativas. Os valores aqui obtidos permitem incluir a madeira termorretificada na classe de dureza média a baixa, indicando que a madeira possui maior facilidade ao corte, porém, apresenta menor capacidade para suportar cargas pontuais e por isso não deve ser empregada como tábuas e tacos para assoalhos, tampos para
A
A
AB
mesas, entre outros. No entanto, pode ser empregada na confecção de lambris, molduras e tábuas de forro, entre outras finalidades.
4 CONCLUSÕES
1. O tratamento de termorretificação a 180ºC ocasionou na madeira de Eucalyptus grandis perda de massa média de 13,90%.
2. A densidade aparente da madeira termorretificada e não termorretificada são semelhantes no sentido medula-câmbio.
3. A densidade aparente da madeira diminuiu em função do tratamento de termorretificação, sendo este decréscimo atribuído principalmente à perda de massa, a qual ocorre principalmente devido à perda de água durante o tratamento.
4. Os menores valores de perda de massa e os maiores valores de densidade encontrados nas amostras dos grupos I (externa) e II (intermediária-externa) estão relacionados à presença de madeira adulta.
5. Nas amostras não termorretificadas houve diferenças significativas de dureza Janka em função dos grupos, sendo os menores valores encontrados nos grupos III (central-intermediária) e IV (central-intermediária-externa) e maiores nos grupos I (externa) e II (intermediária-externa).
CAPITULO IV
AVALIAÇÃO DA SUPERFÍCIE DA MADEIRA USINADA DE Eucalyptus
grandis HILL Ex MAIDEN ANTES E APÓS TRATAMENTO DE
RESUMO
O objetivo deste estudo foi avaliar de modo qualitativo e quantitativo a superfície da madeira de Eucalyptus grandis após operações de desempeno, desengrosso, rasgo na furadeira horizontal, furação, furação para dobradiça e lixamento com lixas de granulometria 80 e 100. Para isso, seis árvores provenientes de plantios comerciais pertencentes à empresa QUINVALE Florestal Ltda foram abatidas. De cada árvore foram retiradas três toras a partir do DAP, com 2,40 m de comprimento, as quais foram encaminhadas para a serraria LPZ Artefatos de Madeira e Serviços Ltda, localizada em Piraí-RJ, para medição e desdobro. Em seguida, os topos das toras foram pintados com três diferentes cores para definir regiões distintas: uma central (C), uma intermediária (I) e uma externa (E). Posteriormente as toras foram desdobradas em tábuas com o auxílio de uma serra de fita simples. Essas tábuas tiveram suas dimensões reduzidas, gerando amostras de 125 x 25 x 500 mm, as quais foram classificadas em quatro grupos, de acordo com as três regiões. As amostras do grupo I, II, III e IV possuíam madeira das regiões externa (E), intermediária-externa (IE), central- intermediária (CI) e central-intermediária-externa (CIE) das toras, respectivamente. De cada grupo foram selecionadas vinte e seis amostras, sendo treze não termorretificadas e treze termorretificadas. Para o tratamento de termorretificação adotou-se um programa de seis horas e trinta minutos e temperatura máxima de 190ºC. Na avaliação qualitativa dos defeitos, a análise de variância mostrou diferenças entre os grupos, ao nível de 5% de significância, para o teste de furação para dobradiça da madeira não termorretificada, lixamento da madeira não termorretificada e termorretificada com lixa de granulometria 80 e lixamento da madeira termorretificada com lixa de granulometria 100. Os resultados mostraram que a madeira apresentou um bom comportamento durante os teste de usinagem, obtendo notas 1 e 2 (excelente e bom), exceto para os testes de furação para a dobradiça no furo passante e furação com broca de 12, 8 e 6 mm, pois alcançaram notas entre 2 e 4 (bom, regular e ruim). Em geral as amostras contendo madeira da região externa (grupos I e II), apresentaram menos defeitos do que as amostras contendo madeira da região interna (grupos III e IV); houve maior incidência de defeitos nas amostras não termorretificadas; o tratamento de termorretificação aumentou o defeito grã arrancada e minimizou o problema de grã felpulda e grã levantada. Na avaliação da rugosidade houve diferenças significativas de rugosidade em função do sentido de usinagem, granulometria da lixa e tratamento de termorretificação.
ABSTRACT
The objetive of this study was to evaluate qualitatively and quantitatively the wood surface of Eucalyptus grandis after operations of jointing, planing, tear in horizontal drilling, drilling, drilling hinges and sanding with sandpaper sizes of 80 and 100. Therefore, six trees of Eucalyptus grandis were killed from commercial plantations of the QUINVALE Florestal Ltda. From each tree, were removed three logs of 2.40 m length from DBH, which were sent to Artefatos de Madeira e Serviços Ltda sawmill, located in Piraí - RJ, for their measurements and processing. Then, the tops of the logs were painted with three different colors to define three distinct regions: central (C), intermediate (I) and external (E) and the logs were processed into boards by using of a simple band saw. From these boards were obtained samples of 125 x 25 x 500 mm, which were classified into four groups according to the three regions. Samples of groups I, II, III and IV had wood from external (E), intermediate-external (IE), central-intermediate (CI) and central-internal-external (CIE) regions of logs, respectively. From each group were selected twenty-six samples, with thirteen heat-treated and thirteen untreated. For the heat-treatment was used a program of six hours and thirty minutes at a maximum temperature of 190ºC. In the qualitative evaluation, the analysis of variance showed differences between groups, at 5% probability level, for drilling hinge tests of untreated wood, sanding with sandpaper size 80 of heat-treated and untreated wood and sandpaper size 100 for heat-treated wood. The results showed a good behavior of wood during the machining tests, getting notes 1 and 2 (excellent and good), except for drilling hinge test in the bolt hole and drilling with 12, 8, 6 mm, achieving grades between 2 and 4 (good, regular and bad). In general, samples from external region (groups I and II) had fewer defects than samples from internal region (groups III and IV) with higher incidence of defects in the untreated wood; the heat treatment increased the defect torn grain and minimized the problems of fuzzy and raised grains. For the quantitative evaluation, the analysis of variance showed a significant difference, at 5% probability level, at roughness as a function of the machining direction, depending on the sandpaper size and heat-treatment.
INTRODUÇÃO
O termo trabalhabilidade pode ser definido como o grau de facilidade em se processar a madeira com fé rramentas manuais e/ou mecânicas. Como a madeira apresenta propriedades anatômicas, físicas, químicas e mecânicas diferentes entre espécies, entre árvores e dentro de árvores da mesma espécie, na hora de se avaliar a trabalhabilidade da madeira devemos considerar que a madeira pode apresentar comportamento diferente durante as operações de aplainamento, furação, lixamento, molduramento e torneamento.
A utilização da madeira de eucalipto por serrarias, movelarias, marcenaria e laminadoras têm sido pequena devido à falta de conhecimento sobre o seu comportamento durante as operações usinagem.
CASTRO SILVA (2001) destaca que existe uma crença arraigada de que a madeira de eucalipto não oferece condições para ser aproveitada como madeira serrada, produção de lâminas e produtos acabados. Acreditam que as peças acabadas sofrem rachaduras e empenamentos. No entanto, a maioria das espécies nativas também apresenta os mesmos problemas durante seu processamento e usinabilidade
Para usar uma madeira é preciso saber se a mesma apresenta características apropriadas para aquele uso. Por exemplo, uma madeira utilizada na produção de móveis precisa ter boa aparência, resistência e estabilidade dimensional, ser de fácil trabalhabilidade e de fácil adaptação aos processos de colagem e acabamento superficial.
De acordo com SERRANO (2000), o entendimento das características de trabalhabilidade da madeira permitirá conhecer a qualidade superficial que se obterá no final das operações de usinagem.
O interesse daqueles que trabalham a madeira é otimizar a produção e diminuir custos e desperdícios durante o seu processo de beneficiamento. Pode-se considerar que na preparação preliminar do material, o uso de ferramentas aperfeiçoadas, velocidades de corte adequadas são apenas exemplos do grande número de parâmetros que devem ser considerados para obtenção de uma boa qualidade da superfície usinada.
SILVA (2002) destaca que a qualidade final de uma superfície usinada depende de um grande número de variáveis que podem ser inerentes à madeira, como: dureza, abrasividade, orientação da grã, resistência mecânicas, entre outros, inerentes aos parâmetros de corte, como: altura de corte, profundidade de corte, espessura do cavaco, planos de corte, velocidade de corte e velocidade de alimentação e inerentes às ferramentas de corte, tais como: ângulo de ataque, ângulo de cunha, ângulo de incidência ou ângulo livre e qualidade do fio da ferramenta. Também é importante considerar a idade da árvore, procedências e local de crescimento (MONTEIRO & LIZANO, 2008).
Com base neste contexto, inúmeras estratégias tem sido utilizadas, como por exemplo, aquelas focalizadas na ferramenta de corte, no sentido de usinagem, nas velocidades de alimentação, nas velocidades de corte, entre outros parâmetros de usinagem. No entanto, outras variáveis podem ser estudadas, principalmente aquelas relacionadas à estrutura da madeira, ao tipo de tratamento dispensado a madeira, já que muitas falhas ocorridas nas superfícies são geradas por diferentes dimensões, formas, orientação, distribuição e resistência dos elementos celulares.
Quanto à estratégia focalizada no sentido de usinagem MADEIRA & CIA (1995) destacam que a usinagem feita a favor das fibras oferece algumas vantagens, pois diminui as forças de corte e velocidades de avanço e produz superfícies mais lisas. No corte longitudinal
contra a fibra ocorre o pré-rachamento diante do fio da ferramenta de corte. O beneficiamento é dificultado devido ao perigo do lascamento.
Quanto ao tratamento dispensado a madeira, o trabalho realizado por DE MOURA (2008) mostra que o tratamento de termorretificação melhorou a qualidade das superfícies usinadas de Eucalyptus grandis.
Em relação à estrutura madeira, sabe-se que em qualquer operação de usinagem da madeira as fibras são geralmente arrancadas e raramente cortadas e, portanto, este efeito pode ser explicado pela grande dimensão dos gumes das ferramentas de corte em relação às dimensões das fibras, fazendo com que as fibras sejam raspadas ou arrancadas e não cortadas; que a presença de sílica, isto é, cristais de óxido de silício conferem certa resistência à madeira, mas possui efeito negativo quanto ao desgaste das ferramentas de corte e que madeiras de grã irregular tendem a apresentar superfícies ásperas nas regiões nas quais a ferramenta corta em sentido contrário à direção normal dos tecidos (SILVA, 2002).
SILVA (2007), ao estudar o comportamento da madeira de Eucalyptus grandis durante as operações de desempeno, desengrosso, fresamento axial e transversal, moldura axial parada e de topo, perfilagem axial sinuosa, rasgo na furadeira horizontal, furação para cavilha e furação para dobradiça concluiu que não existe um padrão único de variação medula-casca para a qualidade da das superfícies. No entanto, em algumas operações, a região externa apresentou melhor qualidade da superfície.
É sabido que quando se executa um trabalho de usinagem da madeira,m isto é, aplainamento, furação, lixamento, molduramento, entre outras operações, o material que está sendo processado pode apresentar falhas em sua superfície. Essas falhas são observadas e mensuradas por meio de notas atribuídas pelo avaliador ou por meio de medição direta feita por dispositivos acoplados às máquinas para avaliação da rugosidade, como por exemplo: por meio de raio laser, rugosímetro de contato, entre outros equipamentos capazes de captar os dados e confeccionar perfis de rugosidade da superfície.
A avaliação qualitativa da superfície usinada é realizada a partir dos defeitos que surgem na madeira após cada operação de usinagem e tem como base a norma padrão desenvolvida pela American Society for Testing and Materials conhecida como ASTM D – 1666/87. Essa norma inclui procedimentos para condução dos testes de aplainamento, furação, molduramento, torneamento e lixamento, bem como, os métodos de avaliação e interpretação dos resultados após as operações de usinagem. Neste método a avaliação é feita através de notas dadas aos defeitos visualizados na superfície da peça de madeira após execução de cada teste.
No entanto, outros métodos de avaliação qualitativa, tais como os descritos por GOLI et al. (2004) e PETROCHI (1987) podem ser utilizados, visto que acrescentam melhorias e adaptações feitas à norma ASTM D-1666/87. Inúmeros trabalhos tais como os realizados por NEGRI & GOLI (2001), GOLI et al. (2001), GOLI et al (1997), SILVA (2002), CASTRO SILVA (2002), SOUZA (2007), LOPES (2007), MONTERO & LIZANO (2008), entre outros utilizaram essa norma para avaliar a qualidade das superfícies usinadas de diferentes espécies de madeira.
Para uma avaliação mais precisa do estado da superfície usinada, várias metodologias tem sido empregadas. Dentre elas pode-se destacar aquelas baseadas em rugosímetros. Os primeiros estudos relativos à medição de superfície iniciaram entre as décadas de 20 e 30 (SHAFFER, 1998; STOUT, 1997 citado por BET, 1999). A partir daí se desenvolveram diversos equipamentos e métodos de medição de estado de superfície (GUIMARÃES NETO & BONDUELLE, 2003).
Os primeiramente rugosímetros foram construídos para medição do estado da superfície de metais, que são materiais homogêneos tanto em constituição, quanto em organização molecular. Posteriormente, foram adaptados para serem utilizados em madeira,
visto que a rugosidade da superfície da madeira é dependente não apenas do processamento, mas também da estrutura celular, que é bastante complexa e varia de espécie para espécie e dentro da espécie.
KILIC et al. (2006) destacam que a rugosidade da superfície é afetada por diversos fatores, tais como, variação na largura dos anéis de crescimento, densidade da madeira, estrutura celular, porcentagem de lenho inicial e tardio, o tipo de equipamento e matéria- prima utilizada ou por uma combinação de todos esses parâmetros.
Considerando a viabilidade de utilização do Eucalyptus grandis para produção de móveis, portas, janelas, aduelas, pisos e forros este trabalho tem como objetivo avaliar a qualidade das superfícies usinadas após operações de desempeno, desengrosso, rasgo na furadeira horizontal, furação, furação para dobradiça e lixamento com lixa de granulometria 80 e 100, por meio da avaliação qualitativa e quantitativa.
2 MATERIAL E MÉTODOS
2. 1 Preparo das Amostras
Após o tratamento térmico (190 0C por 6 horas e 30 minutos) e retirada dos corpos-de- prova utilizados na determinação da perda de massa, dureza Janka e densidade da aparente da madeira de E. grandis, as amostras resultantes, pertencentes ao grupo I, II, III e IV foram encaminhadas à marcenaria do DPF/IF/UFRRJ para desempeno dos cantos e faces e ajuste de seu comprimento em serra circular. Cabe salientar que o desempeno realizado nesta fase representou apenas o preparo das peças.
A quantidade e dimensão dos corpos-de-prova adotada neste trabalho basearam-se nos estudos feitos por CANDELARIA & CASTILLO (1997), ASTM D 1666/87 e IBAMA (1997). Assim foram usados vinte seis corpos-de-prova por grupo, com dimensões de 125 x 500 x 25 mm (Figura 61), sendo, treze não termorretificados e treze termorretificados.
Figura 61. Dimensionamento dos corpos-de-prova utilizados nos testes de usinagem. 1) Amostra para teste de aplainamento e furação. 2) Amostra para teste de lixamento.
Baseando-se na norma ASTM D 1666/87 foram adaptados e executados os testes de usinagem, englobando-se as operações de desempeno, desengrosso, lixamento, rasgo na furadeira horizontal, furação com broca de 12, 8 e 6 mm e furação para dobradiça, visando utilizar a madeira, para confecção de produtos de maior valor agregado (PMVAs).
Para evitar grandes variações causadas pela ação do operador foram executados testes preliminares antes de cada operação. Esta ação objetivou estabelecer velocidades de avanço padronizadas para todas as peças. Para a confirmação dessa similaridade foram cronometrados os tempos durante os deslocamentos de cada operação de usinagem, por peça. Posteriormente, foram verificadas as rotações dos eixos do motor e por meio de um paquímetro digital mediram-se os diâmetros da polia do motor e da polia do eixo porta- ferramenta. Os valores obtidos foram utilizados no cálculo da frequência de rotação do eixo porta-ferramenta para cada operação (Equações 24 e 25).
Equação 24
Equação 25
Onde:
RPM 1 = frequência da rotação do motor n (min-1); Ø Polia 1 = Diâmetro da polia do motor (cm);
10,0 cm 10,0 cm 40,0cm40,0cm 50,0cm 50,0cm 1 2
1) Amostra para teste de aplainamento,
furação, molduramento e encaixe.
2) Amostra para teste de lixamento.
12,5 cm 10,0 cm 10,0 cm 40,0cm40,0cm 50,0cm 50,0cm 1 2
1) Amostra para teste de aplainamento,
furação, molduramento e encaixe.
2) Amostra para teste de lixamento.
10,0 cm 10,0 cm 40,0cm40,0cm 50,0cm 50,0cm 1 2
1) Amostra para teste de aplainamento,
furação, molduramento e encaixe.
2) Amostra para teste de lixamento.
40,0cm 40,0cm 50,0cm 50,0cm 1 2