Técnicas de ensaio não-destrutivas

2.3.2.1 Determinação do teor em água

A influência do teor em água nas características mecânicas e de durabilidade da madeira, assim como a sua contribuição para o aparecimento de algumas das patologias normalmente detetadas faz desta característica um parâmetro de análise incondicional. A medição deste parâmetro in-situ é realizada por aparelhos designados higrómetros, que medem o teor em água da madeira por correlação com as propriedades dielétricas da madeira Figura 36. Um dos aparelhos mais utilizado é o higrómetro resistivo, que utiliza duas pontas metálicas que medem a sua resistência elétrica e consequentemente o seu teor em água.

Figura 36 – Vários tipos de higrómetros comerciais: (a) resistivo; (b) indutivo; (c) exemplo de uso de um higrómetro resistivo (do Valle et al., 2004)

As propriedades elétricas da madeira são alteradas com a decomposição dos seus constituintes e a libertação de elementos químicos devido à ação dos fungos. Os higrómetros não servem para detetar essa deterioração, no entanto permitem ter percepção do potencial de ataque biológico. Teores em água acima do ponto de saturação das fibras indicam condições propícias ao desenvolvimento de deteriorações e muitas vezes deficiências na impermeabilização de fachadas ou coberturas.

Os resultados obtidos por estes equipamentos podem ser destorcidos caso a superfície tenha sido humedecida recentemente, o tipo de acabamento dado à madeira também pode influenciar. Assim, é importante saber se foi aplicado algum produto à madeira, (do Valle et

2.3.2.2 Escarificação

A presença de material mais macio e com falta de coesão é facilmente detetado pela menor resistência à penetração de uma lâmina ou ao impacto, o uso de uma pequena faca ou formão é um método muito útil. A observação cuidada do padrão de rotura das lascas de madeira retiradas, ver Figura 37, pode ser indicador do estado de degradação da madeira, sendo que roturas em pequenas lascas sugerem que o material se encontra em boas condições, (Ross et

al., 2000).

Figura 37 – Exemplo de uso de um formão para escarificação (do Valle et al., 2004)

Este método deve ser utilizado por pessoas mais experientes para uma correta análise dos resultados. Este tipo de método é difícil usar em madeiras de baixa densidade, (Ross et al., 2000).

2.3.2.3 Ensaios de percussão

Os ensaios de percussão é um método simples utilizado há vários séculos, e consiste em submeter a peça a um impacto seco, através de um martelo ou outro objeto semelhante, escutando o som produzido, de modo a conseguir detetar a presença de deterioração no interior da peça. Um som chocho ou oco pode indicar a presença de um vazio no interior da peça ou a ocorrência de deterioração, (Ross et al., 2000). Os dados obtidos são bastante incompletos e podem ser influenciados por fatores como o teor em água e as condições de apoio da peça, (do Valle et al., 2004).

2.3.2.4 Ensaios de carga

Os ensaios de carga são utilizados em estruturas já existentes com o intuito de verificar a sua segurança, através da aplicação de uma determinada carga e medição da deformação verificada, comparando-a com a deformação prevista em modelos numéricos, Figura 38. Esta técnica permite uma estimativa do comportamento global da estrutura, uma vez que a influência de fatores de difícil controlo, como as condições de apoio (assentamentos e rotações de apoios, apoios indiretos, comportamento de ligações, etc.,) não permitem extrapolar com o necessário rigor os resultados para as propriedades mecânicas dos elementos (Júnior, 2006).

Figura 38 - Ensaio de carga para avaliação da segurança de um pavimento (Dias, 2008)

2.3.2.5 Ensaios de propagação de ondas

Os ensaios de propagação das ondas valem-se do facto da velocidade a que uma onda percorre um meio ser relacionável com o seu módulo de elasticidade.

Os ensaios de propagação de ondas usam uma técnica de emissão acústica, um dos problemas deste tipo de ensaio é a fraca qualidade da transmissão do sinal de transdutores para madeira (Beall, 2002), sendo este parâmetro influenciado pela impedância acústica entre o transdutor e a peça. A impedância acústica (definida pelo produto da velocidade pela densidade) varia com a direção de propagação, sendo que na direção da fibra é semelhante à dos metais e perpendicularmente ao fio é semelhante aos plásticos e à água. Uma vez que as superfícies acessíveis são as laterais e na maioria das vezes estes equipamentos estão calibrados para o uso em metais a sua utilização na madeira é condicionada.

Uma forma de melhorar o sinal seria a aplicação de lubrificante mas isso iria contaminar a peça, outra possibilidade seria a colagem dos transdutores à peça, nesta situação seria importante ter cuidado com a pressão exercida para não criar tensões elevadas de origem térmica que podem levar à formação de fendas (Beall, 2002).

2.3.2.6 Emissão acústica

Fenómeno marcado pela formação de ondas elásticas devido à libertação de energia de uma fonte ou fontes dentro do material. Contrariamente aos ensaios de ultra-sons, estes não requerem uma fonte emissora de ondas, já que a emissão acústica é produzida pelo próprio material (Júnior, 2006).

Este tipo de ensaio permite determinar a localização das fendas (através das diferenças de leituras temporais registadas em vários transdutores), e a sua direção (pela análise das ondas produzidas, utilizando componentes do tensor dos momentos), permitindo observar as propriedades dinâmicas do material (Kawamoto e Williams, 2002).

Este método é uma técnica bastante útil para a deteção de insetos xilófagos através do ruído por eles produzido, podendo mesmo estimar a quantidade de indivíduos (Júnior, 2006).

Um dos problemas deste método é a dificuldade em distinguir o som resultante da emissão acústica e o ruído de fundo, outro prende-se com o fato de os materiais apenas emitirem perto do limite de proporcionalidade (o que condiciona o seu uso apenas para situações de tensão elevadas), a impossibilidade de deteção de pequenas emissões acústicas devido à atenuação do sinal e a dificuldade de localizar a fonte de emissão, devido à variação da velocidade das ondas com a respetiva direção de propagação (Kawamoto e Williams, 2002).

2.3.2.7 Ultra-sons

Os ensaios de ultra-sons diferem dos de emissão acústica pelo facto de serem geradas ondas repetitivas, através de um emissor de impulsos, que são recebidas por transdutores, sendo analisada as variações que a onda sofre ao longo do percurso.

Este ensaio permite estimar o módulo de elasticidade dinâmico com base na relação da velocidade de propagação de ondas acústicas e as propriedades elásticas da madeira. É também possível correlacionar o módulo de elasticidade estático com a resistência mecânica da madeira (Freitas, 2012).

Os ensaios de ultra-sons convencionas são utilizados para detetar vazios e outras descontinuidades, mas na madeira e derivados, este método também pode ser utilizado para determinar a existência de defeitos das peças e a inerente variação de propriedades mecânicas, nomeadamente nas juntas coladas (Kawamoto e Williams, 2002).

A atenuação do sinal também varia com a direção, com a geometria e propriedades do material, o que limita a distância máxima entre transdutores, Figura 39.

Figura 39 – Variação da velocidade com a direção de propagação: (a) entre as direções longitudinal e radial; (b) entre as direções tangencial e radial (Schafer, 2000)

Os efeitos da densidade da madeira e do teor em água ainda não foram determinados de forma clara, mas parecem ter menor relevância do que a direção das fibras (Beall, 2002). Pode-se utilizar este método para determinar se a peça se encontra com indícios de podridão. Quanto à presença de insetos xilófagos, este ensaio não se mostra tão eficiente.

O aparelho que se encontra mais difundido no mercado é o PUNDIT (Portable Ultrasonic Non-destructive Digital Indicating Tester) e o Sylvatest. São aparelhos originalmente desenvolvidos para o betão, mas que, com transdutores de 54 kHz, podem ser utilizados em peças de madeira (Terezo, 2004), ver Figura 40.

(a) (b)

Figura 40 – Exemplos de aparelhos comerciais para ensaio de ultra sons: (a) Componentes do equipamento Sylvatest (adaptado de Candian, 2007); (b) Componentes

do equipamento PUNDIT (Web06)

2.3.2.8 Ensaios de vibração

A colocação de uma estrutura em vibração permite determinar a sua frequência própria de vibração, esta está relacionada com as características geométricas e as condições fronteira da peça. A complexidade das estruturas e a dificuldade em estudar as condições fronteira pode conduzir a erros grosseiros no resultado final. Ficando o seu uso praticamente restringido a laboratórios ou usos industriais (Ross e Pellerin, 1994).

2.3.2.9 Ensaio de perfuração controlada

Para realização deste ensaio utiliza-se um equipamento denominado resistógrafo cujo método de funcionamento consiste na perfuração de uma peça de madeira e avaliação da sua resistência em função da energia despendida na perfuração, Figura 41. É utilizado em inspeções de árvores desde 1985, quando foi fabricado na Alemanha (Freitas, 2012).

Figura 41 - Resistógrafo: (a) exemplo de utilização; (b) perfil-tipo de resistência obtido em diagrama resistência vs. Profundidade (do Valle et al., 2005)

As maiores resistências de perfuração equivalem a maiores densidades da madeira. Constitui um método de análise bastante útil e pouco evasivo no entanto devido à pequena dimensão da broca, os resultados obtidos têm um carácter local, devendo por isso ser realizada uma boa amostragem.

Com este equipamento é possível detetar defeitos internos e dimensões da secção do elemento quando isso não é possível na inspeção visual. Existem alguns estudos publicados que estabelecem relações entre os valores obtidos com o resistógrafo e algumas das propriedades físicas da madeira, como massa volúmica, e mecânicas, como o módulo de elasticidade, no entanto, sempre com correlações baixas.

Um dos problemas deste ensaio é a disponibilidade de espaço uma vez que o mesmo mede cerca de 50cm e deve ficar perpendicular à superfície a ensaiar, isso faz com que o operador deva estar bem acomodado para que não haja vibrações no equipamento durante o ensaio.

2.3.2.10 Ensaio de penetração ao impacto

Este ensaio permite medir a densidade superficial da madeira e constitui uma técnica bastante simples. Este método é semelhante ao esclerómetro utilizado para avaliar a qualitativamente, in-situ, a resistência de estruturas de betão armado.

Os resultados podem ser ainda afetados por outros parâmetros como a presença de singularidades (nós, bolsas de resina e irregularidade nos anéis de crescimento), embora

O trabalho desenvolvido por Ronca e Gubana (1998) concluiu que quanto maiores os teores em água da madeira, menores serão as diferenças entre leituras na direção radial e tangencial, comportando-se o material praticamente como isotrópico para valores de teor em água elevados (acima do ponto de saturação das fibras), enquanto para valores do teor em água reduzidos, a diferença chega a ser de 20%.

Na inspeção de estruturas de madeira in situ, Ronca e Gubana (1998) sugerem um conjunto de procedimentos de forma a obter dados fiáveis com esta técnica. O Pilodyn é um aparelho comercial baseado nos princípios do trabalho de Ronca e Gubana (1998), sendo constituído por uma agulha de 2,5 mm de diâmetro que é impulsionada através de uma mola contra a peça de madeira, sendo registada a profundidade de penetração, ver Figura 42. O aparelho de Ronca e Gubana (1998)] difere do Pilodyn.

O uso mais comum do Pilodyn prende-se com a estimação da densidade da madeira, já que a profundidade de penetração da agulha será, analogamente ao descrito por Ronca e Gubana (1998), função da densidade (inerente a cada espécie de madeira), teor em água e direção de penetração.

Figura 42 - Pilodyn 6-J: (a) aspecto geral; (b) escala de leitura

2.3.2.11 Ensaios de raios-X e raios-gama

A utilização de raios-X foi uma das primeiras técnicas de avaliação não-destrutiva das propriedades da madeira (Bucur, 2002), medindo a variação da densidade ao longo da peça e mesmo entre os vários anéis de crescimento. Para aplicação desta técnica recorre-se a uma fonte emissora de radiação que é colocada de um lado da peça e do outro uma película receptora da radiação. A quantidade de radiação que chega à superfície receptora é

inversamente proporcional à densidade do material, sendo por isso possível estabelecer correlações entre estes dois parâmetros (Bucur, 2003).

A tomografia axial computorizada (TAC), Figura 43, é uma técnica que segue o princípio do raios-X e procede ao varrimento da peça, permitindo obter imagens tridimensionais da sua densidade, a análise éfeita em secções transversais ao longo da árvore.A espécie da madeira e o tamanho do provete analisado influenciam os resultados obtidos.

Figura 43 – Tomógrafo aplicado em árvore (Web07)

Este equipamento permite fazer a localização precisa dos defeitos nas árvores in situ, sendo um método praticamente não destrutivo e cujos resultados são de simples interpretação pode revelar-se um forte aliado na escolha de árvores com melhor qualidade para posterior uso estrutural. (Web08)

2.3.2.12 NIR - Espectroscopia no infravermelho próximo

A espectroscopia no infravermelho próximo (ou NIR, da sigla inglesa Near Infrared Spectroscopy) é um método usado há cerca de vinte anos na análise de compostos orgânicos, inicialmente era utilizado na agricultura e indústria alimentar, atualmente a sua utilização foi alargada para a área florestal.

presença de azoto, celulose, amido ou lenhina (r2 _{> 0:90). Este equipamento é ainda utilizado}

para determinação da água livre e da decomposição da madeira e derivados (Kelley et al., 2004).

Kelley et al. (2004) apresenta estudos que apresentam uma boa correlação entre esta técnica, NIR, e valores determinados em ensaios destrutivos de peças livres de defeitos. A vantagem do NIR relativamente a outras técnicas passa pela possibilidade de obter resultados rápidos sem necessidade de destruir a peça. Permite ainda a determinação da “composição química” permitindo a determinação de alterações devido a deteriorações biológicas por ação de fungos.