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RESISTÊNCIA DA MADEIRA DE CANAFÍSTULA (Peltophorum dubium (SPRENG.) TAUB.) AO PSF E A UMIDADE DE EQUILÍBRIO

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Engenheiro Florestal, Mestrando em Engenharia Florestal, Centro de Ciências Rurais, Universidade Federal de Santa Maria. Av. Roraima, 1000, CEP 97105-900, Santa Maria (RS). <magnosalan@yahoo.com.br; ksmodes@gmail.com; browbeltrame@yahoo.com.br>.

2

Acadêmico do Curso de Engenharia Florestal, Centro de Ciências Rurais, Universidade Federal de Santa Maria. Av. Roraima, 1000, CEP 97105-900, Santa Maria (RS). <joeltelles@hotmail.com; wagnerwgm1@hotmail.com>.

3

Engenheiro Florestal, Dr., Prof. Associado do Departamento de Ciências Florestais, Universidade Federal de Santa Maria. Av. Roraima, 1000, CEP 97105-900, Santa Maria (RS). <ejsantini@gmail.com>

4

Engenheiro Florestal, Dr., Prof. Associado do Departamento de Ciências Florestais, Universidade Federal de Santa Maria. Av. Roraima, 1000, CEP 97105-900, Santa Maria (RS). <clovis.haselein@pq.cnpq.br>.

Recebido em: 22/10/2009 e aceito em: 14/12/2009.

RESISTÊNCIA DA MADEIRA DE CANAFÍSTULA (Peltophorum dubium (SPRENG.) TAUB.) AO PSF E A UMIDADE DE EQUILÍBRIO

Magnos Alan Vivian1, Karina Soares Modes1, Rafael Beltrame1, Weslley Corrêa Morais1, Joel Telles de Souza2, Wagner Gugel Machado2, Elio José Santini3, Clovis

Roberto Haselein4

Resumo: O objetivo deste trabalho foi determinar a resistência mecânica da madeira de Peltophorum dubium (Spreng.) Taub. ao ponto de saturação das fibras (PSF≈30%) e a

umidade de equilíbrio (TUeq≈12%), buscando correlacionar e estabelecer modelos de equações que expliquem essas características. Para isso, foram amostradas seis árvores, onde a partir das posições 0,30 m até 1,30 m confeccionou-se os materiais para a realização dos testes mecânicos de resistência ao impacto e flexão estática com dimensões de 2,0 x 2,0 x 30,0 cm. Por meio dos resultados obtidos na resistência ao impacto observa-se que os valores médios de W, K e CD da madeira ao PSF foram maiores que ao TUeq, em 1,94, 1,82 e 1,36 vezes, respectivamente, já na flexão estática os valores médios de MOE e MOR da madeira ao TUeq foram maiores que ao PSF, em aproximadamente 1,27 e 1,45 vezes, respectivamente. A resistência mecânica da madeira de canafístula seguiu a tendência encontrada para outras espécies, nas quais a resistência ao impacto e a flexão estática, aumentam e diminuem com o acréscimo de umidade da madeira. Ambos os ensaios apresentaram relação significativa com a massa específica para o PSF e ao TUeq, indicando que é possível prever seu comportamento com base nessa variável.

Palavras-chave: propriedades mecânicas; resistência ao impacto; flexão estática; umidade da

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RESISTANCE OF Peltophorum dubium (SPRENG.) TAUB. WOOD TO FSP AND EQUILIBRIUM MOISTURE CONTENT

Abstract: The objective of this study was to determine the mechanical strength of Peltophorum dubium (Spreng.) Taub. wood the fiber saturation point (FSP≈30%) and

equilibrium moisture content (TUeq≈12%), trying to correlate and establish models of equations that explain these characteristics. For this, we sampled six trees, where the positions from 0,30 m to 1,30 m concocted in the materials for the testing of mechanical impact resistance and static bending, with dimensions of 2,0 x 2,0 x 30,0 cm. The results obtained in the impact resistance can see that the values of W, K, and the CD timber FSP were higher than the TUeq in 1,94, 1,82 and 1,36 times, respectively, since the static bending mean values of MOE and MOR of wood to TUeq were larger than the FSP, at about 1,27 and 1,45 times, respectively. The mechanical strength of canafístula wood followed the trend found for other species, in which the impact resistance and static bending, rise and fall with the addition of moisture from the wood, respectively. Both trials showed a significant relationship with density for the FSP and the TUeq, indicating that it is possible to predict their behavior based on this variable.

Keywords: mechanics properties; impact resistance; static bending; moisture of wood.

1 INTRODUÇÃO

Toda madeira utilizada pelo homem deve, obrigatoriamente, passar por avaliações preliminares à sua aplicação no intuito de detectar suas mais eficientes utilizações. Tal etapa deve ser muito bem planejada e conduzida, pois, caso contrário, pode-se dar uma inadequada finalidade ao material, colocando, dessa forma, o investimento do projeto em risco.

A Canafístula, por ser uma espécie de crescimento rápido, é considerada muito promissora, pois apresenta valor econômico comprovado devido à qualidade da sua madeira (MATTEI; ROSENTHAL, 2002). Dessa forma, a madeira dessa espécie pode ser destinada à construção civil e naval, à indústria moveleira, e a atividades de marcenaria e carpintaria.

Existem diferentes testes que simulam a real utilização da madeira, entre eles cita-se a resistência ao impacto e a flexão estática que fornecem valores que levam a inferir na sua melhor aplicação.

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Segundo Moreschi (2005), o comportamento que a madeira apresenta ao ser submetida a uma força de impacto que age por apenas uma pequena fração de tempo, como, por exemplo, alguns micro-segundos, é denominada resistência ao impacto ou flexão dinâmica. De acordo com o mesmo autor, a resistência ao impacto é um teste empregado para avaliar a resistência de madeiras destinadas à confecção de cabos de ferramentas, carrocerias de caminhões, entre outras peças que utilizam a madeira para a sustentação, que dependem diretamente de sua capacidade em absorver energia e dissipá-la por meio de deformações.

Ainda conforme Moreschi (2005), a propriedade mecânica de flexão estática se refere ao comportamento que a madeira possui ao ser submetida a uma carga aplicada em sua face tangencial, com o objetivo de provocar seu flexionamento. Para fins práticos, a madeira, até determinado ponto, apresenta uma característica elástica, onde se cessarmos a força que a deforma, ela ainda apresenta capacidade de voltar ao seu estado original. A partir do ponto em que a madeira deixa de ser elástica, ela passa a ser plástica. Ou seja, ela não apresenta mais a capacidade em retornar ao seu estado original, mesmo quando a força que a deforma é escassa.

De acordo com Moreschi (2005), alguns fatores que podem influenciar essas propriedades são a forma e as dimensões das peças, o ângulo de inclinação das fibras, a massa específica, o teor de umidade, a temperatura, as propriedades anatômicas, os constituintes químicos e a deterioração do material. Dessa forma, dependendo das condições em que a madeira está exposta, ocorrerá maior ou menor influência dessas nas propriedades da mesma.

Green et al. (1991) e Madsen (1992) mostram que a relação resistência-umidade pode ser diferente para cada propriedade ou para madeiras de qualidades diferentes. A resistência à compressão paralela às fibras é, segundo Madsen (1992), altamente sensível à variação do teor de umidade. Já a resistência à tração paralela às fibras e o módulo de elasticidade são menos sensíveis, mostrando a tendência de diminuição com o aumento da umidade, enquanto que a resistência ao impacto, segundo Krech (1960), apresenta comportamento inverso.

Segundo Freitas (1982), a resistência à flexão e, sobretudo, o módulo de ruptura (MOR), diminuem consideravelmente com o aumento do teor de umidade, enquanto que o módulo de elasticidade (MOE) resulta em menor alteração.

Lima et al. (1986) estudaram a influência da variação no teor de umidade da madeira de Eucalyptus saligna, com 40 anos de idade, nas propriedades mecânicas da mesma, abaixo do PSF, encontrando um ponto de intersecção de 31% de umidade.

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Frente ao potencial de uso da espécie, aliada à necessidade de valorização de nossas essências nativas, a presente pesquisa teve como objetivo avaliar a resistência da madeira de

Peltophorum dubium ao PSF e ao TUeq, buscando correlacionar e estabelecer modelos de

equações que melhor expliquem essas características frente a essas variações de umidade da madeira nas diversas condições de uso.

2 MATERIAIS E MÉTODOS

2.1 Caracterização do material

Para realização deste estudo foram amostradas seis árvores da espécie Peltophorum

dubium, com aproximadamente 10 anos de idade, obtidas em um povoamento da Fundação

Estadual de Pesquisa Agropecuária – FEPAGRO FLORESTAS, no município de Santa Maria - RS. As amostras para realização dos testes mecânicos foram obtidas de toretes de 1 m retirados entre as posições 0,30 m e 1,30 m, contendo partes de cerne e alburno, com amostragem bem distribuída entre os indivíduos coletados.

O estudo foi conduzido com material no ponto de saturação das fibras (PSF) e com teor de umidade de equilíbrio (TUeq) em 12%. Os corpos-de-prova em torno do PSF foram ensaiados com teor de umidade aproximado de 30%, já os corpos-de-prova no teor de umidade de equilíbrio foram condicionados em câmera climatizada, com temperatura (20ºC) e umidade relativa do ar (65%) controladas, até atingirem massa constante.

2.2 Testes mecânicos

2.2.1 Resistência ao impacto

Os testes de resistência ao impacto foram realizados em um Pêndulo de Charpy (Figura 1). Foram utilizados 48 corpos-de-prova com as seguintes dimensões: 2,0 x 2,0 x 30,0 cm, conforme a Norma NF B51-009 (L’A Association Francaise de Normalization - AFN, 1942). Destes, 24 corpos-de-prova foram submetidos ao teste no PSF, e 24 ao teor de umidade de equilíbrio.

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Figura 1. Demonstração do teste de resistência ao impacto. Figure 1. Impact resistance test demonstration.

A carga foi aplicada no sentido tangencial dos corpos-de-prova, e a partir da leitura efetuada na escala, determinou-se o trabalho absorvido (W), calculou-se o coeficiente de resiliência (K) e a cota dinâmica (CD), segundo a norma já citada, representada nas Equações 1 e 2. 6 10 h . b W K  (Equação 1) em que: K = coeficiente de resiliência (kgm/cm²);

W = trabalho absorvido para romper o corpo-de-prova (kgm); b e h = dimensões transversais do corpo-de-prova (cm).

2 ME K CD  (Equação 2) em que: CD = cota dinâmica; K = coeficiente de resiliência (kgm/cm²);

ME = massa específica aparente na condição do ensaio (g/cm³).

2.2.2 Flexão estática

Os testes de flexão estática foram realizados na Máquina Universal de Ensaios Mecânicos, marca Wolpert, com capacidade para 20 toneladas. Foram utilizados 48 corpos-de-prova com dimensões 2,0 x 2,0 x 30,0 cm, de acordo com as recomendações da COPANT

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30:1-006 (Comisión Panamericana de Normas Técnicas – COPANT, 1972). Da mesma forma que no teste anterior, 24 amostras foram ensaiadas com teor de umidade no PSF e o restante ao teor de umidade de equilíbrio.

2.2.3 Avaliação dos Resultados

Por meio do software estatístico Statistical Package for the Social Sciences (SPSS) versão 15.0 Evaluation, utilizando o delineamento inteiramente casualizado, as propriedades mecânicas e a massa específica da madeira foram correlacionadas, e, posteriormente, interpretadas por análise de regressão.

3 RESULTADOS E DISCUSSÃO

3.1 Resistência ao impacto

Na Tabela 1, são apresentados os valores mínimos, máximos, médios e coeficiente de variação (CV) para o trabalho absorvido (W), o coeficiente de resiliência (K) e a cota dinâmica (CD), nas peças com teor de umidade ao PSF e na umidade de equilíbrio da madeira de Peltophorum dubium. A massa específica aparente (ME) da espécie analisada foi 0,75 g/cm³ ao PSF e 0,65 g/cm³ para as peças ao teor de umidade de equilíbrio (TUeq).

Tabela 1. Valores do trabalho absorvido (W), coeficiente de resiliência (K) e cota dinâmica

(CD) para os corpos-de-prova ao PSF e ao TUeq.

Table 1. Values of absorbed work (W), resilience coefficient (K) and dynamic quota (CD) for

samples to the FSP and equilibrium moisture content.

PSF TUeq W (kgf) K (kgf/cm²) CD W (kgf) K (kgf/cm²) CD Mínimo 5,1 0,66 1,06 1,6 0,24 0,51 Máximo 9,6 1,26 2,45 5,7 0,74 1,98 Médio 7,0 0,93 1,67 3,6 0,51 1,23 CV% 17,7 17,33 17,78 34,2 31,78 36,82

Em que: CV% - coeficiente de variação (%).

Os valores médios do W, K e CD na madeira ao PSF foram maiores em aproximadamente 1,94, 1,82 e 1,36 vezes, respectivamente, seguindo a tendência relatada por Krech (1960) de aumentar com o acréscimo na umidade da madeira.

Conforme a classificação de Carvalho (1996), a madeira de canafístula é classificada como resistente ao impacto, apresentando um K dentro do intervalo de 0,4 a 1,0 kgf/cm², para

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PSF e ao TUeq, assemelhando-se à madeira de carvalhos. Segundo o mesmo autor, a madeira da espécie apresenta uma CD superior a 1,2, sendo enquadrada como resiliente, tanto para o PSF quanto para o TUeq, o que comprova a sua aptidão para choques violentos, ideais para cabos de ferramentas e materiais esportivos.

Pedroso; Mattos (1987) em estudo realizado com diversas espécies no Estado do Rio Grande do Sul encontraram para a caúna (Ilex pseudobuxus), com massa específica aparente a 15% de 0,75 g/cm³, similar à da canafístula, valores médios para o W, K e CD de 4,2 kgf, 0,65 kgf/cm² e 1,23, respectivamente, demonstrando a semelhança das características entre as espécies.

Por meio das Figuras 2, 3 e 4 têm-se as equações ajustadas e os coeficientes de determinação para o W, K e CD em função da ME para a madeira ao PSF e ao TUeq.

W = 16,91.ME - 5,67 R² = 0,21 Syx = 1,13 F = 5 W = 18,96.ME - 8,53 R² = 0,28 Syx = 1,08 F = 9 1,0 4,0 7,0 10,0 0,55 0,65 0,75 0,85 T ra b a lh o a b so rv id o ( k g f) Massa Específica (g/cm³) PSF TUeq

Figura 2. Regressão linear para o trabalho absorvido (W) em função da massa específica

(ME) para madeira ao PSF e ao TUeq.

Figure 2. Linear regression for the work absorbed (W) in function specific gravity (ME) for

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K = 2,17.ME - 0,70 R² = 0,22 Syx = 0,15 F = 6 K = 2,24.ME - 0,93 R² = 0,28 Syx = 0,14 F = 9 0,1 0,4 0,7 1,0 1,3 0,55 0,65 0,75 0,85 C o ef ic ie n te d e re si li ên ci a ( k g f/ cm ²) Massa Específica (g/cm³) PSF TUeq

Figura 3. Regressão linear para o coeficiente de resiliência (K) em função da massa

específica (ME) para madeira ao PSF e ao TUeq.

Figure 3. Linear regression for the resilience coefficient (K) in function specific gravity (ME)

for wood to FSP and equilibrium moisture content.

CD = -3,92.ME + 4,62 R² = 0,28 Syx = 0,26 F = 9 CD = -4,56.ME + 4,15 R² = 0,11 Syx = 0,43 F = 3 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 0,55 0,65 0,75 0,85 C o ta D in â m ic a Massa Específica (g/cm³) PSF TUeq

Figura 4. Regressão linear para a cota dinâmica (CD) em função da massa específica (ME)

para madeira ao PSF e ao TUeq.

Figure 4. Linear regression for the dynamic quota (CD) in function specific gravity (ME) for

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Os resultados obtidos indicam que os melhores ajustes dos modelos estatísticos foram observados para a madeira ao TUeq, exceto para a CD que não foi significativa, ficando abaixo quando comparada ao PSF. O coeficiente de determinação das equações ajustadas, tanto para W quanto para K e CD, em função da ME, foi baixo, quando comparado ao normalmente relatado entre essas propriedades e a massa específica. Assim, por meio das análises realizadas, é possível a predição do W, K e CD em função da massa específica.

A correlação entre as propriedades da resistência ao impacto, ao PSF e ao TUeq, definidas pelo W, K, CD e a ME, é apresentada na Tabela 2. A correlação de Pearson evidencia que o W, K e CD apresentaram valores significativos em relação a ME.

Tabela 2. Correlação de Pearson entre as variáveis de resistência ao impacto ao PSF e TUeq. Table 2. Pearson correlation between the variables of to the impact resistance for FSP and

equilibrium moisture content.

ME (g/cm³) W (kgf) K (kgf/cm²) CD

ME (g/cm³) 1 0,53** 0,55** - 0,34NS

W (kgf) 0,44* 1 0,48* 0,28NS

K (kgf/cm²) 0,46* 0,62** 1 0,41*

CD - 0,53** 0,32NS 0,17NS 1

Em que: PSF; TUeq; * = significativo ao nível de 5%; ** = significativo ao nível de 1%; NS = não significativo.

Como pode ser evidenciado na Tabela 2, existe correlação entre o W, K e CD e a ME para o PSF, onde as duas primeiras são positivas, e a última, negativa, indicando que, com o aumento da ME, ocorre uma diminuição da CD. Já o W e o K não apresentaram correlação significativa com a CD. Em relação à madeira ao TUeq, existe correlação significativa entre o W e K e a ME. Já entre a CD e a ME não foi encontrada correlação significativa. Ao contrário da madeira ao PSF, ao TUeq foi significativa a relação entre a CD e o K.

Souza et al. (2009), em estudo realizado com a madeira de Araucaria angustifolia, encontrou influência significativa da massa específica sobre a resistência ao impacto, tanto para o W quanto para K, indicando que a mesma está correlacionada com essa propriedade.

3.2 Flexão estática

Na Tabela 3, são apresentados os resultados dos ensaios de flexão estática para módulo de elasticidade (MOE) e para módulo de ruptura (MOR), por meio dos valores mínimos, máximos, médios e coeficiente de variação (CV), para a madeira ao PSF e ao TUeq.

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Tabela 3. Valores do módulo de elasticidade (MOE) e módulo de ruptura (MOR) para os

corpos-de-prova ao PSF e ao TUeq.

Table 3. Modulus values of elasticity (MOE) and modulus of rupture (MOR) for samples to

FSP and equilibrium moisture content.

PSF TUeq

MOE (kgf/cm²) MOR (kgf/cm²) MOE (kgf/cm²) MOR (kgf/cm²)

Mínimo 24.622,89 472,01 43.186,36 666,07

Máximo 79.756,37 779,14 87.919,11 1.084,20

Médio 52.261,61 617,24 66.354,63 892,55

CV% 31,55 14,15 17,94 12,03

Em que: CV% = coeficiente de variação, %.

Os resultados indicam que os valores médios do MOE e MOR da madeira ao TUeq foram maiores que os da madeira ao PSF. As diferenças observadas nos valores médios do MOE e MOR na madeira ao TUeq, em relação ao PSF, foram maiores em aproximadamente 1,27 e 1,45 vezes, respectivamente.

Bodig; Jayne (1982) citam valores da razão madeira seca (12% de umidade) para madeira verde de folhosas variando de 1,11 até 1,53 para MOE e de 1,32 até 2,10 para MOR. Dessa forma, os resultados encontrados estão em conformidade com esses limites. Algumas espécies citadas pelos mesmos autores, que apresentam valores similares aos do presente trabalho, são a nogueira pecan (Carya illinoensis, com 1,26 e 1,4), a Acer macrophyllum (com 1,32 e 1,45) e a Gleditsia triacanthos (com 1,27 e 1,44), respectivamente, para MOE e MOR.

De acordo com os resultados encontrados por Haselein et al. (2002) em testes de flexão estática realizados com a madeira de Eucalyptus saligna, o MOE da madeira úmida foi 1,29 vezes menor do que o da madeira ao TUeq. Já para o MOR, o valor encontrado foi 1,4 vezes menor para a mesma relação.

Conforme o encontrado pelo IPT (Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo S.A., 1989) em estudo com a madeira de angelim-pedra (Hymenolobium spp.), cuja massa específica é igual a 0,71 g/cm³, obteve-se um MOE e MOR, 1,23 e 1,55 vezes maior, respectivamente, para a madeira ao TUeq em relação à verde.

Okino et al. (2006) em estudo realizado com a madeira de cipreste (Cupressus glauca) encontrou uma relação da madeira seca (12%) e verde para o MOE e MOR de 1,41 e 1,79 vezes maior, respectivamente.

As Figuras 5 e 6 apresentam as equações ajustadas e os coeficientes de determinação para estimativa do MOE e MOR em função da ME para a madeira ao PSF e ao TUeq de umidade.

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MOE = 280.011.ME - 159.774 R² = 0,64 Syx = 10.056 F = 40 MOE = 210.792.ME - 74.551 R² = 0,61 Syx = 7.765 F = 33 5000 35000 65000 95000 0,55 0,65 0,75 0,85 M ó d u lo d e E la st ic id a d e (k g f/ cm ²) Massa Específica (g/cm³) PSF TUeq

Figura 5. Regressão linear para o módulo de elasticidade (MOE) em função da massa

específica (ME) para madeira ao PSF e ao TUeq.

Figure 5. Linear regression for modulus of elasticity (MOE) in depending of specific gravity

(ME) for wood to FSP and equilibrium moisture content.

Dias; Lahr (2004), estudando a relação entre as propriedades de resistência e rigidez da madeira com a densidade aparente para diversas espécies encontraram um R² de 0,71 (relação MOE e ME) superior ao encontrado no presente estudo.

MOR = 911,85.ME - 75,53 R² = 0,27 Syx = 77 F = 7 MOR = 1.887.ME - 389,4 R² = 0,62 Syx = 67 F = 37 300 600 900 1200 0,55 0,65 0,75 0,85 M ó d u lo d e R u p tu ra ( k g f/ cm ²) Massa Específica (g/cm³) PSF TUeq

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Figura 6. Regressão linear para o módulo de ruptura (MOR) em função da massa específica

(ME) para madeira ao PSF e ao TUeq.

Figure 6. Linear regression for modulus of rupture (MOR) in depending the specific gravity

(ME) for wood to FSP and equilibrium moisture content.

De acordo com os resultados obtidos, os melhores ajustes foram observados para a madeira ao TUeq. Todas as equações foram significativas e apenas a equação ajustada para o MOR ao PSF apresentou um coeficiente de determinação baixo.

A correlação entre as propriedades de flexão estática, ao PSF e ao TUeq, definidas pelo MOE e MOR, e a ME é apresentada na Tabela 4. Através da correlação de Pearson evidencia-se que o MOE e MOR apresentaram valores significativos em relação à ME.

Tabela 4. Correlação de Pearson entre as variáveis na flexão estática ao PSF e ao TUeq. Table 4. Pearson correlation between the variables in static bending to the FSP and

equilibrium moisture content.

ME (g/cm³) MOE (kgf/cm²) MOR (kgf/cm²)

ME (g/cm³) 1 0,79** 0,78**

MOE (kgf/cm²) 0,50* 1 0,29NS

MOR (kgf/cm²) 0,80** 0,42* 1

Em que: PSF; TUeq; * = significativo ao nível de 5%; ** = significativo ao nível de 1%; NS = não significativo.

Conforme descrições apresentadas por Bodig; Jayne (1982), De Paula et al. (1986) e Zhang (1994), observa-se na Tabela acima, que a massa específica aparente da madeira está diretamente correlacionada com as propriedades de resistência e rigidez.

4 CONCLUSÕES

Com base nos resultados apresentados, pode-se concluir que:

 A resistência mecânica da madeira de canafístula seguiu a tendência que é encontrada para outras espécies, nas quais a resistência ao impacto e a flexão estática aumentam e diminuem com o acréscimo de umidade da madeira indicando, que se exposta a condições adversas de uso, apresentará comportamento diferenciado.

 A resistência ao impacto e a flexão estática apresentaram relação significativa com a massa específica aparente tanto para o PSF quanto para o TUeq, indicando que é possível prever seu comportamento com base nesta variável. Entretanto, para resistência ao impacto, foram observados baixos coeficientes de determinação.

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Referências

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