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CORRELAÇÕES ENTRE CARACTERÍSTICAS DAS FIBRAS, DENSIDADE APARENTE, VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO DO SOM E RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO NA MADEIRA DE

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Academic year: 2021

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Rafael GARCIA1; Gabriel BIBINI2; Eduardo Luiz LONGUI3; Israel Luiz de LIMA4; Sandra Monteiro

Borges FLORSHEIM4; José Nivaldo GARCIA5

1 INTRODUÇÃO

Estudar as correlações entre as características anatômicas e as propriedades físicas e mecânicas das madeiras pode revelar as principais propriedades que determinam a qualidade de uma madeira para fins específicos. A densidade é uma das propriedades da madeira mais estudadas, uma vez que por meio dela, podem-se estimar outras propriedades físicas e mecânicas. Varia entre espécies, indivíduos da mesma espécie ou, ainda, na mesma árvore, nas direções axial e radial (Castro et al., 1993; Woodcock e Shier, 2002). Essas variações se devem às diferenças nas dimensões e frequências das células, características da parede celular, presença e teor de extrativos (Kollmann e Côté Jr. 1968; Hoadley, 2000).

Embora a determinação da densidade da madeira seja relativamente fácil e rápida de ser realizada, recentemente se têm buscado o uso de outras técnicas rápidas e não destrutivas de avaliação de madeiras, como por exemplo o ultrassom, caracterizado por frequências acima de 20.000 Hz. O entendimento de como essas ondas se propagam nos materiais permitiu a utilização de equipamentos que avaliam diferentes propriedades da madeira (Gonçalez et al., 2001; Tsehaye et al., 2000).

Diversos estudos têm sido realizados para se entender as correlações entre as características anatômicas e as propriedades físicas, mecânicas e acústicas das madeiras (Feeney, 1998; Huang et al., 2003; Miná et al., 2004; Oliveira e Sales, 2006; Alves et al., 2008), e permitir, de forma indireta e por meio de uma propriedade de mais fácil medição, a indicação de usos potenciais para diferentes espécies.

A madeira escolhida para este estudo foi a do pau-brasil (Caesalpinia echinata), que desde a época do descobrimento do Brasil foi intensamente explorado pelos portugueses que obtinham a brasileína, substância avermelhada usada para tingir tecidos (Bueno, 2002). Além disso, desde as primeiras décadas de 1800 até hoje, é a madeira mais utilizada mundialmente para fabricação de arcos para instrumentos de corda, principalmente devido ao arqueteiro François Tourte (1747-1835) que reconheceu as propriedades de C. echinata para tal finalidade (Pierce, 2002).

Nesse contexto, objetivou-se estabelecer correlações entre características das fibras, densidade aparente, velocidade de propagação do som e resistência ao cisalhamento em Caesalpinia echinata.

––––––

1 Discente do curso de Engenharia Ambiental da Universidade Oswaldo Cruz. Bolsista FUNDAG. rafael_engamb@yahoo.com.br 2 Orientador. Instituto Florestal, Rua do Horto, 931, 02377-000 São Paulo, SP, Brasil. elongui@if.sp.gov.br

3 Discente do curso de Engenharia Ambiental da Universidade Oswaldo Cruz. Bolsista FUNDAG. 4 Instituto Florestal, Rua do Horto, 931, 02377-000 São Paulo, SP, Brasil.

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2 MATERIAL E MÉTODOS

2.1 Origem e Preparação das Amostras

As amostras para este estudo foram cedidas por um fabricante de arcos de instrumentos de corda, consistindo em material remanescente da fabricação dos arcos. Prepararam-se 30 corpos-de-prova de 5 cm 1,5 cm x 1,5 cm oriundos de quatro pranchas, que pelas dimensões possivelmente se originaram de diferentes árvores. Em todos os corpos-de-prova determinou-se a densidade aparente, a velocidade de propagação do som e a resistência ao cisalhamento. Salienta-se que para a obtenção da densidade aparente e velocidade de propagação do som foram empregados ensaios não destrutivos, o que permitiu determinar o cisalhamento e obter as características das fibras dos mesmos corpos-de-prova.

2.2 Densidade Aparente (ρap)

Para a obtenção da densidade aparente utilizou-se o método da balança hidrostática, segundo Silveira et al. (1999). A partir dos valores obtidos foi empregada a expressão:

ρap = Pu / Vu,

em que: ρap = densidade aparente, (kg m-3); P

u = massa do corpo-de-prova, a 15% de umidade (kg); Vu =

volume deslocado pelo do corpo-de-prova, 15% de umidade (m3).

2.3 Velocidade de Propagação do Som (v)

A velocidade de propagação do som foi determinada com o auxílio de equipamento de ultrassom (Lucchi, 1986), o cálculo foi realizado com a expressão:

v = m / s,

em que: v = velocidade de propagação do som (m s-1); m = comprimento da amostra (m); s = tempo no qual o

impulso ultrasônico levou para percorrer a amostra (s). 2.4 Resistência ao Cisalhamento (fv)

Utilizaram-se os mesmos corpos-de-prova das duas análises anteriores, reduzidos ao comprimento de 3 cm, sendo em uma das extremidades feito o rebaixo característico de corpo-de-prova para cisalhamento ficando do mesmo formato do corpo de prova da NBR 7190/97 (Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT, 1997), porém, com as dimensões nominais de 2,5 cm x 1,5 cm para a área potencial de cisalhamento.

Para o cálculo foi usada a expressão: Fv = Fv0 / Ac,

em que: Fv = tensão de cisalhamento (Mpa); Fv0 = máxima força cisalhante aplicada ao corpo-de-prova (N); Ac = área da seção cisalhada (mm²).

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2.5 Análise Anatômica da Madeira

Após a ruptura dos corpos-de-prova empregados nas três etapas anteriores para a mensuração de características das fibras, preparou-se o lenho dissociado segundo o método de Franklin modificado (Berlyn e Miksche, 1976). A análise foi realizada em microscópio CX 31 (Olympus) equipado com câmera digital e computador com software Image Pro Plus 6.3.

2.6 Análise Estatística

Realizaram-se análises de regressão linear entre as características anatômicas, densidade aparente, velocidade de propagação do som e cisalhamento.

3 RESULTADOS E DISCUSSÃO

Notou-se relação negativa entre a velocidade de propagação do som e a densidade aparente (Figura 1a), o mesmo resultado mencionado por Calegari et al. (2007) em Eucalyptus grandis, Testoni et al. (2009) em Plathymenia reticulata e Longui (2009) em Astronium lecointei. Contudo, esse resultado pode ser diferente dependendo da espécie analisada. Longui (2009) em Hymenaea spp. e Dipteryx spp. e Baltrušaitis et al. (2009) em Quercus sp., em material natural e modificado por meio de tratamento com amônia, constataram relações positivas entre a velocidade de propagação do som e a densidade. Considerando que a propagação do som é maior nos sólidos (paredes celulares) do que no ar (lume das células), era esperado encontrar maiores velocidades associadas a madeiras mais densas, contudo, outras características, como o teor de extrativos, (Minato, 1997) podem ter contribuído para o resultado encontrado.

Há poucos estudos que trataram das correlações entre as características anatômicas e as propriedades mecânicas, especificamente entre as características das fibras e a resistência ao cisalhamento. Cita-se o trabalho de Lima et al. (2007), que investigaram a influência de características anatômicas e químicas sobre a colagem em clones de Eucalyptus. Os autores não encontraram correlação entre as características das fibras e a resistência ao cisalhamento em peças coladas com adesivo uréia-folmaldeído, contudo, observaram correlação com a frequência dos raios e vasos, além do diâmetro dos vasos.

No presente estudo, a resistência ao cisalhamento mostrou relação negativa com o lume das fibras (Figura 1b) e relação positiva com a espessura da parede das fibras (Figura 1c). A interpretação desse resultado indica que fibras com maiores lume oferecem menor resistência ao cisalhamento, uma vez que o lume representa espaços vazios e, portanto, sem material para contribuir na resistência ao escorregamento das fibras. Enquanto fibras com paredes mais espessas possuem maior quantidade de material, o que aumenta a resistência ao escorregamento das células e a ruptura de suas paredes e, consequentemente, estão associadas a maiores valores de resistência ao cisalhamento.

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Figura 1. Relação entre a velocidade de propagação do som e a densidade aparente (a), entre a resistência ao cisalhamento e o lume das fibras (b) e entre a resistência ao cisalhamento e a espessura da parede das fibras (c).

4 CONCLUSÕES

Entre as amostras de Caesalpinia echinata estudadas observou-se relação negativa entre a velocidade de propagação do som e a densidade aparente. O lume das fibras relacionou-se negativamente com a resistência ao cisalhamento, enquanto esta se relacionou positivamente com a espessura da parede das fibras. Na sequência do estudo serão investigadas as relações entre outras características anatômicas, como as dimensões e frequências dos vasos e raios com as propriedades física, acústica e mecânica. Por meio destes resultados espera-se conhecer melhor as interações entre a anatomia e as propriedades da madeira de pau-brasil. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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