Publicação

Caracterização da madeira de Pinus pinaster à fractura em modo I à escala dos anéis de crescimento

Detalhes bibliográficos
Resumo:	A madeira é um dos materiais de construção mais antigos e é utilizado actualmente a uma grande escala no campo da engenharia de estruturas, na procura de uma economia sustentável, baseada em recursos biológicos renováveis. No entanto ainda estamos longe de utilizar todo o potencial que a madeira oferece como material de construção, em parte devido ao relativo desconhecimento sobre alguns aspectos do seu comportamento mecânico e à fractura. Esse desconhecimento tem a ver com a estrutura hierárquica e anisotrópica da madeira, bem como com a sua variabilidade intra-específica e inter-específica. A madeira que é usada como material de construção tem origem em duas grandes classes de espécies florestais, as folhosas e as resinosas, que se diferenciam pela sua estrutura anatómica. No trabalho desenvolvido apenas iremos considerar a madeira da espécie Pinus pinaster, também conhecida como pinho bravo, e que é uma espécie resinosa. O presente trabalho teve como objectivo central o estudo de um método directo (isto é, baseado apenas em informação experimental) de identificação da lei coesiva que regula o comportamento à fractura em modo I da madeira de Pinus pinaster, à escala dos anéis de crescimento e através do ensaio DCB (double cantilever beam). O trabalho foi circunscrito ao sistema de propagação RL, sendo R (direcção anatómica radial) a direcção normal ao plano da fenda e L (direcção anatómica longitudinal) a direcção de propagação da fenda. Para além deste objectivo principal, procuramos caracterizar a influência da concentração de água, abaixo do ponto de saturação de fibra, na lei coesiva em modo I da madeira de Pinus pinaster. Sendo a fractura um fenómeno localizado, é importante avaliar as propriedades de fractura à escala característica dos anéis de crescimento (ou escala meso). Além disso, a caracterização das propriedades de fractura a essa escala é fundamental para os processos de fabrico por corte ou arranque da apara (importantes na indústria do mobiliário) e para as ligações de elementos estruturais por ligadores metálicos (muito comuns na construção moderna em madeira). O método de identificação da lei coesiva em modo I baseia-se na determinação da curva força-deslocamento e do CTOD (crack tip opening displacement). O CTOD foi determinado processando os campos de deslocamentos na região da extremidade da fenda através da técnica da correlação digital de imagem. A curva força-deslocamento é a única informação experimental requerida para a determinação da curva de resistência em modo I através do método CBBM (compliance based beam method). Por sua vez, a curva de resistência, combinada com a evolução do CTOD durante o ensaio, é a informação de base em que a assenta a identificação da lei coesiva. De facto, a lei coesiva obtém-se por derivação da relação GI-CTOD. A validade deste método de identificação da lei coesiva foi demonstrada recorrendo à simulação do ensaio DCB por elementos finitos, incorporando um modelo de dano coesivo. Os resultados experimentais revelaram que a fractura decorre no lenho inicial, pelo que a lei coesiva identificada representa o comportamento à fractura desse tecido. Além disso, os resultados obtidos mostraram que o aumento da concentração de água não afecta a tensão de rotura coesiva, mas aumenta a taxa crítica de libertação de energia e o valor máximo do CTOD.
Autores principais:	Monteiro, Pedro Miguel Fernandes
Assunto:	Mecânica dos materiais Fratura Madeira
Ano:	2014
País:	Portugal
Tipo de documento:	dissertação de mestrado
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro
Idioma:	português
Origem:	Repositório da UTAD

Descrição
Resumo:	A madeira é um dos materiais de construção mais antigos e é utilizado actualmente a uma grande escala no campo da engenharia de estruturas, na procura de uma economia sustentável, baseada em recursos biológicos renováveis. No entanto ainda estamos longe de utilizar todo o potencial que a madeira oferece como material de construção, em parte devido ao relativo desconhecimento sobre alguns aspectos do seu comportamento mecânico e à fractura. Esse desconhecimento tem a ver com a estrutura hierárquica e anisotrópica da madeira, bem como com a sua variabilidade intra-específica e inter-específica. A madeira que é usada como material de construção tem origem em duas grandes classes de espécies florestais, as folhosas e as resinosas, que se diferenciam pela sua estrutura anatómica. No trabalho desenvolvido apenas iremos considerar a madeira da espécie Pinus pinaster, também conhecida como pinho bravo, e que é uma espécie resinosa. O presente trabalho teve como objectivo central o estudo de um método directo (isto é, baseado apenas em informação experimental) de identificação da lei coesiva que regula o comportamento à fractura em modo I da madeira de Pinus pinaster, à escala dos anéis de crescimento e através do ensaio DCB (double cantilever beam). O trabalho foi circunscrito ao sistema de propagação RL, sendo R (direcção anatómica radial) a direcção normal ao plano da fenda e L (direcção anatómica longitudinal) a direcção de propagação da fenda. Para além deste objectivo principal, procuramos caracterizar a influência da concentração de água, abaixo do ponto de saturação de fibra, na lei coesiva em modo I da madeira de Pinus pinaster. Sendo a fractura um fenómeno localizado, é importante avaliar as propriedades de fractura à escala característica dos anéis de crescimento (ou escala meso). Além disso, a caracterização das propriedades de fractura a essa escala é fundamental para os processos de fabrico por corte ou arranque da apara (importantes na indústria do mobiliário) e para as ligações de elementos estruturais por ligadores metálicos (muito comuns na construção moderna em madeira). O método de identificação da lei coesiva em modo I baseia-se na determinação da curva força-deslocamento e do CTOD (crack tip opening displacement). O CTOD foi determinado processando os campos de deslocamentos na região da extremidade da fenda através da técnica da correlação digital de imagem. A curva força-deslocamento é a única informação experimental requerida para a determinação da curva de resistência em modo I através do método CBBM (compliance based beam method). Por sua vez, a curva de resistência, combinada com a evolução do CTOD durante o ensaio, é a informação de base em que a assenta a identificação da lei coesiva. De facto, a lei coesiva obtém-se por derivação da relação GI-CTOD. A validade deste método de identificação da lei coesiva foi demonstrada recorrendo à simulação do ensaio DCB por elementos finitos, incorporando um modelo de dano coesivo. Os resultados experimentais revelaram que a fractura decorre no lenho inicial, pelo que a lei coesiva identificada representa o comportamento à fractura desse tecido. Além disso, os resultados obtidos mostraram que o aumento da concentração de água não afecta a tensão de rotura coesiva, mas aumenta a taxa crítica de libertação de energia e o valor máximo do CTOD.