Estudo de modelos e caracterização do comportamento mecânico da madeira

Abstract

Sendo a madeira um material com características muito próprias, iniciou-se este trabalho com uma explicação sobre a sua origem, formação, singularidades e características básicas, nomeadamente as de maior importância para o desempenho estrutural, como o teor em água, as tensões internas e as retracções. De seguida foi revista a teoria da mecânica dos materiais no que se pensa poder ser importante para a compreensão do comportamento da madeira, que se distingue de outros materiais melhor estudados, sobretudo por uma completa anisotropia do arranjo estrutural e propriedades, além de manifestar intensamente a variabilidade normal em produtos de origem natural, o que muito dificulta a sua utilização em projecto. Foi ainda passada em detalhe uma revisão das várias normas e procedimentos relativos à caracterização mecânica da madeira. Em cumprimento dos objectivos do trabalho cumpriu-se um exigente programa de ensaios laboratoriais, não só por procedimentos conhecidos em normas, mas também em repetição de estudos recentes encontrados na bibliografia, e ainda desenvolvimento de novos procedimentos de ensaio. A interpretação dos resultados experimentais permitiu concluir o trabalho com a apresentação de novos modelos destinados à compreensão e caracterização do comportamento mecânico da madeira quando submetida a esforços de flexão, tracção, compressão e corte. Foram também consideradas as vertentes do comportamento reológico, nomeadamente o visco-elasticidade e viscoplasticidade da madeira, através de ensaios de fluência e de relaxação de tensões, assim como a respectiva modelação. Foram também identificadas as dificuldades de aplicação à madeira dos modelos informáticos de cálculo já muito rigorosos na resposta ao comportamento de materiais isotrópicos. O estudo teve como matéria-prima amostras de duas das mais importantes espécies de madeira produzidas em Portugal, o pinho bravo e o eucalipto. Muitas das aplicações práticas encontram-se dependente de cálculo e projecto de elementos estruturais. O aumento da fiabilidade do comportamento mecânico da madeira renova o potencial do seu uso em maior escala e em produtos de maior valor acrescentado, aliando vantagens de segurança, criatividade estética e de uma forma global, um impacte ambiental positivo.

Wood is a material with very special characteristics of its own. This study began with an explanation of the origin and formation of wood, highlighting its singularities and basic features, particularly the extreme importance of moisture content and shrinkage in the state of stresses. Following it was revised the theory of mechanics of materials, believed to be important for the understanding of the behaviour of wood, which is distinguished from other better studied materials, at least for a complete anisotropy its internal arrangements and structural properties, in addition to the great variability, which is normal for products of natural origin, making it even more difficult to use in structural project. It was also revised in detail the various standards and procedures relating to the mechanical characterization of wood. Fulfilling the objectives of this work it was followed a demanding program of laboratory tests, not only by procedures known in international and European standards, but also in recent studies found in the references. Finally this study has finished with the proposal of physical models for the understanding and characterization of the mechanical behaviour of wood when subjected to efforts to bending, tension, compression and shear. Also considered the rheological behaviour, including the viscoelasticity and visco-plasticity of wood, through testing of creep and relaxation of tensions, as well as their modelling. The study had as raw material, samples from two of the most important wood species produced in Portugal, the maritime pine and eucalyptus. The practical applications are to be found at the level of structural calculation, calculation and design of structural elements. Increased reliability of the mechanical behaviour of wood renews the potential of its use in larger scale and in products of higher added value, combining advantages of safety, allowing the explotation of its aesthetic potential and positive environmental impact.