Rheological behavior of wood and wood based materials

A madeira, assim como outros materiais utilizados em construção, sofre alterações em sua resistência e rigidez quando submetida a carregamentos de longa duração. Esse fenômeno tem importância considerável na avaliação da capacidade de resistência dos elementos estruturais. Mecanicamente a madeira se comporta como um sólido visco-elástico. Desta forma, com o passar do tempo os elementos estruturais de madeira submetidos a cargas permanentes ou cíclicas sofrem deformações permanentes, mesmo se o carregamento é feito dentro do regime elástico, o que caracteriza o comportamento viscoelástico. Esse comportamento depende, dentre outros fatores, principalmente da intensidade e da duração da carga. No presente estudo, foi realizada uma revisão a respeito desse fenômeno, evidenciando suas causas e efeitos, visando o seu melhor entendimento, o qual é essencial para o uso adequado e eficiente da madeira e de seus derivados como materiais estruturais. _________________________________________________________________________________ ABSTRACTThe wood, as well as other construction materials, presents changes in this stiffness and strength when submitted to a long time loading. This phenomenon is important in the analyses resistance capacity of structural materials. Mechanically, the wood behaves as a viscous-elastic solid. However, over time, the structural elements submitted to permanent or cyclic loading presents some deformation, which denotes a viscous-elastic behavior. This characteristic is influenced mainly on the intensity and duration of loading. In this study a review of rheological phenomenon is presented, showing up the causes and effects for a better understanding, which is essential for the appropriate and efficient use of the wood and wood composites as structural materials

Utjecaj tipa ljepila na svojstva LVL ploča izrađenih od plantažnog drva paricá (Schizolobium amazonicum Huber ex. Ducke)

The work aimed at evaluating the influence of the adhesives on physical and mechanical properties of laminated veneer lumber (LVL) boards made from Schizolobium amazonicum plantation trees. This species is native from Amazonia and it is showing fast growing and low density. LVL was produced in three different treatment groups considering the type of adhesive used (Polyvinyl Acetate Crosslinking – PVAc, phenol-formaldehyde – PF and polyurethane – PU). For each treatment, pieces with dimensions of 25 cm x 2.2 cm x 50 cm were produced. The following mechanical and physical properties were then evaluated: static bending modulus of elasticity (EM), modulus of rupture (fM), compression strength parallel to grain (fc,0), shear strength parallel to glue-line (fv,0), shear strength perpendicular to glue-line (fv,90), water absorption and thickness swelling for 2 and 24 h of water immersion. The adhesives used in this study significantly influenced the performance of LVL. Polyurethane adhesive presented better results with respect to physical properties. Phenol-formaldehyde provided greater resistance among the adhesives tested.Rad je usmjeren na vrednovanje utjecaja ljepila na fizikalna i mehanička svojstva lameliranih furnirskih ploča (LVL) izrađenih od drva Schizolobium amazonicum iz plantažnog uzgoja. Vrsta potječe iz Amazone i ima svojstva brzog rasta i male gustoće drva. LVL ploče proizvedene su primjenom triju vrsta ljepila (polivinil acetatnoga - PVAc, fenol-formaldehidnoga - PF i poliuretanskog ljepila - PU). Dimenzije proizvedenih ploča bile su 25 cm x 2,2 cm x 50 cm. Određivana su ova mehanička i fizikalna svojstva: statički modul elastičnosti pri savijanju (EM ), modul loma (fM ), čvrstoća na tlak paralelno s vlakancima (fc,0 ), smična čvrstoća paralelno s linijom lijepljenja (fv,0 ), smična čvrstoća okomito na liniju lijepljenja (fv,90), apsorpcija vode i debljinsko bubrenje nakon 2 i 24 sata potapanja uzoraka u vodi. Istraživanje je pokazalo da ljepilo upotrijebljeno za izradu LVL ploče znatno utječe na njezina svojstva. Poliuretansko ljepilo utjecalo je na bolja fizikalna svojstva, a fenol-formaldehidno ljepilo pokazalo se najotpornijim među istraživanim ljepilima

Surface evaluation of Micropholis venulosa decorativeveneers

O objetivo do trabalho foi avaliar a rugosidade e a molhabilidade da superfície de lâminas de madeira de curupixá (Micropholis venulosa) antes e após o processo de lixamento manual e aplicação de seladora. A rugosidade foi estimada usando-se um rugosímetro; para avaliar a molhabilidade utilizou-se um goniômetro. A rugosidade das lâminas submetidas a lixas de diferentes números de grão abrasivo (180 e 240) diferiu em relação àquelas não lixadas. No entanto, a rugosidade das lâminas lixadas com números de grão abrasivo 180 e 240 não apresentaram diferença significativa entre si, mesmo após a aplicação da seladora. Quanto ao ângulo de contato, o menor valor foi encontrado para as lâminas lixadas com o número de grão abrasivo 240 após a aplicação de seladora. Assim, a aplicação de lixa combinada com produto de acabamento melhora a qualidade de superfície das lâminas, implicando em melhor qualidade do produto acabado.This study aimed to evaluate the roughness and the wettability of Curupixá (Micropholis venulosa) veneers surface before and after manual sanding and application of sealer. The roughness was estimated using a profilometer and the wettability with a goniometer. The roughness of the veneers subjected to different levels of abrasive sandpapering (180 and 240) differed from those not sanded. However, the roughness of sanded veneer with abrasive sandpaper number 180 and 240 showed no significant difference among themselves, even after the sealer application. As for the contact angle, the lowest value was found for the veneers sanded with the number of abrasive sandpaper 240 after applying sealer. Thus, sanding along with finish product improved the surface quality of the veneers, resulting in a better quality of the finished product

Prediction of the properties of LVL produced with paricá (Schizolobium amazonicum Huber ex Ducke) bymeans of stress wave method

Foram avaliadas as propriedades físicas e mecânicas de compósitos LVL produzidos com a madeira de paricá (Schizolobium amazonicum Huber ex. Ducke), por meio de Stress Wave Timer. Os compósitos foram confeccionados em laboratório, dos quais foram retiradas amostras, que foram inicialmente destinadas à realização dos ensaios não destrutivos. Todas as amostras, com dimensões de 2,2 × 2,2 × 40 cm, foram ensaiadas, não destrutivamente, com a propagação de ondas nos sentidos flatwise e edgewise. Em sequência, as mesmas amostras foram destinadas à confecção de subamostras, para realização dos ensaios destrutivos, físicos (absorção de água, inchamento em espessura e inchamento residual) e mecânicos (resistência e rigidez à flexão estática flatwise; resistência e rigidez à flexão estática edgewise; resistência à compressão paralela e resistência ao cisalhamento paralelo e perpendicular). A velocidade de propagação das ondas (V0) e o módulo de elasticidade dinâmico (Emd), obtidos com o auxílio do Stress Wave, foram utilizados para elaboração de modelos de predição das propriedades avaliadas. Os resultados indicaram que o Stress Wave Timer apresenta resultados satisfatórios para predição das propriedades mecânicas de compósitos LVL. Com relação às propriedades físicas, embora tenham sido verificados modelos com ajustes significativos, constatou-se limitação dessa ferramenta para predição desses parâmetros. Contudo, considerando ambas as propriedades, físicas e mecânicas, os melhores ajustes foram observados em amostras ensaiadas com a propagação de ondas no sentido edgewise e com o uso da variável independente Emd.The physical and mechanical properties of the LVL manufactured with paricá (Schizolobium amazonicum Huber ex. Ducke) was evaluated by Stress Wave Timer. The LVL composite was made in laboratory and from them some samples were withdrawn, that were initially destined for the non-destructive tests. All samples with 2.2 × 2.2 ×40 cmwere tested, non-destructively, in the wave propagation direction flatwise and edgewise. Afterwards, the same samples were transformed into subsamples, to be used in destructive tests: physical (water absorption; thickness swelling and residual swelling) and mechanical tests (resistance and rigidity to flatwise static bending; resistance and rigidity to edgewise static bending; resistance to parallel compression and resistance toparallel and perpendicular shearing). The propagation wave velocity (V0) and the dynamic elasticity modulus (Emd), obtained with the support of Stress Wave, were used for modeling the properties. The results showed that the Stress Wave Timer has satisfactory predictions for mechanical properties of LVL. As for the physical properties, although some models had significant settings, it was found limitation of this tool for the prediction of these parameters. However, in bothphysical and mechanicalproperties, the best settings were observed in samples tested with the wave propagation in edgewise direction, using the Em dindependent variable

Ultrasound nondestructive method to predict physical-mechanical properties of LVL made from Schizolobium amazonicum

No presente estudo buscou-se avaliar as propriedades físicas e mecânicas de compostos LVL produzidos com a madeira de paricá (Schizolobium amazonicum Huber ex. Ducke) por meio do ultrassom. Para isso, foram utilizados LVL produzidos em laboratório e destes retiradas amostras para realização dos ensaios não destrutivos. Posteriormente, as mesmas amostras foram destinadas para realização dos ensaios físicos (absorção de água; inchamento em espessura e inchamento residual) ou mecânicos (resistência e rigidez à flexão estática flatwise; resistência e rigidez à flexão estática edgewise; resistência à compressão paralela e resistência ao cisalhamento paralelo e perpendicular). Os dados da velocidade de propagação de ondas e do módulo de elasticidade dinâmico obtidos nos ensaios não destrutivos foram utilizados no ajuste de equações para estimar as propriedades avaliadas. Os resultados obtidos apontaram o uso do ultrassom como uma ferramenta eficaz para a predição da maior parte das propriedades avaliadas. Dentre as variáveis independentes avaliadas, o módulo de elasticidade dinâmico obteve os melhores resultados quando comparado à velocidade de propagação das ondas.This study aimed at evaluating the utilization of ultrasound nondestructive method to estimate physical and mechanical properties of laminated veneer lumber (LVL) manufactured with Schizolobium amazonicum Huber ex. Ducke by ultrasound. For this, LVL boards were manufactured in laboratory. After manufacturing, the boards were nondestructively tested using ultrasound and afterwards the following physical and mechanical properties were assessed: water absorption; thickness swelling residual swelling, flatwise static bending; edgewise static bending; compression strength parallel to grain; shear strength parallel to glue-line; shear strength perpendicular to glue-line. Data about speed of sound and dynamic modulus of elasticity were used in different equations to estimate the properties evaluated. The results showed the use of ultrasound as an effective tool for prediction of most of the properties. Among the independent variables, the dynamic modulus of elasticity obtained the best results when compared to the speed of sound

ESTIMATIVAS DAS PROPRIEDADES FÍSICO-MECÂNICAS DE COMPOSTOS LVL CONFECCIONADOS COM PARICÁ POR MEIO DE ULTRASSOM

http://dx.doi.org/10.5902/1980509821118This study aimed at evaluating the utilization of ultrasound nondestructive method to estimate physical and mechanical properties of laminated veneer lumber (LVL) manufactured with Schizolobium amazonicum Huber ex. Ducke by ultrasound. For this, LVL boards were manufactured in laboratory. After manufacturing, the boards were nondestructively tested using ultrasound and afterwards the following physical and mechanical properties were assessed: water absorption; thickness swelling  residual swelling, flatwise static bending; edgewise static bending; compression strength parallel to grain; shear strength parallel to glue-line; shear strength perpendicular to glue-line. Data about speed of sound and dynamic modulus of elasticity were used in different equations to estimate the properties evaluated. The results showed the use of ultrasound as an effective tool for prediction of most of the properties. Among the independent variables, the dynamic modulus of elasticity obtained the best results when compared to the speed of sound.http://dx.doi.org/10.5902/1980509821118No presente estudo buscou-se avaliar as propriedades físicas e mecânicas de compostos LVL produzidos com a madeira de paricá (Schizolobium amazonicum Huber ex. Ducke) por meio do ultrassom. Para isso, foram utilizados LVL produzidos em laboratório e destes retiradas amostras para realização dos ensaios não destrutivos. Posteriormente, as mesmas amostras foram destinadas para realização dos ensaios físicos (absorção de água; inchamento em espessura e inchamento residual) ou mecânicos (resistência e rigidez à flexão estática flatwise; resistência e rigidez à flexão estática edgewise; resistência à compressão paralela e resistência ao cisalhamento paralelo e perpendicular). Os dados da velocidade de propagação de ondas e do módulo de elasticidade dinâmico obtidos nos ensaios não destrutivos foram utilizados no ajuste de equações para estimar as propriedades avaliadas. Os resultados obtidos apontaram o uso do ultrassom como uma ferramenta eficaz para a predição da maior parte das propriedades avaliadas. Dentre as variáveis independentes avaliadas, o módulo de elasticidade dinâmico obteve os melhores resultados quando comparado à velocidade de propagação das ondas

Efeito do tratamento termo-mecânico sobre as propriedades de compensados de Paricá (Schizolobium amazonicum Huber ex Ducke)

O tratamento termomecânico é uma metodologia para modificação da madeira, onde as amostras são densificadas por meio do calor e da compressão mecânica aplicada perpendicularmente às fibras, que submetidas a diversas combinações de tempo, temperatura e pressão aumentam a densidade da madeira e assimmelhoram algumasde suas propriedades. Opresente trabalho tevecomo objetivo tratar termomecanicamente compensados de paricá e observar os efeitos nas suas propriedades físicas e mecânicas. Os corpos-de-prova foram submetidos a dois tratamentos: a 120ºC e a 150ºC, mantidos sob pressão por sete minutos e, posteriormente, sob pressão zero, por quinze minutos. Os resultados mostraram que houve aumento significativo da massa específica de 0,48g/cm3 para, em média, 0,56 g/cm3, e a taxa de compressão foi de 31,7% em média. As propriedades físicas também variaram significativamente, e os resultados mostraram que as amostras tratadas incharam e absorveram mais água que as testemunhas, levando a uma maior TNRE (taxa de não-retorno em espessura). Isto indica que os tratamentos térmicos propostos não liberaram as tensões internas de compressão geradas durante a prensagem do painel, não melhorando sua estabilidade dimensional. As propriedades mecânicas, por sua vez, foram afetadas positivamente, levando a um aumento de 27,5% e 51,8% do MOR após os tratamentos a 120ºC e a 150ºC, respectivamente. O MOE e o cisalhamento na linha de cola não variaram estatisticamente e, a dureza Janka, ficou 29,7% maior após o tratamento a 150ºC.Thermo-mechanical treatment is a technique for wood modification in which samples are densified by means of heat and mechanical compression, applied perpendicularly to fibers, which under different combinations of time, temperature, and pressure increases wood density and thus improve some of its properties. This study aimed to treat thermo-mechanically parica plywood and observe the effects on its physical and mechanical properties. Specimens were submitted to two treatments, 120 and 150 ºC, remaining under pressure for seven minutes and, subsequently, under zero pressure for 15 minutes. Results showed a significant increase in specific mass from 0.48 g cm-3 to an average of 0.56 g cm-3, and a compression ratio of about 31.7% on average. Physical properties also varied significantly and results showed that treated samples swelled and absorbed more water than those untreated, leading to a greater thickness non-return rate. This indicates the proposed thermal treatments did not release the internal compressive stress generated during panel pressing, not improving its dimensional stability as a result. On the other hand, mechanical properties were positively affected, leading to an increase of 27.5% and 51.8% in modulus of rupture after treatments at 120 and 150 ºC, respectively. Modulus of elasticity and glue-line shear strength did not vary statistically and Janka hardness was 29.7% higher after treatment at 150 ºC

EFEITO DA GRAMATURA SOBRE A RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DA LINHA DE COLA DE DUAS MADEIRAS TROPICAIS: SERU (Allantoma lineata) E MARUPÁ (Simarouba amara)

This study aimed at studying the effect of the glue spread rate on bonding strength of two tropical woods: Seru (Allantoma lineata) and Marupá (Simarouba amara). All the shear tests were acomplished according to the Brazilian Design Code NBR 7190 (ABNT, 1997), for each specie and on two kinds of mixtures of these species. For both species they were also done tests to verify the parallel shear strength in solid woods. Using these tests, they were determined the shear strength and the percentage of wood failure for each specie and for their mixtures, using the followings amounts of glue: 200, 300 and 400 g.m-2. Afterwards, the best statistic obtained model, relating the amounts of glue to the woods cited above, was the quadratic model. The best shear strength was obtained around 300 g.m-2 and was considered not significant at the level of 5% of probability only for a unique kind of mixture, where Seru receives direct tension of the press machine. The highest shear strength average, 9,46 MPa, was obtained for the Seru wood bonding junction. For both species the amounts of glue 300 and 400 g.m-2 met the NBR 7190 requirement, which states that the efficiency of the adhesive strength must be above 90% in comparison to the solid wood.Este trabalho teve como objetivo principal estudar a influência da gramatura do adesivo resorcinol-formaldeído na união de peças de madeira, visando à produção de madeira laminada colada (MLC) de duas espécies, seru (Allantoma lineata) e marupá (Simarouba amara), e da mistura entre elas. Foram realizados testes de cisalhamento na linha de cola conforme a NBR 7190 (1997), bem como foi calculada a percentagem de falha na madeira para as duas espécies e para dois tipos de mistura entre elas nas gramaturas 200, 300 e 400 g.m-², além de testes de cisalhamento longitudinal das madeiras sólidas. As espécies e misturas se correlacionam com a gramatura através de um modelo quadrático, no qual a maior resistência foi obtida próximo à gramatura de 300 g.m-2, não sendo significativo ao nível de 5% de probabilidade apenas para a mistura na qual a madeira de seru recebeu o esforço direto da prensa. Os resultados mostraram que a ligação adesivo-madeira foi mais eficiente para a espécie marupá, de baixa densidade. Entretanto, a maior média de resistência ao cisalhamento (9,46 MPa) foi obtida para a colagem da espécie seru. Para ambas as espécies, as gramaturas 300 e 400 g.m-2 atingiram o requisito da NBR 7190, que estabelece que a eficiência do adesivo deve ser superior a 90%. Os resultados indicaram a possibilidade de mistura de ambas as espécies. Palavras-chave: Madeira laminada colada; gramatura; Allantoma lineata; Simarouba amara.   Abstract Effect of the spread rate on glue shear strength of two tropical hardwoods: seru (Allantoma lineata) and marupá (Simarouba amara). This study aimed at studying the effect of the glue spread rate on bonding strength of two tropical woods: Seru (Allantoma lineata) and Marupá (Simarouba amara). All the shear tests were acomplished according to the Brazilian Design Code NBR 7190 (ABNT, 1997), for each specie and on two kinds of mixtures of these species. For both species they were also done tests to verify the parallel shear strength in solid woods. Using these tests, they were determined the shear strength and the percentage of wood failure for each specie and for their mixtures, using the followings amounts of glue: 200, 300 and 400 g.m-2. Afterwards, the best statistic obtained model, relating the amounts of glue to the woods cited above, was the quadratic model. The best shear strength was obtained around 300 g.m-2 and was considered not significant at the level of 5% of probability only for a unique kind of mixture, where Seru receives direct tension of the press machine. The highest shear strength average, 9,46 MPa, was obtained for the Seru wood bonding junction. For both species the amounts of glue 300 and 400 g.m-2 met the NBR 7190 requirement, which states that the efficiency of the adhesive strength must be above 90% in comparison to the solid wood.Keywords: Glued-laminated timber; glue amount; Allantoma lineate; Simarouba amara

Predicting flexural properties of six Amazonian hardwoods using stress wave nondestructive method

A utilização de técnicas não-destrutivas (NDT) pode incrementar o nível de informação tecnológica sobre espécies de madeira conhecidas, bem como daquelas ainda não estudadas. A principal vantagem das técnicas NDT é que são rápidas e várias medidas podem ser feitas, melhorando assim o nível de confiança dos resultados. Nesse contexto, o trabalho objetivou avaliar a viabilidade de utilização da técnica de ondas de tensão na estimativa de propriedades de flexão de seis espécies de madeiras amazônicas. As espécies foram escolhidas com base na sua densidade: Balfourodendron riedelianum, Cedrela fissilis, Cordia goeldiana, Bowdichia virgilioides, Dipteryx odorata and Tabebuia sp. Foram obtidas vinte amostras por espécie nas dimensões segundo ASTM D143-94 para a determinação das propriedades de flexão, totalizando assim 120 amostras. Antes do ensaio destrutivo em flexão estática, as amostras foram avaliadas não-destrutivamente por meio da técnica de ondas de tensão para a determinação do módulo de elasticidade dinâmico e a velocidade de propagação das ondas tensão. De acordo com os resultados, os modelos de regressão foram altamente significativos para a predição das propriedades de flexão do conjunto de espécies. Dessa forma, pode-se concluir que o método é adequado para predizer as propriedades de flexão onde há variação, por exemplo, entre espécies. No entanto, quando a variabilidade é baixa, como dentro da espécie, os modelos apresentaram baixa previsibilidade.The utilization of non-destructive testing (NDT) can augment the technological information about well-known wood species, as well as those which have not yet been investigated. The main advantage is that NDT methods are fast, and many measures can be undertaken to improve the confidence level of the evaluation. In this context, the paper aims to study the feasibility of the stress wave method to estimate flexural properties of six Brazilian tropical woods. The species were chosen according to density: Balfourodendron riedelianum, Cedrela fissilis, Cordia goeldiana, Bowdichia virgilioides, Dipteryx odorata and Tabebuia sp. Twenty samples from each species were cut and tested according to ASTM D143-94 (2000) to determine flexural properties, totaling 120 samples. Before mechanical testing, the samples were non-destructively tested by using the stress wave method, and their dynamic modulus of elasticity (Ed) and wave velocity (w v) were determined. Stepwise multiple linear regression analysis was run to select the best variables for estimating the flexural properties. According to the results, the models generated had higher values of R². Thus, it can be concluded that the stress wave method is suitable for predicting flexural properties where there is wood variability, for instance among species. On the other hand, when the variability is low, for instance within wood species, the models generated had low predictability