Norge

No ensaio de resistência à micro-perfuração (também denominado de perfuração controlada), a integridade interna da tora é inspecionada medindo-se a resistência da madeira à perfuração por uma broca de pequeno diâmetro.

O equipamento comercial que realiza esse ensaio é denominado Resistograph® e é produzido pela empresa alemã IML (Figura 2.2a).

O equipamento perfura a tora com velocidade de avanço constante e mede o torque necessário para a perfuração da madeira. O resultado é plotado num gráfico de resistência à perfuração contra a profundidade da broca (Figura 2.2 b).

a) b)

Figura 2.2 – Resistograph: a) Foto do aparelho; b) Gráfico obtido com o equipamento.

Fontes: (a) Shepard (2007); (b) IML (2008).

O diâmetro da broca é muito pequeno, cerca de 1,5 mm, permitindo que o teste seja pouco invasivo e não cause nenhum dano estrutural.

A resistência à micro-perfuração é eficiente na detecção e na determinação da extensão, mesmo em estágios iniciais, de podridão no interior das toras. Entretanto, é necessário prever a posição das zonas comprometidas para realizar a perfuração na direção da região possivelmente danificada pela podridão (WANG et al, 2005).

No caso de postes, a região mais susceptível à podridão é a zona de afloramento. Por isso, o ensaio de micro-perfuração geralmente é realizado nesse local (Figura 2.3).

Figura 2.3 – Ensaio de micro-perfuração na zona de afloramento de um poste.

Fonte: IML (2008).

A resistência à micro-perfuração pode ser correlacionada com a densidade. Muitos trabalhos relatam resultados obtidos com a correlação da resistência medida no Resistograph com a densidade.

Costello & Quarles (1999) avaliaram o uso da técnica de micro-perfuração na estimativa da densidade aparente verde das espécies Eucalyptus globulus e Ulmus glabra. Para verificar a possibilidade de empregar uma furadeira comum no ensaio, os autores usaram dois aparelhos Resistograph e mais quatro furadeiras portáteis Dewalt modelo XR2 com baterias de 18 V. A Tabela 2.7 mostra os coeficientes de correlação obtidos entre a resistência à perfuração e a densidade aparente verde.

Costello & Quarles (1999) concluem que, embora ambos os equipamentos possam ser utilizados na detecção da podridão, o Resistograph mostrou-se mais confiável do que a furadeira portátil.

Ceraldi et al (2001) empregaram a técnica da micro-perfuração para avaliar as características mecânicas de vigas roliças de beech (Fagus sylvatica L) com diâmetro de 210 mm. Os autores observaram um coeficiente de determinação de 0,67 na correlação entre resistência à micro-perfuração e a densidade.

Tabela 2.7 – Coeficientes de correlação entre a densidade aparente verde e a resistência à perfuração com o Resistograph e com furadeira comum.

Coeficiente de correlação (r) Teste

Ulmus glabra Eucalyptus globulus

Resistograph 1 0,993*** 0,982*** Resistograph 2 0,975*** 0,977*** Furadeira 1 0,344ns 0,729*** Furadeira 2 0,913*** 0,887*** Furadeira 3 0,972*** 0,930*** Furadeira 4 0,926*** 0,820*** ns – não significativo *** p<0,001

Fonte: Costello & Quarles (1999).

Gantz (2002) avaliou o uso do Resistograph na estimativa da densidade da madeira das espécies Pinus radiata, Pinus caribaea, Eucalyptus globulus e Eucalyptus urophylla. O autor observou coeficiente de determinação variando de 0,30 e 0,78 entre a resistência à micro-perfuração e a densidade. Para Gantz (2002), a correlação com a densidade também deve levar em conta o teor de umidade da madeira.

Feio et al (2005) realizaram um estudo semelhante, porém usando a espécie Castanea

sativa Mill, e encontraram para o R2 um valor médio de 0,78. Os autores salientam que devido à subjetividade dos resultados apresentados pelo Resistograph, o conceito de suas medições precisa ser revisado para reduzir os erros de leitura e melhorar a interpretação dos gráficos obtidos com o aparelho.

A observação de Feio et al (2005) tem fundamento, uma vez que a resistência à micro- perfuração plotada no gráfico do Resistograph é adimensional e, portanto, tem caráter apenas qualitativo.

Uma das maiores vantagens da técnica de micro-perfuração é a possibilidade de realizar inspeções de elementos estruturais em serviço. Devido a essa característica, essa técnica também vem sendo empregada na avaliação de estruturas de madeira serrada. Vale et

al (2006), por exemplo, empregaram a técnica da micro-perfuração para estimar o estado de

deterioração de treliças da cobertura de um laboratório construído em 1772 na Universidade de Coimbra (Figura 2.4).

Os autores observaram que o Resistograph é útil na avaliação da integridade de seções transversais e que por comparação de perfis de diferentes furos na mesma peça pode-se avaliar a extensão da podridão ou confirmar a ocorrência de galerias de insetos. Porém, Vale

et al (2006) ressaltam que são necessárias mais pesquisas para que se possa relacionar os

resultados do Resistograph com os valores de resistência ou densidade da madeira.

(a) (b)

Figura 2.4 – Ensaio de micro-perfuração em treliça de edificação antiga: a) treliças inspecionadas; b) Ensaio de micro-perfuração.

Fonte: Vale et al (2006).

Tarcísio Lima et al (2007) testaram o Resistograph para a estimativa da densidade básica de sete clones de Eucalyptus sp com 16 anos de idade. Os autores verificaram que a estimativa da densidade básica média resultou em um ajuste significativo pelo modelo de regressão linear para cinco dos sete clones como mostra a Figura 2.5.

Figura 2.5 – Correlação entre resistência à micro-perfuração e densidade.

Fonte: Tarcísio Lima et al (2007).

Stambaugh et al (2008) investigaram o uso do Resistograph na identificação de podridão e danos causados por incêndios em seções transversais cortadas de troncos da espécie Quercus sp. Ao todo foram cortadas 58 fatias dos troncos sendo, 28 da espécie

Quercus alba L, 22 fatias da espécie Quercus velutina Lam e mais 8 fatias da espécie Quercus coccinea Munchh.

Após a extração, as fatias foram perfuradas com o Resistograph como mostra a Figura 2.6a. A resistência medida pelo aparelho foi confrontada com o estado da madeira em cada disco como mostra a Figura 2.6b.

(a) _(b)

Figura 2.6 – Ensaio de micro-perfuração na espécie Quercus sp: a) perfuração das seções dos troncos; b) comparação da resistência à perfuração com o estado da madeira.

Fonte: Stambaugh et al (2008).

Stambaugh et al (2008) concluem que o Resistograph permite a identificação de defeitos de forma rápida (menos de 1 minuto por furo), embora não seja capaz de diferenciar entre a podridão e a madeira carbonizada.

2.1.1.4.Tomografia

Tomografia é o nome genérico dado a todo processo de obtenção de uma imagem da seção transversal de um objeto por princípios de transmissão e reflexão de sinais emitidos de diferentes fontes posicionadas em vários ângulos em torno do objeto (KAK & SLANEY, 2001). A imagem obtida por esses princípios é denominada tomograma.

Os sinais utilizados para a geração do tomograma podem ocupar um amplo espectro de frequências como ultrassom, micro-ondas, raios X, etc.

A obtenção da imagem tomográfica pode ser melhor compreendida quando comparada com geração da imagem em um aparelho convencional de raios X.

A imagem mostrada pelos equipamentos de raio X é basicamente uma sombra obtida pela iluminação do objeto por uma fonte radioativa. O alto nível de energia dos raios X

permite que os seus feixes passem através da maioria dos materiais como, por exemplo, as partes moles do corpo humano.

Entretanto, as imagens obtidas pelas sombras dão uma visão incompleta da forma do objeto. A Figura 2.7 ilustra o exemplo da projeção de dois cilindros em planos diferentes. Observa-se que a projeção no plano esquerdo não revela a presença do cilindro de menor diâmetro posicionado a frente do cilindro maior.

Figura 2.7 – Projeção de objetos em diferentes planos.

A formação de uma imagem tomográfica tem como princípio a construção de uma imagem tridimensional do objeto a partir das imagens das projeções em diversos planos.

Em um tomógrafo usado em exames médicos o feixe de radiação move-se ao redor do paciente, registrando as projeções em centenas de ângulos diferentes. O computador do aparelho utiliza um algoritmo de reconstrução de imagens e a partir dos sinais captados forma uma imagem tridimensional do corpo humano.

O problema de reconstrução de imagens é puramente matemático e o primeiro artigo a tratar desse assunto foi publicado por Radon2 (1917) apud Kak & Slaney (2001).

Segundo Bucur (2005), as três principais técnicas usadas na construção de imagens tomográficas são: técnicas de transformação, técnicas iterativas e técnicas de inversão direta.

Além das aplicações na medicina, a geração de imagens tomográficas também encontrou aplicações no campo da AND, sendo usada, por exemplo, na área de engenharia florestal como uma ferramenta para auxiliar na avaliação das condições das árvores. Assim, a partir da geração das imagens tomográficas, pode-se identificar árvores que estão comprometidas e decidir por sua derrubada.

2

RADON, J. Uber die Bestimmung von Funktionen durch ihre Integralwerte längs gewisser Mannigfaltigkeiten, Ber. Verh. Sächs. Akad. Wiss. Leipzig, Math. Nat. kl. 69, 262-277. 1917.

A avaliação de toras de madeira por imagens tomográficas não é novidade. Os trabalhos de Habermehl et al 3 (1986) e Wagner et al 4 (1989) ambos citados por Divós & Szalal (2002) relatam respectivamente a inspeção de árvores e de toras de madeira empregando a técnica da tomografia computadorizada.

Entretanto, a técnica da tomografia computadorizada é pouco difundida e, segundo Divós & Szalal (2002), as razões para isso se devem, entre outros, ao receio em trabalhar com raios X ou raios gama, à necessidade de um bom controle e regulação das fontes radioativas e principalmente ao custo relativamente elevado dos equipamentos.

A técnica da tomografia computadorizada, apesar de pouco utilizada, fornece excelentes informações. Na Figura 2.8 pode ser observada uma imagem obtida com a aplicação da técnica da Tomografia Computadorizada (TC) em uma tora da espécie fir. A resolução da imagem é de 1 mm permitindo que características importantes na qualidade da madeira como fendas, nós e quantidade de anéis de crescimento sejam perfeitamente visíveis.

Figura 2.8 – Tomograma de uma tora da espécie fir.

Fonte: Divós & Szalal (2002)

Entre os principais trabalhos destinados à aplicação da tomografia na AND de toras de madeira podem-se citar:

Socco et al (2000) avaliaram a correlação entre as imagens geradas pelo tomógrafo ultrassônico PUNDIT (Portable Ultrasonic Non-destructive Digital Indicating Testing) com

3

HABERMEHL, A.; RIDDER, H.W.; SCHMIDT, S. Mobiles Computer-Tomographie –Great zur Untersuchung ortsfester Objecte In Atomkernenergia-Kerntechnik, 48 (2), 94-99. 1986.

4

WAGNER, F.; TAYLOR, F. ; LADD, D. Ultrafast CT scanning of logs for internal defects. In Proc. of the 7th International Nondestructive Testing of Wood Symposium, Pullman WA, USA, 221-229. 1989.

as propriedades mecânicas de seções de toras e observaram que as imagens tomográficas mostraram boa correlação com as propriedades mecânicas da madeira.

Nicolotti et al (2003) testaram as técnicas de tomografia elétrica e ultra-sônica para a detecção de podridão em árvores. Os autores observaram que foi possível detectar defeitos com dimensões da ordem de 5 cm com o equipamento de ultrassom ajustado para a frequência de 54 kHz. Verificaram ainda que a casca da árvore pode atenuar o sinal e atrapalhar o ensaio. Outro ponto observado foi que os furos necessários para a inserção dos eletrodos da tomografia elétrica servem futuramente como caminho para os fungos penetrarem no interior da tora.

Steele & Cooper (2004) desenvolveram um sistema que permite a geração de imagens tridimensionais de postes de madeira. O equipamento foi patenteado e é denominado pelos autores de “Through –Log Density Detector - TLDD”. A Figura 2.9 mostra os eletrodos do equipamento.

Figura 2.9 – Foto dos eletrodos tipo escova do sistema TLDD.

Fonte: Cooper et al (2008).

Bucur (2005) avaliou a qualidade da madeira de árvores da espécie “beech” com um sistema portátil de tomografia ultrassônica. As medições foram feitas nas alturas de 36 cm, 84 cm e 1,38 m em relação ao nível do solo. A emissão dos pulsos ultrassônicos foi feita em 16 posições em torno da circunferência dos troncos. A Figura 2.10 mostra a imagem tomográfica tridimensional obtida a partir da reconstrução das imagens bidimensionais obtidas nas diferentes alturas.

Figura 2.10 – Imagem tomográfica 3D de uma seção do tronco de uma árvore.

Fonte: Bucur (2005).

Bucur (2005) conclui que, empregando-se 16 pontos de emissão, a tomografia ultrassônica pode detectar defeitos com dimensões a partir de 4 cm, e afirma que essa resolução é conveniente para a inspeção de árvores em parques, jardins públicos bem como em postes e outros elementos estruturais.

Cooper et al (2008) testaram o sistema TLDD na detecção de madeira juvenil em toras realizando imagens tomográficas a distâncias de 25,4 cm ao longo do comprimento das toras. Foram empregados 8 sensores. Os autores observaram que as imagens geradas pelo TLDD demonstraram uma estimativa inferior (cerca de 37%) para a área de madeira juvenil em relação ao método da TC. A Figura 2.11 mostra uma imagem obtida nos ensaios na qual se observa a madeira juvenil (em vermelho) e a presença de nós.

(a) (b)

Figura 2.11 – Imagem tomográfica mostrando nós internos: a) Tomografia Computadorizada; b) Equipamento TLDD.

Fonte: Cooper et al (2008).

Deflorio et al (2008) investigaram a possibilidade da técnica de tomografia acústica detectar diferentes tipos de podridão nos estágios iniciais em troncos de árvores. Os autores utilizaram o equipamento Picus acoustic tomography. As espécies estudadas foram o

podridão na superfície das toras, porém é possível observar redução na velocidade do som em regiões acometidas por fungos.

No tomógrafo ultrassônico as imagens são reconstruídas a partir da medição de diferentes parâmetros da onda como: tempo de percurso, amplitude, espectro de frequências, fase, etc (BUCUR, 2004).

A presença de podridão no caminho do sinal entre o transdutor emissor e o transdutor receptor resulta na redução da velocidade de propagação da onda em relação à madeira sã. Partindo desse princípio e realizando múltiplas medições em torno da circunferência da tora é possível formar a imagem 2D de um corte transversal da região da tora comprometida com podridão. A Figura 2.12 mostra como o sinal ultrassônico é desviado quando encontra um defeito em seu caminho.

Figura 2.12 – Desvio dos sinais ultrassônicos por um defeito.

Fonte: Fakopp Enterprise (2008).

A empresa Fakopp Enterprise produz um equipamento para a avaliação não-destrutiva de toras in vivo utilizando a técnica da tomografia acústica. O aparelho denominado Fakopp 2D gera a imagem da seção transversal do tronco da árvore como mostra a Figura 2.13. Para isso, deve-se posicionar os sensores em torno do tronco.

a) b)

Figura 2.13 – Tomografia ultrassônica de um tronco de Lindentree: a) posicionamento dos sensores; b) imagem gerada pelo Fakopp 2D.

Quanto maior o número de transdutores melhor será a resolução da imagem. A Tabela 2.8 mostra alguns arranjos possíveis no posicionamento dos transdutores.

Tabela 2.8 – Alguns dos possíveis arranjos no ensaio de tomografia ultrassônica.

Arranjo

Número de pontos 4 5 6 7 8

Menor defeito detectado

(% do diâmetro da tora) 8 6 3 4 1

Fonte: Divós & Szalal (2002)

Outro fator que afeta a resolução da imagem é a frequência do sinal. Imagens de melhor resolução são conseguidas com sinais de frequências maiores. Entretanto, os sinais de alta frequência possuem grande atenuação na madeira (BUCUR, 2005).

De acordo com Bucur (2004), os equipamentos de tomografia para AND de toras de madeira operam com frequências entre 50 kHz a 5 MHz.

A Figura 2.14a mostra como os transdutores são posicionados no tronco da árvore e a Figura 2.14b mostra o transdutor do aparelho Fakopp 2D.

a) b)

Figura 2.14 – a) Posicionamento dos transdutores ultrassônicos no tronco de uma árvore; b) transdutor ultrassônico do aparelho Fakopp 2D.

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