Análise do mecanismo de ruptura em flexão estática em madeira por meio da técnica de velocimetria por imagem de partículas

Abstract

Todo corpo sólido sofre deformações quando determinada força é aplicada sobre ele. A análise de qualquer estrutura sólida somente é possível conhecendo-se os esforços que o material suporta. Para isso, são feitos testes com máquina universal de ensaios mecânicos que possibilitam observar quando o material começa a se deformar. Porém, por meio destes testes não é possível avaliar com clareza quais partes do material começam a sofrer as primeiras deformações, como no caso de materiais heterogêneos. Entre as tecnologias não destrutivas para análises de materiais, em especial de materiais biológicos, existem ou estão disponíveis as ferramentas de iluminação e captura de imagens, entre elas a particle image velocimetry (PIV), que utiliza um speckle laser. Objetivou-se, neste trabalho, avaliar, de forma qualitativa, a elasticidade da madeira por meio da técnica óptica do sunset laser. De forma específica, objetivou-se a proposição de um protocolo para a sua adoção em estruturas de madeira, sem a necessidade de desmontá-la, buscando testar técnicas diversas de análise de imagens. O laser iluminou as superfícies dos corpos de prova paralelamente às superfícies, de forma similar ao fenômeno do por do sol em cadeias de montanhas, a fim de observar suas irregularidades. Essa técnica foi denominada de sunset laser. Após a captura, as imagens foram implementadas no software image j (software livre). As imagens foram transformadas em matrizes de frequências red, green e blue e utilizou-se uma frequência green para análise da PIV. A escolha foi feita pelo fato de os fenômenos em estudo se encontrarem presentes nessa faixa de frequência. Para o estudo da deformação em sólidos, utilizou-se uma série de testes de deformação em madeiras de Hymenolobium sericium, Eucaliptus e Pinus, e com a máquina universal de ensaios mecânicos e a PIV, simultaneamente. A cada imagem adquirida para a PIV, observou-se a força correspondente na máquina universal. Analisando-se as imagens resultantes, observou-se que a PIV foi consistente e pode, inclusive, mostrar em quais partes a madeira estava sujeita a uma maior força e, consequentemente, em que sofreu maior deformação.

Solid material present deformations when a certain force is applied on it, and those deformations are related to many characteristics of the material. Particularly in wood the knowledge of the deformations is relevant to evaluate the behavior of that complex material. In order to characterize the behavior of a wood piece under some forces the Universal Testing Machine is considered the standard method. However, by means of these tests it is not possible to identify the different deformations within the material since wood is a part of the heterogeneous body. Among the non destructive technologies for materials analysis, especially the biological ones, there are available optical tools. The objective of this study was to evaluate, in a qualitative way, the map of deformation of the wood through the technique of optical laser sunset associated with the particle image velocimetry technique. In addition, it aimed to propose a protocol for its adoption in wooden structures, without the need to disassemble, or destroy it. The laser lightened the sample surfaces of the specimens parallel to the surface, similar to the sunset phenomenon on mountain chains, in order to observe their irregularities of the surface creating many artificial grains. The images were splitted into red, green and blue outputs adopting green the frequency analyses of PIV. For the study of deformation in wood, we used a series of tests in three species Hymenolobium sericium, Eucalyptus and Pinus, with Universal Mechanical testing Machine and PIV simultaneously. To each image acquired, it was observed a corresponding force in the Universal Machine. Analyzing the resulting images, it was seen that the PIV was consistent, and could even show which parts of wood was subject to higher deformation creating an output map of wood deformation.