Desenvolvimento de equipamento para avaliação em campo da dureza de madeiras para dormente ferroviário

Abstract

A propriedade mecânica denominada dureza é largamente utilizada na especificação de materiais, nos estudos e pesquisas mecânicas e metalúrgicas e no controle de qualidade de diversos materiais. No caso particular da madeira, dentre as diversas propriedades mecânicas empregadas como ferramentas para avaliação da sua qualidade e de seu potencial tecnológico, tem destaque a dureza Janka, que avalia a relação entre uma força de penetração superficial de uma pequena esfera de aço na madeira e a endentação promovida por essa esfera. Constitui-se em ensaios simples, rápido, e com boas correlações com a resistência à compressão paralela às fibras da madeira, referência maior na classificação estrutural deste material. Mais recentemente, trabalhos internacionais reportaram o uso da dureza Brinell para avaliação de madeiras. Além das vantagens já reportadas para a dureza Janka, a dureza Brinell traria a facilidade de realização dos ensaios em condições de campo, sobretudo pela menor magnitude dos esforços envolvidos na cravação do endentador na superfície do material. Dando continuidade a estudos já desenvolvidos, este trabalho teve como objetivo estudar critérios ou práticas, aplicáveis no campo e em exemplares individuais, para a qualificação mecânica de algumas espécies de madeira com a finalidade de classificação, e aprovação ou reprovação de lotes de dormentes de madeira para uso ferroviário. Os estudos iniciais conduziram ao projeto e desenvolvimento de equipamento para avaliação em campo da dureza de madeiras – Durômetro portátil para madeiras embasado, no geral, na metodologia Brinell com mensuração dos diâmetros da calota endentada no material sob análise. Os ensaios de teste funcional e de calibração do equipamento foram conduzidos utilizando-se 16 lotes de madeiras de reflorestamentos e nativas, dentre elas E.citriodora, E. tereticornis, E. saligna, E. urophylla, E. grandis, Goupia glabra (Cupiúba) e Bagassa guianenses (Tatajuba), variando-se, além das espécies, as procedências. Cada lote foi amostrado com 12 exemplares. Os ensaios de calibração, conduzidos com as madeiras na umidade de recebimento consistiram de testes laboratoriais de referência (compressão paralela, densidade e dureza Janka), seguindo-se metodologias de normas técnicas da ABNT e testes com uso do equipamento desenvolvido. A análise dos resultados foi encaminhada com o estabelecimento de correlações de regressão entre a dureza avaliada pelo equipamento e as outras propriedades de interesse para a madeira. Os resultados obtidos revelaram a grande funcionalidade e baixo custo do equipamento, quando comparado às alternativas comercialmente disponíveis. O equipamento revelou boa repetitividade de leituras e, para a energia de endentação de 200kgf.mm, boa correlação com os resultados de dureza Janka e bom desempenho no processo de classificação de madeiras, o que o abonam como instrumento para avaliação em campo da dureza de madeiras.

The mechanical property called hardness is largely used in material specifications, in mechanical and metallurgical studies and research and in the quality control of several kinds of materials. Specifically for timber, among the several mechanical properties used as tools for its quality control and technological potential, Janka hardness, which evaluate the relation between a superficial penetration force of a small steel sphere in wood and the indentation produced by such sphere, are highlighted. It is constituted by simple, quick and easily performed test, with good correlations with the compression parallel to grain strength, a high reference in structural classification for this material. More recently, international studies have reported the use of Brinell hardness for timber assessment. Besides the advantages previously mentioned for Janka hardness, the Brinell one would make it easier to perform the tests in field conditions, especially for its lower magnitude in terms of the involved loads. Continuing studies already developed with such property for timber, this work had the objective of studying criteria or practices applicable on field and in individual wood elements, for the mechanical qualification of some timber species towards its classification, and approval or failing of timber sleeper lots for rail usage. The initial studies led to the project and development of an equipment for timber hardness field evaluation - portable Hardometer for timber. The functional and calibration test of the equipment were carried out using 16 native and exotic timber lots, among there E.citriodora, E. tereticornis, E. saligna, E. urophylla, E. grandis, Goupia glabra (Cupiúba) and Bagassa guianenses (Tatajuba), with variation of origins beyond species. Each lot had 12 specimens. The calibration tests, performed with timber on its moisture above the FSP (fiber saturation point), consisted of reference laboratory tests: compression parallel to grain, density and Janka hardness, (following ABNT Brazilian codes) and tests using the developed equipment. The result analysis was carried out with the regression correlations between the hardness evaluated by the equipment and other properties of interest for timber. The results revealed the great functionality, usefulness and low cost of the equipment, when compared to the commercially available alternatives. The equipment also revealed good repetition of measurements and, for energy indentation of 200 kgf.mm, good linear correlation with Janka hardness and good performance on wood classification procedure, that approve it as portable instrument for field evaluation of wood hardness.