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Nanoendentações na parede celular: relações entre propriedades nanomecânicas e o fendilhamento na madeira de Eucalyptus grandis
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Universidade Federal de Lavras
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Departamento de Ciências Florestais
Programa de Pós-Graduação
Programa de Pós-graduação em Ciência e Tecnologia da Madeira
Agência de fomento
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Tipo de impacto
Áreas Temáticas da Extenção
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
Dados abertos
Resumo
Neste trabalho, foram estudadas as relações entre propriedades mecânicas da parede celular e a resistência da madeira ao fendilhamento, buscando melhor compreender o processo de formação desse tipo de rachadura, que é muito comum na madeira de Eucalyptus. O objetivo da tese foi esclarecer as relações entre a resistência mecânica da madeira ao fendilhamento e propriedades mecânicas da parede celular, parâmetros dos vasos, teor de lignina, densidade da madeira. Para isso, duas árvores de Eucalyptus grandis foram abatidas com 22 anos de idade e corpos de prova para o ensaio de fendilhamento foram produzidos para determinação da resistência da madeira ao surgimento desse tipo de rachadura. A partir desses corpos de prova, foram realizados ensaios para determinação da dureza, módulo de elasticidade e razão de ductilidade da parede celular para avaliar sua relação com a resistência ao fendilhamento. Amostras também foram retiradas para determinação da densidade básica, área média do vaso, área percentual de vasos e teor de lignina na madeira, visando o ajuste de modelos matemáticos que expliquem a variação da resistência da madeira ao fendilhamento. Os resultados apontaram que quanto maiores forem a densidade básica e o teor de lignina, maior tende a ser a resistência ao fendilhamento. Entretanto, quanto maiores forem a área média do vaso e a porcentagem de área ocupada pelos vasos na superfície transversal da madeira, menor será sua resistência ao fendilhamento. O modelo de regressão linear múltiplo é capaz de estimar a resistência da madeira ao fendilhamento em função do teor de lignina, da área média do vaso e da área percentual de vasos. O módulo de elasticidade efetivo da parede celular das fibras se relaciona positivamente com a resistência da madeira ao fendilhamento. De modo semelhante ao módulo de elasticidade efetivo, a dureza da parede celular das fibras tem relação positiva com a resistência da madeira ao fendilhamento. A caracterização nanomecânica das células presentes na madeira de E. grandis mostrou que é possível estimar a dureza da parede celular a partir do módulo de elasticidade reduzido por meio de um modelo de regressão linear simples.
Abstract
In this work, the relations between mechanical properties of the cell wall and the wood strength to the cleavage were studied, aiming to better understand the formation process of this type of crack, which is very common in Eucalyptus wood. The aim of the thesis was to clarify the relations between the wood strength to the cleavage and mechanical properties of the cell wall, vessels parameters, lignin content and density of the wood. For this, two trees of Eucalyptus grandis were felled at 22 years of age and test specimens for the cleavage test were produced to determine the wood strength to the appearance of this type of crack. From these specimens, tests were carried out to determine the hardness, modulus of elasticity and ductility ratio of the cell wall to evaluate its relation with the strength to the cleavage. Samples were also produced to determine the basic density, mean area of the vessel, percentage area of vessels and lignin content in wood, aiming the fitting of mathematical models that explain the variation of the wood strength to the cleavage. The results showed that higher basic density and lignin content is related with the increase of the wood strength to the cleavage. However, higher mean area of the vessel and percentage area occupied by the vessels on the transversal surface of wood is related with the decrease of its strength to the cleavage. The linear multiple regression model is able to estimate the wood strength to the cleavage as a function of the lignin content, mean area of the vessel and percentage area of vessels. The effective modulus of elasticity of the fibers cell wall is positively related to the strength to the cleavage of the wood. Similar to the effective modulus of elasticity, the hardness of the fibers cell wall has a positive relation with the strength to the cleavage of the wood. The nanomechanical characterization of the cells present in the E. grandis wood showed that it is reliably possible to estimate the cell wall hardness based on the reduced modulus of elasticity.
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SOARES, B. C. D. Nanoendentações na parede celular: relações entre propriedades nanomecânicas e o fendilhamento na madeira de Eucalyptus grandis. 2019. 65 p. Tese (Doutorado em Ciência e Tecnologia da Madeira)–Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2019.