Basic density prediction of <i>Eucalyptus</i> sp. through the non-destructive ultrasound technique

Authors

DOI:

https://doi.org/10.5902/1980509870092

Keywords:

Nondestructive testing, Wood, Waves, Density

Abstract

This work aimed to estimate the basic density of Eucalyptus sp. wood, using the non-destructive ultrasound technique. For this, 113 specimens with nominal dimensions of 2.5 x 2.5 x 57.5 cm (tangential x radial x longitudinal) were used, being in equilibrium humidity. To perform the density estimation, the three-dimensional model that governs the propagation of longitudinal waves in isotropic solids was used. The input variables of the model were determined, being the longitudinal modulus of elasticity by static bending, the Poisson's ratio by numerical methods and the propagation velocity of the ultrasound wave by a non-destructive ultrasound testing equipment. The basic density was also obtained by the hydrostatic balance method as a reference value. The actual average basic density was 595.40 kg.m-3 and the estimated one was 591.21 kg.m-3. The estimated value had a strong correlation with the observed value with r =0.89. The estimation by the three-dimensional model showed a low error with an RMSE of 6.50% and a bias of 0.59%. The estimation of the basic density using this method obtained good precision, being similar to the resistography technique.

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Author Biographies

Romário Alves Carvalho, Federal University of Espírito Santo

Possui graduação em Engenharia Química (2012) pelo Centro Universitário Tupy de Joinville-SC, mestrado em Engenharia Química (2017) pela Universidade Federal do Espírito Santo e doutorado em Ciências Florestais (2022) pela Universidade Federal do Espírito Santo. Experiência na área industrial com controle de qualidade, atuando na multinacional italiana Irce spa no cargo de Analista de Laboratório Pleno. Laboratorista de Indústria têxtil com expertise de rotinas de laboratório e processos de beneficiamento têxtil. Servidor da UFES Campus Alegre, exercendo o cargo de Assistente de Laboratório, com foco no licenciamento da Instituição junto a órgãos de controle. Atualmente exerce a função de Assistente de Laboratório no IFES Campus Ibatiba, atuando nos laboratórios de ensino, pesquisa e extensão.

Gilson Fernandes da Silva, Federal University of Espírito Santo

Possui graduação em Engenharia Florestal pela Universidade Federal de Viçosa (1992), mestrado em Ciências Florestais pela Universidade Federal de Viçosa (1995), doutorado em Ciências Florestais pela Universidade Federal de Viçosa (2001), pós-doutorado pela Universidade de Brasília-UnB (2002) e pós-doutorado pela Universidade da Flórida, Estados Unidos (2013). Bolsista de produtividade em pesquisa do CNPq, atualmente é professor Titular do Departamento de Ciências Florestais e da Madeira da Universidade Federal do Espírito Santo. Tem experiência na área de Recursos Florestais e Engenharia Florestal, com ênfase em Ordenamento Florestal, atuando principalmente nos seguintes temas: Mensuraçao Florestal, Manejo Florestal e Otimização.

Christiano Jorge Gomes inheiro, Federal University of Espírito Santo

Graduado em Física pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (2002). Titulado mestre (2004) e doutor (2008) em Engenharia Nuclear pelo Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia (COPPE/UFRJ) e pelo ICTP Abdus Salam Itália. Atualmente é professor Associado II do Departamento de Engenharia Rural da Universidade Federal do Espírito Santo. Tem experiência na área de Nuclear, com ênfase em Física Nuclear Aplicada. Atuando: nas Aplicações de Radioisótopos, no Processamento de imagens e, nas Aplicações de Técnicas Nucleares usando Luz Síncrotron, Nêutrons Térmicos e Raios-X.

Wemerson Bruno Henriques, Instituto Federal do Espírito Santo

Administrador, Especialista, Servidor Público Federal

Manoel Filipe de Medeiros de Faria, Plugin Roast

Engenheiro de Produção, Especialista em Engenharia e Segurança do Trabalho, Empresário.

References

AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM D - 198: standard test methods of static tests of lumber in structural sizes. Annual Book of ASTM Standards, Philadelphia, 2008. 20 p.

ARANTES, M. D. C.; TRUGILHO, P. F.; TOMAZELLO FILHO, M.; LIMA, J. T.; VIDAURRE, G. B. Densitometria de raios x na madeira e carvão de clone de Eucalyptus grandis W. Hill ex Maiden X Eucalyptus urophylla S. T. Blake. Revista Árvore, Viçosa, v.40, n.1, p.155-162, 2016. DOI: https://doi.org/10.1590/0100-67622016000100017

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7190: projeto de estruturas de madeira. Rio de Janeiro, 1997. 107 p.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 11941: madeira – determinação da densidade básica. Rio de Janeiro, 2003.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15521: ensaios não destrutivos - ultrassom - Classificação mecânica de madeira serrada de dicotiledôneas. Rio de Janeiro, 2007.

DUONG, D. V.; SCHIMLECK, L.; DONG, T. L. Radial and among-clonal variations of the stress-wave velocity, wood density, and mechanical properties in 5-year-old Acacia auriculiformis clones. BioResources, v. 17, n. 2, p. 2084, 2022. DOI:10.15376/biores.17.2.2084-2096. DOI: https://doi.org/10.15376/biores.17.2.2084-2096

FATHI, H.; KAZEMIRAD, S.; NASIR, V. Lamb wave propagation method for nondestructive characterization of the elastic properties of wood. Applied Acoustics, v. 171, p. 107565, 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2020.107565

GARCIA, R. A.; CARVALHO, A. M; LATORRACA, J. V. F.; MATOS, J. L. M.; WANESSA A.; SANTOS, W. A.; SILVA, R. F. M. Nondestructive evaluation of heat-treated Eucalyptus grandis Hill ex Maiden wood using stress wave method. Wood Science and Technology, Berlin, v. 52, p. 41–52, 2012. DOI: https://doi.org/10.1007/s00226-010-0387-6

GONÇALVES, F. G.; OLIVEIRA, J. T da S.; TOMAZELLO FILHO, M.; REZENDE, G. D. S. P. Estimativa da densidade básica da madeira de um híbrido clonal de Eucalyptus urophylla x Eucalyptus grandis por método não destrutivo. Cerne, Lavras, v. 13, p. 119-128, 2007.

GOUVÊA, A. de F. G.; TRUGILHO, P. F.; COLODETTE, J. L.; BIANCHI, M. L.; SORAGI, L. de C.; OLIVEIRA, A. C. Relação entre características da madeira da polpa celulósica de Eucalyptus com métodos não destrutivos na árvore viva. Scientia Forestalis, v. 39, n. 90, p. 205-220, 2011.

GOUVÊA, A. de F. G.; TRUGILHO, P. F.; GOMIDE, J. L.; SILVA, J. R. M. da; ANDRADE, C. R.; ALVES, I. C. N. Determinação da densidade básica da Madeira de Eucalyptus por diferentes métodos não destrutivos. Revista Árvore, Viçosa, v.35, n.2, p.349-358, 2011. DOI: https://doi.org/10.1590/S0100-67622011000200019

HIBBELER, R. C. Resistência dos materiais. 7. ed. — São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2010.

LIMA, J. T.; TRUGILHO, P. F.; CRUZ, C. R. da; SARTORIO, R. Use of the resistograph for Eucalyptus wood basic density and perforation resistance estimative. Sci. For., Piracicaba, n. 75, p. 85-93, 2007.

LIU, H.; GAO, J.; CHEN, Y.; LIU, Y. Effects of moisture content and fiber proportion on stress wave velocity in cathay poplar (Populus cathayana) wood. BioResources, Raleigh, v. 9, n. 2, p. 2214-2225, 2014. DOI: https://doi.org/10.15376/biores.9.2.2214-2225

MANTILLA CARRASCO, E. V.; PEREIRA, N. C. S.; ALVES, R. C. Estimativa da densidade aparente, resistência à compressão e módulo de elasticidade da madeira por meio do resistógrafo. Construindo, Belo Horizonte, v. 5, n. 1, p. 45-51, 2013.

MEDEIROS NETO, P. N; PAES, J. B.; SILVA, J. G. M. Efeito do teor de umidade na determinação do módulo de elasticidade da madeira por técnica não destrutiva. Scientia Forestalis, Piracicaba, v. 44, n. 112, p. 917-924, 2016. DOI: dx.doi.org/10.18671/scifor.v44n112.13. DOI: https://doi.org/10.18671/scifor.v44n112.13

MIRBOLOUK, P.; ROOHNIA, M. Evaluation of dynamic modulus of elasticity of medium density fiberboard panel from longitudinal vibration tests on specimens. BioResources, Raleigh, v. 10, n. 1, p. 613-621, 2015. DOI: https://doi.org/10.15376/biores.10.1.613-621

MORROW, C.; GORMAN, T.; EVANS, J.; KRETSCHMANN, D.; HATFIELD, C. Prediction of wood quality in small-diameter Douglas-fir using site and stand characteristics. Wood and Fiber Science, Madison, v. 45, n. 1, p. 49-61, 2013.

SHOKRIEH, M. M.; MOHAMMADI, A. R. G. Non-destructive testing (NDT) techniques in the measurement of residual stresses in composite materials: an overview. In: SHOKRIEH, M. M. (Org.). Residual stresses in composite materials. Wood head Publishing Limited, Cambridge, p. 58-75, 2014. DOI: https://doi.org/10.1533/9780857098597.1.58

SILVA, C. J.; VALE, A. T.; MIGUEL, E. P. Densidade básica da madeira de espécies arbóreas de Cerradão no estado de Tocantins. Pesquisa Florestal Brasileira, [S. l.], v. 35, n. 82, p. 63–75, 2015. DOI: 10.4336/2015.pfb.35.82.822. DOI: https://doi.org/10.4336/10.4336/2015.pfb.35.82.822

SILVA, J.C; MATOS, J.L.M; OLIVEIRA, J.T.S.; EVANGELISTA, W.V. Influência da idade e da posição radial na flexão estática da madeira de Eucalyptus grandis Hill ex. Maiden. Revista Árvore, v.29, 5, p. 795-799, 2005. DOI: https://doi.org/10.1590/S0100-67622005000500014

SILVEIRA, L. H. C.; REZENDE, A. V.; VALE, A. T. Teor de umidade e densidade básica da madeira de nove espécies comerciais amazônicas. Acta Amazônica, Manaus, v. 43, n. 2, p.179 – 184, 2013. DOI: 10.1590/S0044-59672013000200007 DOI: https://doi.org/10.1590/S0044-59672013000200007

SORIANO, J.; VEIGA, N. S. da; MARTINS, I. Z. Wood density estimation using the sclerometric method. European Journal of Wood and Wood Products, v. 73, n. 6, p. 753-758, 2015. DOI: https://doi.org/10.1007/s00107-015-0948-3

VALE, A. T.; SARMENTO, T. R.; ALMEIDA, A. N. Caracterização e uso de madeiras de galhos de árvores provenientes da arborização de Brasília - DF. Ciência Florestal, Santa Maria, RS, v. 15, n. 4, p. 411-420, 2005. DOI: https://doi.org/10.5902/198050981878

WANG, X. Acoustic measurements on trees and logs: a review and analysis. Wood Sci Technol, v. 47, p. 965-975, 2013. DOI: https://doi.org/10.1007/s00226-013-0552-9

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Published

2023-06-21

How to Cite

Carvalho, R. A., Silva, G. F. da, inheiro, C. J. G., Henriques, W. B., & Faria, M. F. de M. de. (2023). Basic density prediction of <i>Eucalyptus</i> sp. through the non-destructive ultrasound technique. Ciência Florestal, 33(2), e70092. https://doi.org/10.5902/1980509870092

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Vol. 33 No. 2 (2023): Publicação Contínua

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