Estimation of the strength and elasticity in compression parallel to fibers to grain of Eucalyptus grandis and E. urophylla wood, using near infrared spectroscopy.

The use of wood for structural purposes, safely and economically, requires knowledge of its mechanical properties. The mechanical test is relatively quick, however, sample preparation is a laborious and timeconsuming processes which causes waste of wood due to the difficulty to obtain free of defects samples with standard dimensions. Furthermore, to obtain data about stiffness (modulus of elasticity) the use of machine testing with a large capacity and for measuring deformation is required. One alternative to circumvent these problems is the near infrared spectroscopy (NIRS), which is an indirect, fast and accurate method for the prediction of many wood properties. The use of this technique for the evaluation of 1Doutorando na Université Montpellier 2 CIRAD PERSYST Department TA B-40/16 Production and Processing of Tropical Woods 73 rue Jean-François Breton 34398 Montpellier – France – E-mail: phein1980@gmail.com 2Doutoranda em Ciências Florestais no Departamento de Ciências Florestais da Universidade Federal de Lavras Caixa Postal 3037 Lavras, MG – 37200-000 – E-mail: accampos@gmail.com 3Professor Associado II do Departamento de Ciências Florestais da Universidade Federal de Lavras Caixa Postal 3037 Lavras, MG – 37200-000 – E-mail: jtlima@ufla.br 4Professor Associado II do Departamento de Ciências Florestais da Universidade Federal de Lavras Caixa Postal 3037 Lavras, MG – 37200-000 – E-mail: trugilho@ufla.br 5Pesquisador CIRAD (France) BIOS Department TA A-39 Genetic diversity and breeding of forest species 73 rue JeanFrançois Breton 34398 Montpellier – France – E-mail: gilles.chaix@cirad.fr Hein et al. – Estimativa da resistência e da elasticidade à compressão paralela às fibras da madeira de Eucalyptus grandis e E. urophylla usando a espectroscopia no infravermelho próximo 120 Sci. For. , Piracicaba, v. 37, n. 82, p. 119-129, jun. 2009 INTRODUÇÃO Para avaliação de madeira, a rigidez, indicada pelo módulo de elasticidade, encontra-se entre as propriedades mecânicas mais importantes (YANG e EVANS, 2003; SCANAVACA JUNIOR e GARCIA, 2004). Embora a resistência e a rigidez da madeira à compressão paralela às fibras da madeira constituam parâmetros importantes para aplicações estruturais (LIN et al., 2007), o módulo de elasticidade medido em ensaio de flexão é freqüentemente utilizado como critério classificatório em máquinas de classificação. Segundo Watt et al. (2008), o módulo de elasticidade em flexão é também considerado como propriedade chave para determinação da qualidade de madeira laminada colada. De acordo com Yang e Evans (2003), o módulo de elasticidade obtido em flexão é uma propriedade mecânica que tem recebido considerável atenção, sobretudo quando se trata de madeiras provenientes de plantações comerciais de rápido crescimento, pois estas madeiras suprem a demanda comercial. Esse material, geralmente, contém grande proporção de madeira juvenil (JANKOWSKY, 1979) e pode não apresentar propriedades mecânicas satisfatórias para determinados usos (EVANS et al., 2000). Na literatura encontram-se vários estudos que investigam as propriedades mecânicas medidas em ensaio de flexão (TREVISAN et al., 2007; LIN e FU, 2008). Entretanto, verifica-se que poucos são os trabalhos que avaliam a rigidez e a resistência medidas em ensaio de compressão paralela às fibras da madeira. Atualmente, existe grande demanda por métodos rápidos e confiáveis para seleção e classificação de madeiras, tanto pelos geneticistas, como pelas indústrias de processamento mecânico (YANG e EVANS, 2003). A existência de métodos alternativos para determinação de propriedades elásticas, além de outras, poderia resultar em ganhos expressivos, tanto em termos econômicos como em tempo. Por isso, muitos métodos não-destrutivos têm sido desenvolvidos para caracterização mecânica de materiais, como os eletromagnéticos e acústicos, incluindo ultra-som e métodos vibracionais. De maneira geral, um dos fatores mais limitantes para a execução de ensaios mecânicos é o alto custo para aquisição e manutenção dos equipamentos necessários para a sua realização. Apesar da execução do ensaio de compressão paralela às fibras ser relativamente rápida, a preparação dos corpos-de-prova é uma etapa demorada e onerosa. Além disso, a dificuldade de obtenção de corpos-de-prova livres de defeito nas dimensões exigidas pelas normas resulta em desperdício de madeira. Uma das alternativas para contornar esses problemas são os ensaios não-destrutivos, dentre eles a espectroscopia no infravermelho próximo ou NIRS (Near Infrared Spectroscopy). NIRS é um método considerado rápido (um minuto ou menos por amostra), não-destrutivo, não-invasivo, com alta penetração da radiação emitida, aplicável em processos on-line e de aplicação universal (qualquer molécula que contenha ligações C-H, N-H, S-H ou O-H) e que exige mínina preparação de amostras (PASQUINI, 2003). Desde os anos 80 o método tem sido usado para estimar diversas propriedades da madeira. Os primeiros trabalhos que aplicaram a técnica do NIRS em madeira investigaram as propriedades químicas, como teor de celulose (BIRKETT e GAMBINO, 1988; EASTY et al., 1990; WRIGHT et al., 1990). Como o NIRS é um método baseado em espectroscopia vibracional, é ligado diretamente às propriedades químicas do material investigado. Devido a essas circunstâncias, autores como Baillères et al. (2002) sugerem que as some mechanical properties can reduce the time, cost and material waste, especially in parts with a high incidence of defects, but requires a calibration step that is carried out from reference data. The objective of this work was to evaluate the efficiency of the near infrared spectroscopy to estimate the elasticity and strength in compression parallel to fibers of Eucalyptus grandis and E. urophylla wood. The trials of parallel to fibers compression were performed in a universal test machine following the procedures of the ASTM D-143-94 (1997). The absorbance spectra were acquired from a scanning spectrometer with 4,000 to 12,500 cm-1 in diffuse reflection mode. Thus, spectral information measured on the transverse face of the samples was correlated with the values of mechanical properties by partial least square regression. The strength and elasticity in compression parallel to fibers of Eucalyptus grandis and E. urophylla wood can be estimated by models that present coefficients of determination in the validation of 0.78 and 0.75 respectively. These values are satisfactory considering the simplicity and the rapidity required for NIRS analysis.