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Thèse de Doctorat
DOI
https://doi.org/10.11606/T.11.2022.tde-11082022-163434
Document
Auteur
Nom complet
Bruno Monteiro Balboni
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
Piracicaba, 2022
Directeur
Jury
Garcia, José Nivaldo (Président)
Dahlen, Joseph
Nocetti, Michela
Ribeiro, Marcelo Leite
Titre en anglais
Investigating the use of defect-containing timber from young Eucalyptus plantations for manufacturing engineered products
Mots-clés en anglais
Juvenile wood
Knots
Short rotation forestry
Warping
Resumé en anglais
The increasing demand for timber globally has led to a search for sustainable wood sources. Young Eucalyptus plantations are a potential source of timber, taking advantage of their fast growth and high adaptability to a wide range of climatic conditions. Young trees usually contain undesirable features, such as knots, warping, and high contents of juvenile wood, apart from providing timber of limited cross-sectional dimensions, what can be overcome by the manufacture of engineered products. We aimed to address some key points, from the wood quality and mechanical properties point of view, for the adoption of short-rotation Eucalyptus plantations to manufacture engineered wood products. Among the high-productive clones already in use in the Brazilian bioenergy industry, we have identified some with desirable wood mechanical properties even at early ages (seven years-old). We developed and tested a bow and spring index in young and mature E. grandis timber boards which allows us to identify and segregate timber portions whose localized distortion is too high, helping to use the low warping sections to compose finger-jointed lamellas for engineered wood products. When testing the adhesion strength on knot-containing timber from young E. grandis in relation to clear wood, we found that knots reduce wood adhesion strength only when density is above 0.65 g cm-3, reinforcing the benefits of stratifying lamellas on glued laminated beams. High-density lamellas are positioned on zones with higher compression and tensile stress demand, but where shear stress is low. This fact, together with the low proportion of knots on lamellas' surfaces, makes the influence of knots on the adhesion of wood of young Eucalyptus less significant. We build an tested glued laminated beams using timber from young E. grandis with different levels of bow, adding presstress to the beams. Prestress did not influence the beams' load capacity as hypothesized. However, laminated beams returned mechanical properties adequate for structural applications, even though 80% of lamellas did not meet the minimum requirements of national timber standards. While knots in the compression zone did not influence the beams' behavior, knots on the tension side were the points where rupture started. However, only one beam had the bending behavior and strength affected by the knot, although not enough to affect the average and the variation of the data. In turn, knots did not influence beams' bending stiffness independently of their position. The results showed young Eucalyptus timber has a high potential for manufacturing engineered products, especially in countries where Eucalyptus is already well established as a forest culture, such as Brazil, South Africa, and Chile. There are several benefits of using this timber source, from the fast-growing raw material production and processing, lower risks, and earlier payout, to the possibility of establishing plantations close to the consumer market. There is, however, the need for assessing the yield of each processing step and the economic viability of manufacturing engineered wood products from young Eucalyptus forests.
Titre en portugais
Investigação do uso de madeira com defeitos de florestas jovens de Eucalyptus para fabricação de produtos engenheirados
Mots-clés en portugais
Empenamentos
Madeira juvenil
Nós
Silvicultura de ciclos curtos
Resumé en portugais
A crescente demanda por madeira no mundo tem levado a buscas por fontes sustentáveis desta matéria prima. Florestas jovens de Eucalyptus são uma potencial fonte de madeira, devido a seu rápido crescimento e alta adaptabilidade a diversas condições climáticas. Árvores jovens normalmente apresentam características indesejáveis, como nós, empenamentos e altas porcentagens de madeira juvenil, além de gerar madeira serrada de seção transversal de dimensões limitadas, o que pode ser superado pela fabricação de produtos engenheirados. Nosso objetivo foi avaliar alguns pontos chaves, do ponto de vista da qualidade e propriedades mecânicas, para adoção de madeira de plantações de ciclo curto de Eucalyptus na fabricação de produtos engenheirados de madeira. Dentre os clones de Eucalyptus altamente produtivos já utilizados na indústria de bioenergia brasileira, foram identificados alguns com propriedades da madeira desejáveis mesmo em idades precoces (sete anos). Um índice de arqueamento e encurvamento foi desenvolvido com madeira adulta e jovem de E. grandis, que nos permite identificar e segregar porções de madeira cuja distorção localizada é muito severa, auxiliando o uso das seções pouco empenadas na composição de lamelas emendadas para produtos engenheirados de madeira. Ao avaliar a resistência de adesão em madeira com nós de E. grandis jovens em relação à madeira sem defeitos, foi encontrado que a presença de nós afeta a resistência da adesão da madeira em densidades acima de 0.65 g cm-3, reforçando os benefícios da estratificação de lamelas em vigas laminadas. Lamelas de alta densidade são posicionadas em zonas que demandam maiores tensões de compressão e tração, mas onde a tensão de cisalhamento é menor. Este fato, junto à baixa proporção de nós na superfície das lamelas, torna a influência dos nós na adesão da madeira de Eucalyptus jovens, pouco significante. Foram construídas e ensaiadas vigas laminadas coladas de madeira de E. grandis jovens com diferentes níveis de encurvamento, adicionando pré-tensão às vigas. A pré-tensão não influenciou a capacidade de carga das vigas como hipotetizado. Porém, as vigas retornaram propriedades mecânicas adequadas para uso estrutural, ainda que 80% das lamelas não atendessem os requisitos mínimos estabelecidos em norma. Enquanto nós na zona de compressão não influenciaram o comportamento das vigas, os nós presentes na porção tracionada foram pontos onde a ruptura teve início. No entanto, apenas em uma das vigas o comportamento e a resistência na flexão foram afetados pelo nó, ainda que não suficiente para alterar a média e variação dos dados. Por sua vez, os nós não influenciaram o módulo de elasticidade na flexão, independente da posição. Os resultados demonstram que a madeira de eucaliptos jovens apresenta potencial para a fabricação de produtos engenheirados, especialmente em países onde o Eucalyptus já é uma cultura florestal bem estabelecida, como Brasil, África do Sul e Chile. Existem diversos benefícios em utilizar esta fonte de madeira serrada, desde produção e processamento rápidos, menores riscos, entrada financeira antecipada, até a possibilidade de se estabelecer plantios próximos ao mercado consumidor. Há, no entanto, a necessidade de se avaliar o rendimento de cada etapa de processamento e a viabilidade econômica da fabricação de produtos engenheirados de madeira provinda de plantações jovens de Eucalyptus.
 
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Date de Libération
2024-05-20
Date de Publication
2022-08-18
 
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