Association of non-destructive techniques for inspection of timber structures

A madeira é alternativa real para construções sustentáveis, pois é material com baixa energia incorporada, capaz de armazenar carbono e renovável. Porém, como todo material, a madeira sofre degradação e perde capacidade resistente ao longo do tempo. Desta forma, inspeções periódicas são necessárias para acompanhar a integridade de estruturas de madeira em serviço. Os métodos não destrutivos (END) permitem inspecionar as estruturas sem a necessidade de retirada de amostras, sendo portanto mais recomendados do que os destrutivos, principalmente em estruturas históricas. Todos os métodos, destrutivos ou não destrutivos, apresentam limitações e, em geral, não são completos o suficiente para garantir, de forma isolada, resultados precisos de inspeção. Diferentes ensaios de END vêm sendo utilizados na prática, mas verifica-se que há poucos estudos que discutem tais técnicas utilizando fundamentos teóricos. O objetivo principal desta pesquisa foi avaliar a associação de duas técnicas não destrutivas: a propagação de ondas e a resistência à perfuração. No caso do ultrassom, comportamentos relacionados aos fundamentos teóricos, tais como diferentes formas de posicionamento dos transdutores (medições diretas, indiretas e semidiretas) e diferentes frequência foram analisados. A tomografia ultrassônica, elaborada à partir das medições diretas de ultrassom na direção perpendicular às fibras, foi a melhor ferramenta de inspeção. Neste tipo de medição a condição real da peça foi identificada de forma clara quando a mesma estava íntegra ou em estado avançado de deterioração, eliminando a necessidade do uso da resistência a perfuração. Nos casos de deteriorações moderadas as imagens tomográficas causaram dúvidas, tornando o uso da resistência a perfuração importante para confirmar a existência e a extensão das degradações. Medições indiretas de ultrassom exigem cuidado de interpretação, pois a velocidade foi dependente da distância entre os transdutores (conversão da onda), foi muito sensível à pequenos defeitos (relação comprimento de onda e dimensão do defeito) e o resultado refletiu somente o estado superficial da peça. Os valores da velocidade obtidos nas medições semidiretas tenderam para o valor obtido de forma direta, demonstrando viabilidade em inspeções nas quais não se tem acesso às extremidades da peça. Transdutores de maior frequência foram mais sensíveis para detectar as zonas deterioradas, mas apresentam maior dispersão do sinal. Espera-se que os resultados desta pesquisa sejam úteis para a elaboração de manuais ou normas de inspeção de estruturas de madeira utilizando-se ensaios não destrutivos.Wood is a real alternative to sustainable buildings, as this material has low energy needs, is a CO2 storage and renewable. However, as all materials, wood degrade and lost its strength along years. Therefore, regular inspections are necessary to verify timber integrity. Nondestructive testing (NDT) allows timber inspections without removing samples and so are recommended specially for historical structures evaluation. All methods, destructive or nondestructive, are, in general, incomplete to guarantee its exact inspections results. Nowadays timber are inspected by different nondestructive tests, but there are few studies evaluating the fundamental aspects of the theory related to it. The objective of this research was to evaluate the association of two nondestructive testing ¿ ultrasound and drilling resistance. For the ultrasound test, the behavior associated to theoretical fundaments were also analyzed, such as different transducers positions (direct, indirect and semi direct measurements) and transducer frequency. Ultrasonic tomography, obtained by direct measurements perpendicular to the grain, was the better inspection technique. In this type of technique, the real condition of the wood was identified for clear pieces or pieces with strong degradation, eliminating the need of using the drilling test. For pieces with moderate degradation, the use of the drilling test was important to ratify and give the extension of the degradation zone. Indirect measurement needs careful interpretation, because the velocity is transducer distance dependent (wave conversion), it is very sensitive to small defects (relation between the length of the wave and dimension of the defect) and the result was very superficial. Velocity values obtained by semi direct measurements have tended to the values obtained by direct measurements, indicating the viability to apply it in inspections where the end of the piece is not available. High frequencies transducers have more sensibility to detect the deteriorations but have also high dispersion of the signal. We wait that our results can be useful to the elaboration of manuals or standards for timber inspections using nondestructive techniques