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EA ( CCC ( C<( dd Sa t ( ( & > da INSTITUTO DE PESQUISAS TECNOLÓGICAS DE 5. PAULO ANEXO À ESCOLA POL ITÉCNICA l Diretor: Engº Adrieno Marchini BOLETIM N.º 29 Ãos caros avi gos de CEA Ole cê ) Gl nchaN | GRASS / Dados Experimentais do Freijó Eng. Frederico A. Brotero Chefe de Serviço Cientifico do I. P.T. Contraplacado Nacional para Aviação Eng º Armando Vieira da Secção de Madeiras do I. P. T. Cálculo de Longarinas em Caixão Engº Eduardo de Mello Alvarengc da Secção de Aeronqutica do I. P. T. DEZENBRO, 1941 Abri o B.F.et ria EST. 01 1941 o DADOS EXPERIMENTAIS DO FREIJÓ Frederico A. Brotero Chefe de Serviço Cientifico do LP.T. DADOS EXPERIMENTAIS: DO FREIJÓ Grande maioria dos aviões usados. atualmente no Brasil, em instrução, treinamento e turismo é de construção mixta: tubos de aço e madeira. No- ta-se tambem em toda a parte, uma tendencia a regredir à construção de madeira nos típos de aviões referentes às especialidades mencionadas, haven- do razões sérias para isso, além de fatores puramente econômicos e estra- tégicos. O melhor conhecimento e o consequente desenvolvimento da cons- trução monocoque e semi-monoçoque, quer nas azas, quer nas fuselagens, 'é um dos elementos que levam novamente os projetistas a considerar com inte- resse o material lenhoso. Principalmente depois que recentes conhecimentos técnicos aplicados, como por exemplo o uso de resinas sintéticas para im- pregnação e colagem tornaram mais eficiente êsse material, inspirando maior confiança a sua utilização. Tratando-se de matéria prima da qual o nosos pais possue reservas ponderáveis, é natural que dentre as varias centenas de especies nacionais fossem investigadas as de possivel utilização em construção aeronáutica. OI. P. T., que possue uma secção destinada a pesquisas sistemáticas das madeiras brasileiras, não descurou do problema e dêsde 1934 vem procurando selecionar, por meio de dados experimentais, as espécies mais recomendáveis. Infelizmente, dentre as duzentas e tantas variedades de madeira nacio- nal até agora estudadas, muito poucas revelaram características adequadas, de molde a torná-las indicáveis. Com os elementos de que dispomos, entre= tanto, é-nos lícito hoje afirmar que qualquer tipo de estrutura de madeira pode ser inteiramente construido com material nacional, obedecendo a espe- cificações adotadas em países de técnica aeronáutica avançada. Além de algumas espécies, cuja escassez e dificuldade de obtenção não permitem uso corrente, podemos indicar as seguintes: Para estruturas — Freijó (Cordia goeldiana). Para helices — Pau Martim (Balfourodendron riedelanum). Para contraplacado — Pinho Paraná (Araucaria angustifolia). Para carenagens e enchimentos — Guapuruvú (Schisolobium excelsum). A primeira espécie é encontrada no Norte do país, em todo o vale do Amazonas; o Pau Marfim, nos Estados de São Paulo e Paraná princino!- 10 Instituto de Pesquisas Tecnológicas de S. Paulo mente; a Araucaria, na zona sul do Brasil; o Guapuruvú no sul e provavel- mente em todo o centro do pais. Essas madeiras, com as utilizações mencionadas, têm tido ultimamente largo emprêgo no Rio de Janeiro e em São Paulo, em reparações e constru- ções de aviões, com resultados satisfatórios. Para o cálculo das estruturas é imprescindível o conhecimento exato de como o material se comporta aos varios generos de solicitação, ou em outras palavras, quais os limites admissi- veis de trabalho que a êle podemos atribuir: No caso do Freijó, já fornece- mos em uma tabela anexa ao Boletim n.º 24 do 1. P. T. (Junho de 1939) alguns dados sobre as propriedades físicas e características mecânicas. Êsses valôres, entretanto, como aliás está dito na publicação citada, foram obtidos visando-se principalmente a comparação entre espécies, representando mé- dias de resultados tirados de uma tora. Tratando-se comtudo de um mate- rial em relação ao qual evidentemente ha o máximo interêsse e necessidade de serem fornecidos dados mais rigorosos e obtidos com caráter de utiliza- ção corrente, resolvemos realisar uma série de ensaios, com corpos de prova provenientes de 30 pranchas recebidas do Pará. Essas pranchas foram secadas: préviamente em estufa adequada com a marchã aconselhavel para o caso de madeiras destinadas à construção aeronáutica. A seguir, das pontas de cada prancha foram retirados corpos de prova com os quais foram obtidos os dados fornecidos na tabela final dêste trabalho. Passaremos em seguida a dar uma idéia sucinta da forma como foram obtidos os resultados. ENSAIOS REALIZADOS — Foram obtidos dados experimentais das seguintes características: a) Humidade b) Pêso. específico c) Choque ou flexão dinâmica . “d) Compressão (limite de resistência e módulo de elasticidade) e) Tração (limite de resistência e módulo de elasticidade) 1) Cisalhamento g) Flambagem. Não entraremos em detalhes sobre os métodos usados nos ensaios, re- portando-nos ao Boletim n.º 24; êsses métodos aliás foram recomendados na 3.º Reunião da Associação Brasileira de Normas Técnicas (Outubro de FIG. 4 Flambagem de pequena peça de Freijó com os extremos: articulados. FIG. 5 Flambagem com os extremos engastados. Boletim nº 29. 11 1940) como aconselháveis para o estudo das madeiras nacionais. Exceptua- remos os ensaios de tração e flambagem, estudados especialmente para êste caso de aplicação e sobre os quais forneceremos elementos mais completos. Faremos à seguir alguns comentarios sobre os resultados obtidos. a — Humidade. Conforme dissemos anteriormente, todas as pranchas ensaiadas foram secas préviamente em estufa até o teor médio de humidade de 10%; a seguir estiveram guardadas durante alguns mêses em local coberto e ventilado; con- cluido êsse sazonamento prévio, foram então extraídos os corpos de prova para os ensaios. Verifica-se, pelos. dados da tabela, que a humidade média da madeira nessas condições é da ordem de 13%, sendo a máxima de 15,6% ea mínima de 10%. São essas as condições reais de equilibrio entre o teor de humidade dessa madeira e o estado higrométrico ambiente, para São Paulo; acreditamos que para o Rio de Janeiro tambem as condições de equi- líbrio devam ser próximas a essas. b — Pêso específico. De cada prancha foram determinados os pêsos específicos de três corpos de prova, dos quais apenas a média consta na tabela. Os dados obtidos nêsses ensaios forneceram um resultado médio de 0,614, diferindo muito pouco da média figurada no Boletim n.º 24 e que era de 0,590. O coeficiente de variação dos valores do pêso específico corresponden- tes a cada uma das 30 pranchas, (10,6%) constitue tambem indice signifi- cativo da homogeneidade dessa espécie, ou pelo menos das amostras es- tudadas. No caso de aplicação do Freijó em estruturas, principalmente em longa- rinas, convém que o pêso específico não seja inferior a um certo limite o qual á vista dos resultados obtidos, poderá ser fixado em 0,55. Esse cri- tério, aliás, pode deixar de ser seguido se o material fôr caracterizado por meio de ensaios prévios, em cada caso de aplicação. Tratando-se de reparações de aviões estrangeiros, construidos com outras madeiras, é preciso levar-se em conta as diferenças de pêso específico por- ventura existentes, entre a madeira original e a que fôr utilizada na repara- ção. Em pequenos concertos, a influência geralmente é desprezivel, mas, em reparos de maiores proporções, a diferença pode acarretar inconvenientes quanto ao equilíbrio e à sustentação. Boletim nº 29. 13 não seja inferior ao limite estabelecido anteriormente. Se forem realizados ensaios de choque, será preciso de qualquer forma determinar o pêso espe- cífico, afim de calcular as cotas dinâmicas; será facil portanto verificar o preenchimento desta última condição, sem necessidade de trabalho adicional. | eit=s Tração. A realização dêste ensaio oferece difi- Í culdades sérias, sendo quasi impossivel con- seguir-se com os dispositivos comuns das máquinas de laboratório, ruturas puramen- te de tração no sentido paralelo às fibras, isentas de esforços secundários. A fixação dos corpos de prova nas gar- ras é geralmente obtida com pinos — os quais, no caso da madeira, provocam a: ru- o ptura por cisalhamento — ou garras de atri- 3 co to comprimindo lateralmente as partes ex- tremas do corpo de prova. Como a resis- tência à tração da madeira no sentido pa- ralelo às fibras é muito elevado, completa- mente em desproporção com as resistências ao cisalhamento e ao esmagamento lateral, normal às fibras, torna-se muito dificil obter condições de ensaio para as quais o esforço seja o de tração. se O corpo de prova figurado ao lado (fig. 1) depois de algumas tentativas foi por nós empregado nêstes ensaios, à razão SFF de três por prancha, com resultados tolerá- r veis. E” possivel e provavel que os valores obtidos com êsse tipo de corpo de prova - sejam um pouco inferiores aos da tração JS i pura; de qualquer forma, não devem estar longe dêsse limite, mantendo-se pouco abai- xo dêle. A determinação dos módulos de elasti- cidade à tração foi feita no mesmo tipo de corpo de prova aproveitando-se, para cada prancha um dos que iam ser rompidos à tração com o emprego de um elastícimetro Amsler que permite a avaliação de 0,001 m/m (fig. 2). Esse dispositivo tem nos, permitido tambem a obterição dos módulos de elasticidade de chapas contraplacadas FIG. 1 para aviação, com resultados perfeitamente concordantes. A apreciação comparativa dos valores expressos na tabela mostra-nos que a dispersão dos resultados, para os módulos de elast à 8 o in » 100 PER o 500 E) 140 me 180 ET 5] E] +00 Eae adora os 14 Instituto de Pesquisas Tecnológicas de S. Paulo é maior do que à compressão. Acreditamos entretanto que esse fato não deva ser atribuido ao material, mas sim às condições de ensaio, mais influen- ciadas por êrros acidentais no caso de tração. Nota-se ainda em relação a essa constante do material, que seus valores médios, obtidos respectiva- mente à tração e à compressão, são muito próximos, o que, aliás, era de se esperar. - Quanto à aplicação dos limites de trabalho admissíveis à tração, lem- bramos que, no cálculo das estruturas, são muito poucos os casos em que O dimensionamento das peças é feito considerando êsse esforço como crítico; geralmente. as peças trabalhando à tração, em outras condições trabalham tambem à compressão e geralmente o limite de flambagem, é o que deve ser considerado. O caso mais importante em que é necessário considerar o limite de resistência à tração encontra-se no cálculo das mesas inferiores de longarinas em caixão, em certas posições de vôo; nêste caso, devido a outras considerações estruturais é usual adotar-se um limite de resistência à tração igual ao dôbro do de compressão e não a 2,4 vezes, conforme figura em nossa tabela. . f — Cisalhamento. De acôrdo com os dados obtidos para o cisalhamento paralelo às fibras, O limite admissível para o calculo será de 85 kg/cm?. . E' um dos esforços que além dos de compressão e tração, mais inte- ressa no cálculo das estruturas, podendo tornar-se a solicitação crítica do material, em algumas condições. g — Flambagem. A relação de delgadeza das peças de madeira trabalhando à flambagem nas estruturas de aviões, geralmente é de tal ordem que o fenomeno obedece à lei de Euler. ! Procurámos obter com peças de pequenas dimensões, proximas às con- dições de tensores usados em fuselagens semi-monocoques, curvas de varia- ção da resistência à flambagem, dentro da região de aplicabilidade da lei de Euler. O limite minimo dessa região corresponde ao valor da rela- ção L (comprimento da peça dividido pelo raio de'.giração mínimo) dado i : pela expressão: (*) , ad if RE : t à Sp = t dd . . sendo E = módulo de elasticidade à compressão e o, = limite de elasti- cidade do material, que, no caso da madeira, pode ser tomado aproximaida- mente igual a 4/5 do limite de resistência. ; Entrando nessa expressão com os valores médios constantes da tabela teremos: , Lo v/m=x162000 ap ] 400 no (º) Strength of Materials — TIMOSHENKO Part. Il, pag. 567. 16 Instituto de Pesquisas Tecnológicas de S. Paulo TABELA DE RESULTADOS DE ENSAIOS com 30 pranchas de FREIJÓ (Cordia Goeldiana) N. da |Humia|p.Esp.| Choque Compressão Tração. o ca. Prancha, % | (D) | w | digam |/5%]| giod com) (61 | pod: | cois | “so [tato 18 | 112/0750] 273 | 0,77 |606 [179700] 81 [12900] — | a72]21 | 123 8 | 125/0713] 2,87 | 0,87 | 589 | 190400 | 7,6 | 1102 | 180400 | 15,8 | 19 | 119 15 | 152 /0,682) 3,08 | 1,08 | 556 | 198800 | 8,2 | 1487 | 211900 | 2111 | 2:6 | 106 16 | 13,4 /0,682] 3,63 | 1,28 | 550 | 155100 | 8,1 | 1170 | 164200 | 172 | 21 |" 108 25 | 185/0681] 3,10 | 1,05 | 556 | 177500 | 8,2 | 1390 | 215500 | 20.4 | 25 | 105 7 | 120 /0,668| 253 | 0,90 |596 | 162400 | 8,9 | 1040 | 168500 | 15.6 | 18 | 105 19 | 14,5] 0,659) 310 | 1,13 |507 | 1666001 7,7 [1389] — | 211/27] 100 27 | 188)0,657] 330 | 1,20 | 524) 169400] 81 | 1120 | 144600] 171 | 24 [- 103 21 | 15,6 0,649] 3,20 | 1,20 | 548 | 178500 | 8,4 | 1128 | 224100] 17,3 | 2/1 | 102 11 | 120 /0,640) 2,17 | 1,22 | 583 | 192600] 9,1 | 1337 | 172700 | 20.9 | 23 | 95 17 | 137 |0,640] 2,88 | 1,09 | 542 | 166100 | 85 | 1361 | 188800 | 21,3 | 25 |. 98 13 | 126 0,638] 300 | 1,17 | 514 | 176900 | 8,1 | 1830 | 152300 | 20.8 | 26 | 95 14 | 10,0 [0,636] 2,90 | 1,13 | 554 | 164700 | 87 | 1386 | 125600 | 21.8 | 25 | 87 26 | 136 [0,681 808 | 1,21 | 468 | 163800 | 7,4 | 1108 | 182200 | 17,6 | 24 | 104 10 10,4 |0,624| 2,77 | 1,13 | 539 | 159700 | 8,6 | 1150 | 202200 | 18,4 | 21 | 105 2 | 112/0618] 1,92 | 0,82 | 467 | 131700 | 7.6 | 1220 | 116700 | 19.7 | 28 | 94 9 | 134/0617] 288 | 1,19 | 438 | 128600 | 7,0 | 1156 | 128800 | 188 | 27 | 96 22 | 11,3/0,615] 2,97 | 1,23 | 630 | 179900 | 8,6 | 1243 | 107600 | 20.2 | 2/3 | 101 23 | 144 /0,598] 3,13 | 1,88 | 405 | 135900 | 6,8 | 1070 | 144900 | 17.9 | 2,7 | 85 4 | 122 |0,588| 2,80 | 1,28 | 508 | 163400 | 8,6 | 1293 | 198300 | 220 | 25 | 91 20 | 11,5 0588] 2,58 | 1,16 | 518 | 167900 | 8,8 | 1170 | 165300 | 19,9 | 2/3 | 107 30 | 150 /0,585] 2,97 | 1,37 | 450 | 150200 | 7,7 | 1340 | 144600 | 229 | 80 | 96 28 | 14,6 |0,576| 2,97 | 1,12 | 458 | 171500 | 7,9 | 1244 | 167100 | 21.6 | 2,7 | 87 29 | 150 |0,576| 2,93 | 1,39 | 482 | 168400 | 8.0 | 1054 | 144300 | 18,3 | 2,3 | 98 6 | 187 |0,566| 2,67 | 1,35 | 467 | 156100 | 8,2 | 1000 | 158000 | 17.7 | 21 | 83 12 | 147 /0,555| 2,87 | 1,46 | 408 | 150100 | 7,3 | 1148 | 132900 | 20,7 | 2,8 | 86 1 [125/0544] 2,50 | 1,83 | 473 | 154400 | 87 | 1032 | 164400 | 19,0 | 22 | 87 8 | 11,4 |0,520] 2,10 | 1,22 | 491 | 148500 | 9,4 | 1188 | 192800 | 21,9 | 2,3 | 69 5 | 187 [0,519] 1,60 | 0,83 | 417 | 139100 | 8,0 | 1065 | 189700 | 20,5 | 26 | 94 24 | 138/0412) 1,80 | 1,24 | 345] 121900 | 84 | 786 | 164800 | 19,5 | 24 | 97 Média | 13,08 [0,614/ 2/76 | 1,16 | 500[ 162000 | 8,2 | 1190 | 164800] 195 [24] 97 E E 8/3 1a sl DN» Desvio Í i Padrão 0,065 61 | 17960 [0.59] +44 | 30000 | 1,95 10,5 Coel.de |. variação 105% 22H 108 So [12%] NA fo | 182% | 100% 108º/ NOTA: — Os valores dos G, assim coma dos Modulos de Elasticidade estão expressos em kg/cm?. - CONTRAPLACADO NACIONAL PARA AVIAÇÃO Eng.º Armando Vieira do Seção de Madeiras do |. P. T. 20 Instituto de Pesquisas Tecnológicas de S. Paulo A — Madeiras experimentadas. — O fabrico do contraplacado para aviação exige o emprego de madeiras com propriedades físicas e mecânicas especiais, sendo, portanto, logo de inicio experimentadas as madeiras mais indicadas pelos estudos já reali- zados no I.P.T., de nossas essencias florestais, destacando-se. entre elas o Pinho do Paraná, (Araucaria angustifolia) vindo dos Estados do Rio Grande do Sul, Paraná e de varias regiões do Estado de São Paulo, o Cedro (Ce- drela sp.), a Grumixaba (Eugenia sp.), a Mandioqueira (Didimopanax sp.), Coerana (Cestrum sp.) e mais umas outras tantas especies cujas experiên- cias foram feitas sem resultados satisfatorios. Como o contraplacado para aviação deve ter certas características físi- cas e mecânicas especiais, tais como baixo pêso específico, grande flexibili- dade, resistência à tração e ao cisalhamento, etc., muitas das madeiras estu- dadas foram postas à margem, sendo que algumas especies julgadas ótimas para contraplacado de aviação não existiam em abundância necessária para produção industrial. Dêsde as primeiras experiências de fabricação de contraplacado com as várias especies de madeiras acima citadas, foram executados inumeros en-. saios de resistência e flexibilidade, os quais orientaram de um modo seguro e positivo na escolha do Pinho branco (Araucaria angustifolia), sendo que esta especie existe em abundância que permite grandes instalações industriais. A madeira atualmente empregada pelo Instituto de Pesquisas Tecno- lógicas de São Paulo, no fabrico de contraplacado para aviação é exclusi- vamente o Pinho branco (Araucaria angustifolia), ainda não cernificado, recem-abatido, sem bolsas resinosas, rachas, nós, furos de bicho, manchas azuis, sendo as tóras bem cilindricas, com camadas anuais de crescimento bem homogeneas e concentricas. Os ensaios físicos e mecânicos de flexibilidade e resistência de contra- placados, indicaram ser o pinho vermelho, ou escuro, já cernificado, muito inferior ao pinho branco, sendo o contraplacado de pinho vermelho mais. quebradiço e menos resistente. E As manchas azuis que aparecem nas tóras expostas às intemperies, principalmente durante o pegiodo chuvoso, alastrando-se com rapidês em todo o alburno, são causadas por certos fungos inferiores, destacando-se entre Eles, os generos Ceratostomella e Diplodia, mais frequentemente iso- lados do pinho do Paraná, no I.P.T. de São Paulo. Os fungos causadores dessas manchas azuis, segundo Hubert, não oca-. sionam apreciavel diminuição de resistência das madeiras por destruirem tão somente o conteúdo amilaceo das celulas, não afetando, portanto, as pare- Boletim nº 29: el des celulosicas; porém, como as condições propícias ao seu desenvolvimento são as mesmas que favorecem o dos fungos causadores do apodrecimento, é perfeitamente possível a presença simultanea nas madeiras com as refe- ridas manchas; essa coexistência foi, aliás, constatada no L.P.T. em madeira afetada pela mancha azul, que, nos ensaios apresentava grande perda de resistência mecânica, não sendo, portanto, recomendavel o emprego em con- traplacados, de madeiras azuladas. B — Detalhes da fabricação das chapas. — Nas tóras, quando as camadas anuais de crescimento são uniformes e concentricas, as chapas contraplacadas produzidas são mais homogeneas em suas. propriedades fisicas e mecânicas (pêso/mº, resistência, espessura, etc.) e quando em alguns pontos da tóra, certas camadas se desenvolvem mais do que as outras, as folhas dai provenientes apresentam uma côr crême e com contrações diferentes da parte branca, que ocasionam um enruga- mento das folhas depois de sêcas e o empeno das chapas depois de coladas. Geralmente as tóras quando não são bem cilíndricas já constituem um indicio de heterogeneidade das camadas de crescimento. Um dos maiores inconvenientes desta heterogeneidade dos aneis de crescimento é serem as camadas desigualmente duras e no torno, para o desenrolo da tóra, a contra faca irá exercer pressões desiguais, o que é um grave defeito para a obtenção das chapas contraplacadas finas e de espessura uniforme. As folhas de pinho para o fabrico de contraplacado são obtidas pelo desenrolo da tóra, a qual é fixada entre os cabeçotes do torno para isso apropriado (fig. 1) e a medida que a tóra gira, uma faca devidamente afiada, avança gradualmente, dando à folha, pela combinação de engrena- gens, a espessura que se queira. A folha no ponto em que é cortada pela faca, é convenientemente comprimida contra a tóra por meio da contra faca. A qualidade do contraplacado irá depender grandemente da maior ou menor perfeição da folha de madeira desenrolada. Quando a faca não está perfeitamente afiada, as fibras das folhas desenroladas são arrancadas, es- magadas e levantadas na superficie de corte, o que prejudica bastante a resis- tência da colagem, apesar de ser bom o aspecto do ensaio de colagem. Para a produção de folhas grossas, as tóras devem ser previamente cozidas em tanques de água quente ou vapor durante algumas horas, para se evitar no desenrolo, o aparecimento de rachas ou fendas nas folhas no sentido das fibras, As folhas depois de cortadas em tamanho certo para colagem, são sêcas em estufa até uma humidade compreendida mais ou menos entre 7 e 12%, para se evitar o descolamento do contraplacado produzido pela tensão da 
