Combination of non-destructive tests for surface and in depth location of decay in timber structures

Abstract

As the increase of the rehabilitation market to the historical timber constructions, research topics on timber structures have been increasing recently. However, on earlier researches, topics were more focused on new timber constructions, but existing timber structures still remains an extremely important object of research, especially regards of its historical and aesthetic values. Non-destructive tests have shown their advantages of maintaining the integrity of the structures, yet the complexity for interpreting their results increases especially when decay is presented in the tested element. Hence, the influence of surface and in-depth decay on the timber properties and on the nondestructive test results were analysed in this dissertation. Non-destructive tests (Pilodyn®, Resistograph®, ultrasound test, acoustic emission test) and mechanical tests (density and bending test) were applied on three dismantled elements from a roof truss of an old building. Results were then compared with the defect map and visual grade which were generated based on a preliminary visual inspection. A general idea of how the defects (knot, fungi attack, insect attack, ringshake) influenced the test values were summarized. Furthermore, linear correlation and multiple regression models between non-destructive test results and the physical and mechanical properties were built. Specific attention was paid to the influence of segment size and the presence of decay. Finally, a methodology of how to interpret the onsite timber assessment data was proposed, and applied to a timber roof truss from an old timber building. The work presented in this dissertation was carried out at the Civil Engineering Department of University of Minho, Portugal.

Com o aumento do mercado de reabilitação em construções antigas de madeira, os tópicos de pesquisa sobre estruturas de madeira aumentaram recentemente. No entanto, verifica-se que nas pesquisas anteriores, os tópicos foram mais focados em construções novas de madeira, mas as estruturas existentes ainda são um objeto de pesquisa extremamente importante, especialmente quando se trata de edifícios de valor patrimonial histórico e social. Os testes não destrutivos têm mostrado suas vantagens em relação a manter a integridade das estruturas e elementos, mas a complexidade para interpretar os seus resultados aumenta especialmente quando existe degradação no elemento testado. Dessa forma, a influência da degradação superficial e em profundidade nas propriedades da madeira e nos resultados dos testes não-destrutivos foi analisada nesta tese. Testes não-destrutivos (Pilodyn®, Resistograph®, teste de ultrassons, teste de emissão acústica) e testes mecânicos (densidade e flexão) foram aplicados em três elementos retirados de uma estrutura de telhado em um antigo edifício. Os resultados foram então comparados com um mapa de defeitos e a classe visual que foram obtidos com base numa inspeção visual inicial. Análises globais de como os defeitos (nós, ataque de fungos, ataque de insetos, fissuras) influenciaram os valores de teste foram resumidas. Além disso, foram construídos modelos de correlação linear e de regressão múltipla entre resultados de testes não-destrutivos e as propriedades físicas e mecânicas. Foi dada especial atenção à influência da dimensão do segmento e à presença de degradação. Por fim, foi proposta uma metodologia de como interpretar os dados de avaliação de madeira, e aplicada a uma cobertura de madeira um antigo edifício. O trabalho apresentado nesta tese foi realizado no Departamento de Engenharia Civil da Universidade do Minho, em Portugal.

木结构建筑在世界各地都有广泛且悠久的应用，很多现存木结构历史建筑都具有重要的文化和历史价值。 近年来，由于木结构修复市场的增长，关于木材以及木结构的研究数量也大量增长。但值得注意的是，以 往的研究大多注重对于新木材的评估，而对于古木材的评估和研究仍旧是一个重要的课题。 木材的无损测试，虽然能够保证检测对象的完整性，但由于木材的复杂特性，其能提供的信息在一定程度 上是有限的。而对于古木材，由于腐朽、虫害、菌害的存在，采用无损测试对木材进行评估的复杂性进一 步增加。 本文中，对三个从某古建筑的屋顶桁架上取下的木试件进行了无损测试（Pilodyn®，Resistograph®，超 声波测试，声发射测试）和有损试验（密度测试，弯曲测试）。测试的结果与前期目检得到的木材损伤图 及目检等级进行了比对，从而总结出各种损害对于试验结果的影响。 根据无损和有损试验的结构，采用了线性模型以及多元回归分析以得出无损检测对于木材密度和抗弯刚 度的预测能力。并且，分析了不同的视觉等级下，不同的试件尺寸下，以及不同的损害种类下，预测能力 的变化。 最终，根据所得结果，提出了一个针对已损害木材的评估的方法，并对应用到一个古建筑上的屋顶桁架分 析。 本研究生论文完成于葡萄牙米尼奥大学土木工程学院。