CARACTERIZAÇÃO DA RESISTÊNCIA À FLEXÃO DE VIGAS DE MADEIRA LAMINADA COLADA MLC COM DIFERENTES DISPOSIÇÕES DE LÂMINAS DA ESPÉCIE EUCALYPTUS.

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1 1 UNIVERSIDADE COMUNITÁRIA DA REGIÃO DE CHAPECÓ ÁREA DE CIÊNCIAS EXATAS E AMBIENTAIS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL CARACTERIZAÇÃO DA RESISTÊNCIA À FLEXÃO DE VIGAS DE MADEIRA LAMINADA COLADA MLC COM DIFERENTES DISPOSIÇÕES DE LÂMINAS DA ESPÉCIE EUCALYPTUS. Alexandro Campo Chapecó 2013

2 1 ALEXANDRO CAMPO CARACTERIZAÇÃO DA RESISTÊNCIA À FLEXÃO DE VIGAS DE MADEIRA LAMINADA COLADA MLC COM DIFERENTES DISPOSIÇÕES DE LÂMINAS DA ESPÉCIE EUCALYPTUS. Trabalho de Monografia apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade Comunitária da Região de Chapecó, como parte dos requisitos para obtenção do grau de Bacharel em Engenharia Civil. Orientador: Prof. Msc. Carlos Eduardo Nunes Torrescasana. Chapecó 2013

3 2 Dedico este trabalho aos meus queridos pais Paulo e Nilva e a minha irmã Eduarda, também a minha namorada Suelen e a todos os amigos que fiz em minha vida.

4 3 AGRADECIMENTOS Agradeço em primeiro lugar a Deus, pela boa saúde. Agradeço aos amigos que tenho, pelas horas juntos, seja de estudo ou descontração. Agradeço em especial ao Professor Mestre Carlos Eduardo Nunes Torrescasana, pela paciência e orientação sempre clara e correta. Aproveito também para lembrar de todas as disciplinas onde ministrou aulas a mim durante a graduação, pois sempre me inspirou com seu amplo conhecimento. Agradeço a Professora Andrea Geovana Foltran Menegotto, pela orientação e cobrança necessária a este trabalho, afim de atingir um bom nível. Agradeço a empresa Sul Eventos, pela disponibilidade de equipamentos e ferramentas para a realização deste trabalho. Agradeço a Unochapecó por ceder o laboratório de estruturas, onde os ensaios deste trabalho foram realizados. Agradeço ao meu pai Paulo Campo, pelo apoio durante a confecção das amostras de madeira.

5 4 RESUMO CAMPO, Alexandro. Caracterização da resistência à flexão de vigas de madeira laminada colada MLC com diferentes disposições de lâminas da espécie Eucalyptus Trabalho de Conclusão (Graduação em Engenharia Civil) Curso de Engenharia Civil, UNOCHAPECÓ, Chapecó, Com a crescente demanda da construção e consequente escassez de recursos naturais à madeira de reflorestamento tem ganhado mercado, devido a vantagens como a maior produtividade em relação à madeira nativa, ou a preocupação com a preservação ambiental. Assim o Eucalyptus se constitui na espécie reflorestada mais plantada no Brasil, sendo cada vez mais utilizada na construção civil. Atualmente a NBR 7190/1997 cita ensaios para a determinação das propriedades da madeira, seja ela maciça ou laminada colada - MLC. Esta última surge como uma alternativa viável para utilização estrutural ou como estética, tendo grandes vantagens em relação à madeira maciça, como a possibilidade de fabricar estruturas com grandes dimensões e vão livre, assim como a vantagem da pré-fabricação, que confere rapidez e controle de qualidade para as estruturas. Neste trabalho foram realizados ensaios de caracterização da madeira de Eucalyptus, que foi adquirida em madeireira da cidade de Chapecó SC, sendo teor de umidade e densidade básica. Observou-se o elevado teor de umidade das amostras após 12 dias de secagem em temperatura ambiente, tendo teor de 45,53%, então se optou por mantê-las mais 7 dias em repouso quando apresentaram teor de 27,35%. A densidade básica média das amostras foi de 0,519g/cm³. Foram montadas vigas de MLC em 3 diferentes disposições de lâminas, utilizando o mesmo adesivo à base de Poliuretano e unidas por emendas de topo, para realização de ensaios de flexão reta afim de comparar estas com 2 amostras de referência de peças de madeira serrada, todas com a mesma seção transversal de 18,4x5,0x115cm. A resistência à flexão das vigas laminadas coladas sofreu bastante variação com a disposição das lâminas na peça, onde a viga com o maior número de emendas foi a que apresentou maior resistência. No geral as vigas de MLC apresentaram resistência média de 45,46% do valor observado nas vigas de madeira serrada. Outro fator determinante foi à ruptura das peças sempre por tração ou cisalhamento na lâmina de cola, indicando que a interface madeira-cola é mais frágil para este estudo do que a madeira em si. Palavras-chave: Madeira Laminada Colada; Eucalyptus; Resistência Mecânica.

6 5 LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Crescimento percentual na área de florestas plantadas no Brasil Figura 2 - Esquema de montagem de MLC Figura 3 - Ponte Peatonal em Zapallar Chile Figura 4 - Diferentes tipos de emendas realizadas em MLC Figura 5 - Características geométricas das emendas dentadas Figura 6 - Madeira no estabelecimento comercial Figura 7 - Estocagem da madeira por 12 dias Figura 8 - Plaina Figura 9 - Serra de corte Figura 10 Local para extração de corpos de prova Figura 11 Pesagem das amostras do ensaio de umidade (a) Figura 12 - Pesagem das amostras do ensaio de umidade (E) Figura 13 - Procedimentos do ensaio de densidade básica (b) Figura 14 - Procedimentos do ensaio de compressão paralela às fibras (C) (com umidade A) Figura 15 - Procedimentos do ensaio de compressão paralela às fibras (D) (com umidade E) Figura 16 - Procedimentos de montagem do enasio de flexão Figura 17 - Aplicação da carga no meio da peça Figura 18 - Posicionamento do extensiômetro Figura 19 - Esquema geral do ensaio de flexão Figura 20 - Tábuas sendo refiladas na largura Figura 21 - Tábuas sendo plainadas na altura Figura 22 - Corte da madeira para MLC Figura 23 - Procedimentos de colagem das vigas de MLC Figura 24 - Procedimentos de colagem das vigas de MLC Figura 25 Prensagem das vigas de MLC Figura 26 - Vigas de MLC e Vigas de madeira serrada (referência) Figura 27 - Ensaio de Umidade A Figura 28 - Ensaio de umidade E Figura 29 - Ensaio de densidade básica B Figura 30 - Ensaio de compressão paralela às fibras C (com umidade A) Figura 31 - Ensaio de compressão paralela às fibras D (com umidade E)... 60

7 6 Figura 32 - Rompimento da viga modelo 1-A Figura 33 - Rompimento da viga modelo 1-B Figura 34 - Rompimento da viga de MLC modelo Figura 35 - Rompimento da viga de MLC modelo Figura 36 - Rompimento da viga de MLC modelo Figura 37 - Comparativo de resistência à flexão (fm) entre as vigas estudadas Figura 38 - Carga x Módulo de Elasticidade - Viga modelo 1-A Figura 39 - Carga x Módulo de Elasticidade - Viga modelo 1- B Figura 40 - Carga x Módulo de Elasticidade - Viga modelo Figura 41 - Carga x Módulo de Elasticidade - Viga modelo Figura 42 - Carga x Módulo de Elasticidade - Viga modelo

8 7 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Florestas Plantadas com Eucalipto e Pinus no Brasil em Tabela 2 - Diferenças de densidade Tabela 3 - Classes de Umidade Tabela 4 - Escolha da cola em função do tipo previsto de uso da estrutura Tabela 5 - Quantidade de tábuas compradas Tabela 6 - Número de amostras para ensaios de caracterização Tabela 7 - Dimensões dos corpos de prova Tabela 8 - Dimensões de corte das lâminas para MLC Tabela 9 - Umidade das amostras com repouso de 12 dias Tabela 10 Umidade das amostras com repouso de 19 dias Tabela 11 Resultados do ensaio de densidade básica (B) Tabela 12 Resultados do ensaio de compressão paralela às fibras (C) Tabela 13 - Valores do ensaio de compressão paralela às fibras (D) Tabela 14 - Resultados do ensaio de flexão... 65

9 8 LISTA DE SIGLAS MLC: Madeira Laminada Colada; ABRAF: Associação Brasileira de Florestas Plantadas; ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas; IPT: Instituto de Pesquisas Tecnológicas; NBR: Norma Brasileira; PSF: Ponto de Saturação das Fibras; PUR: Poliuretano; MPa: Mega Pascal.

10 9 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO DELIMITAÇÃO DO PROBLEMA OBJETIVOS OBJETIVO GERAL OBJETIVOS ESPECÍFICOS JUSTIFICATIVA REVISÃO BIBLIOGRÁFICA REFLORESTAMENTO NO BRASIL CLASSIFICAÇÃO DAS ÁRVORES PROPRIEDADES FÍSICAS DA MADEIRA DENSIDADE BASICA TEOR DE UMIDADE RETRATIBILIDADE DURABILIDADE DA MADEIRA DEFEITOS DA MADEIRA PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA A MADEIRA DE EUCALIPTO A MADEIRA LAMINADA COLADA GENERALIDADES VANTAGENS PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ESCOLHA DA MADEIRA DAS LÂMINAS EMENDAS DAS LÂMINAS PROPRIEDADES DE COLAGEM CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DA MADEIRA QUE AFETAM A ADESÃO ADESIVOS ESCOLHA DOS ADESIVOS PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS COMPRA E PREPARO DA MADEIRA PREPARO DAS AMOSTRAS PARA ENSAIOS...33

11 VALORES DE RESISTÊNCIA CARACTERÍSTICA AMOSTRAGEM ENSAIOS ENSAIO DE UMIDADE PROCEDIMENTOS ENSAIO DE DENSIDADE BÁSICA PROCEDIMENTOS ENSAIO DE COMPRESSÃO PARALELA ÀS FIBRAS PROCEDIMENTOS ENSAIO DE FLEXÃO ESTÁTICA PROCEDIMENTOS MONTAGEM DAS VIGAS DE MLC PREPARO DAS TÁBUAS PARA VIGAS DE MLC PROCEDIMENTOS DE COLAGEM DAS VIGAS DE MLC RESULTADOS E DISCUSSÕES UMIDADE DENSIDADE BÁSICA COMPRESSÃO PARALELA ÀS FIBRAS (C) (COM UMIDADE A) COMPRESSÃO PARALELA ÀS FIBRAS (D) (COM UMIDADE E) ENSAIO DE FLEXÃO ROMPIMENTO DAS VIGAS SERRADAS E LAMINADAS COLADAS CONSIDERAÇÕES FINAIS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...73

12 11 1 INTRODUÇÃO A madeira foi um dos primeiros materiais a serem utilizados pelo homem. Sua importância é histórica e reflete em várias frentes, como na fabricação de moradias, móveis ou decoração em geral. O reflorestamento ganha cada vez mais importância no cenário da construção civil, devido a crescente preocupação por produzir matéria-prima mais sustentável e de custo mais racional. A madeira da espécie Eucalyptus, devido à obtenção em reduzido período de tempo e diversas outras vantagens, surge como uma alternativa interessante para a construção civil. A Madeira Laminada Colada surgiu da necessidade de se ter peças estruturais com dimensões variadas, sendo que é possível produzir peças sem qualquer restrição de comprimento ou seção transversal, tendo o limite estipulado pelas condições de transporte das mesmas, possibilitando um grande número de possibilidades de utilização pelos projetistas estruturais. Para contribuir com o estudo da MLC, aumentado à quantidade de informações disponibilizadas a quem pretende utilizar este tipo de solução estrutural, este trabalho demonstra alguns ensaios realizados em diferentes vigas de madeira, com variadas disposições de tábuas de Eucalyptus, quantificando as diferenças obtidas na resistência à flexão reta nestes elementos estruturais. A confecção dos elementos estruturais testados foi pensada de forma a ter grande possibilidade de utilização, onde foram produzidos com emendas de topo, sendo estas muito simples de executar, não sendo necessários equipamentos complexos de corte da madeira, facilitando sua produção inclusive no canteiro de obras.

13 12 2 DELIMITAÇÃO DO PROBLEMA Diferentes disposições de tábuas afetam a resistência à flexão de vigas de madeira laminada colada fabricadas com Eucalyptus? 3 OBJETIVOS 3.1 OBJETIVO GERAL Obter o comparativo de resistência à flexão em diferentes tipos de configurações de vigas de MLC, utilizando o mesmo adesivo, para a madeira da espécie Eucalyptus. 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Analisar 3 disposições de montagem das tábuas de Eucalyptus em vigas de MLC, ambas com a mesma seção transversal, para caracterizar as diferenças obtidas na resistência à flexão reta; Verificar a diferença da resistência à flexão, entre as estruturas de madeira laminada colada e uma estrutura de mesma seção transversal de madeira serrada.

14 13 4 JUSTIFICATIVA Devido ao aquecimento da construção civil no mundo e a visível preferência dos atuais consumidores por obras onde a sustentabilidade ambiental é atendida, cada vez mais a madeira obtida de forma a não gerar impacto ambiental vem sendo vista como um material de grande valor, seja pela responsabilidade ambiental ou pela preservação dos recursos naturais. Porém ao observar o uso atual da madeira, frente aos também tradicionais materiais da construção civil como aço e concreto, observa-se que ela poderia ser melhor aproveitada caso fossem mais difundidas as características físicas-estruturais de determinadas espécies reflorestadas, gerando maior embasamento científico e confiança para engenheiros projetistas fazerem uso das mesmas (LAROCA, 2002). Desta forma a madeira laminada colada MLC aparece como uma alternativa eficiente, visto que áreas de reflorestamento fornecem a matéria-prima para sua produção, que é feita utilizando lâminas de inúmeros tamanhos, coladas com os mais diversos tipos de adesivos e gerando assim uma grande possibilidade de variações de seções transversais. A MLC tem potencial para atender aos mais variados projetos, possibilitando peças com menos emendas na sua seção longitudinal quando comparadas as tradicionais peças de madeira bruta, tendo o comprimento dos perfis limitado apenas pelas dimensões máximas de transporte (SZUCS et al. 2008). Neste sentido se buscou um estudo mais aprofundado das características de resistência à flexão, com a intenção de melhor difundir o uso da MLC para a construção civil em geral, criando mais subsídios de pesquisa para engenheiros projetistas fazerem uso da madeira reflorestada de Eucalyptus.

15 14 5 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 5.1 REFLORESTAMENTO NO BRASIL De acordo com Oliveira e Hellmeister (1998), os primeiros reflorestamentos incentivados no Brasil visavam abastecer as indústrias de papel e celulose, assim como a produção de energia via carvão vegetal para a indústria siderúrgica. Atualmente a madeira de Eucalyptus destacase, além das utilidades citadas, na fabricação de chapas, na construção civil e na produção de embalagens. Ainda segundo o autor, no Brasil duas espécies dominam as áreas cultivadas com reflorestamento, Eucalyptus e Pinus, tendo no Eucalyptus um enorme potencial de exploração para os mais variados meios. Segundo Pedrosa et al. (2005), é importante a utilização de madeira de florestas plantadas, reduzindo a necessidade de exploração da madeira de espécies nativas. Devido ao rápido crescimento de espécies como Pinus e Eucalyptus, estes atendem ao mercado competitivo da construção civil. Conforme Mora e Garcia (2000), a exploração de madeira nativa tropical produz cerca de 40m³ de madeira aproveitável por hectare, enquanto que na exploração de Eucalyptus reflorestado, nas melhores condições de solo e clima, e cultivado até aos 21 anos, são 800m³ de madeira aproveitável por hectare, após 3 cortes, se constituído numa das grandes vantagens da madeira reflorestada. Bacha e Barros (2004) citam que no Brasil, são 5 os principais agentes reflorestadores, sendo eles: Empresas produtoras de celulose; Empresas siderúrgicas; Empresas de produtos sólidos de madeira (madeira serrada e chapas de madeira); Governos (através de institutos florestais); Pequenos produtores. A Abraf (2012) cita que entre a área plantada total de florestas, a área de Eucalyptus corresponde a 74,8% do total, enquanto que a área de Pinus corresponde a 25,2% do total.

16 15 Ainda de acordo com este órgão, observa-se na figura 1 o crescimento na área plantada de florestas no decorrer dos últimos anos. Figura 1 - Crescimento percentual na área de florestas plantadas no Brasil Fonte: ABRAF (2012) O anuário estatístico da Abraf (2012) demonstra as áreas plantadas de Eucalyptus e Pinus no Brasil: Tabela 1 - Florestas Plantadas com Eucalipto e Pinus no Brasil em 2011 UF Área Plantada (ha) MG SP PR BA SC RS MS ES PA MA GO AP MT TO PI Outros Total ha Fonte: Adaptado de Abraf (2012) Bacha (2008) demonstra o aumento de importância das florestas plantadas no consumo total de madeira no Brasil no decorrer dos últimos anos, em 1990 houve a produção de 308,2

17 16 milhões de m³ de madeira roliça, sendo que 225,6 milhões de m³ eram de matas nativas e 82,6 milhões de m³ de florestas plantadas. Em 2006 o total diminuiu para 235,8 milhões de m³, sendo que eram 80,7 milhões de m³ provenientes de matas nativas e 155,1 milhões de m³ de florestas plantadas. Observa-se que as florestas plantadas passaram de 26,8% para 65,8% da produção nacional de madeira roliça, entre 1990 e 2006, trocando de lugar na importância com as florestas nativas. 5.2 CLASSIFICAÇÃO DAS ÁRVORES De acordo com Gesualdo (2003), as árvores para aplicações estruturais são classificadas quanto a sua anatomia em coníferas e dicotiledôneas. As coníferas têm menor resistência e densidade, sendo conhecidas como madeira mole, ocorrem geralmente em regiões de clima frio. De acordo com Szucs et al. (2008) as coníferas são constituídas principalmente de traqueídeos e raios medulares. O Eucalyptus é pertencente desta classe de madeira. Ainda segundo o autor, as dicotiledôneas são conhecidas como madeira dura, tem maior resistência e densidade em relação às coníferas, e são geralmente plantadas em locais de clima tropical e quente. Segundo Szucs et al. (2008) as dicotiledôneas são constituídas de fibras, vasos e raios medulares. 5.3 PROPRIEDADES FÍSICAS DA MADEIRA A madeira é um material anisotrópico, ou seja, de propriedades distintas em seus três eixos ortotrópicos, que são: longitudinal, radial e tangencial. Tais diferenças são resultado direto da estrutura da parede celular, da sua orientação, disposição e as relativas proporções de células presentes (ALBUQUERQUE E LATORRACA, 2000). De acordo com Pfeil (2003), as diferenças de propriedades entre as direções radial e tangencial raramente tem importância prática no dimensionamento, sendo necessário apenas diferenciar as propriedades na direção das fibras principais (direção longitudinal) e na direção perpendicular as mesmas fibras.

18 DENSIDADE BASICA De acordo com a NBR 7190/1997, a densidade, ou massa específica, é obtida pelo quociente da massa seca pelo volume saturado. É uma das propriedades mais estudadas da madeira, muito devido à facilidade de ensaio e principalmente a sua íntima relação com outras propriedades, o que a torna de grande importância. (LELLES, 2007). Ainda cita o autor, que a densidade básica aumenta rapidamente em função da idade da árvore em seu período juvenil, depois mais lentamente até atingir a maturidade, quando permanece praticamente constante. A densidade das árvores diminui no sentido base-topo, devido justamente a maior idade da parte inferior do tronco. Em estudo realizado por Pereira et al. (2000) para a Embrapa, na cidade de Rio Claro SP, observou-se que a densidade básica varia também de acordo com o espaçamento entre árvores no plantio. Para Eucalyptus Grandis cortados na idade de 6 anos as variações são mostradas na tabela 2: Espaçamento de plantio (m x m) Tabela 2 - Diferenças de densidade Densidade básica (g/cm³) 1,0x1,0 0,365 2,0x1,0 0,408 2,0x1,5 0,411 2,5x1,6 0,423 2,5x2,0 0,426 3,0x2,0 0,443 Fonte: Adaptado de Pereira et al. (2000). Dados do IPT (1989) apontam para a densidade básica do Eucalyptus Grandis, da ordem de 0,420g/cm³, enquanto que a densidade aparente a 15% de umidade fica na casa de 0,500 g/cm³.

19 TEOR DE UMIDADE A NBR 7190/1997 diferencia as madeiras por classes de umidade, conforme a tabela 3: Classes de Umidade Tabela 3 - Classes de Umidade Umidade relativa do ambiente Uamb Umidade de equilíbrio da madeira Ueq 1 65% 12% 2 65% < Uamb 75% 15% 3 75% < Uamb 85% 18% 4 Uamb > 85% durante longos períodos Fonte: NBR 7190/ % De acordo com Szucs et al. (2008) a água apresenta-se de duas formas na madeira, como água livre contida nas cavidades das células (chamadas de lúmens), e como água impregnada nas paredes das células. Ainda cita o autor que quando a árvore é cortada, ela tende a perder rapidamente a água livre contida em seu interior, já a água impregnada se perde lentamente até atingir um equilíbrio de umidade entre a madeira e o ambiente, em função da temperatura e umidade relativa. Segundo Cunha (2007), a resistência da madeira tem relação direta com sua umidade, aumentando o teor de umidade observa-se diminuição na resistência, esta diminuição é mais sensível para baixos teores de umidade, ou seja, abaixo do ponto de saturação das fibras (PSF), já para teores de umidade elevados a diferença passa a ser insignificante, onde as propriedades de resistência se mantêm praticamente constantes. Conforme cita Pfeil (2003), devido ao efeito da umidade nas outras propriedades da madeira, é comum atribuir a ela um grau de umidade padrão. No Brasil e nos Estados Unidos adotamse 12% como valor padrão de referência para este teor. Moreschi (2010) demonstra a necessidade de controle da umidade da madeira, citando as diferenças no seu teor de umidade ideal na fabricação, para diferentes estruturas de madeira. Cita que para toras a serem laminadas ou fraqueadas deseja-se um elevado teor de umidade, pois melhora-se assim a trabalhabilidade da mesma, porém para lâminas e cavacos na manufatura de chapas de compensado e aglomerados é desejável uma umidade baixa, na faixa

20 19 de 6% a 10%, para eliminar riscos de explosões decorrentes da formação de bolsas de vapor d água durante o processo de prensagem a quente RETRATIBILIDADE É a propriedade que se refere à contração ou expansão da madeira, como consequência da entrada e saída de moléculas de água em seu interior. (LELLES, 2007). A Revista da Madeira (2001) define retratibilidade como a variação dimensional da madeira, em função de sua troca de umidade com o meio externo, até que se atinja uma condição de equilíbrio, denominada equilíbrio higroscópico. Szucs et al. (2008), afirma que a madeira apresenta comportamento de retração diferente em relação as direções tangencial, radial e longitudinal, assim como em relação a seus anéis de crescimento. Ainda de acordo com o autor a retração na direção tangencial apresenta valores de até 10% de variação dimensional, podendo ser responsável por problemas de torção nos elementos de madeira, já na retração na direção radial as variações dimensionais são da ordem de 6%, podendo ocasionar rachaduras nos elementos, por fim a retração na direção longitudinal, apresentando valores médios de 0,5% de variação nas dimensões DURABILIDADE DA MADEIRA De acordo com Pfeil (2003) a madeira está sujeita a deterioração por diversos fatores, dentre eles os ataques biológicos e a ação do fogo. Szucs et al. (2008) destaca que o local da tora de onde a madeira foi retirada também influencia na durabilidade da mesma, pois o cerne e o alburno apresentam características diferentes, incluindo a durabilidade natural, onde o alburno é mais vulnerável a ataques biológicos. Quando vista a partir da durabilidade em relação ao fogo, a madeira é constantemente considerada de baixa resistência, porém segundo Pfeil (2003), se as estruturas forem bem projetadas e executadas a madeira apresenta ótimo desempenho frente à ação do fogo. Devido

21 20 à baixa condutividade de calor as peças robustas de madeira se oxidam lentamente, guardando um núcleo de material íntegro (mantendo suas propriedades) por longo período de tempo. Ainda cita que podem ser realizados tratamentos químicos eficientes afim de aumentar a resistência da madeira à ação do fogo e à ataques de agentes biológicos DEFEITOS DA MADEIRA Szucs et al. (2008) afirma que em se tratando de madeira é praticamente impossível obter elementos livres de defeitos e que possa ser aproveitada na sua totalidade. Pfeil (2003) afirma que os defeitos podem ser de constituição do tronco ou mesmo do processo de preparação das peças. Destacam-se os principais defeitos observados na madeira: Nós Imperfeições observadas nos pontos do tronco onde existiam galhos. De acordo com Szucs et al. (2008) é necessário um controle de podas durante o crescimento, visto que o corte frequente de galhos diminui o surgimento de nós. A existência destes dificulta os processos de aplainamento, desdobro, colagem e acabamento; Fendas São aberturas nas extremidades dos elementos, produzidas principalmente pela secagem mais rápida da superfície. Para Pfeil (2003) as fendas podem ser evitadas a partir de uma secagem lenta e uniforme da madeira; Gretas ou Ventas Separação observada entre os anéis de crescimento, podem ser provocadas pelo surgimento de tensões internas devido ao crescimento da árvore, ou por tensões externas, como as provocadas pela ação do vento, por exemplo; Abaulamento e Arqueadura Encurvamento na direção da largura do elemento e encurvamento na direção longitudinal (comprimento), respectivamente; Fibras reversas Fibras não paralelas ao eixo do elemento, podem ser provocadas por causas naturais da árvore ou pelo processo de serragem. Este defeito diminui a resistência da madeira.

22 PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MADEIRA De acordo com Pfeil (2003) as propriedades mecânicas da madeira são determinadas por meio de ensaios padronizados, utilizando amostras livres de defeitos. No Brasil os ensaios são descritos na norma NBR 7190/1997, onde a mesma demonstra que para a caracterização completa da madeira para uso estrutural algumas propriedades devem ser determinadas: Umidade; Densidade; Estabilidade dimensional; Resistências à compressão paralela e normal às fibras; Resistências à tração paralela e normal às fibras; Resistência ao cisalhamento; Resistências ao embutimento; Resistência ao fendilhamento; Resistência à flexão; Dureza; Resistência ao impacto na flexão. Na NBR 7190/1997 também são descritos ensaios para caracterização da madeira laminada colada, podendo assim admitir esta como de seção transversal homogênea, os ensaios são: Cisalhamento na lâmina de cola; Tração normal à lâmina de cola; Resistência das emendas dentadas e biseladas. 5.5 A MADEIRA DE EUCALIPTO De acordo com Lelles (2007), as principais vantagens do Eucalyptus são: Rápido crescimento volumétrico e árvores de boa forma; Adequação aos mais variados usos, devido a grande quantidade de espécies, por volta de 700; Substituição, com desempenho semelhante, da madeira de florestas nativas; Rotação curta, por volta de 5 a 7 anos.

23 22 Ainda segundo o autor, o Brasil tem condições de clima e solo altamente favoráveis ao plantio de crescimento rápido. Desta forma, o Eucalyptus tem apresentado grande desenvolvimento e adaptação a várias regiões do Brasil, superando em alguns quesitos, como alta produtividade e ciclos de corte curto, inclusive as regiões de grande tradição florestal, como Suécia, Canadá e Finlândia. Sobre a espécie Grandis, Mora e Garcia (2000) citam que é uma espécie de excelentes qualidades, plenamente adaptada ao clima tropical brasileiro, algumas características principais são o fato de desramar-se espontaneamente, gerando tronco liso e de aspecto colunar, sendo ótima madeira para celulose e serrarias, afirmam ainda que é a espécie mais plantada no Brasil. 5.6 A MADEIRA LAMINADA COLADA GENERALIDADES A MLC é um dos produtos de madeira mais antigos utilizados na construção civil. (TELES, 2009). Zangiácomo (2003) afirma que seus elementos são formados por peças de madeira obtidas com lâminas de seção transversal determinada, solidarizadas entre si sob pressão, com o emprego de adesivos. De acordo com Miotto e Dias (2009), a MLC é um produto versátil, que consiste na colagem de duas ou mais lâminas, de modo que as fibras de todas as lâminas sejam paralelas ao comprimento da peça estrutural resultante. Com a MLC é possível fabricar elementos com as mais variadas formas e dimensões, além de permitir seleção criteriosa das peças de madeira antes da colagem, por ser um processo industrializado de alta tecnologia. Os elementos obtidos são de características superiores e mais homogêneos, quando comparados aos elementos de madeira maciça em peças de mesma seção transversal. (ABRANTES, 2012).

24 23 Figura 2 - Esquema de montagem de MLC. Fonte: Zangiácomo (2003) Ainda segundo o autor, com MLC é possível construir os mais diversos tipos de estruturas, dando ênfase também na beleza arquitetônica dos elementos. Figura 3 - Ponte Peatonal em Zapallar Chile Fonte: (

25 VANTAGENS São notáveis suas vantagens em relação à madeira maciça tradicional, pois de acordo com Abrantes (2012), o controle tecnológico permite eliminar os defeitos estruturais ou visuais da peça, constituindo-se numa das principais vantagens deste tipo de estrutura. Algumas vantagens da MLC: Características mecânicas excelentes em relação à sua baixa densidade; A possibilidade de obter peças com raio de curvatura reduzido, variável e até mesmo em planos diferentes, conferindo liberdade a engenheiros projetistas e arquitetos; A possibilidade de vencer grandes vãos livres; A espessura reduzida das lâminas permite um melhor controle de secagem, atingindo com mais facilidade a umidade desejada; Fabricação de peças com dimensões limitadas apenas pelas circunstâncias de fabricação e/ou transporte; Melhoria das tensões médias de ruptura e uma redução na dispersão estática de seus valores; A vantagem da pré-fabricação, possibilitando racionalização de construção, obtendo economia em tempo e custo final de obra; Economia nas fundações, devido ao menor peso em relação a outros elementos estruturais; Aspecto de acabamento estético muito superior em relação à madeira maciça. Ainda segundo o autor, porém, como em quase todas as estruturas, existem vantagens e desvantagens nas estruturas de MLC. Como desvantagem o custo destes elementos aparece como a principal, devido ao processo bastante industrializado de sua fabricação, o que acarreta em grande número de etapas construtivas como corte, seleção, colagem, prensagem e transporte, resultando num custo final elevado em comparação a madeira serrada. No entanto não se pode desprezar sua grande relação custo-benefício.

26 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO De acordo com Szucs et al. (2008) é possível colar praticamente todos os tipos de madeira. Entretanto algumas espécies exigem o uso de colas especiais, devido a suas características físico-químicas diferenciadas. Ainda cita que para melhor estabilidade estrutural é aconselhado colar apenas madeiras de mesma espécie em um determinado elemento, principalmente devido a diferenças de retração nas lâminas, o que ocasionaria tensões extras de cisalhamento na região da interface lâminacola ESCOLHA DA MADEIRA DAS LÂMINAS Teles (2009) afirma que é recomendado uma avaliação visual e mecânica das lâminas que irão compor os elementos de MLC. Szucs et al. (2008) afirma que na classificação visual inicial deve se observar a espessura dos anéis de crescimento da madeira, também a inclinação das fibras com relação as arestas laterais e o diâmetro dos nós. De preferência, ainda segundo o autor, este procedimento deve ser realizado na saída da estufa de secagem, onde a umidade das lâminas está praticamente igual, fator que favorece a comparação das resistências mecânicas das mesmas, que também deve ser observada. Conforme Aprilanti (2010), na classificação mecânica o módulo de elasticidade das lâminas é determinado por ensaios de natureza não-destrutiva. Alguns ensaios são o método estático, método de ondas de tensão e método de vibração transversal. Teles (2009) realizou estes três ensaios, sendo o método estático, método de ondas e método de vibração transversal, afim de classificar as lâminas da madeira Sextonia Rubra, para posterior montagem de vigas de MLC. Avaliou os dados obtidos pelos ensaios através de análises estáticas destrutivas e regressões lineares, verificando que o método que obteve melhor resultado foi o método de vibração transversal.

27 EMENDAS DAS LÂMINAS Afim de conseguir elementos de grandes dimensões é necessário emendar as lâminas. Este processo é efetuado utilizando-se diferentes tipos de emendas, que são basicamente divididas em emendas de topo, de diagonal (ou biseladas, ou de bisel) e emendas de entalhe múltiplo, também chamadas de emendas dentadas ou finger joints, que podem ser na orientação vertical ou horizontal. (SZUCS et al. 2008). Figura 4 - Diferentes tipos de emendas realizadas em MLC Fonte: Macedo e Calil Junior (1999). A emenda por entalhes múltiplos (dentada) tem suas características geométricas definidas pela norma alemã DIN 68140: Figura 5 - Características geométricas das emendas dentadas Fonte: Szucs et al. (2008). Onde cada símbolo representa: I = comprimento dos entalhes; g = largura total da emenda; t = passo dos dentes;

28 27 b = espessura da extremidade de um dente; s = folga do fundo da emenda; α = inclinação da face do dente; e = s/1 = folga relativa no comprimento da emenda; v = b/t = grau de enfraquecimento. Macedo e Calil Junior (1999) afirmam que as emendas de topo apresentam baixíssima resistência mecânica, apesar de não haver desperdício de madeira em sua utilização. As emendas biseladas surgiram como alternativas para a baixa resistência das emendas de topo, sendo consideradas as emendas longitudinais que mais transmitem resistência. Porém do ponto de vista da produção em larga escala e do aspecto econômico ela não é vantajosa, devido a grande quantidade de cola necessária e o alto desperdício de madeira devido a baixa inclinação no seu corte, da ordem de 1:10. Perante as dificuldades apresentadas pelas emendas biseladas, surgiram às emendas dentadas. Como cita o autor estas emendas são as mais utilizadas atualmente na fabricação da MLC, sendo consideradas de resistência intermediária entre as de topo e as biseladas, tendo grande aceitação devido à facilidade na adaptação da produção em escala industrial, além de apresentarem resultados de resistência mais uniformes em relação às emendas biseladas. Nielsen (1998) descreve que entre os principais procedimentos e cuidados necessários a realização de emendas em lâminas, para a fabricação de MLC, destacam-se: Verificar o teor de umidade da madeira, que deve estar entre 8% e 18% no momento da colagem, sendo que a diferença entre as lâminas que serão coladas não deve ser maior que 5%, principalmente para emendas dentadas; De preferência adotar lâminas com 20mm de espessura, devido a ser bastante testada e consagrada, facilitando a colagem das emendas; Não exceder as pressões de colagem máximas, entre 0,80KN/cm² e 1,0 KN/cm² para coníferas e dicotiledôneas respectivamente, pelo risco de gerar tensões excessivas, principalmente nas emendas dentadas, afetando sua resistência, além de o tempo de pressão de colagem não ser inferior a 2 segundos;

29 28 Efetuar inspeções visuais e se possível testar as emendas com ensaios de tração, sendo os mais indicados para estes casos. Sobretudo uma recomendação primordial é a de evitar emendas em regiões de momentos máximos dos elementos estruturais, devido à resistência nas faixas com emendas da ordem de 80% se comparadas com elementos sem emendas. (SZUCS et al., 2008) PROPRIEDADES DE COLAGEM De Conti (2011) afirma que o processo de colagem envolve três importantes elementos: adesivo, aderente e adesão. De acordo com Filho (1982), a colagem pode ser entendida como um fenômeno que provê um mecanismo de transferência de tensões entre dois sólidos, através de interações moleculares. Durante o processo de formação da colagem pode se atribuir ao adesivo as seguintes funções de movimento e mobilidade: Fluidez - Refere-se à capacidade de escoar pela superfície do substrato; Transferência - Refere-se ao movimento pelo qual o adesivo transfere-se as duas superfícies em contato dos substratos; Penetração - Movimento do adesivo no sentido de adentrar na estrutura porosa microscópica do substrato; Umedecimento - Movimento no sentido de recobrir a estrutura sub-microscópica do substrato, adquirindo maior contato em nível molecular; Solidificação - Mudança do estado físico do adesivo, incluindo a evaporação ou migração do solvente, orientação molecular e polimerização CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DA MADEIRA QUE AFETAM A ADESÃO Segundo Filho (1982), para a formação de uma colagem adequada vários são os fatores preponderantes, como as características do substrato (material a ser colado), procedimentos

30 29 adotados na colagem, forma geométrica das peças a serem coladas e também as condições a que as peças se submeterão quando em serviço. Ainda segundo o autor as principais características da madeira que afetam o processo de colagem da mesma são as seguintes: Variabilidade Devido à biologia natural da formação da madeira esta tem grandes diferenças, até mesmo entre árvores de mesma idade e espécie. Isto afeta propriedades como densidade e permeabilidade, que tem grande influência no processo de colagem; Densidade Devido principalmente ao fato de que madeiras mais duras necessitam de colas que suportem maiores tensões; Anisotropia A propriedade anisotrópica da madeira apresenta diferentes estruturas anatômicas nos planos da mesma, tangencial, radial e transversal, tendo influência na qualidade da adesão; Porosidade e Permeabilidade As diferenças nas cavidades celulares das madeiras também intervêm na adesão; Lenho Inicial e Tardio Devido à diferença da densidade entre madeiras com idades diferentes; Umidade Madeiras com umidade acima de 20% podem ter a formação de bolhas nos adesivos, gerando também linhas de cola menos resistentes. 5.7 ADESIVOS Segundo Iwakiri (2009), as primeiras substâncias adesivas utilizadas pelo homem foram lama e argila, albumina (sangue), caseína (leite) e glutina (couro, pele e ossos). Porém as substâncias com maior poder de colagem, mais adequadas para a madeira, surgiram no século XX, como o Fenol-Formaldeído em 1929, a Uréia-Formaldeído em 1931, a Melamina- Formaldeído em 1939 e a Resorcina-Formaldeído em Também na década de 40 surgiram os adesivos sintéticos termoplásticos, como PVAc e Epóxi, dentre outros. Entre as características dos adesivos que interferem na qualidade da colagem, o autor destaca: Viscosidade - Interfere no espalhamento do adesivo, bem como na penetração do mesmo na estrutura capilar da madeira;

31 30 Tempo de Gelatinização (Gel Time) - É o tempo transcorrido do início do processo de cura até atingir a fase de máxima elasticidade; Teor de Sólidos - É a quantidade de sólidos contida na composição do adesivo líquido; Ph - As diferenças entre o Ph da madeira e do adesivo interferem significativamente na qualidade de colagem do conjunto. De acordo com Macedo (1996), os adesivos devem ser capazes de produzir emendas com resistência e durabilidade tal que a integridade da estrutura seja mantida por toda a vida útil desejada para a estrutura. Ainda de acordo com o autor, não é recomendado o uso de dois tipos diferentes de adesivos em um mesmo elemento estrutural, se uma parte da estrutura de MLC necessitar adesivo a prova d agua, toda a estrutura deverá recebê-lo. De acordo com a NBR 7190/1997, todos os adesivos utilizados na produção de estruturas de MLC deverão ser a prova d água. Os adesivos para madeira são basicamente divididos em 3 grandes grupos, conforme cita Iwakiri (2009): Adesivos Naturais - Glutina, Caseína, etc ; Adesivos Sintéticos Termoplásticos - PVAc, Polietileno, Borracha Sintética; Adesivos Sintéticos Termoendurecedores - Uréia-Formaldeído (UF), Fenol- Formaldeído (FF), Melamina-Formaldeído (MF), Resorcina-Formaldeído (RF), Melamina-Uréia-Formaldeído (MUF), Fenol-Melamina-Uréia-Formaldeído (FMUF), Resorcina-Fenol-Formaldeído (RFF), Tanino-Fomaldeído (TF), Licor Sulfito, Isocianato (MDI) ESCOLHA DOS ADESIVOS De acordo com Szucs et al (2008) a escolha da cola geralmente depende mais das condições de uso da estrutura do que propriamente do tipo de madeira. Principalmente deve-se observar o meio em que a estrutura se submeterá na sua vida útil, observando condições de umidade e temperatura.

32 31 O autor apresenta uma tabela que serve de base para a escolha da cola a se utilizar em elementos de MLC, constituída a partir de uma compilação de dados de estudos realizados na Europa e Estados Unidos: Temperatura elevada Temperatura normal Tabela 4 - Escolha da cola em função do tipo previsto de uso da estrutura Boas condições Más condições atmosféricas atmosféricas Umidade da madeira Exposição em atmosfera <18% >18% contendo produtos químicos ou exposição direta ás intempéries resorcina caseína resorcina caseína uréia-formol resorcina resorcina uréia-formol resorcina resorcina Obs: As colas de resorcina-fenol devem oferecer as mesmas condições das colas de resorcina pura. Na dúvida, devem ser realizados ensaios de laboratório. Fonte: Adaptado de Szucs et al. (2008).

33 32 6 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS Este trabalho foi realizado visando analisar a viabilidade do uso da tecnologia de MLC na cidade de Chapecó, utilizando madeira de Eucalyptus comumente encontrada em madeireiras, bem como adesivo de fácil acesso e custo relativamente baixo (Poliuretano). Foram adotados procedimentos simples de confecção de vigas de MLC, visando a melhor relação custobenefício, afim de quantificar os valores de resistência atingidos. 6.1 COMPRA E PREPARO DA MADEIRA A madeira de Eucalyptus foi comprada em uma madeireira da cidade de Chapecó SC, foi escolhida devido a apresentar boas condições em comparação à madeira de outros estabelecimentos, como também por haver tábuas de mesmo lote nas dimensões desejadas. Figura 6 - Madeira no estabelecimento comercial As dimensões e a quantidade de madeira comprada estão descritas na tabela 5: Tabela 5 - Quantidade de tábuas compradas Dimensões de tábuas Quantidade 20x5x300cm 2 25x2,5x300cm 6

34 33 Inicialmente a madeira foi transportada da madeireira até o local de estocagem, no barracão de marcenaria da empresa Sul Eventos, onde foi armazenada em local coberto pelo período de 12 dias, para atingir um teor de umidade em equilíbrio com o ambiente. Figura 7 - Estocagem da madeira por 12 dias 6.2 PREPARO DAS AMOSTRAS PARA ENSAIOS Após os 12 dias de estocagem foram feitos os cortes nas amostras consideradas representativas do lote, que apresentavam boas condições, sem empenamentos ou nós visíveis. Tais amostras foram retiradas utilizando serra de corte e a plaina, para conferir uniformidade nas suas dimensões.

35 34 Figura 8 - Plaina Figura 9 - Serra de corte A NBR 7190/1997 cita os procedimentos para os ensaios a serem realizados em madeiras serradas e madeira laminada colada, no anexo B da mesma, onde constam, dentre outros, os procedimentos para a realização dos ensaios que serão realizados neste trabalho: Umidade; Densidade básica; Compressão paralela às fibras; Flexão reta.

36 VALORES DE RESISTÊNCIA CARACTERÍSTICA De acordo com Pfeil (2003) os valores de resistência característica (resistência mínima) podem ser obtidos a partir de valores médios obtidos de ensaios experimentais, utilizando a equação 1: (1) Onde: fk = Resistência característica; fm = Resistência média obtidas nos ensaios com as amostras; σ = Desvio padrão calculado para as amostras. Este método será utilizado para os ensaios onde foram utilizadas 6 amostras para obter os valores médios e será denominado de método Pfeil. Porém a resistência característica também pode ser estimada diretamente dos resultados obtidos dos ensaios padronizados pela NBR 7190/1997 para apenas uma amostra, para isto utiliza-se a equação 2: (2) Onde: fk = Resistência característica; fm = Resistência obtida no ensaio com a amostra. Este procedimento será denominado de método convencional.

37 AMOSTRAGEM Para a retirada de corpos de prova, as diretrizes são definidas pela NBR 7190/1997, ítem B.2, que também cita que os lotes de amostras devem ser retirados aleatoriamente, devendo ser representativa da totalidade do lote. Figura 10 Local para extração de corpos de prova Fonte: Adaptado de NBR 7190/1997 O número mínimo de corpos de prova varia de acordo com os objetivos da caracterização, conforme a tabela 6: Tabela 6 - Número de amostras para ensaios de caracterização Objetivo do ensaio n de corpos de prova Caracterização 6 simplificada Caracterização mínima de resistência de 12 espécies pouco conhecidas Fonte: NBR 7190/1997

38 37 As dimensões dos corpos de prova para os ensaios normatizados pela NBR 7190/1997 são os descritos na tabela 7: Tabela 7 - Dimensões dos corpos de prova Tipo de ensaio Largura (cm) Altura (cm) Comprimento (cm) Umidade Densidade Básica Compressão paralela às fibras Flexão Fonte: NBR 7190/1997 Porém para os ensaios de flexão estática deste trabalho as dimensões dos corpos de prova serão diferentes do normatizado no quesito altura, tanto de madeira serrada como de madeira laminada colada, onde terão 18,4cm. Primeiro foram realizados os ensaios de umidade, compressão paralela às fibras e densidade básica, porém como os valores de umidade estavam muito elevados optou-se por deixar a madeira estocada por mais 7 dias, totalizando então 19 dias, para refazer os ensaios de umidade e compressão paralela às fibras. O ensaio de densidade não depende da umidade da madeira, portanto não foi necessário refazê-lo. Após os 7 dias foram novamente retiradas amostras nas dimensões e locais normatizados, repetindo os ensaios desejados obtendo valores satisfatórios. As amostras foram numeradas com letras e números, as letras significam o tipo de ensaio a ser realizado e os números são a identificação de cada amostra, onde: A = ensaio de umidade com repouso das amostras de 12 dias; B = ensaio de densidade básica; C = ensaio de compressão paralela às fibras (utilizando valores de umidade do ensaio A); D = ensaio de compressão paralela às fibras (utilizando valores de umidade do ensaio E). E = ensaio de umidade com repouso de 19 dias;

39 ENSAIOS ENSAIO DE UMIDADE Determinação do teor de umidade de lotes considerados homogêneos, de madeira serrada ou beneficiada, afim de ajustar as propriedades mecânicas de resistência e rigidez. O teor de umidade da madeira é definido na equação 3: (3) Onde: mi = massa inicial da madeira, em gramas; ms = massa da madeira seca, em gramas. De acordo com a NBR 7190/1997 os valores de resistência obtidos em ensaios de corpos de prova com teores de umidade diferentes de 12% devem ser corrigidos para tal valor, considerado o teor de umidade padrão da norma, utiliza-se para isto a equação 4: [ ] (4) Onde: f12 = valor de resistência corrigido para teor de umidade 12%; fu = valor de resistência obtido no ensaio; U = teor de umidade da amostra PROCEDIMENTOS Determinar a massa inicial do corpo de prova (mi), com exatidão de 0,01g. Após, colocar o corpo de prova na câmara de secagem, com temperatura na casa de 103ºC.

40 39 Durante a secagem, a massa do corpo de prova deve ser medida a cada 6 horas, até que ocorra uma variação, entre duas medidas consecutivas, menor ou igual a 0,5% da última massa medida. Esta massa será considerada como a massa seca (ms). Após definida a massa seca (ms), determina-se a umidade pela equação 3 demonstrada. O primeiro ensaio realizado com as amostras que ficaram expostas a secagem na temperatura ambiente durante 12 dias pode ser visualizada na figura 11: Figura 11 Pesagem das amostras do ensaio de umidade (a) O ensaio de umidade foi refeito após mais 7 dias de secagem da madeira, conforme figura 12: Figura 12 - Pesagem das amostras do ensaio de umidade (E)

41 ENSAIO DE DENSIDADE BÁSICA Determinação da densidade básica de um lote de madeira considerado homogêneo. A densidade básica é uma massa específica convencional, definida na equação 5: (5) Onde: ms = massa seca da madeira, em quilogramas; Vsat = volume da madeira saturada, em metros cúbicos. O volume saturado é determinado pelas dimensões finais do corpo de prova submerso em água, até que atinja massa constante ou com no máximo uma variação de 0,5% em relação à medida anterior. A massa seca é determinada com o mesmo procedimento já descrito no ítem PROCEDIMENTOS Foram adotados os procedimentos padronizados pela NBR 7190/1997 para este ensaio, onde determinou-se a massa seca do corpo de prova (ms), com exatidão de 0,01g. Com o corpo de prova saturado, foi aferido o volume saturado por meio das medidas dos lados da seção transversal e do comprimento, utilizando paquímetro digital com precisão de 0,01mm. Conhecidos os valores de ms e Vsat, foi calculada a densidade básica de acordo com a equação 5 já demonstrada. Na figura 13 é possível observar os procedimentos adotados para a realização deste ensaio:

42 41 Figura 13 - Procedimentos do ensaio de densidade básica (b) ENSAIO DE COMPRESSÃO PARALELA ÀS FIBRAS Determinação da resistência e da rigidez à compressão paralela às fibras da madeira de um lote considerado homogêneo. A resistência a compressão paralela às fibras (f wc,o ou f co ), é dada pela máxima tensão de compressão que pode atuar em um corpo de prova com seção transversal definida, sendo demonstrada na equação 6: (6) Onde: Fc0,máx = máxima força de compressão aplicada ao corpo de prova durante o ensaio, em newtons; A = área inicial da seção transversal comprimida, em metros quadrados;

43 PROCEDIMENTOS Para a realização destes ensaios foram seguidas as diretrizes apresentadas na norma NBR 7190/1997, onde primeiro as medidas dos lados do corpo de prova foram aferidas com paquímetro digital com precisão de 0,01mm. A resistência foi determinada aplicando-se nas amostras um carregamento monotônico crescente, com uma taxa em torno de 0,3 KN/s, utilizando máquina de ensaio disponível no laboratório de Engenharia Civil da Unochapecó. Na figura 14 estão demonstrados os procedimentos realizados no ensaio das amostras nomeadas com a letra C, que são aquelas que ficaram em repouso durante 12 dias: Figura 14 - Procedimentos do ensaio de compressão paralela às fibras (C) (com umidade A) Depois de 7 dias este ensaio também foi refeito, tendo as amostras nomeadas com a letra D, como mostra a figura 15:

44 43 Figura 15 - Procedimentos do ensaio de compressão paralela às fibras (D) (com umidade E) ENSAIO DE FLEXÃO ESTÁTICA Determinação da resistência e da rigidez da madeira à flexão de um lote considerado homogêneo. A resistência da madeira à flexão (fwm ou fm) é um valor convencional, dado pela máxima tensão que pode atuar em um corpo de prova no ensaio de flexão simples, sendo demonstrada na equação 7 dada por: (7) Onde: Mmáx = máximo momento aplicado ao corpo de prova, em newtons-metro; We = módulo de resistência elástico da seção transversal do corpo de prova, dado por bh²/6 em metros cúbicos. O módulo de elasticidade da madeira à flexão expressa a carga necessária para distender um corpo de 1cm² de área transversal, a uma distância igual ao seu próprio comprimento, é definido na equação 8:

45 44 (8) Onde: E = Módulo de elasticidade na flexão; P = Força ou carga aplicada; l = vão ou distância entre os apoios; A = deslocamento vertical (flecha); I = momento de inércia PROCEDIMENTOS Para a determinação da resistência convencional à flexão, as medidas dos lados do corpo de prova foram aferidas com exatidão 0,1mm, conforme o solicitado na norma. No ensaio, o corpo de prova foi vinculado a dois apoios articulados móveis, com vão livre entre apoios de 105cm, que dá uma relação de 5,706h, visto que a altura das vigas é de 18,4cm. Estes apoios articulados se apoiavam sobre 4 blocos de concreto, com altura de aproximadamente 91cm do chão, na figura 16 é possível visualizar os procedimentos de preparo do ensaio de flexão estática:

46 45 Figura 16 - Procedimentos de montagem do enasio de flexão Para garantir que o carregamento fosse aplicado exatamente no meio do vão livre da peça fezse o uso de um prumo, medindo a distância de 52,5cm para cada lado do prumo até o apoio, conforme a figura 17: Figura 17 - Aplicação da carga no meio da peça Para aferir a deflexão da peça com o efeito do carregamento pontual foi instalado um extensômetro, posicionado abaixo da amostra em questão. Na figura 18 observa-se este procedimento:

47 46 Figura 18 - Posicionamento do extensiômetro Por fim o carregamento consistiu em uma carga concentrada, aplicada por meio de um cutelo acoplado ao macaco hidráulico, conforme figura 19: Figura 19 - Esquema geral do ensaio de flexão No ensaio para determinação da resistência à flexão, o carregamento foi aplicado de forma gradual crescente, com uma taxa em torno de 8MPa/min.

48 MONTAGEM DAS VIGAS DE MLC Serão descritos os procedimentos adotados para a montagem das vigas de MLC ensaiadas neste trabalho, pode-se observar nos esquemas abaixo os modelos montados de vigas de MLC: VIGA MODELO 01 - A - referência medidas em mm VIGA MODELO 01 - B - referência medidas em mm VIGA MODELO 02 - MLC sem emendas transversais medidas em mm

49 VIGA MODELO 03 - MLC com 4 emendas transversais medidas em mm ,5 575 VIGA MODELO 04 - MLC com 12 emendas transversais medidas em mm 287,5 7.1 PREPARO DAS TÁBUAS PARA VIGAS DE MLC Primeiro as tábuas de Eucalyptus foram refiladas na direção longitudinal, na largura proposta para este trabalho, 5cm. Depois foram plainadas, para garantir que tivessem a mesma altura em todo o seu comprimento longitudinal, eliminando o efeito de abaulamento comum nestas tábuas. Com este procedimento de plainagem, optou-se por padronizar a altura de cada tábua em 2,3cm.

50 49 Figura 20 - Tábuas sendo refiladas na largura Figura 21 - Tábuas sendo plainadas na altura Após as tábuas terem sido refiladas com 5cm de largura e plainadas com 2,3cm de altura faltava ainda serrá-las no comprimento desejado para a fabricação das vigas de MLC, conforme tabela 8:

51 50 Tabela 8 - Dimensões de corte das lâminas para MLC Quantidade de tábuas Espessura (mm) Largura (mm) Comprimento (mm) , Os cortes utilizaram serra ½ esquadria, conforme figura 22: Figura 22 - Corte da madeira para MLC 7.2 PROCEDIMENTOS DE COLAGEM DAS VIGAS DE MLC As vigas de MLC foram coladas utilizando adesivo PUR 501, devido à maior resistência em comparação à cola branca PVA, também por ser resistente à agua e intempéries de acordo com a norma DIN 204, além de estar disponível facilmente no comércio da cidade. Foi utilizado espátula metálica para espalhar o adesivo pelas tábuas, este que por sinal é composto de espuma expansiva que após alguns minutos já começava a endurecer. Assim que as vigas eram finalizadas foram amarradas com auxílio de arame visando diminuir sua movimentação lateral e prensadas com peso uniforme sobre sua extensão, gerando uma tensão

52 51 de aproximadamente 0,105 MPa em sua superfície, durante um período de aproximadamente 50 horas. Figura 23 - Procedimentos de colagem das vigas de MLC Figura 24 - Procedimentos de colagem das vigas de MLC

53 52 Figura 25 Prensagem das vigas de MLC Após a prensagem os arames foram cortados com auxílio de alicate e foram retirados os excessos de cola que expandiram-se para as laterais das tábuas, com auxílio de espátula metálica. O aspecto final das vigas de MLC ficou de acordo com a figura 26: Figura 26 - Vigas de MLC e Vigas de madeira serrada (referência) As vigas que foram ensaiadas à flexão foram numeradas como:

54 53 Modelo 1-A = Viga de madeira serrada; Modelo 1-B = Viga de madeira serrada de mesmo lote, porém que aparentava ser madeira mais nova devido à cor mais clara; Modelo 2 = Viga de MLC; Modelo 3 = Viga de MLC; Modelo 4 = Viga de MLC;

55 54 8 RESULTADOS E DISCUSSÕES 8.1 UMIDADE Tabela 9 - Umidade das amostras com repouso de 12 dias Ensaio de umidade (A) Amostras Massa inicial (g) Massa seca (g) Umidade (%) n 1 19,22 13,717 40, n 2 24,614 18,122 35, n 3 25,589 16,541 54, n 4 26,813 17,712 51, n 5 27,956 18,423 51, n 6 20,635 14,798 39, Umidade média das amostras (%) 45, Desvio Padrão das amostras 17, Figura 27 - Ensaio de Umidade A Tabela 10 Umidade das amostras com repouso de 19 dias Ensaio de umidade (E) Amostras Massa inicial (g) Massa seca (g) Umidade (%) n 1 17,672 14,369 22, n 2 20,031 14,653 36, n 3 18,364 14,807 24, n 4 18,552 14,804 25, nº 5 18,666 14,383 29, n 6 18,081 14,426 25, Umidade média das amostras (%) 27, Desvio Padrão das amostras 11,

56 55 Figura 28 - Ensaio de umidade E A madeira quando comprada apresentava alto teor de umidade, sendo que foi seca à temperatura ambiente primeiramente durante 12 dias (umidade A) e depois mais 7 dias, totalizando 19 dias (umidade E), afim de atingir uma umidade em equilíbrio com o ambiente. Segundo Moreschi (2012) a umidade de equilíbrio atingida pela madeira depende principalmente da umidade relativa do ar e da temperatura ambiente. Percebe-se a grande variação de umidade entre uma amostra e outra, por exemplo entre a amostra de n 3 e a amostra de nº 2 do ensaio de umidade A. Conforme cita Pfeil (2003) a quantidade de água das madeiras verdes ou recém-cortadas varia muito de acordo com espécies e até mesmo com as estações do ano, sendo que tais variações tem como limite 30% para madeiras mais resistentes e 130% para madeiras macias. Moreschi (2012) cita que a umidade da madeira de alburno varia consideravelmente em relação ao cerne de certas espécies, o que explica as grandes variações encontradas nas amostras.

57 DENSIDADE BÁSICA Tabela 11 Resultados do ensaio de densidade básica (B) Ensaio de densidade básica (B) Amostras Massa seca (g) Volume da Densidade madeira saturada básica (g/cm³) (cm³) n 1 18,132 30, , n 2 17,596 30, , n 3 16,815 30, , n 4 13,869 29, , n 5 13,971 30, , n 6 13,804 30, , DENSIDADE BÁSICA MÉDIA (g/cm³) 0, DESVIO PADRÃO DAS AMOSTRAS 0, Figura 29 - Ensaio de densidade básica B As amostras de madeira utilizada para os ensaios de densidade básica eram provenientes do mesmo lote, porém assim mesmo observou-se a grande diferença entre valores de densidade básica, principalmente comparando os valores encontrados para as amostras de n 1 e n 5, onde a variação ficou da ordem de 32,04%. Moreschi (2005) cita dentre os fatores que influem na variação da densidade básica de amostras de madeiras de uma mesma espécie o lenho inicial e tardio, onde a posição de retirada da amostra no tronco da árvore tem grande influência nos seus valores. Cita como

58 57 exemplo a madeira Fraxinus Excelcius, onde a massa específica do lenho inicial tem em média 0,57 g/cm³ e a do lenho tardio tem média de 0,75 g/cm³, apresentando variação de 31,6%, valor este que fica bem próximo à variação encontrada nos ensaios realizados com as amostras de Eucalyptus deste relatório. O autor também cita a posição do tronco onde a amostra foi retirada como determinante nas variações de densidade básica observadas em madeiras de mesmo lote e espécie. Afirma que o valor máximo de densidade situa-se na base do tronco, devido aos tecidos rígidos de sustentação ali existentes. A partir desta posição a densidade básica diminui em direção à copa da árvore. Em trabalho apresentado por Serpa et al (2002) o autor buscou avaliar as diferenças entre três espécies de árvores, sendo elas Eucalyptus Grandis, Eucalyptus Saligna e Pinus Elliotti, e, diferente do citado por Moreschi (2005), quando avaliou a densidade básica variando com a posição do fuste observou a diminuição da densidade da tora da base para a do meio, voltando a crescer na tora do topo. Observou ainda que em geral para as 3 espécies estudadas a densidade na base foi inferior a densidade observada no topo das árvores. Haselein et al. (2003) estudaram as propriedades de árvores matrizes de Eucalyptus Grandis com 27 anos de idade, onde encontraram valores de densidade básica média da ordem de 0,46g/cm³, valor bem próximo ao encontrado nos ensaios deste relatório. Também avaliaram a variação da densidade básica ao longo do tronco no sentido longitudinal, sendo crescente no sentido base-topo, em concordância com Serpa et.al (2002) e discórdia do citado por Moreschi (2005).

59 COMPRESSÃO PARALELA ÀS FIBRAS (C) (com umidade A) Tabela 12 Resultados do ensaio de compressão paralela às fibras (C) Ensaio de compressão paralela às fibras (C) (com umidade A) Resistência MPa Amostras Área (m²) F (KN) Resistência MPa (corrigida para U=12%) n 1 0, ,03 31, , n 2 0, ,6 30, , n 3 0, ,99 30, , n 4 0, ,2 31, , n 5 0, , , n 6 0, ,11 31, , Resistência MPa média fm 31, , Resistência Característica fk (Método Pfeil) 28, , Resistência Característica fk (Método Convencional) 21, , Desvio padrão das amostras 1, , Figura 30 - Ensaio de compressão paralela às fibras C (com umidade A) O ensaio de compressão paralela às fibras foi realizado nas amostras que ficaram em repouso durante 12 dias e que apresentaram teor de umidade média de 45,54% (umidade A). Devido ao alto teor de umidade encontrado na madeira optou-se por refazer os ensaios após a mesma secar ao ar livre por mais 7 dias, obtendo teor de umidade de 27,35% (ensaio E), afim de obter resultados que poderiam ser melhor avaliados de acordo com a bibliografia.

60 59 Afim de estimar a resistência corrigida para umidade padrão de 12% a umidade da madeira foi fixada em 30%, sendo este o ponto de saturação das fibras (PSF) citado por Pfeil (2003) e Moreschi (2012). Neste ensaio observa-se a diferença obtida na resistência característica corrigida para a umidade padrão avaliada pelo critério proposto por Pfeil (2003) e pelo critério convencional, onde o valor encontrado utilizando o método demonstrado por Pfeil é 30,72% maior que o resultado obtido pelo método convencional. Esta diferença se deve por Pfeil levar em conta que foram realizados vários ensaios com as amostras, chegando-se em um valor médio e um desvio padrão que é considerado na fórmula, já no método convencional está incluída uma margem de segurança maior por poder ser usado em ensaios com poucas, ou apenas uma amostra. 8.4 COMPRESSÃO PARALELA ÀS FIBRAS (D) (com umidade E) Tabela 13 - Valores do ensaio de compressão paralela às fibras (D) Ensaio de compressão paralela às fibras (D) (com umidade E) Resistência MPa Amostras Área (m²) F (KN) Resistência MPa (corrigida para U=12%) n 1 0, ,07 27, , n 2 0, ,97 28, , n 3 0, ,85 31, , n 4 0, ,99 29, , n 5 0, ,36 29, , n 6 0, ,98 30, , Resistência MPa média fm 29, , Resistência Característica fk (Método Pfeil) 24, , Resistência Característica fk (Método Convencional) 20, , Desvio padrão das amostras 3, ,

61 60 Figura 31 - Ensaio de compressão paralela às fibras D (com umidade E) Neste ensaio a diferença obtida na resistência característica corrigida para a umidade padrão avaliada pelo critério proposto por Pfeil (2003) e pelo critério convencional é de 16,82%. A diferença percentual ficou menor que no ensaio C devido ao desvio padrão observado nas amostras ser maior. Devido a realização de ensaios em 6 amostras padronizadas pode-se adotar uma resistência característica maior através da expressão demonstrada por Pfeil (2003), sendo interessante frente ao método convencional de obtenção da resistência característica. De acordo com Pfeil (2003), quando a madeira atinge um teor de umidade por volta de 30%, após ter sido posta a secar, evapora-se a água contida em suas células ocas, atingindo o chamado ponto de saturação das fibras (PSF), no qual as paredes das células ainda estão saturadas, porém a água de seu interior evaporou. Desta forma a madeira é denominada meio seca. Moreschi (2012) cita que o PSF (ponto de saturação das fibras) padrão para todas as espécies de madeira está na casa dos 28% de umidade. O autor cita que a maioria das propriedades da madeira independem do seu teor de umidade, enquanto ele estiver situado acima do PSF, porém passam a se relacionar intensamente com o teor de umidade quando ele se encontrar abaixo do PSF, pois daí até 0% de teor de umidade a madeira se contrairá e assim, geralmente, torna-se mais resistente.

62 61 Desta forma é possível entender os valores encontrados nestes ensaios, visto que no ensaio com madeira de teor de umidade médio de 45,53% foi observada resistência média de compressão paralela de 48,32 MPa, enquanto que na madeira de mesmo lote com umidade média de 27,36% a resistência média de compressão paralela ficou em 43,10 MPa, sendo que estas resistências já estão corrigidas para a umidade padrão U=12%. Observa-se que apesar da umidade ter diminuído de 45,53% para 27,36% a resistência à compressão paralela às fibras não foi influenciada decisivamente pelo teor de umidade, sendo que inclusive houve diminuição da resistência nas amostras com teor de umidade menor. Isto se explica justamente devido a esta variação de umidade se situar de um teor acima do PSF até um teor próximo do PSF da madeira, conforme citado por Moreschi (2012).

63 ENSAIO DE FLEXÃO ROMPIMENTO DAS VIGAS SERRADAS E LAMINADAS COLADAS Figura 32 - Rompimento da viga modelo 1-A O rompimento das vigas de referência modelo 1-A e modelo 1-B (figuras 32 e 33 respectivamente) ocorreu por tração excessiva nas fibras inferiores, é possível observar também o acentuado embutimento da madeira pelo cutelo aplicador de carga, que compromete a resistência a compressão da seção superior da peça, assim como a flecha excessiva observada nas mesmas momentos antes da ruptura. Figura 33 - Rompimento da viga modelo 1-B

64 63 O rompimento da viga laminada colada modelo 2 (figura 34) se deu por fatores associados, houve deslizamento das lâminas coladas inferiores, ou seja, ruptura por cisalhamento na lâmina de cola e também por tração excessiva nas fibras inferiores da lâmina de madeira localizada no ponto mais inferior da peça. Figura 34 - Rompimento da viga de MLC modelo 2 O rompimento das vigas laminadas coladas modelos 3 e 4 (figuras 35 e 36) ocorreu também por fatores associados, houve descolamento das lâminas coladas inferiores, o que configura uma ruptura por tração na lâmina de cola, bem como houve afastamento das emendas de topo, que se explicam pelo deslizamento das lâminas inferiores no sentido de se afastarem do meio da peça em direção aos apoios, configurando ruptura também por cisalhamento na lâmina de cola e tração na face das emendas de topo. Assim pode-se observar que as emendas de topo não conferem resistência adequada ao conjunto de uma viga de MLC, visto que nas vigas modelo 3 e 4 a ruptura se deu também por tração na lâmina de cola das emendas de topo. Este fato contribui para a baixa resistência conferida as vigas de MLC, sendo que com emendas dentadas (finger-joint) ou emendas biselas a área de contato de cola na emenda é maior, conferindo maior resistência à mesma.

65 64 Figura 35 - Rompimento da viga de MLC modelo 3 Figura 36 - Rompimento da viga de MLC modelo 4 Em todas as vigas de MLC ensaiadas tomou-se o cuidado para não posicionar as emendas nas regiões de momentos máximos. Como observa-se nas figuras 35 e 36 as emendas que ficavam exatamente no meio da peça foram posicionadas na parte superior, onde agem os esforços de compressão da viga na flexão, não sendo tão prejudicial para a resistência da peça como na região inferior, onde agem esforços de tração.