Estudo sobre a viabilidade técnica das Cruzetas de Madeira Laminada Colada de pinus oocarpa unida com adesivo à base de fenol formaldeído

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1 XIV EBRAMEM - Encontro Brasileiro em Madeiras e em Estruturas de Madeira 28-30/Abril, 2014, Natal, RN, Brasil Estudo sobre a viabilidade técnica das Cruzetas de Madeira Laminada Colada de pinus oocarpa unida com adesivo à base de fenol formaldeído 1 Marcos C. M. Pereira (marcoscesar@sc.usp.br), 2 Carlito C. Neto (netousp@gmail.com), 3 Carlito C.Junior (calil@sc.usp.br), 4 Claudio J. Santos (claudio@cpfl.com.br) 1 Universidade de São Paulo Departamento de Engenharia de Materiais, Programa de Pós Graduação em Ciências e Engenharia de Materiais, EESC-USP, Av. Tabalhador São Carlense, nº 400, Pq. Arnold Shimitt, São Carlos - SP 2-3 Universidade de São Paulo Departamento de Engenharia de Estruturas (SET), EESC-USP, Av. Tabalhador São Carlense, nº 400, Pq. Arnold Shimitt, São Carlos SP 4 CPFL Energia Companhia Paulista de Força e Luz S/A, Avenida Cavalheiro Paschoal Innechi, 888, Independência, Ribeirão Preto - SP RESUMO: Este estudo teve por objetivo avaliar o uso de cruzetas confeccionadas com madeiras de pinus oocarpa, através da técnica da madeira laminada colada, tratada em autoclave. A Madeira Laminada Colada (MLC) foi concebida a cerca de cem anos para viabilizar o uso de madeira para grandes vãos e formatos diferenciados, e também solucionar o problema da dificuldade de encontrar madeiras maciças com grandes dimensões. Seguindo a mesma tendência de substituição do uso de madeiras nativas provenientes da Amazônia, o uso de madeiras de florestas plantadas para substituir produtos tradicionalmente fabricados em madeira nativa tem obtido sucesso. O uso de cruzetas produzidas com esta técnica permite controlar as propriedades físicas através de ensaios de classificação mecânicas nas lamelas e controlar os defeitos naturais através da classificação visual, sendo que estes dois procedimentos recomendados e previstos no anexo B do projeto de revisão da NBR Os resultados obtidos em cruzetas com seção de 90x95x2000mm unidas com adesivo a base de fenol formaldeído, através dos testes de resistência e rigidez constante na NBR 8458 se mostraram satisfatórios. Testes de delaminação e cisalhamento na linha de cola também foram realizados com resultados positivos. Palavras Chave: madeira laminada colada, cruzetas STUDIES ON THE STRENGTH AND STIFFNESS OF GLULAM CROSSARMS OF THE PINE OOCARPA JOINED ADHESIVELY TO THE BASE OF PHENOL FORMALDEHYDE ABSTRACT: This study aimed to evaluate the use of crosarmes made with oocarpa pine woods, through the technique of glulam autoclaved. The glulam was designed about a hundred years to enable the use of wood for large spans and different formats, and also solve the problem of difficult to find solid wood with large dimensions. Following the same trend of substitution of native timber from the Amazon, the use of wood from forests planted to replace products traditionally made of native wood has been successful. The use of crossarms produced with this technique allows to control the

2 physical properties by testing the mechanical classification in lamellae and control natural defects by visual classification, and these two recommended and provided for in Annex B of NBR 7190 procedures. The results obtained in crossarms with 90x95x2000mm section together with adhesive based phenol formaldehyde, through the strength and stiffness constant in NBR 8458 tests proved satisfactory. Delamination and glue line shear tests were also conducted with positive results. Keywords: Glulam, Crossarms 1. INTRODUÇÃO As tradicionais cruzetas de madeira de puro cerne de madeiras tropicais estão encontrando dificuldades para sua confecção com níveis adequados de qualidade e durabilidade. Em função da crescente escassez desses recursos aliada às questões ambientais, a sociedade pressiona no uso mais racional e sustentável desse material. Desse modo, algumas alternativas têm sido desenvolvidas como forma de substituí-las. Especialmente espécies de reflorestamento como o pinus se mostram como uma alternativa viável para solucionar esta questão, quando associada à aplicação da tecnologia de MLC. 2. OBJETIVO Verificar o desempenho das cruzetas de madeira de Pinus oocarpa com seção transversal 90x95mm, quando submetidas às condições de flexão mecânica, cisalhamento na linha de cola e delaminação. 3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 3.1 Ensaio de Flexão Todas as cruzetas foram ensaiadas de forma a verificar se os valores das flechas das cruzetas de pinus ocarpa atendem aos requisitos de resistência e flecha conforme os valores normativos da NBR 8458 (1984). A seguir são apresentados de maneira breve os critérios de ensaios mecânicos de flexão realizados de acordo com o esquema apresentado na Figura 1. As cruzetas foram apoiadas na metade do seu comprimento, sendo aplicada uma força P em cada uma de suas extremidades. Estas forças foram aplicadas simultaneamente na cruzeta, com a mesma intensidade e com velocidade de deslocamento máxima de 2 cm/min. Foram ensaiadas as duas faces de cada cruzeta. Após a aplicação da carga, a cruzeta apresenta-se deformada conforme Figura 2, sendo as flechas medidas simultaneamente nas duas extremidades. Para medir a flecha foram utilizados dois relógios comparadores, um em cada extremidade da cruzeta, com precisão de 0,01 mm e curso de 50 mm. Figura 1: Ensaio de flexão em cruzetas Tabela 1 - Carregamento x flechas admissíveis para a norma de cruzetas de madeira

3 Comprimento L (mm) Ensaio 2000 Figura 1 Obs: - indica que não precisa medir a flecha. Descrição do carregamento Flecha - (mm) Resistência Residual\ 2P (kgf) Máxima máxima Nominal (Rnom) Máximo excepcional (1,4xRnom) Mínimo de Ruptura (2xRnom) O teste é realizado em três ciclos de ensaios, do seguinte modo: 1. É aplicada a carga de 800 kgf e foram medidas as flechas (e seu resíduo) nas extremidades da cruzeta para verificar a sua resistência de flexão nominal (RN = 800 kgf); 2. É aplicada a carga de 1120 kgf e foram medidas as flechas (e o seu resíduo) nas extremidades da cruzeta para verificar a sua resistência no limite de carregamento (1,4*RN=1120); 3. É aplicada carga até ocorrer a ruptura na cruzeta (que no mínimo deve ser igual a 2 vezes a resistência nominal = 1600 kgf), para determinar a resistência de ruptura de flexão. Figura 2: Dispositivo do ensaio de flexão mecânica na cruzeta: pontos importantes; Figura 3: Dispositivo do ensaio de flexão mecânica na cruzeta: vista lateral 3.2 Ensaio de delaminação na linha de cola Os procedimentos para ensaio de delaminação foram descritros por Calil Neto (2010), com base na norma canadense CSA , que recomenda a confecção de dois conjuntos de corpos de prova para o testes do tempo de cura máximo e mínimo

4 recomendado pelo fabricante do adesivo. A dimensão do CP deve ter 130mm de comprimento. Os CPs devem ser numerados e identificados e colocados num autoclave separados uns dos outros de forma que todas as superfícies fiquem em contato com água. Deve-se colocar um peso sobre o CPs para evitar que eles emirjam com a água e a pressão. A água a 22 ± 5 C deve submergir completamente as amostras. Um vácuo de 75 ± 10 kpa, deve ser feito e mantido por 2h, após o qual o vácuo deve ser liberado e uma pressão de 540 ± 20 kpa devem ser aplicadas por 2 h. A pressão é então liberada, e um vácuo é de 75 ± 10 kpa deve voltar a ser feito e mantido por 2 h, enquanto os conjuntos permanecem submersas. Este vácuo é então liberado, e uma pressão de 540 ± 20 kpa deve ser aplicadas novamente por 2h. Após este período de imersão, as amostras devem ser secas durante 88 h às 28 ± 2 C, com circulação de ar suficiente para reduzir o seu peso dentro de 5 a 6% do peso da amostra original. Este ciclo de 4 dias (96h) (ciclo de vácuo, a pressão, imersão e secagem) deve ser repetido duas vezes, ou seja, este teste requer 12 dias para ser completo. Os resultados são analisados pelas fissuras que podem surgir na linha de cola, onde não é admitido aberturas de mais de 1% do total do comprimento de linha de cola no topo dos CPs. 3.3 Ensaio de cisalhamento Nos ensaios de tração e de compressão a força aplicada sobre os corpos de prova atua ao longo do eixo longitudinal do corpo-de-prova. No caso do cisalhamento, a força é aplicada ao corpo na direção perpendicular ao seu eixo longitudinal. Esta força cortante, aplicada no plano da seção transversal (plano de tensão), provoca o cisalhamento. Como resposta ao esforço cortante, o material desenvolve em cada um dos pontos de sua seção transversal uma reação chamada resistência ao cisalhamento. A resistência de um material ao cisalhamento, dentro de uma determinada situação de uso, pode ser determinada por meio do ensaio de cisalhamento. Figura 4: Esquema de realização do teste de cisalhamento para cruzeta de MLC 4. MATERIAIS Os corpos de prova utilizados foram separados em 3 grupos, descritos abaixo: GRUPO 1: 12 cruzetas confeccionadas com adesivo resorcinol fenol, com seção transversal de 90 x 95mm, com tratamento preservante antes da colagem, gramatura de 200g/m²;

5 GRUPO 2: 5 cruzetas confeccionadas com adesivo resorcinol fenol, com seção transversal de 90 x 95mm, com tratamento preservante realizado 12 dias depois da colagem, gramatura de 200g/m²; As demais cruzetas deste grupo (7 unidades) foram inutilizadas para os testes devido a problemas no transporte. GRUPO 3: 12 cruzetas confeccionadas com adesivo resorcinol fenol, com seção transversal de 90 x 95mm, com tratamento preservante realizado 12 dias depois da colagem, gramatura de 150g/m²; 5. RESULTADOS As imagens a seguir ilustram de forma gráfica os valores dos ensaios de flexão dos corpos de prova e módulo de ruptura de cada um. Figura 5: Valores de flexão e ruptura para o grupo 1 Figura 6: Valores de flexão e ruptura para o grupo 2

6 Figura 7: Valores de flexão e ruptura para o grupo 3 A seguir é apresentada uma compilação dos resultados obtidos em forma de tabela e em forma gráfica. Tabela 18: Resumo dos resultados aprovados x reprovados dos ensaios realizados Grupo Ensaio % Aprovada % Reprovada Flexão Grupo 1 Delaminação Cisalhamento Saturado em água Cisalhamento seco Flexão Grupo 2 Delaminação Cisalhamento Saturado em água Cisalhamento seco Flexão Grupo 3 Delaminação 8 92 Cisalhamento Saturado em água Cisalhamento seco 17 83

7 Figura 8: Valores dos ensaios de cisalhamento seco, saturado, flexão e delaminação. 6. CONCLUSÕES Com a análise dos dados obtidos pode-se concluir que o grupo 3 teve o pior desempenho devido às suas características de colagem (gramatura menor) e aplainamento realizado muito tempo antes da colagem o que causa o fechamento dos vasos da madeira. Para o grupo 1, cruzetas tratadas antes da colagem, os valores de cisalhamento seco e saturados foram bons, porém no ensaio de delaminação que é o teste mais crítico, não obteve o melhor resultado. O melhor resultado para o teste de delaminação ficou para o grupo 2, cruzetas tratadas depois da colagem, e que também obteve bons resultados no teste de flexão. Para os grupos 2 e 3 foram avaliadas as densidades das lamelas das cruzetas seguindo os parâmetros definidos pelos procedimentos de classificação visual de madeiras constante no projeto de revisão da norma de estruturas de madeira NBR 7190, onde é possível classificar as peças pelas densidades conforme o numero de anéis de inverno (anéis de crescimento) por polegada na seção transversal da peça. Observa-se que a única cruzeta do grupo 2 que não obteve o valor mínimo exigido para o ensaio de flexão foi a peça menos densa, portanto pode-se correlacionar que peças com alta densidade de anéis por polegada obtém melhores resultados no teste de flexão mecânica. Como recomendação para melhoria e redução da probabilidade de falha recomenda-se a configuração de cruzeta como a do grupo 2, onde foram usadas peças sem tratamento, com aplainamento imediatamente antes da colagem, teor de umidade em torno de 12%, gramatura de adesivo nas duas faces de 200 g/m², usinagem final após 48 horas da

8 colagem e tratamento preservante após 12 dias. Além destas características, acrescentar a secagem à sombra após o tratamento, aumento da seção transversal de 90x95mm para 95x95mm reduzindo assim as chances de falha no ensaio de flexão na direção da menor inércia. Recomenda-se uma melhor classificação visual e mecânica das peças, dando preferência para o uso de peças classe SS e com densidade classificada com alta, ou seja, com mais de 6 anéis de crescimento por polegada na seção transversal da peça. 7. AGRADECIMENTOS CPFL - Companhia Paulista de Força e Luz S/A. 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS NETO, C. C. Madeira Laminada Colada (MLC): Controle de Qualidade em Combinações Espécie-Adesivo-Tratamento Preservativo" Dissertação de Mestrado, Programa Interunidades em Ciencias e Engenharia dos Materiais, EESC - USP Universidade de São Paulo, São Carlos ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8459 (1984) - Cruzetas de Madeira, dimensões - Padronização. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, ABNT, NBR 7190 Projeto de estruturas de madeira, Rio de Janeiro, NOTA DE RESPONSABILIDADE. Os autores são os únicos responsáveis pelo que está contido neste trabalho.