xi ebramem XI ENCONTRO BRASILEIRO EM MADEIRA E ESTRUTURAS DE MADEIRA LONDRINA JULHO 2008

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1 xi ebramem XI ENCONTRO BRASILEIRO EM MADEIRA E ESTRUTURAS DE MADEIRA LONDRINA JULHO 2008 CARACTERIZAÇÃO DA RESISTÊNCIA DA LÂMINA DE COLA E DE PAINÉIS DE MADEIRA CONFECCIONADOS A PARTIR DE REJEITOS DE MADEIRA SERRADA DA ESPÉCIE TAUARI Alcebíades Negrão Macêdo (anmacedo@ufpa.br), Cristiano Comin (comin@ufpa.br), Ewerton Clayton Alves da Fonseca (ecaf@ufpa.br), Rafael Fernando Loureiro Monteiro (fael.mont@yahoo.com.br) Universidade Federal do Pará Faculdade de Engenharia Civil RESUMO: Este estudo teve como objetivo a caracterização da lâmina de cola e de painéis de madeira confeccionados a partir de rejeitos da indústria madeireira. Foram realizados ensaios de caracterização da resistência ao cisalhamento e tração normal à lâmina de cola de acordo com as recomendações da NBR 7190/97, bem como ensaios de flexão em três tipos de painéis colados. Os resultados obtidos mostraram de maneira geral um bom desempenho da lâmina de cola tanto nos corpos-de-prova quanto nos painéis de madeira, mostrando um bom potencial do produto para aplicação na construção civil. Palavras chaves: painéis, lâmina de cola, resistência. CHARACTERIZATION OF WOOD PANELS AND GLUE LINE STRENGTH MADE FROM TAUARI SAWNWOOD WASTES. ABSTRACT: The objective of this work was to characterize the glue line and wood panels made from wastes of the timber industry. The assays had been carried out to characterize the shear strength and the normal stress according to NBR 7190/97 as well as the bending tests in three type of glued panels. In a general way the results had shown a good performance of the glue line in the samples as much as in the wood panels, indicating a great potential of those panels to use in building. Key-words: panels, glue line, strength

2 1. INTRODUÇÃO A madeira é um material que permite grande possibilidade de cumprimento às recomendações de especificações normativas como a ISO 9000 e a ISO Basicamente, pode-se dizer que essas recomendações estão calcadas em três fatores fundamentais: racionalização, reutilização e reciclagem. A atividade madeireira na região norte do país é uma das suas principais atividades econômicas. Apesar de tal importância, o índice de aproveitamento da madeira pela indústria, de apenas 40%, ainda é muito baixo. Portanto, novas formas de utilização da madeira e tecnologias que empreguem os rejeitos da indústria madeireira são muito importantes para a redução dos desperdícios contribuindo para um maior rendimento do setor, aumento do valor agregado do material e para as práticas de desenvolvimento sustentável. Nesse contexto as técnicas de madeira colada apresentam-se como uma excelente opção, pois podem reaproveitar grande parte dos rejeitos da produção madeireira para diferentes tipos de produto, como painéis e peças estruturais. Com base no exposto, o presente trabalho teve como objetivo verificar as propriedades físicomecânicas de peças de madeira com emendas finger joints e painéis confeccionados a partir da colagem de sobras de tábuas, produzidos por uma empresa da região, que utiliza a espécie de madeira conhecida por Tauari (Couratari oblongifolia Ducke). Para isso, foram realizados ensaios de tração normal e cisalhamento na lâmina de cola, utilizando as recomendações propostas na NBR 7190/97, bem como ensaios de flexão em peças com finger joints e painéis de madeira, conforme as especificações da norma ASTM D PROPRIEDADES DA MADEIRA UTILIZADA Para a confecção dos painéis e demais corpos-de-prova, foi utilizada a espécie de madeira conhecida por Tauari (Couratari oblongifolia Ducke), madeira que apresenta média densidade cernes e alburnos indistintos pela cor; branco-amarelado a bege-amarelado-claro; brilho moderado; cheiro variável de pouco perceptível a perceptível, neste caso, desagradável, gosto levemente amargo; densidade média;macia ao corte; grã direita; textura média. Além disso, apresenta boa trabalhabilidade, boa resistência e custo moderado. Contudo um dos principais motivos para o uso dessa espécie é o fato dela ser madeira de reaproveitamento. Quanto às propriedades físicas, esta espécie, apresenta densidades aparente e básica, de aproximadamente 610 kg/m³ e 500 kg/m³, respectivamente. Apresentando também contração radial de 4,2%, tangencial de 6,6% e volumétrica de 10,9% para umidade de 12%. A durabilidade natural deste material apresenta baixa resistência ao ataque de organismos xilófagos (fungos e cupins). Algumas espécies apresentam tendência a manchar (mancha azul), ocasionada por fungos, devendo ser utilizadas secas e protegidas da umidade. Em ensaio de campo, com madeira em contato com o solo pode ser considerada como não durável, com vida inferior a dois anos. A madeira de Tauari, quando submetida a tratamento sob pressão, mostra-se permeável às soluções preservantes. É muito fácil de ser tratada tanto com creosoto (óleos solúvel) como com CCA-A (hidrossolúvel), quando aplicados sob pressão.

3 Figura 1 - Tauari (Couratari oblongifolia Ducke). A madeira de Tauari é moderadamente macia ao corte, apresentando um bom acabamento, apesar de às vezes a superfície ficar com aparência felpuda. Algumas espécies possuem sílica, o que contribui para desgastar as ferramentas. A velocidade da secagem ao ar é moderada, com leve tendência ao empenamento e rachaduras superficiais. A secagem em estufa é rápida, sem defeitos significativos. 3. CONFECÇÃO DOS CORPOS-DE-PROVA DE CISALHAMENTO E TRAÇÃO NORMAL A LÂMINA DE COLA A metodologia de fabricação dos corpos-de-prova, considerando todos os cuidados necessários, foi estabelecida com base em indicações encontradas na literatura, principalmente levando em consideração os trabalhos de MACÊDO (1996), NBR 7190/97 e ZANGIÁCOMO (2003). A pressão de colagem utilizada foi a mesma usada nos painéis (30 kgf/cm²), além de duas outras para efeito de comparação (20 kgf/cm² e 10 kgf/cm²). O adesivo utilizado foi o adesivo CASCO-REZ Para determinação das características de resistência da lâmina de cola, foram utilizados corpos-de-prova com as dimensões recomendadas por MACÊDO (1996) e NBR 7190/97. Tais medidas foram válidas também para os corpos-de-prova de madeira maciça (controles). 4. CONFECÇÃO DAS PEÇAS COM FINGER JOINTS Para a confecção das peças com emendas foi utilizada uma máquina finger que aproveita os rejeitos de madeira da empresa em um processo mecanizado semi-automático, Figuras 2 e 3. O adesivo utilizado também foi o CASCO-REZ As dimensões usadas para as peças de flexão seguiram especificações normativas, conforme descrito na NBR 7190/97. Figura 2 - Máquina Finger

4 Figura 3 - Máquina Finger (peça colada) Dimensões (mm) 5. CONFECÇÃO DOS PAINÉIS Figura 4 Geometria da emenda dentada (finger joint) Os painéis foram feitos em uma máquina manual onde uma força de torção é aplicada em um parafuso que a transfere para tábuas de madeira com o adesivo já aplicado. As pressões de colagem foram controladas através de um anel dinamométrico, Figuras 5 e 6. Figura 5 - Máquina para a confecção dos painéis

5 Figura 6 Anel dinamométrico 6. EXECUÇÃO DOS ENSAIOS Nos ensaios para determinação das características de resistência da lâmina de cola e da madeira maciça (controles) foram seguidas as recomendações da NBR 7190/97. Em todos os casos, o equipamento usado para aplicação e controle de carga foi uma máquina universal de ensaios AMSLER (Figura 7), disponível no Laboratório de Construção Civil da UFPA. Figura 7 Máquina Universal de Ensaios AMSLER CISALHAMENTO E TRAÇÃO NORMAL No presente trabalho, foi realizado ensaios para a caracterização da resistência ao cisalhamento e tração normal às fibras de madeira Tauari para a lâmina de cola e controles, de acordo com as recomendações da NBR 7190/97, Figuras 8 e 9.

6 Figura 8 - Ensaio de tração-normal Figura 9 - Ensaio de cisalhamento. Os resultados dos ensaios de tração normal e cisalhamento tanto para a lâmina de cola quanto para os controles são apresentados nas tabelas 1 a 8 e nas figuras 10 a 13. Tabela 1 - Ensaio de tração normal à lâmina de cola 10 kgf/cm². ENSAIO DE TRAÇÃO NORMAL - CPs 1,0 MPa CP A wt90 (cm²) F wt90 (Kgf) f wt90 (Kgf/cm²) Modo de Ruptura 1 13, ,863 na madeira 2 12, ,124 na madeira 3 12, ,905 parte na madeira (40%) e parte na interface (60%) 4 12, ,432 parte na madeira (50%) e parte na interface (50%) 5 12, ,074 na madeira 6 13, ,644 na madeira Valor Médio (Resistência) 29,674 Tabela 2 - Ensaio de cisalhamento na lâmina de cola 10 kgf/cm². ENSAIO RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO - CPs 1,0 MPa CP A wv90 (cm²) F wv90 (Kgf) f wv90 (Kgf/cm²) Modo de Ruptura 1 25, ,891 interface madeira/adesivo 2 25, ,722 na madeira 3 25, ,298 parte na madeira(50%) e parte na interface (50%) 4 25, ,185 parte na madeira(30%) e parte na interface (70%) 5 25, ,769 interface madeira/adesivo 6 25, ,801 no adesivo Valor Médio (Resistência) 84,111

7 Tabela 3 - Ensaio de tração normal à lâmina de cola 20 kgf/cm². ENSAIO DE TRAÇÃO NORMAL - CPs 2,0 MPa CP A wt90 (cm²) F wt90 (Kgf) f wt90 (Kgf/cm²) Modo de Ruptura 1 13, ,880 parte na madeira (40%) e parte na interface (60%) 2 12, ,597 na madeira 3 12, ,346 na madeira 4 12, ,220 interface madeira/adesivo 5 13, ,864 na madeira 6 13, ,465 na madeira Valor Médio (Resistência) 29,895 Tabela 4 - Ensaio de cisalhamento na lâmina de cola 20 kgf/cm² ENSAIO RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO - CPs 2,0 MPa CP A wv90 (cm²) F wv90 (Kgf) f wv90 (Kgf/cm²) Modo de Ruptura 1 25, ,302 interface madeira/adesivo 2 25, ,368 interface madeira/adesivo 3 25, ,816 parte na madeira(20%) e parte na interface (80%) 4 25, ,109 na madeira 5 25, ,813 interface madeira/adesivo 6 25, ,552 interface madeira/adesivo Valor Médio (Resistência) 87,993 Tabela 5 - Ensaio de tração normal à lâmina de cola 30 kgf/cm² ENSAIO DE TRAÇÃO NORMAL - CPs 3,0 MPa CP A wt90 (cm²) F wt90 (Kgf) f wt90 (Kgf/cm²) Modo de Ruptura 1 13, ,155 interface madeira/adesivo 2 13, ,657 na madeira 3 12, ,236 interface madeira/adesivo 4 13, ,823 interface madeira/adesivo 5 12, ,365 na madeira 6 12, ,496 parte na madeira(50%) e parte na interface (50%) Valor Médio (Resistência) 30,788 Tabela 6 - Ensaio de cisalhamento na lâmina de cola 30 kgf/cm². ENSAIO RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO - CPs 3,0 MPa CP A wv90 (cm²) F wv90 (Kgf) f wv90 (Kgf/cm²) Modo de Ruptura 1 25, ,152 interface madeira/adesivo 2 25, ,724 parte na madeira(40%) e parte na interface (60%) 3 25, ,961 parte na madeira(20%) e parte na interface(80%) 4 25, ,086 parte na madeira(20%) e parte na interface(80%) 5 25, ,583 interface madeira/adesivo 6 24, ,393 interface madeira/adesivo Valor Médio (Resistência) 85,983

8 Tabela 7 - Ensaio de tração normal corpos-de-prova maciços (controles) CP A wt90 (cm²) F wt90 (Kgf) f wt90 (Kgf/cm²) 1 13, , , , , , , , , , , ,455 Valor Médio (Resistência) 24,913 Tabela 8 - Ensaio resistência ao cisalhamento corpos-de-prova maciços (controles) CP A wv90 (cm²) F wv90 (Kgf) f wv90 (Kgf/cm²) 1 25, , , , , , , , , , , ,584 Valor Médio (Resistência) 84,954 Grafico das resistências à tração normal Resistência 40,000 35,000 30,000 25,000 20,000 15,000 10,000 5,000 0, Corpos-de-prova Tração normal 10 kgf/cm² Tração normal 20 kgf/cm² Tração normal 30 kgf/cm² Controle Figura 10 Comparativo entre as resistências à tração-normal. Gráfico das resistências ao cisalhamento 120,000 Resistencia 100,000 80,000 60,000 40,000 20,000 Cisalhamento 10 kgf/cm² Cisalhamento 20 kgf/cm² Cisalhamento 30 kgf/cm² Controle 0, Corpos-de-prova Figura 11 Comparativo entre as resistências ao cisalhamento.

9 kgf/cm² Tração Normal kgf/cm² 20kgf/cm² 30kgf/cm² Controles Pressão de colagem e controles Figura 12 Comparativo entre os valores médios das resistências à tração-normal. kgf/cm² Cisalhamento 10kgf/cm² 20kgf/cm² 30kgf/cm² Controles Pressão de colagem e controles Figura 13 Comparativo entre os valores médios das resistências ao cisalhamento. Os resultados dos ensaios de resistência ao cisalhamento e tração normal mostraram não haver diferenças significativas entre as diferentes pressões de colagem que em todos os casos mostraram um excelente desempenho TRAÇÃO NAS EMENDAS DENTADAS Ensaio para a caracterização da resistência das emendas dentadas (finger joints) feito segundo orientações previstas na norma NBR 7190/97. A máquina utilizada para a realização dos ensaios foi uma máquina universal de ensaios AMSLER disponível no Laboratório de Construção Civil da UFPA. Figura 14 - Ensaio de tração paralela às fibras

10 Figura 15 Corpos-de-prova pós-ruptura Nas tabelas a seguir são apresentados os resultados da resistência à tração paralela às emendas dentadas e controles. Tabela 9 - Ensaio de tração paralela às fibras ENSAIO DE RESISTÊNCIA DAS EMENDAS DENTADAS À TRAÇÃO -( 8,5 Mpa) CP A wt0 (cm²) F wt0 (Kgf) f wt0 (Kgf/cm²) Modo de Ruptura parte na emenda(70%) e parte na 432, , madeira (30%) 2 3, ,361 na emenda finger parte na emenda(80%) e parte na 342, , madeira (20%) parte na emenda(65%) e parte na 452, , madeira (35%) parte na emenda(75%) e parte na 495, , madeira (25%) 6 4, ,775 na emenda finger Valor Médio (Resistência) 457,814 Maciço 1 3, , , , ,888 Média 710,923 As emendas dentadas (finger joints) tiveram uma eficiência de 64% quando comparadas com a resistência dos corpos-de-prova de controle FLEXÃO NAS PEÇAS COM FINGER JOINTS Os ensaios de flexão nas peças nas emendas dentadas foram realizados de acordo com as recomendações da NBR 7190/97.

11 Figura 16 - Ensaio de flexão Figura 17 Corpo-de-prova dos ensaios de flexão, pós- ruptura. Abaixo seguem os resultados obtidos: Tabela 10 - Ensaios de flexão corpos-de-prova com emenda (finger joints) ENSAIO DE FLEXÃO - CPs FINGADOS (Pressão de colagem 85 kgf/cm²) CP b h W e = bh 2 /6 L Carga M máx f m = M máx /W e (cm) (cm) (cm³) (cm) (kgf) (kgf.cm) (kgf/cm²) Modo de Ruptura 1 4,43 4,81 17,082 55, ,181 na emenda finger 2 4,43 4,81 17,082 55, ,594 na emenda finger 3 4,43 4,81 17,082 55, ,969 na emenda finger 4 4,43 4,81 17,082 55, ,027 na emenda finger 5 4,43 4,81 17,082 55, ,401 na madeira 6 4,43 4,81 17,082 55, ,517 na madeira Valor Médio (Resistência fm) 1.575,782 kgf/cm² Tabela 11 - Ensaio de flexão corpos-de-prova maciços (controle) CP b (cm) h (cm) W e = bh 2 /6 (cm³) L (cm) Carga (kgf) M máx (kgf.cm) f m = M máx /W e (kgf/cm²) 1 4,43 4,81 17,082 55,5 500, , ,43 4,81 17,082 55,5 600, , ,43 4,81 17,082 55,5 700, , ,43 4,81 17,082 55,5 540, , ,43 4,81 17,082 55,5 620, , ,43 4,81 17,082 55,5 650, ,872 Valor Médio (Resistência fm) 1.954,835 kgf/cm² Os resultados de resistência à flexão mostraram uma eficiência de 81% das emendas (finger joints) quando comparadas a madeira maciça.

12 Flexão kgf/cm² 2.500, , , ,00 500,00 Finger joints Controles 0, Corpos-de-prova 6.4. FLEXÃO NOS PAINÉIS Figura 18 Comparativa entre as resistências à flexão Os ensaios de flexão nos painéis de madeira colada e de referência (125cm x 62,5cm x 3,5cm) seguiram as orientações previstas na norma ASTM D , conforme as especificações de flexão em quatro pontos, Figura 19. Foram usados dois deflectômetros para medir as deformações em pontos distintos dos painéis, figuras 20. Figura 19 Configuração dos ensaios de flexão nos painéis. Figura 20 Ensaios a flexão dos painéis. Os painéis foram confeccionados de maneira a apresentar as mesmas características tanto para a dimensão final da peça quanto para a largura e espessura das peças coladas. O único parâmetro aleatório da confecção dos painéis foi o posicionamento das emendas. Para efeito

13 de comparação foram confeccionados painéis sem emendas (finger joints) e com emendas na face e na lateral das peças, Figura 21. Os resultados dos ensaios nos painéis são apresentados na Figura 22 e na Tabela 12. (a) Amostra de Controle sem finger joints (AC) (b) Amostra com finger joints na face (FF) (c) Amostra com finger joints na lateral (FL) Figura 21 - Croquis dos painéis de madeira colada. Os resultados nos ensaios de flexão nos painéis mostraram uma maior fragilidade desses componentes quando havia uma concentração maior das emendas (finger joints). A Figura 22

14 mostra a tensão de flexão dos painéis versus a deflexão para um nível de carregamento até 2400 Kgf. Na Tabela 12 são mostradas as cargas, as tensões de ruptura e os modos de ruptura dos painéis. Painel Figura 22 Tensão de flexão versus deflexão dos painéis. Carga Ruptura (Kgf) Tabela 12 Ruptura dos painéis. Tensão de Ruptura (Kgf/cm²) Modo de Ruptura PI AC ,86 deformação excessiva PII AC ,88 - PIII AC ,47 - PI FF ,37 na emenda PII FF ,94 na emenda PIII FF ,24 na emenda PI FL ,29 parte na emenda e parte na madeira PII FL ,63 na emenda PIII FL ,39 parte na emenda e parte na madeira Quanto às deformações pode-se dizer que de uma forma geral todos os painéis apresentaram comportamentos parecidos. Entretanto, quando são comparadas as rupturas observa-se a uma grande fragilidade dos painéis que apresentam emendas dentadas, com todos os modos de ruptura envolvendo as finger joints. Não houve diferença significativa de resistência entre os painéis com emendas na face (FF) e na lateral (FL).

15 7. CONCLUSÕES Com base nos resultados experimentais pôde-se observar não haver diferença significativa para a resistência ao cisalhamento e tração normal a lâmina de cola para as três pressões de colagem estudadas que apresentaram um desempenho muito bom. Os ensaios de resistência à tração e à flexão mostraram haver um bom desempenho das emendas dentadas, porém, quando se observa os resultados dos ensaios de flexão nos painéis nota-se uma fragilidade dos mesmos em função da presença das emendas. A resistência dos painéis pode ser melhorada com um melhor posicionamento das emendas e/ou com a utilização de outras geometrias de emendas dentadas. 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS (1995). ASTM D3043 Standard Methods of Testing Structural Panels in Flexure. ASTM. West Conshohocken, PA, USA. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (1997). NBR 7190 Projeto de Estruturas de Madeira. ABNT. Rio de Janeiro. DIAS, A. A.; BARATA, T. Q. F. (2000). Madeiras Alternativas para a Construção Civil. Revista da Madeira: Wood Magazine, Ano 9, n. 51, p DIAS, A. A.; BARATA, T. Q. F. (2000). Madeiras Tropicais da Amazônia como alternativa para aplicação em MLC. VII EBRAMEM. DIAS, A. A.; LAHR, F. A. R. (1999). Alternative Brazilian Tropical Timbers. Maderas: Ciência y Tecnologia, v. 1, n. 2. Universidade del Bío. Bío, Chile. INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS DA AMAZÔNIA (1991). Catálogo de Madeiras da Amazônia. Manaus. INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS. INPE (1997). Notícias. São José dos Campos, SP, Brasil, v.4, n.13, jan/fev. MACÊDO, A. N. (1996). Emendas Dentadas em Madeira Laminada Colada (MLC): Avaliação de Método de Ensaio. Dissertação de Mestrado, Escola de Engenharia de São Carlos - Universidade de São Paulo. SENFT, J. F.; DELLA LUCIA, R. M. (1979). Increased Utilization of Tropical Hardwoods Through Species Independent Structural Grading. Forest Products Journal, Vol. 29, n. 6, p (1997). Madeira Laminada Colada (MLC): Processo de Fabricação. Monografia, Disciplina Materiais de Construção SAP-811, Escola de Engenharia de São Carlos - Universidade de São Paulo.