ANÁLISE DA QUALIDADE DE COLAGEM DE ELEMENTOS DE MADEIRA LAMINADA COLADA. J. C. Molina 1, T. Garbelotti 2

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1 ANÁLISE DA QUALIDADE DE COLAGEM DE ELEMENTOS DE MADEIRA LAMINADA COLADA J. C. Molina 1, T. Garbelotti 2 1,2 Faculdade de Engenharia Industrial Madeireira da UNESP Rua Geraldo Alckimin 519, N. Srª de Fátima, , Itapeva, SP, Brazil. molina@itapeva.unesp Resumo: Este trabalho consistiu em avaliar a qualidade de colagem de elementos de Madeira Laminada Colada (MLC) com base em ensaios de delaminação e de resistência ao cisalhamento da linha de cola de madeira de reflorestamento do tipo pinus. Para a caracterização mecânica da madeira foram realizados ensaios de compressão, tração, cisalhamento e flexão. A colagem das lamelas de madeira para confecção do elemento foi realizada através da aplicação da resina resorcinol formaldeído. Inicialmente todas as lamelas de madeira passaram por classificação visual e mecânica. Posteriormente, foram realizados os ensaios de delaminação e de cisalhamento da linha de cola para avaliação da qualidade de colagem do elemento de MLC confeccionado. A colagem do elemento de MLC foi satisfatória, apresentando porcentagens mínimas de delaminação menores que 4%. Os testes de cisalhamento da linha de cola indicaram maior porcentagem ruptura na madeira indicando bom comportamento espécie-adesivo. Palavras-chave: delaminação, resistência, cisalhamento da linha de cola, madeira 9084

2 INTRODUÇÃO Um produto que vem sendo cada vez mais empregado no Brasil é a madeira laminada colada (MLC). Este produto é utilizado para compor estruturas de madeira com diferentes formas e dimensões. A madeira laminada colada é composta pela junção de duas ou mais lamelas de madeira com dimensões padronizadas, unidas por resinas estruturais específicas. Podem ser utilizadas neste caso, vários tipos de resinas, dentre elas, as poliuretanas e as fenólicas. Nesse sentido, o custo das resinas é um fator importante a ser considerado na confecção e utilização de elementos de MLC. A Figura 1 mostra um exemplo de um elemento de MLC confeccionado para fins estruturais. Figura 1 Detalhe de um elemento de MLC. Fonte: (1) No entanto, a principal preocupação dos engenheiros relativa a esse sistema construtivo e a garantia da qualidade de colagem do elemento confeccionado para um ambiente externo. Nesse sentido a maior eficiência do elemento estrutural de MLC está diretamente vinculada com o seu controle de qualidade, sendo que o controle de qualidade, neste caso, é feito em ambiente laboratorial ou industrial. A versão atual da norma brasileira de madeiras (2) é bastante simplificada no que se refere ao critério de dimensionamento e principalmente no que se refere ao controle de qualidade de elementos de MLC. O dimensionamento dos elementos, neste caso é feito somente com base em um coeficiente que envolve a área de rigidez da seção transversal em função do tipo de emenda utilizada na união dos elementos de madeira. Por outro lado, no que se refere ao controle de qualidade são 9085

3 propostos, neste caso, somente testes de tração das resistências das emendas dentadas, não sendo proposta nenhuma verificação da colagem dos elementos para ambientes externos. A versão de revisão da norma brasileira de madeiras (3) recomenda um projeto de norma (4) para o controle de qualidade de elementos de MLC. Nesse documento normativo são propostos os testes de delaminação e resistência da linha de cola, os quais tem como base a norma europeia (5). O projeto de norma (5), também recomendado pelo projeto de revisão (3) traz recomendações para a avaliação de elementos de MLC com dimensões estruturais. Portanto, este estudo teve a finalidade de avaliar o projeto de norma (3) proposto para a avaliação de elementos de MLC no que se refere aos ensaios de delaminação e resistência ao cisalhamento da linha de cola, visando contribuir com informações para o processo de revisão da atual norma brasileira de madeiras (2). MATERIAIS E MÉTODOS Para a realização deste estudo foi utilizada madeira do gênero Pinus sp. para a confecção das lamelas de madeira. No processo de colagem foi utilizado o adesivo estrutural resorcinol formol, Cascophen RS-216M. As dimensões da viga de MLC utilizada na confecção dos corpos de prova de cisalhamento da linha de cola e delaminação foi definida conforme a disponibilidade dos equipamentos e o espaço físico disponível no laboratório de propriedades dos materiais na Unesp do campus de Itapeva. Para a confecção da viga de MLC foram usinadas toras de madeira de forma a se obter lamelas com dimensões de 50 mm de largura, 15 mm de espessura e 1500 mm de comprimento. Foram retirados seis corpos de prova de caracterização de cada tora para a obtenção das propriedades físicas e mecânicas das lamelas componentes da viga. A classificação visual das lamelas foi feita de acordo com o projeto de norma (7). Esta classificação baseou-se na observação das faces, bordas laterais e extremidades das peças de madeira, identificando o tipo e o local dos defeitos presentes. Os defeitos avaliados foram: número de nós nas faces, inclinação das fibras da madeira, densidade dos anéis de crescimento, empenamentos, rachas e fendas. 9086

4 A classificação foi feita com base na análise da presença de defeitos, sendo: Classe Estrutural Especial (SE), Classe Estrutural Nº 1 (S1), Classe Estrutural Nº 2 (S2) e Classe Estrutural Nº 3 (S3). As lamelas foram também classificadas de acordo com a densidade da madeira, sendo: Madeira Densa (D) e Madeira Não- Densa (ND). As lamelas de madeira após classificadas mecânica e visualmente foram coladas na umidade de 12% ± 1 para a confecção da viga para os testes de delaminação e de resistência ao cisalhamento da linha de cola. Para a prensagem da viga foram utilizados torquimetro e sargentos. Foi utilizado para pressa de colagem das vigas um torque de 6 N.m, de acordo com estudos realizados anteriormente, para atingir uma pressão de 1MPa. A disposição das lamelas na viga foi determinada levando-se em consideração a classificação visual juntamente com a classificação mecânica. Assim, as lamelas com os maiores valores de módulo de elasticidade foram posicionadas nas extremidades mais afastadas da linha neutra da seção transversal das vigas. Para essas regiões de extremidade foram escolhidas as melhores lamelas obtidas na classificação visual. A Figura 2 mostra os detalhes da confecção da viga de MLC para os ensaios de delaminação e de resistência da minha de cola. (a) (b) Figura 2 Detalhes da confecção das vigas de MLC. (A) Aplicação do adesivo, (B) Vigas em repouso para cura completa do adesivo. Uma vez confeccionada a viga de MLC, foram confeccionados três corpos de prova de delaminação, com dimensões 75mm x 50mm x 75mm (Figura 3a). O ensaio de delaminação foi realizado com base no projeto de revisão de norma (4). Os ensaios de delaminação consistem na aplicação de ciclos de pressão e vácuo em 9087

5 amostras de MLC no interior de autoclave, sob valores e tempos padronizados, para verificação da abertura das linhas de cola. Os ensaios de cisalhamento da linha de cola foram realizados na máquina universal de ensaios EMIC com uso de dispositivo específico para tal finalidade. A partir dos ensaios de delaminação e resistência da linha de cola é possível estimar se o elemento de MLC confeccionado para determinada finalidade estará apto para a utilização em ambiente externo. (a) (b) (c) Figura 3 Detalhes dos ensaios de qualidade de colagem. (A) Corpos de prova, (B) Corpos de prova em autoclave para ensaios de delaminação, (c) Ensaio de cisalhamento da linha de cola. As porcentagens de delaminação das amostras de MLC foram calculadas com base na equação (A). Dt = (La/Lt)*100 (A) Onde: La é a largura de juntas abertas o delaminadas sobre as faces de corte transversal, em milímetros; Lt é a largura total de juntas em ambas as faces de corte transversal, em milímetros. Vale mencionar que os resultados aqui apresentados são referentes a uma parte do estudo desenvolvido. Nesse sentido, os resultados apresentados apresentaram a mesma tendência dos resultados obtidos para o estudo completo. RESULTADOS E DISCUSSÃO A Tabela 1 apresenta os resultados da caracterização das lamelas componentes da viga 1 de MLC para o nível de umidade de 12%. 9088

6 Tabela 1 - Valores de caracterização das lamelas da viga 1 de MLC (U=12%). Classificação EM Ec0 fc0m ft0m fv0m ρ visual (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) (g/cm³) VIGA Lamela 1 S3 ND ,07 74,93 10,62 0,60 Lamela 2 S2 ND ,95 52,34 12,84 0,55 Lamela 3 SE ND ,86 55,89 10,66 0,44 Lamela 4 S3 ND ,07 74,93 10,62 0,60 Lamela 5 SE D ,86 55,89 10,66 0,44 Fonte: (8). A Tabela 2 mostra os resultados dos ensaios de delaminação das linhas de cola analisadas nos corpos de prova retirados das vigas de MLC. Corpos de prova Viga 1 Tabela 2 Porcentagem de delaminação da viga 1 de MLC. Linha de cola total (mm) Delaminação (mm) Porcentagem de delaminação (%) 1 379,93 1,23 0, ,57 1,80 0, ,45 1,75 0,46 Média 379,65 1,59 0,42 Fonte: (8). A Figura 4 mostra os detalhes das linhas de cola dos corpos de prova após os ensaios de delaminação (ciclos de pressão e vácuo padronizados). Foram avaliadas um total de 4 linhas de cola em cada corpo de prova, sendo a linha de cola 1 a linha superior e a linha de cola 4 a linha inferior próxima a base de apoio. Figura 4 Delaminação das linhas de cola da seção transversal após os ensaios de pressão e vácuo. 9089

7 Após os testes de delaminação observou-se que os corpos de prova analisados apresentaram delaminação menor que 4%. Além disso, cada uma das quatro linhas de cola analisadas nos corpos de prova (ver Figura 4) tiveram suas médias de resistência ao cisalhamento conforme apresentado na Tabela 3. A ruptura dos corpos de prova após os ensaios de resistência da linha de cola foi observada na madeira, indicando que a combinação de uma espécie de madeira com baixa densidade e adesivo fenólico tem um bom comportamento. CONCLUSÃO Tabela 3 Resistência ao cisalhamento das linhas de cola da viga 1 de MLC. Linha de VIGA cola 1 (MPa) Linha de cola 2 (MPa) Linha de cola 3 (MPa) Linha de cola 4 (MPa) 1 10,06 7,11 8,75 7,77 Fonte: (8). A resina utilizada demonstrou boa aderência à madeira, pois apresentou mínimas porcentagens de delaminação dos corpos de prova, sendo estas menores que 4%. Isso se deve principalmente a consideração de uma madeira de pinus (que é bastante porosa) com uma resina de boa qualidade. O método de colagem das lâminas utilizado demonstrou resultados satisfatórios, pois os elementos de MLC não apresentou ruptura na linha de cola após ensaios realizados. As rupturas apresentadas foram na madeira. AGRADECIMENTOS À Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), Processo número 2017/ , pelo financiamento da pesquisa. REFERÊNCIAS (1) MIOTTO, J. L. Estruturas mistas de madeira-concreto: avaliação das vigas de madeira laminada colada reforçadas com fibras de vidro p. Tese 9090

8 (Doutorado em Engenharia de Estruturas) - Universidade de São Paulo, EESC, São Carlos. (2) ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7190: NBR 7190: Projeto de estruturas de madeira. Rio de Janeiro, (3) ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7190: NBR 7190: Projeto de estruturas de madeira. Rio de Janeiro, (4) CEE-126 PN 02: : Madeira laminada colada estrutural: métodos de ensaio. Rio de Janeiro, (5) BRITSH STANDARD INSTITUTION. EN 14080: Timber structures glued Laminated timber and glued solid timber requirements, 2013 (6) CEE-126 PN 02: : Madeiras Ensaio de caracterização de peças estruturais de madeira. Rio de Janeiro, (7) CEE-126 PN 02: : Madeira laminada colada estrutural: Critérios de classificação visual e mecânica de peças estruturais de madeira. Rio de Janeiro, (8) GARBELOTTI, T. Controle da qualidade de elementos de madeira laminada colada p. TCC (Trabalho de Conclusão de Curso) Faculdade de Engenharia Industrial Madeireira, UNESP, Itapeva. 9091

9 ANALYSIS OF QUALITY OF COLLAGE OF ELEMENTS OF WOODED LAMINATED WOOD Abstract: The aim of this work was the evaluation of the bonding quality of glued laminated timber (MLC) elements based on tests of delamination and glue line shear strength considering reforestation wood of the type pinus. For the mechanical characterization of the wood, compression, tensile, shear and bending tests were performed. The bonding of the wood lamellae for the preparation of the element was accomplished through the application of the resorcinol formaldehyde resin. Initially all the lamellas of wood passed by visual and mechanical classification. Subsequently, the glue line delamination and shear tests to evaluate the bonding quality of the MLC element were performed. The bonding of the MLC elements was satisfactory, presenting minimum percentages of delamination of less than 4%. The shear tests of the glue line indicated a higher percentage of rupture in the wood indicating good species-adhesive behavior. Keywords: delamination, strength, glue line shear, wood 9092