Madeira Laminada Colada Armada (MLCA)

Negrão (2012) desenvolveu pesquisas com vigamentos dotados de aço protendido internamente à peça de MLC, com intenção de enrijecer o sistema e aumentar a capacidade de carga. Aço e madeira foram unidos por adesivo de base epóxi, durante este processo de união é que se faz a protensão propriamente dita no perfil metálico usado. Ao contrário da protensão de tabuleiros, esta protensão se faz individualmente à cada peça. Em seu trabalho, o autor obteve resultados promissores em relação à deslocamento das vigas, em decorrência da redistribuição de esforços entre madeira e aço. A disposição dos elementos aço e madeira neste tipo de peça reforçada se assemelha com o concreto armado, por isso refere-se à esse tipo de peça como madeira laminada colada armada, ou simplesmente MLCA.

Negrão (2012) destacou que os sistemas de reforços baseados na protensão têm como ponto crítico a aderência entre o aço e madeira, ocasionada pela presença do cisalhamento na interface entre madeira e adesivo. Para que se estabeleça a protensão nas vigas, é necessário que se satisfaçam as condições:

 O efeito de redução nos valores de tensão, ocasionados pela fluência, deve ser limitado.

 O funcionamento deste sistema exige condições ambientais, sobretudo de umidade e temperatura, conhecidas e compatíveis;

 A conexão entre os elementos não pode estar sujeita à fadiga ou à perda de capacidade de transmissão de tensões quando submetida a cargas cíclicas;

 É necessário que o aço utilizado, bem como seu valor de protensão sejam otimizados para que sejam compensadas todas as perdas inerentes das condições anteriores.

O aço utilizado por Negrão (2012) foi de alta resistência (tensão de 1845 MPa) com diâmetro de 6 mm. O autor confeccionou a cavidade com o dobro do diâmetro, prevendo assim uma espessura de 3 mm de adesivo, o que julgou necessário para reduzir as tensões de cisalhamento na camada de adesivo. A Figura 10 mostra as cavidades efetuadas nas peças para abrigar o reforço metálico. Os adesivos utilizados nas colagens, tanto entre aço e madeira quanto entre as lâminas de madeira foram adesivos de base epóxi, Sikadur 30©.

Figura 10: Cavidade executada entre duas peças de madeira (a), e cavidade executada sobre apenas uma peça (b).

Fonte: Negrão 2012

Os valores de protensão utilizados foram da ordem de 80% do limite imposto pelo aço, ficando ao redor de 1500 MPa. Ao proceder a colagem e aguardar o tempo de cura, houve o alívio da protensão, resultando em carregamento transferido da ordem de 40 kN. Perdas na tensão do aço foram observadas, conforme esperado pelo autor, seja no ato da transferência de carga dos esticadores quanto no período de cura total do adesivo. Após o tempo de acomodação, executaram-se os testes de flexão.

Negrão (2012) descreveu que os valores de aumento na capacidade de carga encontrados se mantiveram próximo à predição, enquanto os valores de rigidez encontrados foram considerados abaixo das expectativas, porém, superiores às peças sem reforço algum. O autor ressalta ainda a necessidade de conduzirem outras pesquisas, atentando especialmente para a questão do custo da inserção destes reforços em escala industrial. As tensões de cisalhamento alcançadas na interface madeira/adesivo e aço/adesivo foram, respectivamente, de 3,73 MPa e 7,45 MPa. O próprio autor ressalta que estes valores são maiores do que a resistência ao cisalhamento da madeira, mas, no entanto, alega não ter havido este

tipo de falha durante os ensaios. Destaca-se que a técnica ainda não teve todo seu potencial explorado, carecendo de mais pesquisas.

Além da escassez na literatura a respeito dos reforços com barras de aço em estruturas de MLC, Luca e Marano (2012) destacam que os trabalhos existentes se encontram desatualizados por conta da evolução dos adesivos. Os mesmos autores utilizaram o adesivo Purbond© CR 421 tanto para a colagem das lâminas para a confecção das vigotas de MLC, quanto para a solidarização do reforço de aço, que adotaram duas configurações: protendidos e não protendidos. Em ambos os casos foram usados apenas uma barra em cada região da peça (tracionada e comprimida), obtendo resultados expressivos para o incremento da rigidez e de carga máxima (26% e 48%, respectivamente). A razão entre área de seção de aço e área da seção em madeira, também referida como taxa de armadura, denotada por “ρ”, foi de 0,82%. A Figura 11 ilustra a colagem de reforços protendidos por Luca e Marano (2012).

Figura 11: Colagem da barra metálica protendida sobre o corpo de MLC, utilizando-se adesivo poliuretânico bicomponente.

Fonte: Luca e Marano, 2012.

A pesquisa de Luca e Marano (2012) retratou o comportamento dúctil da estrutura, ao associar madeira ao reforço de aço, com aumentos de rigidez e capacidade de carga de vigas. Comprovaram, por meio de ensaios, que o

comportamento em situações extremas (ruptura) deixou de ser frágil, como é a característica de ruptura da madeira submetida à flexão.

O conceito de ductilidade adotado pelos autores foi expresso pela Equação 3.

Onde:

µf = ductilidade (adimensional);

εf = deformação no Estado Limite Ultimo;

εu = deformação no patamar de resistência residual (pós-ruptura).

O conceito de ductilidade pode ser entendido como um parâmetro que garanta sobrevida à estrutura após um carregamento atípico, como por exemplo, uma ação oriunda de um terremoto. A madeira ou a MLC praticamente não apresenta ductilidade uma vez que, após a ruptura da região tracionada a seção remanescente diminui, se enfraquece e colapsa totalmente. Já, o reforço metálico possui a capacidade de manter um patamar de escoamento (comportamento plástico) por grandes deformações. Assim, com a seção inicial reduzida após a primeira ruptura (da madeira), há ainda uma seção residual capaz de resistir e redistribuir esforços.

Luca e Marano (2012) consideraram as seguintes premissas para validar seu modelo de cálculo:

 A seção transversal permanece plana depois de se deformar na flexão;  Não há deslizamento entre as laminas de madeira e o adesivo de

laminação, tampouco entre o aço e o adesivo de ancoragem; Por essa hipótese os autores asseguram o monolitismo.

 O comportamento de deformação/ruptura da MLC tracionada é elástico-frágil, enquanto da MLC comprimida é elasto-plástico;

 O comportamento do reforço de aço é perfeitamente elasto-plástico tanto à tração quanto à compressão.

O método de cálculo de Luca e Marano (2012) leva em conta as resultantes em suas respectivas posições de aplicação em relação à linha neutra (yi) e ao

cobrimento (ys). Na região comprimida tem-se R1 (aço) e, R2 e R3 (na madeira). Na

região tracionada R4 (na madeira) e R5 (no aço), de acordo com a figura 12. Para manter o equilíbrio das forças internas se assumiu igual a zero a somatória das

forças resultantes, enquanto o momento resistente “M” da viga é influenciado pelo efeito da protensão “Np” (quando este estiver presente no reforço tracionado)

mostradas na equações 4 e 5.

(4)

(5)

Onde:

Ri = Forças correspondentes às zonas resistentes (plastificada, comprimida,

tracionada e reforço);

yi = distância dos centroides de área até a linha neutra.

Figura 12: Tensão, deformação e forças atuantes na estrutura reforçada. Fonte: Adaptada de Luca e Marano, (2012).

Luca e Marano (2012) obtiveram o valor médio, para o que chamaram de ductilidade, de µf= 1,58 para peças sem protensão e µf = 2,00 para peças cujo aço

tracionado recebeu protensão, mostrando que a presença do reforço metálico proporcionou, além do aumento da capacidade de carga e rigidez, condições de suportar cargas depois de ultrapassados os limites de serviço e último. Ressalta-se a contribuição desse trabalho para as pesquisas na área de reforços, em especial para a segurança de estruturas em condições de abalos sísmicos. Nesse trabalho os

autores não precisaram recorrer à aços de categorias especiais, usando aços comuns da construção civil.

O uso de reforços de aço sem qualquer tipo de protensão foi explorado na pesquisa de Pellis et al. (2012), onde buscou-se inferir apenas no comportamento mecânico das peças reforçadas no domínio elástico. Os autores buscam interpretar o comportamento estrutural do uso de elementos de aço para o reforço da madeira, havendo como proposição a armadura posicionada internamente à estrutura, de forma que as barras de aço fiquem protegidas de intemperismo. Essa concepção difere da apresentada por Negrão (2012) pelo fato de utilizar armadura de forma passiva. Uma das vantagens associadas à exploração deste tipo de reforço em relação aquelas protendidas é a simplicidade de solidarização, sem o uso de macacos hidráulicos. Ainda há uma maior facilidade (e em decorrência disso, menor custo) na aquisição do aço, pois se utilizou aço para concreto armado CA 50.

Na análise preliminar de Pellis et al. (2012) buscou-se elevar a capacidade de carga e de rigidez das peças reforçadas e submetidas à flexão. Para tanto, construíram com laminas de pinus sp, 03 vigas de MLCA com seção transversal aproximada de 75 cm², resultando em uma razão entre área de aço e madeira da seção bruta de 4%. Cada viga foi reforçada, tanto na região tracionada quanto na região comprimida, com duas barras de aço CA50, com 10 mm de diâmetro, as quais foram coladas com Sikadur 31 ®. A Figura 13 ilustra a seção com as barras metálicas e aplicação do adesivo. Os resultados mostraram coerência entre o efeito do reforço previsto em cálculo, baseado na seção transformada, e o observado nos ensaios.

Figura 13: Composição da seção de MLCA (A), colagem dos reforços (B). Fonte: Pellis et al., 2012.