Proposta de normalização para Madeira Laminada Colada (MLC)

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Proposta de normalização para Madeira Laminada

Colada (MLC)

MADEIRA

arquitetura

e engenharia

nº

13

artigo

1

Maximiliano dos Anjos Azambuja, Universidade de São Paulo, Escola de Engenharia de

São Carlos, Área Interunidades em Ciência e Engenharia de Materiais, São Carlos, SP. E-mail: azambuja@sc.usp.br

Marcelo Rodrigo Carreira e Antonio Alves Dias, Universidade de São Paulo, Escola de

Engenharia de São Carlos, Departamento de Engenharia de Estruturas, São Carlos, SP. E-mail: dias@sc.usp.br e m_carreira@yahoo.com.br

Juliano Fiorelli, Unesp, Unidade Diferenciada de Dracena, Dracena, SP. E-mail:

fiorelli@dracena.unesp.br

Edgar Vladimiro Mantilla Carrasco e Renata de Souza Duarte, Universidade Federal de

Minas Gerais, Escola de Engenharia, Departamento de Engenharia de Estruturas, Belo Horizonte, MG. E-mail: mantilla@dees.ufmg.br e Renatasduarte@yahoo.com.br

Gustavo Lacerda Dias, Carlos Alberto Szücs e Ângela Valle, Universidade federal de

Santa Catarina, Grupo Interdisciplinar de Estudos da Madeira, Florianópolis, SC. E-mail: ecv3gld@ecv.ufsc.br , szucs@ecv.ufsc.br e angeladovallle@ecv.ufsc.br

Resumo: O presente trabalho apresenta uma proposição de norma para o tema Madeira

laminada colada (MLC), para o processo de revisão da NBR 7190:1997 - Projeto de Estruturas de Madeira. Foi realizado com base na experiência de trabalhos desenvolvidos na UFMG, UFSC e LaMEM/EESC/USP, assim como, consulta realizada a publicações nacionais, internacionais e ao setor empresarial ligado a insumos, fabricação e dimensionamento de peças estruturais em Madeira Laminada Colada (MLC).

Palavras-chave: Madeira laminada colada, MLC.

Abstract: The aim of this work is a norm proposition for the theme glued laminated timber

structures (GLULAM), for the revision process of the Brazilian Code NBR 7190/97 “Design of the timber structures”. It was carried out base on the experience of works developed in UFMG, UFSC and LaMEM/EESC/USP as well as consultation national and international publications and to the managerial section linked to inputs, production and dimensional tolerances to timber structures in glued laminated timber structures.

Keywords: Glued laminated timber, GLULAM.

1- Madeira Laminada Colada (MLC) 1.1- Definição

Entende-se por Madeira Laminada Colada (MLC) para fins estruturais, peças de madeira, reconstituída em processo industrializado de fabricação, composta de tábuas de dimensões relativamente reduzidas se comparadas às dimensões da peça final, coladas umas às outras e dispostas com as fibras paralelas ao eixo longitudinal da peça final.

1.1.1- Composição

Na produção das lâminas, as tábuas são unidas longitudinalmente por ligação de extremidade com extremidade, até se atingir o comprimento necessário para a composição da peça final. Na produção das peças, as lâminas são sobrepostas até atingir a seção transversal determinada no dimensionamento da peça estrutural. As peças compostas sob a técnica da MLC podem ter formato reto ou curvo.

1.2- Densidade da madeira

Para a composição de peças estruturais de MLC, devem ser empregadas espécies com densidade aparente compreendida entre 0,40 e 0,75g/cm3_{,relativo a um teor de umidade de}

12%. Para madeiras nessa condição de teor de umidade, com densidade superior a 0,75g/cm3_,

deve ser feita uma avaliação criteriosa do comportamento das juntas coladas.

Deve ser evitada a composição com espécies diferentes, ou que apresentem diferentes coeficientes de retração. No entanto, se isto ocorrer, deve ser solicitado a um laboratório idôneo, tanto a comprovação da eficiência do comportamento mecânico como a não ocorrência de delaminação ao longo do tempo.

1.3- Tratamento preservativo

As tábuas empregadas no processo de fabricação de peças de MLC devem ser tratadas com produtos que garantam durabilidade e proteção biológica, sem prejuízo à aderência da cola. O tratamento preservativo também pode ser realizado após a fabricação das peças de MLC, desde que não provoque alterações nas juntas coladas.

1.4- Teor de umidade das lâminas

No processo de secagem, deve-se procurar a homogeneização do teor de umidade do lote de tábuas.

Visando evitar a ocorrência de defeitos prejudiciais à colagem, devido a alterações no teor de umidade das tábuas, o processo de composição das peças deve iniciar no menor tempo possível, após a secagem e estabilização do teor de umidade do lote a ser utilizado.

No momento da colagem, as tábuas empregadas no processo de fabricação da MLC deverão estar secas e com no máximo 18% de teor de umidade, não sendo permitida variação superior a 5% entre lâminas adjacentes.

1.5- Características dimensionais das lâminas

Na composição longitudinal das lâminas, cada tábua deverá ter comprimento superior a 100cm e espessura que permita uma dimensão máxima de 5cm quando do acabamento final da lâmina.

Deve-se observar ainda que a área da seção transversal de cada lâmina não exceda 60cm2

para madeira de densidade igual ou inferior a 0,50g/cm3 _{ou 40cm}2 _{para madeira de densidade}

superior a 0,50g/cm3_{, evitando-se nos dois casos, largura final superior a 20cm.} 1.6- Classificação das lâminas

O lote de madeira, do qual serão produzidas as tábuas, deverá passar pelo enquadramento nas classes de resistência definidas nesta norma. As tábuas que comporão as lâminas deverão passar ainda por uma classificação visual seguida de uma classificação pelo módulo de elasticidade.

1.6.1- Classificação Visual

A classificação visual poderá ser a olho nu, com auxílio de instrumentos de aumento de imagem, ou ainda, equipamentos de imagem e sensores em processo informatizado.

1.6.1.1- Quanto aos nós e grã.

Na composição das lâminas, deverão ser utilizadas tábuas que apresentem nó que ocupe menos de ¼ de sua seção transversal final, medula que ocupe menos de 1/6 de sua largura final e inclinação das fibras inferior a 6°. Só deverão ser aceitas rachaduras longitudinais e que tenham extensão inferior a 30cm.

Tábuas que atendam as recomendações do parágrafo anterior, mas que possuam nós que ocupem mais de ¼ de sua seção transversal final, poderão ser selecionadas, mas deverão ter esses nós eliminados e substituídos por ligação de continuidade, atendidas as disposições do item 1.5 desta norma.

1.6.1.2- Quanto aos anéis de crescimento

No caso de espécies de crescimento rápido, deverão ser selecionadas apenas as tábuas que apresentem no mínimo 3 anéis de crescimento em 2,5cm, medido em uma direção radial representativa.

1.6.2- Classificação pelo Módulo de Elasticidade

As tábuas que comporão as lâminas deverão passar por uma classificação mecânica prévia, não destrutiva, para a determinação do módulo de elasticidade na flexão (EM) que deverá ser

considerado como de referência para o processo de composição das peças.

Essa classificação permitirá agrupar um sub-lote superior com tábuas de EM acima da média

representativa das tábuas da espécie empregada e um sub-lote inferior com tábuas de EM

abaixo dessa média.

Esse módulo de elasticidade médio na flexão, a ser considerado como representativo do lote de tábuas da espécie a ser utilizada deverá ser obtido do ensaio preliminar de 12 tábuas escolhidas ao acaso. A cada mudança da procedência da madeira fornecida, esse teste deverá ser repetido e sempre que houver diferença maior que 10%, com relação ao valor médio que vinha sendo considerado para a madeira da mesma espécie, o mesmo deverá ser substituído por esse novo valor que passará a ser o módulo de elasticidade médio representativo do lote.

As tábuas do sub-lote de EM superior deverão ser destinadas a compor as lâminas que farão

parte das quartas partes mais afastadas da linha neutra da peça de MLC e as de EM inferior

deverão ser utilizadas na composição da metade central da seção transversal dessa peça. Deverá ser observado ainda que, no caso do sub-lote de EM superior, as tábuas com maior

número de anéis de crescimento em 2,5cm, deverão ser utilizadas na composição das lâminas que ficarão mais afastadas da linha neutra.

1.7- União longitudinal das tábuas e composição das lâminas

A continuidade de cada lâmina deverá ser assegurada pela união longitudinal entre as tábuas que as compõem. Essa união deverá ser realizada por colagem de entalhes múltiplos usinados nas extremidades de tábuas consecutivas.

No caso dessa união ser realizada por emendas biseladas ou similar, a sua eficiência deverá ser atestada por ensaio mecânico em laboratório idôneo.

A emendas simplesmente de topo não deverão ser empregadas no processo de fabricação de peças estruturais de MLC.

1.7.1- Geometria das emendas longitudinais

A geometria dos entalhes múltiplos deverá ser compatível com esforços solicitantes estruturais e o passo do dente definido em função do seu comprimento, inclinação de seus flancos e espessura de sua extremidade, a fig. 1 a seguir ilustra a geometria dos entalhes múltiplos.

L tb α d d d d

Figura 1 - Geometria dos entalhes múltiplos. Ld : comprimento dos dentes;

bd : espessura da extremidade dos dentes;

td : passo dos dentes;

αd : inclinação dos flancos dos dentes;

vd : grau de enfraquecimento ocasionado pelos dentes ( bd / td ).

Para grandes esforços solicitantes, a espessura da extremidade dos dentes deverá ser de até 5% de seu comprimento e a inclinação dos flancos compreendida entre 5° e 7° (eq. 1):

bd ≤ 0,05 . Ld e αd entre 5° e 7° (1)

O grau de enfraquecimento na região dos entalhes múltiplos, não deverá exceder 20%, em relação à resistência da madeira sem emenda e isenta de defeitos (eq. 2), ou seja:

[ 50 . bd / ( Ld . tg αd + bd ) ] ≤ 20 (2)

No caso de emendas biseladas, a inclinação máxima do bisel deverá ser de 6°.

1.7.2- Posição da usinagem dos entalhes múltiplos

Para a composição de peças estruturais de MLC deverá ser empregado o processo de usinagem dos entalhes múltiplos (fig. 2) na posição vertical, proporcionando o maior número de dentes na largura da tábua.

No caso de se empregar o processo de usinagem dos entalhes múltiplos com posição diferente da vertical, a eficiência de seu comportamento mecânico, na peça final, deverá ser atestada por laboratório idôneo.

(a) (b) Figura 2 – Perfil vertical (a); perfil horizontal (b).

1.8- Posição das lâminas

Na composição das peças de MLC, considera-se que as faces maiores da seção transversal das lâminas, estejam posicionadas paralelas ao plano da linha neutra.

No caso das faces maiores da seção transversal das lâminas, estarem ortogonais ao plano da linha neutra, ou a combinação das duas disposições, a eficiência deverá ser atestada por laboratório idôneo.

1.8.1- Distância entre as emendas contíguas

Na composição final da peça de MLC, deve ser observado que na região das quartas partes mais afastadas da linha neutra, não ocorra, entre lâminas adjacentes, emendas distanciadas de menos de 20cm.

1.9- Espessura das lâminas

Em nenhuma hipótese, a espessura final de cada lâmina deverá exceder 5cm.

No caso de peças curvas, a espessura final de cada lâmina deverá atender também ao limite máximo de (1/150) do raio de curvatura da face interna da lâmina para o caso de madeiras com densidade aparente até 0,50g/cm3 _{e (1/200) para o caso de madeiras com densidade aparente}

superior a 0,50g/cm3_. 1.10- Adesivos para MLC

O adesivo empregado na fabricação de peças estruturais de MLC, tanto nas emendas de continuidade das lâminas, como nas juntas de cola entre lâminas, deverá ser do tipo resorcinol-fenol (RF) ou melamina-uréia-formol (MUF).

Assim como, no emprego de outras colas, a eficiência do adesivo deverá ser atestada por ensaios de cisalhamento ao longo da face colada, tração normal à face colada e delaminação, observando o que esta norma preconiza para esses ensaios.

Para o emprego em MLC, os resultados característicos desses ensaios deverão indicar no mínimo 90% do valor da resistência característica da própria madeira, quando submetida aos mesmos ensaios.

Nota:

As colas à base de caseína deverão ser evitadas ou empregadas estritamente na fabricação de peças estruturais a serem aplicadas em ambientes cobertos, protegidos do intemperismo, ventilados e cuja temperatura não ultrapasse 65°C.

1.10.1- Quantidade de adesivo

A quantidade de adesivo deve seguir a orientação do fabricante, em função do tipo da cola.

1.10.2- Tempo de colagem aberto

O tempo transcorrido do momento da aplicação da cola na face de uma lâmina até o momento de justapô-la à lâmina adjacente deverá respeitar a recomendação do fabricante da cola.

1.10.3- Tempo de colagem fechado

O tempo transcorrido, do momento em que as primeiras lâminas são justapostas, até o momento de submeter o conjunto de lâminas à pressão de colagem não deverá exceder o que recomenda o fabricante da cola.

1.10.4- Pressão de colagem das ligações de continuidade das lâminas

Os entalhes múltiplos deverão ser colados sob a pressão indicada na tab. 1, em função do comprimento do dente e da densidade da madeira. No entanto, deverá ser observado que a pressão empregada não exceda o limite que provoque fissura longitudinal de extensão superior a 5mm, na região do fundo dos dentes.

Tabela 1 – Pressão de colagem (MPa).

Pressão de colagem (MPa) Ld ( mm ) densidade ≤ 0,50g/cm3 _{densidade > 0,50g/cm}3 10 12 14 20 8 10 30 6 8 40 4,5 6,5 50 3 5 60 2 4 Na colagem dos entalhes múltiplos, o tempo de prensagem deverá ser de no mínimo 2

segundos.

No caso de ligação por bisel o processo de colagem deverá ser atestado por um laboratório idôneo.

1.10.5- Pressão de colagem nas juntas de cola

Na ausência de recomendação do fabricante da cola, deve-se observar que na colagem das peças de MLC, a junta de cola entre lâminas deverá receber uma pressão mínima de 0,7MPa para madeiras de densidade inferior ou igual a 0,5g/cm3 _{e de 1,2MPa para madeiras de}

densidade superior a 0,5g/cm3_.

1.10.5.1- Tempo de prensagem

Na ausência de outra indicação, a prensagem deve ser mantida por um período mínimo de 6 horas, tomando-se por base um ambiente com temperatura de 20°C e teor de umidade relativa do ar de 65%.

No caso de prensagem a quente, por resistência elétrica, hiperfreqüência ou processos similares, o tempo de prensagem deverá ser atestado por laboratório idôneo, observando-se que o aumento da temperatura não provoque rachaduras superiores ao indicado no item 1.6.1.1 desta norma.

1.10.5.2- Retirada da pressão de colagem

Após o período de prensagem, a retirada da pressão deverá ser gradativa e aliviada em pontos alternados ao longo da peça.

1.11- Limitações dimensionais

1.11.1- Peças fletidas com seção constante

A largura mínima da seção transversal deve ser de 1/7 da altura da peça.

A altura mínima da seção transversal de peças biapoiadas deve ser de 1/17 do vão. A altura mínima da seção transversal de peças contínuas deve ser de 1/20 do vão.

Se a relação entre o vão e a altura da peça (L/h) for superior a 17, dispensa-se a consideração da parcela de flecha proveniente da ação do esforço cortante.

1.11.2- Peças fletidas com seção variável

A extremidade de menor altura não deve ser inferior a (L/30) e a inclinação não deve ultrapassar 5° observando-se que no meio do vão a altura não seja inferior a (L/20).

1.12- Limitações de resistência mecânica

O dimensionamento de peças estruturais em MLC deve seguir as recomendações desta norma quanto ao dimensionamento de peças serradas.

O coeficiente parcial de modificação kmod,3 (eq. 3) para MLC deverá levar em conta os fatores

de modificação indicados a seguir:

Kmod,3 = Ce . Cc . Ct (3)

1.12.1- Fator de modificação da emenda de entalhes múltiplos

O fator de redução causado pela emenda de entalhes múltiplos ou bisel, deve ser considerado pelo coeficiente Ce = 0,95. Em peças sem emendas longitudinais, Ce = 1,00.

1.12.2- Fator de modificação devido à curvatura

Em peças retas será sempre Cc= 1,00.

Em peças curvas será (eq. 4):

Cc = 1 – 2000 . ( t/r )2 (4)

onde:

t – espessura das lâminas;

r – menor raio de curvatura das lâminas que compõem a seção transversal resistente.

1.12.3- Fator de modificação de temperatura

Para peças estruturais expostas a temperaturas elevadas quando em uso, deve-se adotar os fatores de modificação Ct indicados na tab. 2:

Tabela 2 - Fatores de modificação Ct.

Temperatura ambiente °C Tipo de propriedade Teor de umidade da madeira em serviço °C ≤ 38 38 < °C ≤ 52 52 < °C ≤ 66 tração paralela e módulo de elasticidade seca ou úmida 1,0 0,9 0,9 Seca < 16% 1,0 0,8 0,7 demais propriedades e ligações Úmida ≥ 16% 1,0 0,7 0,5

1.13- Rigidez na Flexão do conjunto

A peça de MLC, constituída da combinação de lâminas com módulo de elasticidade à flexão do lote de valores superior, empregado nas quartas partes mais afastadas da linha neutra, e lâminas com módulo de elasticidade à flexão, do lote de valores inferior, empregado na metade central da seção transversal, ilustrado na fig. 3, deverá ter a rigidez calculada pela consideração de seção transformada ou consideração da rigidez do conjunto calculada como segue (eq. 5):

EM,cj . Icj = [ 2.EM,ms.I(1/4) + EM,mi.I(1/2) ] (5)

onde:

EM,cj – módulo de elasticidade do conjunto de lâminas combinadas;

EM,ms – valor médio dos módulos de elasticidade do sub-lote superior;

EM,mi – valor médio dos módulos de elasticidade do sub-lote inferior;

Icj – momento de inércia do conjunto com a seção transversal original;

I(1/4) – momento de inércia da quarta parte mais afastada, em relação à linha neutra;

I(1/2) – momento de inércia da metade central da seção transversal, em relação à linha neutra.

N

L

t

(1/4) h

b

h

_{(1/2) h}

(1/4) h

E

E

E

Figura 3 - Seção transversal de uma peça de MLC

Se o número de lâminas, para compor as camadas identificadas como (1/4).h não der um valor inteiro, arredondar o valor de acordo com o seguinte critério: se a parcela decimal for inferior a 0,5, desprezar a parcela decimal e tomar apenas o valor inteiro; se a parcela decimal for igual ou superior a 0,5, arredondar para o valor inteiro superior.

1.14- Referências bibliográficas

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