ESTIMATIVA DE CUSTOS E DESEMPENHO DE
PAINÉIS EM MADEIRA LAMINADA COLADA
CRUZADA
Rafaela Schroeder Amaral1Talitha Oliveira Rosa1 Rodrigo Terezo1
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ESTIMATIVA DE CUSTOS E DESEMPENHO DE PAINÉIS EM MADEIRA LAMINADA COLADA CRUZADA
Rafaela S. AMARAL¹; Talitha O. Rosa; Rodrigo F. TEREZO; Cleide B. Bourscheid; João
Laryan; Rodolfo J. Cardoso; Leonardo S. Kuhn.
1 Departamento de Ciências Florestais, Universidade Estadual de Santa Catarina, Brasil Resumo: O Painel de Madeira Laminada Cruzada (PMLC) surge como uma solução para
suprir as limitações do uso da madeira e do impacto ambiental negativo associado ao setor da construção civil. O estudo desde produto é de grande importância para obtenção de valores de referência, visando uma normatização para o seu uso. O trabalho tem como objetivo estudar a potencialidade e viabilidade econômica do PMLC de Pinus taeda, através de estimativa de custo de produção e determinação do desempenho estrutural. A metodologia proposta é baseada nas recomendações da norma americana ANSI/APA PRG 320-2011 Standart for Performance Rated Cross Laminated Timber que consiste na realização de testes de flexão em corpos de prova de dimensões reais e norma brasileira NRB 7190 de projetos de estrutura da madeira para realização das estimativas de modulo de elasticidade. Para isto, foram confeccionados três painéis estruturais de 300 x 100 x 6 cm, utilizando cola poliuretano reativo, realizados teste de flexão em 3 pontos, com espaçamento entre os apoios de 266 cm, com teor de umidade de 12% e mensuração da quantidade de produtos utilizados bem como o tempo necessário para a fabricação de forma artesanal, para comparação entre custos em relação à alvenaria estrutural e a alvenaria de vedação. Obteve-se um valor médio para MOE igual a 9.644 MPa e custo total final para produção de PMLC de R$ 83,76, os resultados obtidos foram satisfatórios, ou seja, o material possui características que possibilitam o uso como elemento estrutural e como uma opção mais barata na construção de edifícios.
Palavras-chave: Painel de Madeira Laminada Cruzada, Viabilidade econômica, Desempenho
estrutural.
ESTIMATED COST AND PERFORMANCE OF PANELS IN CROSS LAMINATED TIMBER Abstract: The Cross Laminated Timber (CLT) emerges as a solution to overcome the
limitations of wood use and the negative environmental impact associated with the construction sector. The study from product is of great importance to obtain reference values, aiming at a standardization for its use. The objective of this work is to study the potentiality and economic viability of the PMLC of Pinus taeda, by estimating production costs and determining structural performance. The proposed methodology is based on the recommendations of the American standard ANSI / APA PRG 320-2011 Standart for Performance Rated Cross Laminated Timber, which consists in the realization of flexural tests on specimens of real dimensions and Brazilian standard NRB 7190 of wood structure projects To make the elastic modulus estimates. For this, three structural panels of 300 x 100 x 6 cm were made using reactive polyurethane glue, with a moisture content of 12%, performed a 3 point flexural test, with spacing between the supports of 266 cm and measurement of the amount of Products used as well as the time required for the manufacture of handmade form, for comparison between costs in relation to structural masonry and masonry of sealing. A mean value for EWM of 9,644 MPa and final total cost for PMLC production of R $ 83.76 was obtained, the results obtained were satisfactory, ie the material has characteristics that make it possible to use as a structural element and as option in building construction
1. INTRODUÇÃO
Painel de Madeira Laminada Cruzada (PMLC) ou Cross Laminated Timber (CLT) é um painel produzido a partir da justaposição de camadas transversais de lâminas de madeira maciça por meio de adesivo estrutural, formando grandes painéis (
CUNHA et al. 2012)
O PMLC é um sistema relativamente novo para construção de edifícios em madeira, introduzido no início de 1990, na Áustria e na Alemanha. Este foi ganhando popularidade em aplicações residenciais e não-residenciais na Europa. A Áustria foi a pioneira no desenvolvimento de pesquisas relacionadas ao CLT, mas foi impulsinado significativamento no início de 2000, com o movimento “construção verde”, impulsionado pela percepção de que o CLT, assim como a alvenaria e o concreto é um sistema apropriado para construção residencial de vários andares (MOHAMMAD, 2010).
Na Europa a utilização de painéis CLT, em edifícios, tem aumentado ao longo dos últimos anos, isto demostra que a construção CLT pode ser competitiva, devido ao fácil manuseio, isolamento térmico, isolamento de som e um bom desempenho sob o fogo
(MOHAMMAD, 2010).
A produção de CLT já é a segunda mais importante dentre os produtos beneficiados de madeira (em volume) e vem apresentando crescimento exponencial nos últimos 10 anos. Painéis de CLT são geralmente constituídos por três, cinco ou sete camadas de lamelas de madeira, coladas perpendicularmente umas ás outras com adesivo à base de poliuretano (200 g/m²) e prensadas à quente. O arranjo perpendicular entre as camadas confere grande estabilidade dimensional do painel (PASSARELLI, 2013)
Para o bom desempenho na fabricação dos painéis CLT, segundo FPInnovations (2011) está na qualidade da madeira utilizada e controle dos parâmetros que tem impacto na qualidade da linha de cola. A umidade das peças de madeira no momento da produção deve permanecer em torno de 12%, para evitar variações dimensionais, retração e expansão da madeira com maior umidade (ALENCAR, 2015)
Dentre os pontos positivos da construção com CLT ressalta-se o melhor controle climático do edifício, devido ao bom isolamento térmico dos elementos e à capacidade de absorção ou liberação de umidade no ambiente pela madeira. Além disso, quando associados à tecnologia de usinagem, com Controle Numérico Computadorizados (CNC), elementos de CLT podem atingir alto nível de pré-fabricação, facilitando e agilizando o trabalho no canteiro (PASSARELLI, 2013).
O trabalho visa analisar a potencialidade e viabilidade econômica, através de estimativa de custo de produção e determinar o desempenho estrutural da utilização do painel de madeira laminada colada cruzada de Pinus sp. Com o objetivos de determinar o desempenho de rigidez do painel de madeira laminada colada cruzada produzido de maneira artesanal e estimar os custos de produção de PMLC, comparando o valor unitário com outros métodos de convencionais de vedação, tais como a alvenaria. Com este trabalho espera-se proporcionar um novo material de construção para a concepção de edifícios de maneira rápida e eficiente.
2. MATERIAL E MÉTODOS
2.1 PARÂMETROS MECÂNICOS
O desempenho do painel de madeira laminada colada cruzada, será determinado através da rigidez do material, medida pelo valor médio do módulo de elasticidade, determinado na fase de comportamento elástico-linear como descrita na norma brasileira NBR 7190. Segundo a NBR 7190, na impossibilidade da realização do ensaio de tração, permite-se avaliar o módulo de elasticidade (Em) por meio de ensaio de flexão, onde determinaspermite-se o módulo aparente de elasticidade na flexão.
A resistência à tração na flexão, determinada pela tensão atuante na borda mais tracionada, calculada em regime elástico, ensaiando-se corpos de prova de seção transversal que leve à ruptura efetiva da zona tracionada antes da ruptura da zona comprimida. No ensaio de flexão devem ser tomadas precauções cuidadosas para eliminar o atrito nos apoios e para que as forças aplicadas não provoquem esmagamento por compressão normal, com a possibilidade de no ensaio atuarem forças normais não previstas. (ABNT, 1997)
A resistência da madeira à flexão (fwM ou fM) é um valor convencional, dado pela máxima
tensão que pode atuar em um corpo-de-prova no ensaio de flexão simples, calculado com a hipótese de a madeira ser um material elástico, sendo dada pela Equação (1):
𝐹𝑀=
𝑀𝑚á𝑥 𝑊𝑒 Em que:
Mmáx é o máximo momento aplicado ao corpo de prova, em newtons-metro;
We é o módulo de resistência elástico da seção transversal do corpo de prova, dado por bh2/6,
em metros cúbicos.
A rigidez da madeira à flexão é caracterizada pelo módulo de elasticidade determinado no trecho linear do diagrama carga x deslocamento. Para esta finalidade o módulo de elasticidade deve ser determinado pela inclinação da reta secante à curva carga x deslocamento no meio do vão, definida pelos pontos (F10%; v10%) e (F50%; v50%) correspondentes, respectivamente, a 10% e 50% da carga máxima de ensaio estimada por meio de um corpo de prova gêmeo, sendo dada pela Equação (2):
𝐸𝑚𝑜 = (F50% − FM10% ) L³ (𝑉50% − 𝑉10%)4 𝑏ℎ³ Em que:
FM,10% e FM,50% são as cargas correspondentes a 10% e 50% da carga máxima estimada
aplicada ao corpo de prova, em newtons;
v10% e v50% são os deslocamentos no meio do vão correspondentes a 10% e 50% da carga máxima estimada FM,est, em metros;
b e h correspondem, respectivamente, à largura e à altura da seção transversal do corpo-de-prova, em metros.
(1)
2.2 MONTAGEM DO PAINEL PMLC
Foram confeccionados três painéis, com dimensões de 100 x 300 cm com 3 camadas de tábuas de madeira reflorestada de Pinus taeda, doadas pela empresa Righez Madeira Ltda., localizada em Capão Alto - SC.
As tábuas com dimensões de 2 cm x 20 cm x 300 cm foram transportadas para a Universidade do Estado de Santa Catarina, no Centro de Ciências Agroveterinárias - CAV. Na universidade as tábuas foram agrupadas em livres de defeitos e defeituosas, as livres de defeitos formam a classe das camadas externa, enquanto as defeituosas foram da classe da camada interna.
Posteriormente a classificação, as tábuas foram aplainadas, para uniformização das dimensões da espessura e melhorar a qualidade da colagem, passadas em um jato de ar para retirar possíveis resíduos do processo e em seguida foram coladas.
Na Figura 1 é possível observar a montagem do painel onde foram utilizadas 15 tábuas de Pinus sp., sendo estas 10 tábuas utilizadas para camada externas, ou seja, 5 tábuas na camada superior e 5 tabuas na camada inferior, com dimensões de 300 cm, posicionadas verticalmente, e 5 tábuas cortadas em 3 partes, totalizando 15 tábuas com dimensões de 100 cm, utilizadas na camada interna posicionas perpendicularmente às camadas externas.
Figura 1. Disposição das tábuas de madeira.
Fonte: Autor.
As peças foram posicionadas e marcadas em números romanos para o processo de colagem. A cola utilizada foi à base de poliuretano reativo da marca Kleiberit, com gramatura de 200 g/m², para o controle da gramatura, o peso foi controlado com o auxílio de uma balança digital.
Após a cola ter sido espalhada nas tábuas com o auxílio de uma espátula, a mesma foi levada à prensa manual por 24 h. Após esse tempo, o painel foi retirado da prensagem e colocado para término da cura da cola por 1 dia. Em seguida, foi determinado o teor de umidade dos ensaios em 12% para cada painel, utilizando-se o equipamento humídimetro de agulhas.
Para o ensaio de flexão utilizou-se 3 pontos, sendo que peças de Angelim pedra
(Hymenolobium petraeum) foram dispostas nas laterais da prensa para apoio do painel, com
espaçamento de 266 cm entre eles, e foram utilizados 3 peças de Angelim na superfície da prensa, para disposição da força no sentido vertical ao painel, foram utilizados ainda um macaco hidráulico com capacidade de 1500 kgf; uma célula de carga U10M/5kN; transdutores de deslocamento de WA 50 mm; HBM software “catman easy MX440A”. Sendo que estas aplicam uma carga máxima de 179,40 N sobre painel. Conforme mostra a Figura 2.
Figura 2. Ensaio de Flexão Fonte: Autor.
2.3 COMPOSIÇÃO DE CUSTOS
Para realizar a composição dos preços por hora de trabalho, foi cronometrado o tempo de cada tarefa, durante todas as etapas do processo de fabricação. Para obtenção do custo global por m², foram obtidos os preços e a quantidade de materiais utilizados, e o custo de mão-de-obra foi conforme valores médios da região de Lages para o ano de 2016, sendo adicionadas as cargas tributárias.
Neste trabalho buscou-se como resultado, um custo abaixo ou equivalente aos outros materiais convencionais (tijolos e concreto) com resistência x peso superior. Por meio desta análises será possível estimar os custos para a produção de painéis de madeira laminada colada de Pinus sp. e analisar o seu desempenho estrutural.
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
3.1 ANÁLISE DE DESEMPENHO
Chegaram-se a valores estimados de 1.670,4 kgf para carga máxima, 5,32 cm de deflexão máxima, 1.667 kgf/(cm².seg) para velocidade de ensaio e 2,88 min de duração para o ensaio de flexão,
O ensaio de flexão não ultrapassou a carga máxima de 1670 Kgf, pois valores acima implicam numa deformidade plástica ocasionada pela ultrapassagem do limite de elasticidade linear da madeira. Para que o painel não se deforme além do regime elástico linear, a deflexão máxima adotada foi de 5,32 cm, ou seja, o valor máximo de deflexão para que o painel consiga voltar a suas propriedades originais. Desta forma, será possível a utilização destes painéis em outros ensaios.
Cada painel foi ensaiado duas vezes, sendo realizado o ensaio de flexão nas duas faces de menor inércia, obtendo-se assim uma média de valores de rigidez. A rigidez da madeira à flexão é caracterizada pelo módulo de elasticidade determinado no trecho linear do diagrama carga x deslocamento.
A partir dos valores estimados, foi possível controlar a deflexão e o tempo por meio do sistema de aquisição de dados “catman easy MX440A da HBM”. Através dos valores obtidos de deformação especifica e tensões de tração, foi possível calcular o modulo de elasticidade dos painéis. Demonstrados a Tabela 3.
Tabela 1. Resultado Teste de Flexão
MOEm = Modulo de elasticidade de cada lado do painel; MOEm1 = Modulo de elasticidade médio de cada painel; MOEm2 = Modulo de elasticidade médio de todos os painéis.
Com um coeficiente de variação igual a 5,67%, os painéis apresentaram diferença significativa quanto aos lados “A” e “B”, a diferença mais significativa é do painel I, onde o modulo de elasticidade variou em 1016 Mpa entre os lados, e a menor diferença está no painel III, com uma diferença de 118 Mpa. Está diferença pode estar relacionada ao processo de realização do teste.
A média dos painéis variaram em 767 Mpa. Onde o painel de grupo III apresentou o valor mais significativo em desempenho estrutural, com um módulo de elasticidade médio igual a 10.096 MPa. O Painel I apresentou o menor valor, com 9.329 Mpa, acredita-se que este resultado deve-se ao fato de que este painel foi o primeiro e ainda não se tinha alcançado uma aplicação de força desejável.
Grupo MOEm (MPa) MOEm1 (MPa) MOEm2 (MPa)
IA 9.837 9.329 9.644 IB 8.821 IIA 9.102 9.508 IIB 9.914 IIIA 10.037 10.096 IIIB 10.155
A média final dos painéis é igual a 9.644 MPa, e mediana igual a 9.875 Mpa, ou seja, a análise dos resultados obtidos demostram que os testes de flexão realizados no painel CLT, em comparação com outras bibliografias se mostram similares. No estudo realizado por Santos (2016), com Pinus pinaster, produzido em 3 camadas, com dimensão total de 220x94cm, apresentou resultados para MOE global igual a 7.757 MPa. Já no estudo realizado por Alencar (2014), o painel de Pinus sp., apresentou valores de MOE igual a 13.662 MPa. Enquanto Sigrist et al (2014), apresentou um valor inferior a 6.251 Mpa.
3.2 ANALISE DE CUSTOS
Para estimativas dos custos, a análise econômica comparou a produção de CLT com alvenaria de vedação e alvenaria estrutural, sendo está dividida em três tabelas, mão de obra; materiais e equipamentos; leis sociais e beneficiamento e despesas indiretas.
Na Tabela 4 observa-se que o custo total de mão de obra para produção de estruturas em alvenaria é em média R$ 21,00 a mais que os de CLT. Isto representa cerca de 40% a mais no custo total para produção de um painel CLT.
Tabela 2. Mão de Obra
Mão de Obra Coeficiente
Custo Unitário (R$) Custo Total (R$) C LT Classificação 0,111 18,75 2,08 Carpinteiro 0,111 18,75 2,08 Ajudantes 0,222 9,38 2,08 Total 6,24 A lve na ri a de V ed aç ão Pedreiro 1 20 20,00 Servente 1,027 10 10,27 Total 30,27 A lve na ri a E str utura l Pedreiro 0,8 20 16,00 Servente 0,934 10 9,34 Total 25,34
Na Tabela 5 observa-se que o custo total de matérias e equipamento para produção de alvenaria é em média R$ 20,00 mais barato que os de CLT. Isto se deve ao fato do preço da madeira ser elevado e possuir mais etapas na fabricação da mesma.
Tabela 3. Material e Equipamentos
Insumos Unidade Coeficiente
Custo Unitário (R$) Custo Total (R$) C LT
Madeira de Pinus serrada
seco ao ar (peças 2x 20cm) m³ 0,06 152 9,12 Cola PUR kg 0,4 30 12 Plaina h 0,25 8,89 2,22 Destopadeira h 1,5 10 15 Colagem para prensa h 0,139 8 1,11 Prensagem h 8 0,42 3,36 Total 42,81 A lve na ri a de V ed aç ão
Bloco cerâmico furado de
vedação (9x19x19 cm³) un 25,7 0,6 15,42 Cimento Portland CP II-E-32
(Resistência 32 MPa) kg 1,35 0,5 0,67 Argamassa de cal hidratada
e areia sem peneirar tração 1:4 m³ 0,012 478 5,91 Total 22,01 A lve na ri a E str u tura
l Areia lavada tipo média m³ 0,016 77 1,25
Cal hidratada CH III kg 0,817 0,5 0,4 Cimento Portland CP II-E-32
(resistência 32 Mpa) kg 6,512 0,5 3,25 Bloco de concreto estrutural -
bloco inteiro un 12,9 1,5 19,35
Total 24,27
Quando comparadas as leis sociais e os benefícios e despesas indiretas, observa-se que o CLT apresenta uma vantagem de custo total em relação as estrutural de alvenaria de vedação e alvenaria estrutural. O CLT apresentou uma redução de aproximadamente R$ 25,00 em custos de leis sociais e uma redução de aproximadamente R$ 10,00 em relação a
alvenaria de vedação e aproximadamente R$ 15,00 de redução comparada a alvenaria estrutural. Conforme mostra a tabela 6.
Tabela 4. Leis sociais e benefícios e despesas indiretas
A Tabela 7, representa o somatório dos custos totais de mão de obra, materiais e equipamentos, leis sociais e os benefícios e despesas indiretas. Pode-se analisar que a produção de alvenaria é a mais cara entre todas, com uma média de R$ 30,96 a mais que o CLT. Isto se deve ao fato que estas possuem os maiores índices de homem/hora para leis sociais, benefícios e despesas indiretas, e custos de mão de obra. Já o CLT apresentou o menor valor com R$ 83,76, mesmo apresentando um maior custo em materiais e equipamentos, esta produção se beneficia pelos valores reduzidos de mão de obra e leis sociais.
Tabela 5. Custo Global
4. CONCLUSÕES
Após a análise dos resultados é possível observar que o CLT produzido possui valor médio para MOE de 9.644 Mpa, equivalente aos encontrados na literatura e apresentou um desempenho desejável para a sua utilização em construções de edifícios. Quanto ao custo de produção do painel de forma artesanal, foi consideravelmente mais baixo em relação aos outros materiais, com um preço final de R$ 83,76. A estimativa dos custos do painel apresentou uma boa opção e grande potencial para a região de Lages – SC. Esses valores podem ser melhorados consideravelmente com um melhor controle de qualidade durante o processo e uma produção dos painéis CLT em nível industrial. Aconselha-se que novas pesquisas sejam realizadas, tais como: resistência ao fogo, compressão, delaminação, resistência ao impacto, entre outros, para a obtenção das propriedades exigidas para uma futura inclusão deste produto na atual norma de Projeto de estruturas de madeira (NBR 7190).
Insumos Leis Sociais R$ Benefícios e Despesas Indiretas R$ 123% 30% CLT 7,68 17,02 Alvenaria de Vedação 37,23 26,85 Alvenaria Estrutural 31,16 32,31
Insumos Custo Global (R$)
CLT 83,76
Alvenaria de Vedação 116,36
5. AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem a todos que contribuíram para o desenvolvimento e realização deste trabalho.
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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ALENCAR, Juliana B. Mussi; MOURA, Jorge Daniel de Melo. CLASSIFICAÇÃO DE MADEIRA DE BAIXO VALOR AGREGADO DE PINUS E EUCALIPTO PARA PRODUÇÃO DE PAINÉIS ESTRUTURAIS CROSS LAMINATED TIMBER (CLT). In: ENCONTRO BRASILEIRO EM MADEIRAS E EM ESTRUTURAS DE MADEIRA, 14. 2014, Londrina. Artigo. Natal: Ebramem, 2014.
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MOHAMMAD, M.; GAGNON, Sylvain. Introduction to Cross Laminated Timber. Wood Design
Focus, v. 22, n. 2, p.1-12, maio 2010.
PASSARELI, R. N. Cross Laminated Timber: Diretrizes para projeto de painel maciço em madeira no Estado de São Paulo. Dissertação (Mestrado em Arquitetura e Urbanismo). Instituto de Arquitetura e Urbanismo, Universidade de São Paulo, São Carlos. 2013.
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