Combinação madeira-adesivo-impermeabilizante em MLC

Combinação madeira-adesivo-impermeabilizante em MLC

Departamento de Engenharia de Estruturas, Laboratório de Madeiras e de Estruturas de Madeira, São Carlos, SP. e-mails: almeidadh@usp.br, scaliante@usp.br, raquelschmitt@usp.br,

laurennmacedo@usp.br,

André Luis Christoforo, Universidade Federal de São João del-Rei, Departamento de Engenharia

Mecânica, São João del-Rei, MG. e-mail: alchristoforo@yahoo.com.br

Alcebíades Negrão Macêdo, Universidade Federal do Pará, Centro Tecnológico, Belém, PA.

e-mail: anmacedo@ufpa.br

Carlito Calil Junior e Francisco Antonio Rocco Lahr, Professores da Universidade de São Paulo,

Escola de Engenharia de São Carlos, Departamento de Engenharia de Estruturas, Laboratório de Madeiras e de Estruturas de Madeira, São Carlos, SP. e-mails: calil@sc.usp.br, frocco@sc.usp.br,

Resumo: A Madeira Laminada Colada (MLC), que é um conjunto de lamelas de madeira

coladas umas sobre as outras por meio de adesivo estrutural, é um dos principais produtos a base de madeira para a construção civil. A madeira é um material influenciado pelo teor de umidade do local onde está sendo utilizada, por isso, são necessárias medidas para minimizar esse efeito, tais como a impermeabilização dos elementos estruturais em manutenções preventivas da estrutura. O objetivo do seguinte trabalho é analisar a contribuição de um impermeabilizante de umidade nas propriedades de resistência ao cisalhamento na linha de cola e integridade da linha de cola em ensaios de delaminação em corpos-de-prova fabricados a partir de vigas de MLC de madeira de Paricá (Schizolobium

amazonicum Herb) com adesivo a base de melamina–ureia. Os ensaios realizados para

determinação da resistência da linha de cola em corpos-de-prova na combinação madeira-adesivo-impermeabilizante mostraram valores satisfatórios quando comparados com outras combinações, a partir do ensaio de delaminação pôde-se observar bons resultados na interface madeira-adesivo, para as combinações estudadas neste trabalho, pois, em nenhum dos corpos-de-prova, ocorreu o fenômeno de descolamento entre as lamelas.

Palavras-chave: MLC, adesivo, Paricá, impermeabilizante. Wood-adhesive-watherproofing combinations in Glulam

Abstract: The Glued Laminated Timber (Glulam), which is a set of timbers glued on each

other through a structural adhesive, is one of the major products based on wood for construction. Wood is a material influenced by the moisture content of the site where it is being used, so measures are needed to minimize this effect, such as waterproofing of the structural elements in preventive maintenance of the structure. The aim of the paper is to analyze the contribution of a waterproofing on the properties of shear strength of glue line and integrity of the glue line in delamination tests on specimens made from Glulam of Paricá wood (Schizolobium amazonicum Herb) based adhesive with melamine-urea. The tests performed to determine the resistance of the glue line in specimens in wood-adhesive-waterproofing combinations showed satisfactory values when compared with other combinations, from testing delamination could be observed good results in wood-adhesive interface, for the combinations studied in this paper, as in any of the specimen, the phenomenon of detachment occurred between the timber.

1. Introdução

As pesquisas a cerca das propriedades de materiais alternativos àqueles que já são empregados nos diversos setores da economia, estão se tornando cada vez mais necessárias, devido à escassez de alguns deles e, consequentemente, elevação dos seus custos de produção e/ou aquisição, além disso, existe a crescente preocupação em relação à preservação ambiental quando existe a utilização de recursos de origem natural.

A construção civil não é exceção na pesquisa e desenvolvimento de alternativas para determinação das propriedades de novos materiais que podem ser utilizados como elementos estruturais.

Nesse contexto, a madeira se torna um material extremamente importante, pois, além de ser uma matéria-prima sustentável, possui sua fonte de produção renovável quando utiliza-se madeira de florestas plantadas, possui baixo consumo energético para sua produção (quando comparada a outros materiais muito utilizados na construção civil, como o aço e o concreto) e, além disso, possui relação entre a resistência e peso específico da madeira de algumas espécies superior ao aço e ao concreto (PFEIL e PFEIL, 2004(1)).

Há milhares de anos a madeira é utilizada como material da construção civil, porém, por um longo tempo, houve menos esforços para o seu desenvolvimento tecnológico, ao mesmo tempo em que estruturas em aço e concreto foram ganhando mais espaço na construção civil, principalmente, devido à utilização inadequada da madeira, favorecendo ideias equivocadas sobre o seu emprego como material estrutural.

Com novos métodos que fazem com que a madeira obtenha maior vida útil na estrutura, ela está voltando ao cenário de destaque na construção civil, se tornando um material de construção muito utilizado em projetos de arquitetos e engenheiros (CALIL JUNIOR et al, 2003 (2)).

A madeira laminada colada (MLC) (fig. 1) é um produto engenheirado à base de madeira e adesivo utilizado em nível estrutural. Seu desenvolvimento depende, além do estudo da madeira que é utilizada, de avanços tecnológicos e desenvolvimentos das colas utilizadas, além de medidas que garantam a controle de qualidade na fabricação das vigas de MLC (BONO, 1996(3); CALIL NETO, 2011(4)).

Figura 1 – Esquema da formação de uma viga estrutural de MLC.

A MLC se constitui de peças de madeira obtidas a partir de tábuas (ou lamelas) coladas entre si com adesivo e pressão. A MLC possibilita a composição de elementos estruturais para grandes vãos e de diversas dimensões além de possibilitar inúmeras opções nas

utilização da MLC. As classes de utilização são: I (uso interior); II (uso exterior coberta); III (uso exterior). Os principais adesivos utilizados na confecção da MLC são: fenol-formaldeído, wonderbond, poliuretano de óleo de mamona e purbond (DIAS et al., 2006(6); CALIL NETO, 2011(4)).

Sendo a madeira um material higroscópico, ou seja, que permite a influência do teor de umidade do local onde está sendo utilizada, são necessárias medidas para que essa influência seja minimizada, como por exemplos, a utilização de madeiras com tratamento prévio e, também, o dimensionamento correto da estrutura de madeira prevendo a sua utilização racional (BRITO, 2010(7); BERTOLINI, 2011(8)).

A madeira exposta a altos teores de umidade no momento de sua utilização poderá ser atacada por organismos xilófafos (fungos e bactérias), levando à podridão desses elementos estruturais, podendo ser necessária a construção de outra estrutura, ou se possível, a troca do elemento estrutural danificado.

Uma das maneiras de proteger uma estrutura de madeira contra a ação negativa do teor de umidade é impermeabilizando os componentes estruturais de acordo com manutenções preventivas em tempos regulares, fazendo com que a estrutura permaneça sempre perene. O objetivo do seguinte trabalho é analisar a contribuição de um impermeabilizante de umidade nas propriedades de resistência ao cisalhamento na linha de cola e integridade da linha de cola em ensaios de delaminação em corpos-de-prova fabricados a partir de vigas de MLC de madeira de Paricá (Schizolobium amazonicum Herb) com adesivo a base de melamina – ureia (MUF).

2. Materiais e métodos

Este trabalho foi realizado no Laboratório de Madeiras e Estruturas de Madeira (LaMEM), do Departamento de Engenharia de Estruturas (SET), da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC), da Universidade de São Paulo (USP) seguindo-se as especificações da norma brasileira ABNT NBR 7190: 1997(9) e da norma americana AITC 190: 2007(10). Para a confecção dos corpos-de-prova necessários para realização dos ensaios, foi utilizada madeira da espécie amazônica Paricá (Schizolobium amazonicum Herb.), proveniente de florestas plantadas da região norte do país com idades entre 8 e 10 anos.

A seleção do Paricá para realização desse trabalho é por conta de varios outros estudos realizados com ela para identificação de suas propriedades físicas, químicas, mecânicas e anatômicas para racionalizar sua utilização, já que é uma espécie promissora, pois, além de ser uma espécie reflorestável, ainda possui rápido crescimento e fornece madeira com pouca incidência de defeitos como nós e rachas (ALMEIDA et al.; 2011(11); SCALIANTE et al., 2011(12); VIDAURRE, 2010(13); FERRO, 2013(14)).

2.1. Confecção das vigas de MLC

Os corpos-de-prova foram retirados a partir de duas vigas de MLC confeccionadas com lamelas de Paricá com seção transversal retangular de 3,5 cm de espessura e 10 cm de largura e 240 cm de comprimento, todas elas classificadas visualmente de acordo com a norma brasileira(9) como Classe Estrutural Especial (SE), ou seja, isenta de defeitos como nós, inclinação acentuada de fibras em relação ao eixo longitudinal da árvore, rachas de topo e fendas.

Além da classificação visual, também foi realizada a classificação mecânica das peças determinando o módulo de elasticidade das mesmas pelo método da vibração transversal (fig. 2). As vigas foram confeccionadas com três lamelas, de modo que, a com menor módulo de elasticidade estivesse no meio da viga.

Figura 2 – Lamela de Paricá ensaiada para determinação do módulo de elasticidade pelo método da vibração transversal.

Para a colagem entre as lamelas foi utilizado o adesivo bi-componente com base de melamina – ureia (MUF) com catalizador AkzoNobel, na proporção adesivo: catalisador igual a 5: 1 em massa. Após 6 horas na prensa, o adesivo estava curado e, consequentemente, as vigas prontas para utilização.

2.2. Impermeabilização dos corpos-de-prova

Foram confeccionados corpos-de-prova para realização dos ensaios para determinação das propriedades de resistência ao cisalhamento na linha de cola e também para delaminação, ambos de acordo com a norma americana(10). Em consistência líquida incolor, o impermeabilizante comercial ProtectGuard® foi aplicado na superfície de alguns corpos-de-prova em duas demãos com diferença de 3 horas entre cada uma. Após 12 horas passadas da segunda demão, os corpos-de-prova já puderam ser ensaiados. Este procedimentos foram realizados de acordo com as diretrizes do fabricante. A fig. 3 apresenta a etapa de impermeabilização dos corpos-de-prova de cisalhamento na linha de cola e de delaminação.

(a) (b)

Figura 3 – Etapa de impermeabilização dos corpos-de-prova de (a) cisalhamento na linha de cola e (b) delaminação.

2.3. Cisalhamento na linha de cola

A partir das vigas MLC foram confeccionados os corpos-de-prova para realização dos ensaios para determinação da resistência ao cisalhamento na linha de cola. Foram confeccionados 9 corpos-de-prova, sendo 3 deles ensaiados no teor de umidade ambiente, 3 ensaiados após 48 horas de imersão em água destilada e, ainda, outros 3 que primeiramente passaram pelo processo de impermeabilização e, após, imersos durante 48 horas em água. As medidas das dimensões dos corpos-de-prova foram realizadas com um paquímetro digital com precisão de 0,01 mm e foram solicitados até a ruptura na máquina universal de ensaios AMSLER (fig. 4). A resistência ao cisalhamento na linha de cola pode ser calculada pela eq. 1.

v v v A F f 0 0 = , (1) onde:

fv0 = resistência ao cisalhamento na linha de cola (MPa);

Fv = máxima carga cisalhante aplicada ao corpo-de-prova (N);

Av = área resistente ao cisalhamento na linha de cola (mm²).

Figura 4 – Corpo-de-prova instrumentado para realização do ensaio de resistência à linha de cola.

2.4. Ensaio de delaminação

Das vigas foram retirados 18 corpos-de-prova com 10 cm de comprimento, não levando em consideração suas dimensões em relação à seção transversal, sendo a metade deles tratados com impermeabilizante. Os corpos-de-prova foram submetidos ao vácuo durante duas horas e depois pressão de 0,54 MPa com água por mais duas horas em uma câmara de pressão e vácuo (fig. 5). Foram realizados dois ciclos de vácuo/pressão, e após o segundo ciclo, os corpos-de-prova ficaram por três dias ao ar livre. Esses ciclos se repetiram por mais duas vezes, até poder ser realizada a análise visual dos corpos-de-prova para inspeção das linhas de cola.

Figura 5 – Corpos-de-prova na auto-clave para realização do ensaio de delaminação.

3. Resultados e discussões

3.1. Cisalhamento na linha de cola

Os valores de resistência ao cisalhamento na linha de cola dos corpos-de-prova provenientes das vigas de MLC de Paricá com adesivo MUF nas três condições estudadas (seca, úmida e impermeabilizada), são apresentados na tab. 1.

Tabela 1 – Resistência ao cisalhamento na linha de cola e coeficiente de variação (CV).

Tratamento fv0 (MPa) CV (%)

Seco 6,20 7

Úmido 5,50 8

Impermeabilizado 4,40 3

O valor médio encontrado para a resistência na linha de cola dos corpos-de-prova saturados foram inferiores em relação aos corpos-de-prova secos, isso porque, quanto maior o teor de umidade da madeira, menores seus valores de resistência, até o ponto de saturação das fibras (SILVA et al., 2012(15); GALVÃO e JANKOWSKI, 1985(16)). Todos os corpos-de-prova, em todos os tratamentos estudados romperam na madeira e não na linha de cola, como se espera que seja, já que a ligação deve ser mais resistente que a madeira.

Calil Neto (2011) (4) determinou valores médios iguais a 5,60 MPa, 6,80 MPa e 4,10 MPa para as espécies Pinus taeda, Teca (Tectona grandis) e Lyptus®, respectivamente, para a resistência ao cisalhamento na linha de cola de corpos-de-prova secos utilizando adesivo Cascophen RS-216-M. Utilizando o mesmo adesivo mas para corpos-de-prova saturados, os valores médios de resistência na linha de cola para o Pinus taeda, Teca e Lyptus® foram, respectivamente, iguais a 4,10 MPa, 6,10 MPa e 2,00 MPa. O presente trabalho mostrou maior resistência na combinação Paricá – MUF nas situações seca e úmida quando comparada com o as madeiras de Pinus taeda e Lyptus®.

Os valores determinados para o Paricá nesse trabalho foram inferiores a condição saturada em relação às espécies estudadas por Calil Neto (2011) (4), porém, na condição de umidade seca, a resistência na linha de cola para corpos-de-prova de Paricá foi inferior somente quando comparada à madeira de Teca.

Almeida et al. (2011)(11) pesquisaram a resistência ao cisalhamento na linha de cola para o Paricá nas situações seca e úmida utilizando adesivo Cascophen RS-216-M. Os valores

Os valores determinados nesse trabalho para os corpos-de-prova secos foram superiores comparados aos determinados em corpos-de-prova provenientes de vigas de MLC Paricá colados, respectivamente, com os adesivos bi-componentes Wonderbond e Cascophen RS-216-M (TEREZO e SZÜCS, 2010) (17), mostrando a eficácia do adesivo MUF para fabricação de vigas de MLC.

3.3. Ensaio de delaminação

Após os procedimentos realizados, nenhum dos corpos-de-prova apresentou delaminações, mostrando a eficácia da ligação com MUF entre as lamelas de Paricá após os ciclos de pressão e vácuo (fig.6).

Figura 6 – Corpos-de-prova após realização do ensaio de delaminação.

Calil Neto (2011) (4) obteve resultados de delaminação iguais a 0,6% para o Pinus taeda, 2,2 % para a Teca e 38,6% para o Lyptus utilizando como adesivo o Cascophen RS-216-M. Isso pode estar relacionado à maior porosidade da madeira de Paricá, por esse motivo, proporciona maior aderência entre o adesivo utilizado e a madeira.

Almeida et al. (2011) (11) também não observaram delaminações utilizando a combinação Paricá - Cascophen RS-216-M.

França (2012)(18) também encontrou valores satisfatórios utilizando adesivo MUF para colagem entre lamelas da madeira da espécie Acácia (Acacia mangium Willd), ressaltando que esse adesivo pode ser muito bem empregado na construção de vigas de MLC.

4. Conclusões

Com os estudos realizados nesse trabalho, pôde-se concluir que:

• A madeira do Paricá é uma boa alternativa para utilização em MLC, pois, possui baixo peso específico, oque é propício para construção de estruturas em madeiras leves e que suportem as solicitações impostas às mesmas;

• A utilização de um impermeabilizante é importante, pois, com ele, é possível proteger os elementos estruturais de madeira contra a umidade, favorecendo a estrutura;

• Os ensaios realizados para determinação da resistência da linha de cola em corpos-de-prova na combinação Paricá-MUF, mostrou valores satisfatórios quando comparados com outras combinações madeira-adesivo;

• A partir do ensaio de delaminação pôde-se observar bons resultados na interface madeira-adesivo, para as combinações estudadas neste trabalho, pois, em nenhum dos corpos-de-prova, ocorreu o fenômeno de descolamento entre as lamelas.

5. Agradecimentos

A equipe agradece ao Laboratório de Madeiras e Estruturas de Madeiras (LaMEM) do Departamento de Estruturas (SET) da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC) da Universidade de São Paulo (USP) pela concessão dos equipamentos e materiais utilizados nessa pesquisa. A equipe também agradece à CAPES e à CNPq.

6. Referências

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(Mestrado) - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo.

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