RENATO MOTA DE ALMEIDA
RELATÓRIO DE ESTÁGIO
ESTUDO DA RESISTÊNCIA MECÂNICA DAS EMENDAS FINGER JOINT
LAGES, SC 2016
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RENATO MOTA DE ALMEIDA
RELATÓRIO DE ESTÁGIO
ESTUDO DA RESISTÊNCIA MECÂNICA DAS EMENDAS FINGER JOINT
Relatório de Estágio apresentado à Coordenação do Curso de Engenharia de Produção da Universidade do Planalto Catarinense – UNIPLAC – como requisito necessário para obtenção do grau de Bacharel em Engenharia de Produção.
Orientador: Prof. Eng. José Adelir Wolf, Esp.
LAGES, SC 2016
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Nome da Empresa: Ekomposit Madeiras do Brasil S.A.
Endereço: Rodovia BR282, KM 224, nº8151 – Bairro Santa Monica – Lages - SC
CNPJ: 17.615.087/0001-04
Ramo de Atividade: Industrial Madeireiro
Supervisor da Organização: Lucas Leandro Moreira Borges Orientador: Prof. Eng. José Adelir Wolf, Esp.
Período de Estágio: 29/08/2016 a 01/11/2016 Duração: 180 horas.
Carga Horária: 4 horas diárias.
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RELATÓRIO DE ESTÁGIO
ESTUDO DA RESISTÊNCIA MECÂNICA DAS EMENDAS FINGER JOINT
ESTE RELATÓRIO DE ESTÁGIO FOI JULGADO ADEQUADO PARA
OBTENÇÃO DOS CRÉDITOS DA DISCIPLINA DE ESTÁGIO
SUPERVISIONADO DO 10º SEMESTRE, ÁREA DE CONCENTRAÇÃO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO E APROVADA EM SUA FORMA FINAL PELA COORDENAÇÃO DO CURSO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO DA UNIVERSIDADE DO PLANALTO CATARINENSE COMO PARTE DO TÍTULO DE BACHAREL EM ENGENHARIA DE PRODUÇÃO.
Orientador
...
Prof. José Adelir Wolf Orientador Pedagógico
Supervisor
...
Prof. Carlos Eduardo de Liz
Professor da disciplina de Estágio
LAGES, 21 DE NOVEMBRO DE 2016
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ABNT Associação Brasileira de Normas DIN Instituto Alemão para Normalização
MLC Madeira Laminada Colada
LVL Laminated Venner Lumber
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Tabela 1: Análise de resultados ... 36
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Figura 1: MLC vertical com emeda dentada ... 14
Figura 2: MLC horizontal com emeda dentada ... 14
Figura 3: Parâmetros geométricos das emendas dentadas ... 17
Figura 4: Confecção dos corpos de prova para testes mecânicos 1 ... 23
Figura 5: Confecção dos corpos de prova para testes mecânicos 2 ... 23
Figura 6: Corpo de prova tração paralela 1 ... 24
Figura 7: Corpo de prova tração paralela 2 ... 24
Figura 8: Dimensões dos corpos de prova compressão ... 25
Figura 9: Corpo de prova compressão ... 25
Figura 10: Corpos de prova flexão ... 26
Figura 11: 1º eixo – Serra topo ... 27
Figura 12: 2º eixo - 1º pré corte ... 27
Figura 13: 3º eixo - 2º pré corte. ... 28
Figura 14: 4º eixo – Fresagem do finger ... 29
Figura 15: Máquina de ensaios EMIC ... 30
Figura 16: Realização do teste de compressão ... 32
Figura 17: Realização do ensaio de flexão ... 34
Figura 18: Ruptura compressão 1 ... 37
Figura 19: Ruptura compressão 2 ... 37
Figura 20: Ruptura flexão 1 ... 38
Figura 21: Ruptura flexão 2 ... 38
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O presente trabalho teve como objetivo avaliar a resistência mecânica das emendas finger joint a partir das especificações de ensaios da norma ABNT NBR 7190/1997, relativas aos ensaios mecânicos de flexão estática, tração paralela e compressão. O material analisado foi a madeira laminada colada retiradas a partir de madeira de Pinus elliottii e Pinus taeda (isentos de defeitos naturais na madeira como nós e bolsas de ar). Os resultados obtidos nos ensaios foram comparados com resultados existentes e padrões de mercado, e de modo geral se encontram dentro dos valores exigidos, sendo que como era de ser esperado a madeira laminada colada sem a emenda dentada, apresentaram maior resistência mecânica nos testes realizados quando comparados com as emendas dentadas.
Palavras-chaves: Resistência mecânica; Finger Joint; ensaios; ABNT NBR 7190/1997; flexão estática; tração paralela; compressão; madeira laminada colada.
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This study was to evaluate the mechanical strength of the finger joint splice from the test specifications of ABNT NBR 7190/1997, Mechanical tests of static bending, parallel traction and compression. The material analyzed was glued laminated wood drawn from Pinus elliottii and Pinus taeda wood (without natural defects in wood like natural defects in wood like a snag and air pockets).
The results obtained in the tests were compared with existing results and market standards, and in general are within the required values, and as was expected to be glued laminated wood without the Finger Joint, presented greater mechanical resistance in the tests performed when compared which one that have Finger Joint.
Keywords: Mechanical strength; Finger Joint; test; ABNT NBR 7190/1997;
static bending; parallel traction; compression; glued laminated wood.
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1. INTRODUÇÃO ... 10
1.1. Histórico da Empresa ... 10
1.2. Tema ... 10
1.3. Problemática ... 11
1.4. Justificativa ... 11
1.5. Objetivos ... 11
1.5.1. Objetivo Geral ... 11
1.5.2. Objetivos Específicos ... 11
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA... 12
2.1. Madeira Laminada Colada ... 12
2.2. Tratamento ... 13
2.3. Emendas Dentadas ... 14
2.4. Fatores que Afetam a Resistência da Emenda Dentada ... 15
2.5. Pressão da Colagem ... 15
2.6. Temperatura ... 16
2.7. Parâmetros Geométricos ... 16
2.8. Procedimento de usinagem ... 18
2.9. Adesivos ... 18
3. METODOLOGIA ... 20
4. DESENVOLVIMENTO ... 21
4.1. Materiais ... 21
4.2. Resina adesiva ... 21
4.3. Madeira ... 22
4.4. Métodos ... 22
4.5. Corpos de prova tração paralela ... 24
4.6. Corpos de prova compressão ... 25
4.7. Corpos de prova flexão estática ... 26
4.8. Perfilamento dos dentes ... 27
4.9. Realização dos ensaios mecânicos ... 29
4.10. Ensaio de compressão ... 30
4.11. Ensaio de flexão estática ... 32
4.12. Ensaio de tração paralela ... 34
5. ANÁLISE DOS RESULTADOS ... 36
5.1. Análise dos tipos de ruptura ... 36
5.1.1. Compressão... 37
5.2. Flexão estática ... 38
5.3. Considerações finais sobre resultados obtidos ... 39
CONCLUSÃO ... 40
REFERÊNCIAS ... 42
ANEXOS ... 43
1. INTRODUÇÃO
O presente trabalho tem como objetivo avaliar a resistência mecânica das emendas do tipo finger joint, de MLC a partir das especificações de ensaios das e ABNT NBR 7190/1997, relativas aos ensaios mecânicos de flexão estática, tração paralela e compressão.
As vigas utilizadas são peças para teste da empresa Ekomposit Madeiros do Brasil S.A. As Peças que serão estudadas são produzidas com madeira de Pinus Elliottii e Pinus Taeda. O resultado obtido nos ensaios será comparado às normas vigentes, e de modo geral se encontram dentro dos valores exigidos pelas normas.
HISTÓRICO DA EMPRESA 1.1.
A Ekomposit Madeiras do Brasil SA, situada em Lages-SC, começou suas atividades em Maio de 2016. Com um parque industrial de 17 mil metros quadrados de área construída, erguida em terreno próprio com 200 mil metros quadrados, é capaz de processar anualmente cerca de 100 mil metros cúbicos de madeira de pinus.
Com a visualização de um mercado promissor a Ekomposit tem o objetivo de levar novas e melhores soluções para atender as demandas estruturais dos melhores projetos construtivos no País. Com produtos inovadores e Materiais avançados de alta resistência, porém bem mais leves do que alguns concorrentes já consagrados – como aço e concreto – entram a partir de agora na disputa por nichos de mercado especializados. Sairão de fábrica dotados de evidentes vantagens comparativas, nos quesitos resistência, peso e versatilidade.
O local onde sairá uma variada gama de produtos de madeira com alto valor agregado, chamadas de madeiras “engenheiradas”, sistematizados e customizados, absolutamente indispensáveis à qualidade e à competitividade da moderna construção industrializada nacional, e estratégico do ponto de vista logístico.
TEMA 1.2.
Estudo da Resistência Mecânica das Emendas Finger Joint
PROBLEMÁTICA 1.3.
A falta de identificação da resistência mecânica atingida pelas emendas produzidas com processo de colagem de madeira, e verificar se elas atendem as normas. Finger Joint a partir das especificações de ensaios da ABNT e NBR 7190/1997?
JUSTIFICATIVA 1.4.
O desenvolvimento deste estudo é a análise dos resultados obtidos de modo a mantê-lo sob o controle da empresa, com a oportunidade de evitar problemas futuros com a relação das normas exigidas para a comercialização dos produtos.
Assim, destacamos a importância deste trabalho para a empresa, pois o mesmo visa melhorar o desempenho de seus produtos, tratando melhor a qualidade do processo fabril, evitando produtos fora da especificação, o que, consequentemente, torna a organização mais eficiente como um todo.
OBJETIVOS 1.5.
1.5.1. Objetivo Geral
Avaliar as propriedades mecânicas das emendas finger joint em painéis de madeira laminada colada (MLC).
1.5.2. Objetivos Específicos
- Descrever os materiais e métodos utilizados;
- Apresentar o desempenho mecânico através de ensaios de compressão, flexão estática e tração paralela (ABNT – NBR 7190/1997);
- Analisar os resultados obtidos nos ensaios;
- Comparar os resultados obtidos nos ensaios com os resultados existentes.
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1. Madeira Laminada Colada
Madeira Laminada Colada (MLC) é uma denominação geral usada para peças de seção transversal retangular de largura fixa e altura constante ou variável, constituída de lâminas ou tábuas unidas com um adesivo especificamente formulado.
A fabricação da MLC vem de duas técnicas antigas. Como o próprio nome já diz, a mesma foi criada a partir da técnica de colagem aliada à técnica da laminação, ou seja, é feita a reconstituição da madeira a partir de lâminas, uma sobreposta sobre a outra, também chamadas como lamelas. Portanto, "Madeira Laminada Colada" as peças de madeira, reconstituídas a partir de lâminas, Essas lâminas, que são unidas por colagem, ficam dispostas de tal maneira que as suas fibras estejam paralelas entre si.
A Madeira Laminada Colada ou MLC é um tipo de produto engenheirado de madeira para estruturas compostas de várias Lamelas de madeira coladas e dimensionadas. São uma alternativa ecológica para concreto e aço por ter uma baixa energia incorporada na comparação.
MLC como outros produtos de madeira, representam um uso eficiente da madeira disponível. Enquanto a demanda por madeira continua a aumentar em todo o mundo ha uma redução das madeiras de alta qualidade, grande diâmetro e combinada com as preocupações ambientais e as mudanças nas práticas de gestão florestal para fazer madeira maciça fica cada vez mais caro e mais difícil de obter. Por isso a MLC (Madeira Laminada Colada) faz o uso de menores dimensões e menos desejáveis da madeira, mas são projetados para ser mais forte e de mesmo tamanho da madeira maciça, com condições de madeira estrutural.
Segundo a NBR 7190/97 as peças de madeira laminada devem ser formadas com lâminas superiores a 30 mm da madeira de primeira categoria coladas com adesivo à prova de água sob pressão, em processo industrial adequado que permita uma vinculação permanente.
A fabricação de peças laminadas deve ser feita sob condições industriais controladas, com adesivos desenvolvidos para produzir peças estruturais onde a integridade da ligação seja mantida durante o tempo de vida projetado, para o qual devem ser seguidas as recomendações dos fabricantes dos adesivos em relação às proporções da mistura, condições ambientais para aplicação, tempo de cura e teor de umidade dos elementos. A aplicação de carga deve ser evitada nas peças coladas com adesivos que requerem um período de condicionamento após da colagem.
Podemos dizer de forma geral, que a madeira laminada colada permite novas aplicações para a madeira, ressaltando sua beleza e elevando suas propriedades físico-mecânicas e durabilidade. Podendo ainda, permitir a fabricação de madeira estrutural em ampla variedade de tamanho e de forma.
2.2. Tratamento
Existem dois tipos de tratamentos mais usuais em madeiras estruturais, tratamento sob pressão com preservativos hidrossolúveis e óleo-solúveis. Segundo RANKES (1980), a emenda em madeira tratado ou tratamento em madeira emendada pode ser feito sem restrições, exceto com madeiras tratadas com creosoto, que deve-se evitar emendar após o tratamento.
As Recomendações encontradas na literatura ao tratamento de preservação do MLC geralmente são:
Quando usado preservativos hidrossolúveis, a madeira deve ser tratada seca.
Com preservativos óleo-solúveis a madeira deve ser colada e o tratamento efetuado após sua secagem.
Sempre que o MLC necessite de proteção contra deterioração ou a ataque de fungos ou insetos, e desejável que as chapas sejam tradadas individualmente antes da colagem. AWPA (1992).
2.3. Emendas Dentadas
Segundo Nascimento (2000), a emenda dentada é atualmente a mais usada nos países com maior desenvolvimento tecnológico na utilização e produção de MLC, como os Estados Unidos, a França, o Japão, e o Canadá. Os perfis mais usados na fabricação de madeira laminada nos Estados Unidos estão mostrados na Tabela 1. Para a produção deste tipo de emenda deve se contar com Normas bem definidas, as lâminas a serem juntadas devem pertencer a uma mesma qualidade e a uma mesma espécie ou espécies afins.
A emenda dentada foi aceita como uma solução para os problemas das emendas longitudinais, tendo uma boa resistência mecânica, e sendo usada na maioria das emendas em painéis de MLC.
Existem duas geometrias para as emendas dentadas, o perfil vertical e o perfil horizontal, como ilustrado na Figura 1 e 2
Figura 1: MLC vertical com emeda dentada.
Fonte: AMAYA (2013).
Figura 2: MLC horizontal com emeda dentada
Fonte: AMAYA (2013).
Fatores que Afetam a Resistência da Emenda Dentada 2.4.
Alguns fatores que afetam a resistência da emenda dentada são a densidade da madeira, teor de umidade, defeitos naturais, boa aderência com a resina adesiva, cura do adesivo. Alguns autores também referem-se ao processo de usinagem da emenda, mas a geometria do dente é o que define o padrão para a resistência da emenda.
Na fabricação das emendas dentadas Jokerst (1981) descreve cinco passos básicos: 1) seleção e preparação do material; 2) formação da emenda dentada; 3) aplicação do adesivo; 4) montagem da emenda e 5) cura do adesivo.
Pressão de Colagem 2.5.
Os adesivos aplicados a emendas dentadas, a versão em implementação da norma ABNT NBR 7190: 2011 recomenda que seja adesivo estrutural. A norma NBR 7190: 1997 recomenda adesivos a prova d’água e à base de fenol-formaldeído sob pressão.
Para a confecção da emenda, após a aplicação do adesivo, o próximo passo é o alinhamento da junta e aplicação da pressão. A versão em implementação da norma ABNT NBR 7190: 2011, recomenda pressão mínima de 0,7 MPa para madeiras de densidade inferior ou igual a 0,5 g/cm3, e 1,2 MPa para madeiras de densidade superior a 0,5 g/cm3.
O passo final é a cura do adesivo, normalmente realizada à temperatura ambiente.
Segundo STRICKLER (1980) e MADSEN & LITTLEFORD (1962), uma pressão de ordem de 400 psi (2,4 MPa) na seção transversal é suficiente para a maioria das espécies coníferas.
A norma alemã DIN 68140-71 especifica as pressões mínimas admissíveis:
11,8 Mpa para dentes de 10 mm 3 1,96 Mpa para dentes de 60 mm em nenhum caso a pressão deve ser menos que 1 Mpa.
MACÊDO (1996) recomenda pressão de colagem de 8,0 Mpa para as coníferas e 10,0 Mpa das às dicotiledôneas (folhosas).
RUYSCH (1980), citado por MACÊDO (1996) afirma que sob condições práticas é quase impossível produzir emendas dentadas confiáveis em madeiras com um peso especifico superior a 0,65 g/cm cubico (com 14% de teor de umidade).
A pressão depende da densidade da madeira ou do material a ser colado, e da preparação da junta. A pressão adequada é extremamente importante para uma colagem bem sucedida. Pressão insuficiente ou excessiva pode ter um grande impacto nos resultados da colagem. Deve haver encaixe e contato uniforme entre as partes sendo coladas para obter resistência máxima da colagem. Além de observar a pressão recomendada, é importante também assegurar que a pressão seja uniforme por toda a extensão do painel. Para isto, os calços de pressão horizontal devem ter a mesma espessura do material sendo prensado ou no máximo de 3 mm inferior para poder distribuir uniformemente a pressão.
Temperatura 2.6.
Teoricamente é possível emendar vigas independente da temperatura e do volume do material, desde que seja fornecido calor suficiente para a região da emenda, de maneira que a secagem seja efetiva, RANKES (1980). Mesmo as tabuas extremamente frias podem ser emendadas, contanto que suas extremidades sejam devidamente aquecidas. Recomenda-se que a temperatura da madeira na região da emenda não seja inferior a 15°C.
Parâmetros Geométricos 2.7.
A geometria da emenda dentada é considerada a variável mais crítica na determinação da resistência da emenda. O desempenho da emenda dentada depende de quatro variáveis interdependentes: comprimento, largura do dente, largura da ponta do dente e inclinação (FISETTE, 1988). A Figura ilustra a geometria das emendas dentadas.
Figura 3: Parâmetros geométricos das emendas dentadas.
L
Fonte: Jokerst (1981).
L: comprimento do dente P: largura do dente
b: largura da ponta do dente α: inclinação do dente
De acordo com Jokerst (1981), as emendas dentadas podem ser consideradas como uma série de pequenas emendas biseladas, separadas por uma pequena largura nas extremidades dos biséis. As pontas dos dentes se comportam como uma série de emendas de topo e são catalogadas como regiões de enfraquecimento da emenda. Em adição, pela transferência de tensões para as partes inclinadas dos dentes, as pontas causam indesejáveis concentrações de tensões na madeira da vizinhança. A largura da ponta deve ser, portanto, tão pequena quanto possível.
α
p
Procedimento de usinagem 2.8.
O comportamento da emenda dentada depende em grande parte do processo de produção, sendo que a operação de usinagem deve ser feita da melhor maneira possível em procura de uma superfície de qualidade o que influencia na resistência da emenda dentada.
As superfícies lisas, secas e sem danos são consideradas as condições necessárias para obter emendas dentadas de resistência ótima, onde o processo de corte dos dentes constitui um aspecto crítico. Isso depende das características próprias da madeira e do estado da ferramenta de corte quando bem afiado produz superfícies excessivamente lisas que são difíceis de colar devido ao atrito reduzido no plano de cola. Isso provoca desajuste das emendas devido ao efeito combinado do escorregamento da superfície de cola e a pressão hidráulica gerada pelo excesso de adesivo na emenda. Após um desgaste inicial, os cortadores apresentam um perfil de corte mais ou menos constante por um longo período, produzindo superfícies mais rugosas e retas melhorando o atrito na linha de cola e consequentemente possibilitando emendas mais resistentes (MACEDO, 1996)
Para o material colado pode ser usinado em operações de esquadrejamento e destopo após 2 a 3 horas da colagem das laminas; para aplainamento, tornear as peças ou lixar para espessura final é recomendado aguardar no mínimo 6 horas, sendo que melhores resultados são obtidos se as peças coladas ficarem em repouso durante 24 horas ou mais.
Adesivos 2.9.
O termo adesivo é usado para os produtos que tem propriedades de unir materiais através de substâncias químicas à base de polímeros. A palavra é genérica servindo tanto para colas extraídas de origem animal (gorduras, sebos) ou resinas de origem vegetal. O mercado madeireiro acostumou-se a chamar de adesivo especialmente os produtos utilizados na união de materiais.
A American Society for Testing and Materials (ASTM, 1994) define o adesivo como uma substância capaz de unir materiais através do contato entre suas superfícies. As condições físicas e químicas da superfície durante a adesão são extremadamente importantes para que ela tenha um desempenho satisfatório, uma
vez que o adesivo tem que umedecer e espalhar-se livremente nas superfícies para que se estabeleça um contato íntimo entre elas.
O trabalho realizado por Carneiro (2010) cita a utilização de resina a base de epóxi em juntas coladas de topo, biselada e encaixada para diferentes espécies de madeira. A utilização do Adesivo Compound proporcionou uma boa colagem das juntas apresentando excelente resistência à tração, principalmente nas juntas biseladas que atingiu resistência de aproximadamente 100% para todas as espécies analisadas.
MACÊDO (1999) estudou madeiras laminadas coladas utilizando a resina sintética CASCOPHEN RS-216 à base de resorcinol e obteve o resultado, quanto à colagem dos corpos de prova, satisfatório para todas as amostras de caracterização de MLC. Recomenda a utilização desta resina para colagens resistentes à água fria ou fervente, diversos solventes orgânicos, a fungos e mofo, ao calor seco ou úmido, etc. Destaca a utilização em barcos, escadas, caixas d’água, hélices, vigas de MLC entre outros, onde a colagem ficará exposta temporária ou definitivamente à ação de intempéries.
3. METODOLOGIA
A metodologia empregada neste trabalho de curso é o estudo de pesquisa- ação, aplicando esses conhecimentos em uma empresa do segmento madeireiro.
O planejamento da pesquisa-ação difere significativamente dos outros tipos de pesquisa já considerados. Não apenas em virtude de sua flexibilidade, mas, sobretudo, porque, além dos aspectos referentes à pesquisa propriamente dita, envolve também a ação dos pesquisadores e dos grupos interessados, o que ocorre nos mais diversos momentos da pesquisa. Daí por que se torna difícil apresentar seu planejamento com base em fases ordenadas temporalmente. (Gil, Antônio Carlos, Atlas, 2002).
Segundo Gil (2002) é usual a classificação de pesquisas com base em seus objetivos gerais como forma de possibilitar uma aproximação conceitual.
Mas também é necessário traçar um modelo conceitual e operativo da pesquisa, como forma de confrontar a visão teórica com os dados da realidade.
Dessa forma, quanto aos objetivos, tem-se a classificação:
Pesquisa exploratória: visa à familiaridade com o problema com vistas a torná-lo explícito ou à construção de hipóteses;
Pesquisa descritiva: descrição das características de determinada população ou fenômeno;
Pesquisa explicativa: identificação de fatores que determinem ou contribuam para a ocorrência dos fenômenos.
Este trabalho está de acordo com a classificação de uma pesquisa exploratória, partindo de um problema, buscando informações sobre o assunto e baseado nestas informações apresentar alternativas para solucioná-lo. Para o desenvolvimento da pesquisa foi utilizado o procedimento pesquisa-ação.
4. DESENVOLVIMENTO
Este capítulo tem como objetivo descrever os materiais e métodos que foram utilizados neste trabalho, para avaliar as propriedades mecânicas das emendas finger em painéis de madeira laminada colada, caracterizar seu desempenho mecânico através dos ensaios de compressão, flexão e tração paralela. Analisar e comparar os resultados obtidos em corpos de prova isentos de defeitos.
Materiais 4.1.
Este item descreve os materiais utilizados na presente pesquisa.
Resina adesiva 4.2.
Para a colagem das emendas dentadas foi utilizado o adesivo ADVANTAGE EP-950A, da empresa Franklin adesivos e polímeros. A proporção resina:
endurecedor foi 6,45:1 ou 15 partes do catalisador para 100 partes da resina, Respectivamente. Segundo o fabricante, Depois de misturar com o catalisador Hardener 200, o Advantage EP-950A pode ser utilizado por aproximadamente 1 hora (em temperatura de 25°C), mas esse tempo varia dependendo da temperatura.
Entretanto, a viscosidade da mistura aumentará com o passar do tempo, e ocorrerá a formação de espuma. Madeira colada com material misturado há mais tempo terá menor resistência à água, uma característica comum à maioria dos adesivos EPI.
Portanto, recomenda-se a mistura de adesivo para utilização a cada 30 minutos.
A aplicação e gramatura correta do adesivo, geralmente 200 g por m² de linha de cola é a quantidade ideal. A camada de cobertura de adesivo recomendada é a mesma que para a maioria dos adesivos PVA, ou aproximadamente 0,178 mm de espessura. Adesivos EPI tem superior propriedade de preenchimento de falhas, devido ao seu maior percentual de sólidos.
No momento está sendo utilizado um aplicador de cola manual, para aplicações de colagem lateral. Com aplicação do adesivo em apenas uma das superfícies.
Madeira 4.3.
A madeira utilizada para a pesquisa de resistência foi o Pinus, para estudo na serra catarinense da empresa Ekomposit madeiras do Brasil S/A. tem secagem até atingir a umidade em torno de 12%. Mas o recomendado para a resina utilizada é de 6 a 10% é o melhor conteúdo de umidade recomendado para colar madeira.
Independente do adesivo, alto conteúdo de umidade aumentará consideravelmente o tempo de prensa necessário. Além disto, poderá ocorrer encolhimento da madeira, resultando em rachaduras ou abertura da colagem. O conteúdo de umidade deve refletir o mais próximo possível aquele que será presenciado no mercado consumidor do produto colado.
Segundo fornecedor da resina, em quanto a preparação da madeira a ser colada é extremamente importante. As superfícies a serem coladas devem estar limpas, planas e estar perfeitamente no esquadro, sem ondulações, marcas de serra e facas. Superfícies polidas, vitrificadas ou com fibras esmagadas impedirão a penetração do adesivo, portanto devem ser evitadas. A madeira a ser colada deve ter espessura uniforme. Variações na espessura não devem exceder 0,12mm (±
0,005 polegadas). Se as peças forem lixadas, deve ser utilizada lixa grão número 50 ou acima. Sempre que possível, a colagem deve ocorrer no mesmo dia em que as superfícies para colagem são preparadas.
Métodos 4.4.
Os ensaios realizados foram os de flexão estática, tração e compressão paralela às fibras, sendo que a norma utilizada para elas foi a ABNT NBR 7190/1997. A seguir apresenta-se o procedimento adotado para a retirada das amostras conforme figuras 4 e 5.
A partir das chapas de MLC apresentados anteriormente foram retirados os corpos-de-prova para cada um dos três testes, livres de defeitos, e retirados de regiões afastadas das extremidades das peças de pelo menos cinco vezes a menor dimensão da seção transversal da peça considerada, mas nunca menor que 30 cm bem como pede a norma ABNT NBR 7190/1997.
Figura 4: Confecção dos corpos de prova para testes mecânicos 1.
Fonte: O Autor (2016).
Figura 5: Confecção dos corpos de prova para testes mecânicos 2.
Fonte: O Autor (2016).
Corpos de prova tração paralela 4.5.
Os corpos de prova para os ensaios de tração paralela foram retirados referente à norma ABNT NBR 7190/1997, possuindo dimensões de 2 x 5 x 45.
Medidas dadas em centímetros. Conforme figuras 6 e 7.
Figura 6: Corpo de prova tração paralela 1.
Fonte: ABNT NBR 7190/1997.
Figura 7: Corpo de prova tração paralela 2.
Fonte: O Autor (2016).
Corpos de prova compressão 4.6.
Os corpos de prova para os ensaios de compressão, foram retirados segundo a norma Brasileira ABNT NBR 7190/1997, possuindo dimensões de 5 x 5 x 15 dadas em centímetros. Conforme figuras 8 e 9.
Figura 8: Dimensões dos corpos de prova compressão.
Fonte: ABNT NBR 7190/1997.
Figura 9: Corpos de prova compressão.
Fonte: O Autor (2016).
Corpos de prova flexão estática 4.7.
Os Corpos de prova para os testes de flexão estática, segundo a norma ABNT NBR 7190/1997. Possuindo dimensões de 5 x 5 x 115 cm, como podemos observar pela figura a seguir (figura 10).
Figura 10: Corpos de prova flexão.
Fonte: O Autor (2016).
Perfilamento dos dentes 4.8.
A Usinagem utilizada foi feita a partir do projeto das ferramentas da empresa leitz, realizada em quatro partes demonstrada nas figuras 11, 12, 13 e 14.
Figura 11: 1º eixo – Serra topo.
Fonte: Leitz (2015).
Quando se fala na serra de destopo, estamos falando do esquadrejamento da peça em que está se realizando a usinagem.
Figura 12: 2º eixo - 1º pré corte.
Fonte: Leitz (2015).
Na segunda parte da usinagem ocorre o primeiro corte horizontal da ferramenta, onde penetra parte no corpo da madeira, abrindo caminho para que as próximas ferramentas não sofram com o excesso de material para retirada.
Figura 13: 3º eixo - 2º pré corte.
Fonte: Leitz (2015).
No segundo pré-corte aplicamos uma ferramenta mais fina, onde vai atingir uma profundidade adequada, indicando seu primeiro sinal da sua formação cônica, caracterizando quase o fim de seu processo.
Figura 14: 4º eixo – Fresagem do finger.
Fonte: Leitz (2015).
Chegamos ao ponto aonde o finger realmente chega ao seu processo de usinagem, com seu acabamento final. Suas dimensões são as seguintes:
L: comprimento do dente = 43 mm P: largura do dente = 10 mm
b: largura da ponta do dente = 3,2 mm α: inclinação do dente = 6.6º
Realização dos ensaios mecânicos 4.9.
Os ensaios foram realizados, no laboratório de análises de madeira na UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC LAGES em uma máquina universal de ensaios da marca EMIC modelo DL300000N, com capacidade de 300kN. Conforme figura 15.
Figura 15: Máquina de ensaios EMIC.
Fonte: O Autor (2016).
Ensaio de compressão 4.10.
Os ensaios de compressão mostrado na figura 16, foram realizados conforme o procedimento da norma ABNT NBR 7190/1997. Conforme o anexo A.
A norma ABNT NBR 7190/1997 diz que a resistência à compressão paralela às fibras é dada pela máxima tensão de compressão que pode atuar em um corpo-de-prova com seção transversal quadrada de 5,0 cm de lado e 15,0 cm de comprimento, sendo dada por
MOR = fc0= Fc0,máx.
A onde:
Fc0,máx : é a máxima força de compressão aplicada ao corpo-de-prova durante o ensaio, em newtons;
A: é a área inicial da seção transversal comprimida, em metros quadrados;
fc0: é a resistência à compressão paralela às fibras, em megapascals.
E para o módulo de elasticidade deve ser determinado pela inclinação da reta secante à curva tensão x deformação, definida pelos pontos (p10%;
d10%) e (p50%; d50%), correspondentes respectivamente a 10% e 50% da resistência à compressão paralela às fibras, medida no ensaio, sendo dado por:
MOE = F =(p50% - p10%) x L (d50% - d10%) x A
onde:
- p10% e p50% são as tensões de compressão correspondentes a 10% e 50% da resistência fc0, representadas pelos pontos 71 e 85 do diagrama de carregamento.
- d10% e d50% são as deformações específicas medidas no corpo-de-prova, correspondentes às tensões de p10% e p50%.
- L: comprimento de intervalo.
- A: é a área inicial da seção transversal comprimida, em metros quadrados.
Figura 16: Realização do teste de compressão.
Fonte: O Autor (2016).
Ensaio de flexão estática 4.11.
Os ensaios de flexão estática mostrado na figura 17, foram realizados conforme o procedimento da norma ABNT NBR 7190/1997. Conforme o anexo A.
A norma ABNT NBR 7190/1997 diz que 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 dado por:
MOR = FM=Mmáx.
We onde:
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.
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 dado por:
EM0 = (p50% - p10%) L3 (d50% - d10%) 4 bh3
Onde:
p10% e p50% são as cargas correspondentes a 10% e 50% da carga máxima estimada, aplicada ao corpo-de-prova, em newtons, representadas pelos pontos 71 e 85 do diagrama de carregamento
d10% e d50% são os deslocamentos no meio do vão correspondentes a 10% e 50% da carga máxima estimada FM estimada, em metros
b e h correspondem, respectivamente, à largura e à altura da seção transversal do corpo-de-prova, em metros.
Figura 17: Realização do ensaio de flexão.
Fonte: O Autor (2016).
Ensaio de tração paralela 4.12.
Os ensaios de tração paralela não foram possíveis realizar por motivos de que o equipamento está sem a garra adequada para a realização do teste. Os testes de tração paralela também seriam realizados conforme o procedimento da norma ABNT NBR 7190/1997. Conforme o anexo A.
A norma ABNT NBR 7190/1997 diz que a resistência à tração paralela às fibras (fwt,0 ou ft0) é dada pela máxima tensão de tração que pode atuar em um
corpo-de-prova alongado com trecho central de seção transversal uniforme de área A e comprimento não menor que 8 A , com extremidades mais resistentes que o trecho central e com concordâncias que garantam a ruptura no trecho central, sendo dada por:
f t0= Ft0,máx.
A onde:
Ft0,máx. é a máxima força de tração aplicada ao corpo- de-prova durante o ensaio, em newtons;
A é a área inicial da seção transversal tracionada do trecho central do corpo- de-prova, em metros quadra- dos;
ft0 é a resistência à tração paralela às fibras, em megapascals.
Para esta finalidade, o módulo de elasticidade deve ser determinado pela inclinação da reta secante à curva tensão deformação, definida pelos pontos (p10%; d10%) e (p50%, d50%) correspondentes respectivamente a 10% e 50% da resistência a tração paralela às fibras medida no ensaio, sendo dado por:
E t0 = (p50% - p10%) (d50% - d10%) onde:
p10% e p50% são as tensões de tração correspondentes a 10% e 50% da resistência ft0, representadas pelos pontos 71 e 85 do diagrama de carregamento.
d10% e d50% são as deformações específicas de tração medidas no trecho central do corpo-de-prova alongado, correspondentes às tensões de p10% e p50%, respectivamente.
5. ANÁLISE DOS RESULTADOS
A seguir estão apresentados os resultados obtidos nos ensaios de resistência, realizados para obtenção de sua máxima resistência.
Tabela 1: Análise de resultados.
Análise de resultados dos ensaios dado em Mpa
Ensaio Modulo CP 1 CP2 CP3 CP4
Compressão MOR 23,28 23,35 24,38 31,18
MOE 1169,67 1516,05 1631,87 1838,72
Flexão MOR 25,75 24,04 24,64 47,41
MOE 5302,23 4855,54 5277,23 6713,81
Tração x x x x x
Fonte: O autor (2016).
A partir dos resultados apresentados na Tabela observamos existe diferença entre as resistências dos corpos de prova 1, 2 e 3 em relação ao corpo de prova quatro que não continha a emenda finger, as análises de resistência mecânica realizadas permitiram observar que o corpo de prova número quatro foi superior aos demais que continham finger joit.
Isto pode ser justificado pela emenda da madeira, que causa uma redução na sua resistência, à norma ABNT – NBR 7190/1997 trás valores médios para madeira serrada, onde comparando com MLC, ficou abaixo da media.
Análise dos tipos de ruptura 5.1.
Foram analisados os tipos de rupturas visualizadas durante os ensaios mecânicos. Foram observados três tipos básicos de ruptura, sendo: ruptura na emenda de finger joint, ruptura na linha de cola, ruptura na madeira.
5.1.1. Compressão
As Figuras 18 e 19 mostram o principal tipo de ruptura que ocorreu nos ensaios de compressão.
Figura 18: Ruptura compressão 1.
Fonte: O Autor (2016).
Figura 19: Ruptura compressão 2.
Fonte: O Autor (2016).
Podemos observar que as rupturas nos ensaios ocorreram totalmente na lamina na linha da cola, caracterizando uma boa aderência do adesivo e um bom encaixe da emenda finger joint.
Flexão estática 5.2.
As Figuras 20 e 21 mostram o principal tipo de ruptura que ocorreu nos ensaios de flexão estática.
Figura 20: Ruptura flexão 1.
Fonte: O Autor (2016).
Figura 21: Ruptura flexão 2.
Fonte: O Autor (2016).
A partir dos ensaios de flexão pode-se analisar que não existiu ruptura do finger joint, apenas ruptura na madeira. Caracterizando uma boa emenda, com uma colagem adequada.
Considerações finais sobre resultados obtidos 5.3.
Podemos analisar pelos ensaios mecânicos que grande parte das rupturas ocorreram nas emendas do tipo finger joint, as quais segundo Macêdo (2007), são realmente pontos crítico e possuem menor resistência que a madeira maciça.
Para se chegar a uma emenda do tipo finger joint de boa qualidade e resistências adequadas é importante que se tomem cuidados como não usar madeira com defeitos perto das emendas, pois possuem menor resistência.
Outros fatores além do dimensionamento adequado dos dentes da emenda, são a gramatura do adesivo que está sendo utilizado na região da colagem. Outro fator importante é o tempo de prensagem, onde deve-se verificar se o mesmo se encontra nos pontos ótimos das variáveis do processo, como temperatura da prensagem, teor de umidade da madeira e as condições do adesivo
CONCLUSÃO
Com a realização deste trabalho foi observado a importância dos resultados dos ensaios para a empresa, e o que se tornou visível a diferença da madeira com emendas dentadas do tipo finger joint em relação as que não possuem emendas desse tipo.
Os materiais utilizados foram o adesivo ADVANTAGE EP-950A, juntamente com a MLC composto de pinus elliottii ou taeda, que atenderam as expectativas para os ensaios realizados em laboratório. Os métodos utilizados foram a realização de ensaios de compressão paralela às fibras e flexão estática, sendo que a norma utilizada para elas foi a ABNT NBR 7190/1997. Onde apenas o ensaio de tração paralela não foi possível realizar por falta de equipamentos adequados na máquina onde os ensaios foram realizados.
O desempenho mecânico através de ensaios de compressão e flexão estática, foram satisfatórios, sendo que para os ensaios de flexão o módulo de ruptura chegou a uma média de 25% a menos em relação ao corpo de prova isento da emenda finger joint e para o módulo de elasticidade 22% em relação ao corpo de prova isento da emenda finger joint.
Nos testes de flexão estática o módulo de ruptura chegou a uma media de 43% a menos em relação ao corpo de prova isento da emenda finger joint. E uma média de 23% relação ao corpo de prova isento da emenda finger joint, para o módulo de elasticidade.
Os corpos de prova que foram ensaiados inicialmente apresentaram grande deformação nos ensaios de compressão. Com a aplicação da carga observou-se o a perda da estabilidade das lâminas no corpo de prova por falhas decolagem da lamina.
O valor médio obtido da resistência a compressão, foi de 23,67 Mpa para madeira com emenda dentada. Segundo a ABNT NBR7190/1997 a resistência da madeira maciça na direção normal às fibras corresponde a 25% da resistência da madeira na direção das fibras, enquanto para a madeira sem emenda teve o valor de 31,8 Mpa. Com base nos resultados obtidos e analisados anteriormente podemos concluir que os resultados são bem próximos dos resultados existentes e padrões de mercado.
Os comportamentos dos corpos de prova, a partir das forças aplicadas nos ensaios estáticos de flexão estática, obteve uma média de força máxima (ruptura), aplicada neste caso, correspondeu a 1923 kgf para emendas dentadas e a 3227 kgf para o corpo de prova sem emendas dentadas. Verifica-se existe diferença de desempenho estrutural entre as amostras obtidas para realização dos ensaios, principalmente a que não continha o finger joint.
O corpo de prova com emenda dentada apresentou valor médio obtido para o MOE foi de 5145 MPa, e de 6713 MPa para o corpo de prova sem emendas dentadas. O valor médio obtido para o MOR foi de 24,80 Mpa com emendas dentadas e de 43.41 MPa para sem emendas dentadas.
Os resultados já obtidos em testes realizados anteriormente pela empresa, chegaram a uma classificação máxima C20, e com os ensaios realizados neste trabalho, também obteve-se a mesma classificação. Através de estudos realizados pelo autor, observou-se que essa classificação pode chegar a C25 com melhorias nos materiais utilizados.
Nas considerações finais já foi constatado que a maioria das rupturas ocorreu na lâmina da cola, pois as lâminas são regiões de concentração de tensão e influenciam no resultado final obtido. Uma hipótese para melhorar a resistência nessa região seria usar um adesivo de maior resistência.
Diversos fatores podem ser estudados de forma mais detalhada e analisados visando um melhor desempenho, por exemplo: análise das ligações finger joint quanto ao tamanho do dente, gramatura de cola ou ainda pressão aplicada na união das peças dentadas. E quanto ao processo produtivo do MLC sugere-se que análises quanto ao tempo de prensagem, gramatura e qualidade do adesivo, qualidade da madeira utilizada, entre outros podem ser ajustados no processo de modo a melhorar ainda mais seu desempenho.
O objetivo geral desde trabalho era avaliar as propriedades mecânicas das emendas finger joint em painéis de madeira laminada colada (MLC), e o mesmo foi cumprido através dos objetivos específicos, executados através dos passos anteriormente citados.
REFERÊNCIAS
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STRICKLER, M. D. (1980). Finger-jointed dimension lumber – past, present and future. Forest Prod.
ANEXOS
1. Compressão paralela às fibras/ Procedimento
Para a determinação das propriedades de resistência e de rigidez, as medidas dos lados do corpo-de-prova devem ser feitas com exatidão de 0,1 mm.
Para a determinação do módulo de elasticidade devem ser feitas medidas de deformações em pelo menos duas faces opostas do corpo-de-prova.
Para determinação do módulo de elasticidade podem ser utilizados relógios comparadores, com precisão de 0,001 mm, fixados por meio de duas cantoneiras metálicas pregadas no corpo-de-prova, com distância nominal de 10 cm entre as duas linhas de pregação (ver figura B.6).
As medidas das deformações específicas devem ser feitas com extensômetros com exatidão mínima de 50 µm/m
Para o ajuste do corpo-de-prova na máquina de ensaio deve-se utilizar uma rótula entre o atuador e o corpo-de-prova.
A resistência deve ser determinada com carregamento monotônico crescente, com uma taxa em torno de 10 MPa/min.
Para determinação da rigidez, a resistência da madeira deve ser estimada (fc0,est) pelo ensaio destrutivo de um corpo-de-prova selecionado da mesma amostra a ser investigada.
Conhecida a resistência estimada da amostra fc0,est, o carregamento deve ser aplicado com dois ciclos de carga e descarga, de acordo com o procedimento especificado no diagrama de carregamento da figura B.7. A taxa de carregamento deve ser de 10 MPa/min.
Os registros das cargas e das deformações devem ser feitos para cada ponto do diagrama de carregamento mostrado na figura B.7.
Para os ensaios com instrumentação baseada em extensômetros mecânico fixados no corpo-de-prova, as deformações devem ser registradas para cada ponto do diagrama de carregamento mostrado na figura B.7, até 70% da carga estimada. Em seguida deve-se retirar a instrumentação e elevar o carregamento até a ruptura do corpo-de-prova.
Para a caracterização mínima de espécies pouco conhecidas, devem ser utilizadas duas amostras, sendo uma com corpos-de-prova saturados e outra com corpos-de-prova com teor de umidade em equilíbrio com ambiente (seco ao ar). A determinação do teor de umidade deve ser feita por meio dos procedimentos estabelecidos em B.5.
2. Tração paralela às fibras/ Procedimento
Para a determinação das propriedades de resistência e rigidez, as medidas dos lados dos corpo-de-prova devem ser feitas com exatidão de 0,1 mm.
Para determinação do módulo de elasticidade devem ser feitas medidas de deformações em pelo menos duas faces opostas do corpo-de-prova.
Para determinação do módulo de elasticidade podem ser utilizados relógios comparadores, com exatidão de 0,001 mm, para medidas das deformações totais do corpo-de-prova, como indicado na figura B.14. Destas medidas devem ser descontadas deformações intrínsecas da máquina de ensaio.
As medidas das deformações específicas devem ser feitas com extensômetros com exatidão mínima de 50 µm/m.
Para o ajuste do corpo-de-prova na máquina de ensaio, deve-se utilizar uma rótula entre o atuador e o corpo-de-prova.
O carregamento deve ser monotônico crescente correspondente a uma taxa de 10 MPa/min.
Para determinação da rigidez, a resistência da madeira deve ser estimada (fc90,est) por ensaio destrutivo de um corpo-de-prova gêmeo, selecionado da mesma amostra a ser investigada.
Conhecida a resistência estimada da amostra fc90,est, o carregamento deve ser aplicado com dois ciclos de carga e descarga, de acordo com o procedimento especificado no diagrama de carregamento da figura B.7. A taxa de carregamento deve ser de 10 MPa/min.
Os registros das cargas e das deformações devem ser feitos para cada ponto do diagrama de carregamento mostrado na figura B.7.
Para os ensaios com instrumentação baseada em extensômetros mecânicos fixados no corpo-de-prova, as deformações devem ser registradas para cada ponto
do diagrama de carregamento mostrado na figura B.7, até 70% da carga estimada.
Em seguida deve-se retirar a instrumentação e elevar o carregamento até a ruptura do corpo-de-prova.
Para a caracterização mínima de espécies pouco conhecidas, devem ser utilizadas duas amostras, sendo uma com corpos-de-prova saturados e outra com corpos-de-prova com teor de umidade em equilíbrio com o ambiente (seco ao ar). A determinação do teor de umidade deve ser feita por meio dos procedimentos estabelecidos em B.5.
O carregamento deve ser aplicado de preferência na direção tangencial (direção do eixo 3).
3. Flexão/ Procedimento
Para a determinação da resistência convencional à flexão, as medidas dos lados do corpo-de-prova devem ser feitas com exatidão de 0,1 mm.
No ensaio, o corpo-de-prova deve ser vinculado a dois apoios articulados móveis, com vão livre entre apoios de 21 h, sendo o equilíbrio do sistema garantido pelo atrito com o atuador.
O carregamento consiste em uma carga concentrada, aplicada por meio de um cutelo acoplado ao atuador, como indicado na figura B.23.
No ensaio para determinação da resistência à flexão, o carregamento deve ser monotônico crescente, com uma taxa de 10 MPa/min.
Para a caracterização mínima de espécies pouco conhecidas, devem ser utilizadas duas amostras, sendo uma com corpos-de-prova saturados e outra com corpos-de-prova com teor de umidade em equilíbrio com o ambiente. A determinação do teor de umidade deve ser feita por meio dos procedimentos estabelecidos em B.5.
a determinação da rigidez, a resistência deve ser estimada (fM, est) pelo ensaio destrutivo de um corpo-de-prova gêmeo, selecionado da mesma amostra a ser investigada.
Conhecida a resistência estimada da amostra fM, est, o carregamento deve ser aplicado com dois ciclos de carga e descarga, de acordo com o procedimento
especificado no diagrama de carregamento da figura B.21. A taxa de carregamento deve ser de 10 MPa/min.
A medida dos deslocamentos transversais no meio do vão deve ser feita para cada ponto do diagrama de carregamento especificado na figura B.21; com transdutores de deslocamentos com exatidão de 0,01 mm.
Para os ensaios com instrumentação fixada ao corpo-de-prova, os deslocamentos devem ser registrados para cada ponto do diagrama de carregamento, até 70% da carga estimada. Em seguida deve-se retirar a instrumentação e elevar o carregamento até a ruptura do corpo-de-prova.
