ISSN 1517-7076

 

 

 

 

 

Revista Matéria, v. 10, n. 2, pp. 241 – 249, Junho de 2005

http://www.materia.coppe.ufrj.br/sarra/artigos/artigo10647

Avaliação da Delaminação em Peças de Madeira Laminada Colada Reforçadas com Fibra de Vidro

Juliano Fiorelli ¹, Antonio Alves Dias ²

¹ Universidade Estadual Paulista – Unesp – Campus de Dracena

Rua Bahia, 332, Dracena, SP. CEP: 17900-000

e-mail: fiorelli@dracena.unesp.br

² Universidade de São Paulo – USP – São Carlos

Av. Trabalhador Sãocarlense, 400, São Carlos, SP. CEP: 13560-970

e-mail: dias@sc.usp.br

Resumo

O uso da madeira laminada colada (MLC) em países da América do Norte e Europa é bastante difundido. No Brasil, apesar da técnica existir desde o século XX, a sua utilização é incipiente em relação à possibilidade de utilização desse produto. As propriedades mecânicas das vigas de MLC estão sendo melhoradas por meio do uso de Polímeros Reforçados com Fibras (PRF), aplicados nas regiões solicitadas por maiores esforços de tração. Com objetivo de avaliar a eficiência dos adesivos, utilizados no processo de fabricação das vigas de MLC e na fixação da fibra à madeira, quando submetidos a variações de umidade, pressão e temperatura, foram realizados ensaios de delaminação. Foram avaliados os adesivos Phenol-resorcinol e epóxi AR-300. A avaliação da eficiência destes adesivos, quando submetidos a variações de umidade, pressão e temperatura é de fundamental importância para garantir a integridade do elemento estrutural em MLC e do reforço de fibra de vidro, durante a vida útil da construção. Resultados obtidos indicam a eficiência dos adesivos avaliados quando submetidos ao respectivo ensaio.

Palavras chaves:    Madeira Laminada Colada, fibra de vidro, delaminação.

 

Evaluation of Delamination in Wood Pieces of Glulam Beam Reinforced With Glass Fiber

abstract

Glulam beams are used in countries of North America and Europe. In Brazil, the technique exists since the 20th Century, but its use is incipient in relation to the possibilities of the product. The mechanical properties of the Glulam beam increases with Fiber Reinforced Polymers (FRP). With the objective evaluating the efficiency of adhesives used on the production process of glulam beams and in fixation of the fiber, when it submitted to variations of humidity, temperature and pressure, delamination tests were performed. Adhesives Phenol-resorcinol and Epoxy AR-300 were evaluated. The evaluation of these adhesives is important for the efficiency of the structural elements during their service life. Results indicated the efficiency of these adhesives.

Keywords:    Glulam Beam, glass fiber, delamination.

 

1           introdução

A produção mundial de madeira para fins estruturais encontra-se por volta de 109 toneladas por ano [1] o que torna este material muito importante no contexto mundial. O Brasil apresenta uma grande disponibilidade de madeira, reservas tropicais e de reflorestamento, que precisa ser explorada adequadamente.

A indústria da MLC é uma alternativa promissora de aproveitamento racional de tais recursos. Desta forma, torna-se necessário o conhecimento de vários fatores que influenciam nas características de resistência e rigidez da viga de MLC. Uma solução que vem sendo estudada e adotada nos Estados Unidos e na Europa para aumentar a resistência e a rigidez de vigas de MLC é o uso de polímeros reforçados com fibras (PRF). Este material é fixado na última linha de cola da viga de MLC e atua de maneira semelhante ao aço em vigas de concreto armado. Outra vantagem do uso deste material esta relacionada ao aumento da confiabilidade da estrutura.

FIORELLI [2] reforçou vigas de madeira utilizando fibras de vidro e fibras de carbono, avaliando o incremento nas propriedades mecânicas de resistência e elasticidade das vigas. Resultados obtidos indicam um ganho significativo de resistência e rigidez. Neste trabalho, o autor avalia, também, o comportamento dos adesivos Phenol-resorcinol (Cascophen) e Epóxi (AR 300), quanto à resistência ao cisalhamento na linha de cola (fibra – madeira). Resultados obtidos mostraram maior eficiência do adesivo Epóxi, em comparação aos outros adesivos avaliados.

Além de avaliar a resistência ao cisalhamento na linha de cola, é importante a realização de ensaios de delaminação para verificar a eficiência dos adesivos quando submetidos à variação de umidade, temperatura e pressão, garantindo a integridade do elemento estrutural em MLC e do reforço de fibra de vidro, durante a vida útil da construção.

CHRISTIANSEN et. al. [3] afirmaram que o adesivo epóxi, quando utilizado em estruturas expostas, não é durável e não apresenta boa resistência a ação do intemperismo. Quando submetidos a ensaios de delaminação apresentam baixa eficiência.

Os autores estudaram a utilização de Hydroximetilato resorcinol (HMR) como tratamento para aumentar a adesão entre as lâminas de madeira e entre madeira e fibra. Os ensaios foram realizados segundo as recomendações da norma [4]. Os resultados indicam que a eficiência do adesivo epóxi na região do reforço é bastante promissora, chegando a 0% de delaminação, conforme mostra as figuras 1 e 2.

 

Figura 1: MLC reforçada com fibra de vidro – 0% de delaminação

Figura 2: Vista do reforço após ser submetido ao ensaio de delaminação

2           Materiais e métodos

Este item apresenta os procedimentos adotados para a realização dos ensaios de delaminação. Os ensaios foram realizados seguindo os procedimentos da norma européia [5].

2.1           Adesivos avaliados

Foram avaliados os adesivos Phenol-resorcinol fabricado pela Axo-Nobel, utilizado freqüentemente na produção de elementos estruturais em MLC, para a colagem das lâminas de madeira e o adesivo Epóxi AR-300 fornecido pela Barracuda Tecnologies, utilizado na colagem da fibra de vidro à madeira.

2.2          Quantidade e dimensão dos corpos-de-prova

A norma  prEN 14080 [6] recomenda a avaliação de pelo menos 10 corpos-de-prova (CP), com a secção transversal igual a dos elementos estruturais fabricados. Baseados nesta norma foram realizados ensaios de delaminação em 10 CP confeccionados segundo as recomendações da norma européia [5], conforme apresentado na figura 3. Os CP foram retirados de uma viga de MLC que possuía sete lâminas de madeira e 3,3% de fibra de vidro na última linha de cola da região tracionada da viga.

 

Figura 3: Dimensões (mm) do corpo-de-prova para ensaio de delaminação e seção transversal do CP avaliado

2.3          Procedimento de ensaio

Os ensaios de delaminação foram realizados no Núcleo de Estruturas de Madeira do Laboratório Nacional de Engenharia Civil – LNEC/Lisboa/Portugal, com auxílio do equipamento de delaminação denominado “Dispositivo de delaminação para testes em linha de cola”, de fabricação alemã (ULRICH LÜBBERT), conforme ilustrado na figura 4.

 

 

Figura 4: Equipamento de ensaio de delaminação do LNEC

O procedimento do ensaio de delaminação foi escolhido seguindo as recomendações da norma [7]. Esta norma afirma que estruturas de MLC que serão expostas ao intemperismo deverão ser avaliadas à delaminação pelo método A, especificado na norma [5].

Sendo assim, os ensaios foram realizados seguindo o método A, de acordo com o procedimento descrito a seguir:

- colocação dos CP na autoclave, submerso em água com temperatura variando de 10oC a 20oC;

- aplicação de um vácuo com uma pressão absoluta de 30kPa por um período de 5 min.;

- retirada do vácuo e aplicação de uma pressão absoluta de 600kPa por 60 min.

Este ciclo de vácuo-pressão foi repetido por mais duas vezes. Após o final dos ciclos, os CP foram retirados da autoclave e colocados em uma estufa umidificadora. Os CP permaneceram dentro da estufa por um período de 22 horas com temperatura variando entre 60oC e 70oC e umidade relativa do ar em torno de 15% circulando com uma velocidade de 2m/s a 3m/s.

2.4          Calculo da porcentagem de delaminação

A porcentagem de delaminação deve ser determinada pela relação entre o comprimento máximo de delaminação de uma linha de cola e o comprimento da linha de cola.

 

(1)

 

Onde:     %D.T. = porcentagem de delaminação total

Ltot,delam. = comprimento total das fendas de delaminação

               Ltotal linha de cola = comprimento total das linhas de cola

 

Sendo que o comprimento total das fendas de delaminação é a somatória dos comprimentos individuais de delaminação e o comprimento total das linhas de cola é a somatória do comprimento total das linhas de cola.

3           Resultados obtidos

Este item apresenta os resultados obtidos nos ensaios de delaminação. As linhas de cola dos CP foram numeradas conforme apresentado na figura 5.

 

Figura 5: Numeração das linhas de cola

As tabelas apresentadas a seguir contêm informações referentes aos CP avaliados quanto a delaminação. São apresentados os comprimentos das linhas de cola, comprimento de delaminação e peso dos CP antes e depois da realização dos ensaios de delaminação. O comprimento de delaminação, segundo a norma [5], deve ser medido na maior face do CP. Estas faces foram convencionadas, como sendo, face A e face B. As outras duas faces, possuíam comprimento de 75 mm cada uma, conforme apresentado na figura 3.

 

Tabela 1: Corpos-de-prova 01

 

Comp. da linha de cola (mm)

Delaminação (mm)

Delaminação na linha (mm)

 

Face A

Face B

LC 1

139

0

0

0

LC 2

139

19

0

19

LC 3

138

7

7

14

LC 4

138

37

48

85

LC 5

138

0

0

0

LC 6

138

0

0

0

LC 7

139

0

11

11

Tabela 2: Corpos-de-prova 02

 

Comp. da linha de cola (mm)

Delaminação (mm)

Delaminação na linha (mm)

 

Face A

Face B

LC 1

138

0

0

0

LC 2

138

12

0

12

LC 3

137

9

0

9

LC 4

138

9

16

25

LC 5

138

22

11

33

LC 6

138

0

4

4

LC 7

138

0

0

0

Tabela 3: Corpos-de-prova 03

 

Comp. da linha de cola (mm)

Delaminação (mm)

Delaminação na linha (mm)

 

Face A

Face B

 

LC 1

138

0

0

0

LC 2

138

0

19

19

LC 3

138

5,5

8

14

LC 4

138

55

12

67

LC 5

138

15

0

15

LC 6

137

3

0

3

LC 7

138

10,5

7

18

 

 

Tabela 4: Corpos-de-prova 04

 

Comp. da linha de cola (mm)

Delaminação (mm)

Delaminação na linha (mm)

 

 

Face A

Face B

 

LC 1

138

0

0

0

 

LC 2

138

66

30

96

 

LC 3

137

0

0

0

 

LC 4

137

4

56

60

 

LC 5

138

0

0

0

 

LC 6

138

7,5

0

8

 

LC 7

138

0

0

0

 

         

 

Tabela 5: Corpos-de-prova 05

 

Comp. da linha de cola (mm)

Delaminação (mm)

Delaminação na linha (mm)

 

Face A

Face B

 

LC 1

138

0

0

0

 

LC 2

138

15

0

15

 

LC 3

138

8

7

15

 

LC 4

138

7

21

28

 

LC 5

138

0

25

25

 

LC 6

122

21

0

21

 

LC 7

138

0

21

21

 

 

Tabela 6: Corpos-de-prova 06

 

Comp. da linha de cola (mm)

Delaminação (mm)

Delaminação na linha (mm)

 

Face A

Face B

LC 1

138

0

0

0

LC 2

138

9

37

46

LC 3

138

11

7

18

LC 4

138

7

5

12

LC 5

138

0

27

27

LC 6

109

3

0

3

LC 7

138

0

0

0

 

 

Tabela 7: Corpos-de-prova 07

 

Comp. da linha de cola (mm)

Delaminação (mm)

Delaminação na linha (mm)

 

Face A

Face B

LC 1

138

0

0

0

LC 2

138

62

0

62

LC 3

138

32

20

52

LC 4

124

20

44

64

LC 5

109

0

0

0

LC 6

138

0

0

0

LC 7

138

0

15

15

 

 

Tabela 8: Corpos-de-prova 8

 

Comp. da linha de cola (mm)

Delaminação (mm)

Delaminação na linha (mm)

 

Face A

Face B

LC 1

138

0

0

0

LC 2

138

44

10

54

LC 3

138

14

6

20

LC 4

136

27

29,5

57

LC 5

138

0

0

0

LC 6

138

0

0

0

LC 7

138

0

0

0

 

 

Tabela 9: Corpos-de-prova 9

 

Comp. da linha de cola (mm)

Delaminação (mm)

Delaminação na linha (mm)

 

Face A

Face B

LC 1

138

0

0

0

LC 2

138

10

55

65

LC 3

137

0

0

0

LC 4

118

11,5

10

22

LC 5

113

12

5

17

LC 6

137

0

19

19

LC 7

137

0

8,5

9

 

Tabela 10: Corpos-de-prova 10

 

Comp. da linha de cola (mm)

Delaminação (mm)

Delaminação na linha (mm)

 

Face A

Face B

LC 1

138

0

0

0

LC 2

138

0

4

4

LC 3

138

0

4

4

LC 4

137

0

55

55

LC 5

138

17

3

20

LC 6

138

7

11,5

19

LC 7

138

0

0

0

 

4            Análise dos resultados

Este item apresenta uma análise dos resultados obtidos nos ensaios de delaminação. Segundo a norma [7], a porcentagem máxima de delaminação permitida, para CP submetidos ao ensaio especificado no método A da norma [5], após o 3º ciclo é de 10%.

A tabela 11 apresenta, para cada CP avaliado, a porcentagem de delaminação total do CP, do adesivo Phenol-resorcinol, fabricado pela Axo-Nobel (fixação da madeira) e do Adesivo Epóxi AR-300 (fixação da fibra) e também a porcentagem de delaminação média e o respectivo coeficiente de variação

Tabela 11: Corpos-de-prova 10

Corpo-de-prova

% delaminação Total

% delaminação Phenol-Resorcinol

% delaminação Epóxi AR-300

1

6,3

7,6

3,3

2

4,1

4,9

2,0

3

6,7

8,1

3,3

4

8,1

4,7

16,0

5

6,2

7,7

2,6

6

5,3

4,2

7,9

7

9,8

9,3

10,0

8

6,5

5,3

9,3

9

6,7

4,8

11,0

10

5

6,8

1

Média

6,47

6,34

6,64

Desvio Padrão

1,6

1,77

4,93

Coeficiente de

Variação (C.V.)

24,7%

27,9%

74,2%

 

Analisando os resultados apresentados na tabela 11 é possível afirmar que a porcentagem de delaminação total dos CP avaliados ficou sempre abaixo do limite de 10% estabelecido pela norma [7]. Para o adesivo Phenol-resorcinol a porcentagem de delaminação obtida para os CP avaliados também ficou abaixo dos 10%. Para o adesivo Epóxi AR-300 a recomendação da norma também foi atendida, com exceção dos CP 04 e 09, onde a porcentagem de delaminação ficou acima dos 10%.

Analisando a porcentagem média de delaminação observa-se que os valores encontrados estão abaixo no limite máximo estipulado pela norma [7].

O coeficiente de variação referente ao adesivo Epóxi foi bastante elevado, fato que se justifica por alguns corpos-de-prova praticamente não apresentarem fendas de delaminação.

Pode-se afirmar que os adesivos utilizados para a confecção das vigas de MLC e para fixação da fibra de vidro à madeira apresentaram um comportamento eficiente quando submetidos a ensaios de delaminação.

5           BIBLIOGRAFIA

[1] MACEDO, A.N., Fadiga em Emendas Dentadas em Madeira Laminada Colada, Tese D.Sc., Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2000.

[2] FIORELLI, J., Utilização de Fibra de Carbono e de Fibra de Vidro para Reforço de Vigas de Madeira, Dissertação M.Sc., Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2002.

[3] CHRISTIANSEN, AW., CONNER, A.H., Wood adhesives. Proceedings of the 1996 symposium sponsored by U.S., Departament of Agriculture Forest Service, Forest Products Laboratory and Forest Product Society, v. 29-30. Madison, WI, 1995.

[4] AMERICAN SOCIETY for TESTING and MATERIALS, ASTM D2559- Adhesives for structural laminated wood products for use under exterior (wet use) exposure conditions, Philadelphia, PA, 1976.

[5] EUROPEAN STANDARD (EN 391), Glued Laminated Timber – Delamination test of glue lines, pp. 8 1995.

[6] EUROPEAN STANDARD (prEN 14080) Timber structures, Glued Laminated Timber – Requirements, pp. 35, 2003.

[7] EUROPEAN STANDARD (EN 386), Glued Laminated Timber – Performance requirements and minimum production requirements, pp. 16, 2001.