UNIVERSIDADE DO PLANALTO CATARINENSE
NÚCLEO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
GIULIANO NETTO SOUZA
VIGAS DE MADEIRA LAMINADA COLADA
LAGES (SC)
ANO 2018
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vigas laminadas colada, Teses (TCC) de Engenharia Civil
estudo sobre viga laminada colada, de pinus
Tipologia: Teses (TCC)
2019
1 / 27
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UNIVERSIDADE DO PLANALTO CATARINENSE
NÚCLEO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
GIULIANO NETTO SOUZA
VIGAS DE MADEIRA LAMINADA COLADA
LAGES (SC)
ANO 2018
GIULIANO NETTO SOUZA
VIGAS DE MADEIRA LAMINADA COLADA
Trabalho de Conclusão de Curso submetido à Universidade do Planalto Catarinense para obtenção dos créditos de disciplina com nome equivalente no curso de Engenharia Civil.
Orientação: Prof (ª). Caetano Palma
LAGES (SC)
ANO 2018
ABSTRACT
Increasingly, we need to know about new constructive methods that perform well, are low in cost, and are sustainable and environmentally friendly. We are starting a phase where materials of unsustainable origin or non-renewable sources start to appear on the blacklist of civil construction. The glued laminated wood uses as raw material, mainly pine wood, coming from reforestations that if cultivated correctly contribute with the environment. The glued laminated wood consists of treated and dry wood laminates glued to each other in a way that achieves some resistance, thus giving the ability to overcome large spans used in innovative architectural designs.. It allows a very flexible design in the work being these beams straight or curved, having an extra resistance due to the way it is glued, giving a superior resistance to solid wood. Its assembly on the construction site is easy and fast, due to being pre-fabricated, besides keeping the place clean and organized, also generating less waste. This technology of sticking applied to the wood allows a new perspective of use of the material, being able to be made profiles of dimensions that extrapolate the limits of the wood used in its natural form. Glued laminated wood has a wide and diversified range of applications in residential industrial agribusiness buildings or sports gyms, theaters, among others. Due to its high strength, reduced weight and the possibility of straight or curved beams, it gives the engineer or architect the freedom to dare much more in their designs.
Keywords : Beams, Wood, Laminate.
SUMÁRIO
LISTA DE ABREVIAÇÕES
MLC - Madeira Laminada Colada PSF - Ponto De Saturação Das Fibras EU - Umidade de Equilíbrio NBR - Norma Brasileira Registrada SS - Classe estrutural especial Nº1 - Classe estrutural Nº Nº2 - Classe Estrutural Nº Nº3 - Classe Estrutural Nº D - Madeira Densa ND - Madeira não densa Kg -Quilograma Kgf/m -Quilograma força por metro
LISTA DE SIMBOLOS
(psi) -coeficiente r (alfa) -ângulo, coeficiente de redução Fwt - resistência à tração paralela às fibras
1.2. DESCRIÇÃO DO PROBLEMA
O desconhecimento do sistema de madeira laminada colada, dos métodos de utilização e das suas qualidades e sua capacidade de superar grandes vãos. A pouca utilização de reflorestamentos de pinus como fonte de matéria prima para construção civil; falta de mão de obra especializada e a garantia de boa qualidade do produto ser tão somente a palavra do fabricante; dificultam a mudança do processo construtivo, haja vista que o Brasil ainda não conta com um selo de qualidade estrutural para a MLC como em outros países. 1.3. JUSTIFICATIVA É de extrema importância conhecer novos métodos de construção, que sejam mais eficientes e sustentáveis, que gerem menos danos à natureza, utilizando cada vez menos recursos não renováveis. A madeira de pinus, por exemplo, é uma fonte renovável em grande quantidade na região serrana de Santa Catarina. Aliado a estes fatores, a madeira laminada colada é um produto de grande potencial para a produção de elementos construtivos pré-fabricados. Isso deve à sua versatilidade, e elevada resistência e baixo peso próprio. Tais características a tornam um produto aliado da construção sustentável, tendo melhor desempenho que a madeira maciça. Ademais, sua estrutura oferece a liberdade para o engenheiro projetar grandes vãos com peças muito esbeltas, de variadas formas e beleza inigualável. 1.4. OBJETIVO GERAL Esta pesquisa teve como objetivo conhecer o sistema de vigas de madeira laminada colada e desta forma evidenciar e compreender como a madeira laminada colada possibilita novos e ousados projetos arquitetônicos devido a sua versatilidade. 1.5. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Estabelecer os parâmetros para utilização do pinus como matéria prima na laminação; Identificar os principais elementos componentes das vigas e seu processo de produção; Identificar quais os principais tipos de emenda e quais o mais eficiente; Identificar os principais tipos de cola utilizados na ligação das peças; Estabelecer as principais vantagens e desvantagens da utilização das vigas de madeira laminada colada.
1.6. METODOLOGIA
Para alcançar os objetivos, foi feito uma pesquisa exploratória de ordem secundária, baseada em livros e teses científicas, buscando afirmações baseadas em ensaios, e experiências do dia a dia. Também foi feita uma pesquisa desde a área reflorestada com pinus na região. A partir das pesquisas realizadas, os resultados foram evidenciados em conceitos e ideias, apresentando alguns dados, como a resistência das vigas. Para isto, foi necessário fazer uma comparação com vigas de outros materiais. Foi realizado análise das colas, para compreender qual sua função e interferência na resistência da viga. A pesquisa também buscou compreender a importância e razões para secagem correta da matéria prima e o grau de umidade ótima que para sua utilização. Concomitante a este processo, foram analisados e estudos projetos já executados com vigas de Madeira Laminada Colada.
3. COLA UTILIZADA
Vários fatores são determinantes para a escolha da cola a ser utilizada É possível colar praticamente todas as madeiras. Entretanto, algumas espécies possuem características físicas e químicas que exigem o emprego de colas especiais ou a modificação das colas normalmente comercializadas para o uso de madeiras. (SZUCS, 2001, p.83).
As primeiras colas eram de origem vegetal. Em 1906 havia uma de caseína derivada do leite, por exemplo. As colas sintéticas começaram a surgir no mercado a partir de 1940. A cola age como um aglomerante entre as lâminas. Com o objetivo de fazer entre dois planos uma ligação mais próxima possível da ligação existente naturalmente entre as fibras do material de origem. A escolha da cola é determinada por vários fatores: a madeira utilizada, a finalidade da estrutura, se ela está ou não exposta a variações climáticas, umidade e também a resistência desejada. Os tipos mais utilizados são de caseína, resorcina, ureia-formol, e uma que ainda é novidade, a melanina. Já a de ureia-formol é uma cola sintética, usada em interiores e também tem pouca resistência a altas temperaturas sendo que para resistir à elas é preciso ser misturada a outro tipo de cola. Esta mistura também é eficaz para protegê-la da umidade. É apresentada em forma de xarope ou em pó Por fim, a cola de resorcina é utilizada em madeiras que estão sujeitas a intempéries e a água quente. É apresentada em forma liquida ou em pó. 3.1. CASEINA A CASEINA é fornecida em forma de pó e é misturado com água em quantidades iguais. Pode ser utilizada fria que é para trabalhos de aviação, a ordinária que se utiliza para a colagem de madeiras resinosas ou gordurosas, e também a caseína que contem anticépticos que é utilizada na produção de estruturas laminadas coladas. É uma cola derivada da proteína do leite e, deve ser utilizada em ambientes internos, pois tem baixa resistência à umidade. Condições de uso Humidade maior que 8% e menor que 15% Tempo de união aberta de 10 a 15 minutos. Pressão a frio 5kg/cm³ Tempo que deve ficar sobre pressão mínimo de 6 horas Quando alcalina pode manchar algumas madeiras que contenham tanino.
3.2. UREIA FORMOL
Cola sintética utilizada em ambientes que não exponham a viga a altas temperaturas, pouco resistente a humidade, pode-se adicionar aditivos para melhorar a sua durabilidade e resistência. É apresentada em forma de xarope com um endurecedor que pode ser liquido ou em pó, não deve ser armazenada por muito tempo. Depois de preparado para o uso deve ser utilizado em no máximo 48h. A temperatura para endurecimento deve ser de no mínimo 10ºC, tempo de cura 7 dias, pode ser acelerado se a temperatura for superior a 20ºC. Deve-se utilizar de 350 a 600g/m². 3.3. RESORCINA/RESORCINA-FENOL-FORMOL Cola sintética que é usada em situações com grandes intempéries , apresenta-se em forma liquida, o endurecedor pode ser em pó ou liquido, o tempo de duração do adesivo preparado é de 3 a 9 horas, pode ser seca de 20ºC a 100ºC quanto mais quente mais rápido, deve ser utilizado uma quantidade de 350 a 500g/m².
4. O PROCESSO DE PRODUÇÃO 4.1. CLASSIFICAÇÃO VISUAL Existem quatro níveis de qualidade visual: CLASSE ESTRUTURAL ESPECIAL (SS), CLASSE ESTRUTURAL Nº1 (Nº1), CLASSE ESTRUTURAL Nº2 (Nº2) e CLASSE ESTRUTURAL Nº3 (Nº3). Além destes quatro níveis de qualidade visual existem dois níveis de densidade da madeira: MADEIRA DENSA (D) e MADEIRA NÃO-DENSA (ND). A densidade é estimada pela contagem do número de anéis de crescimento ao longo de uma linha radial representativa de uma polegada (2,5 cm). CARREIRA (2003 Andre Granato 2011). 4.2. ESCOLHA DA MADEIRA O primeiro passo é a escolha, é observado fendas e rachaduras, empenamentos, furos manchas, apodrecimentos, furos ,nós da madeira e inclinação das fibras; depois checa- se as dimensões e teor de umidade da madeira escolhida, são feitas e anotadas todas as analises, que são arquivadas para fazer parte da documentação e certificação de qualidade das vigas, conforme exige os órgãos de certificação de qualidade. O objetivos de todas essas analises e checagens é observar e retirar qualquer defeito que possa diminuir no final do processo a qualidade e resistência da viga, os principais defeitos que podem ser encontrados na madeira e que interferem na qualidade são: Nós e casacas ou falta de madeira superiores ao permitido por norma. Depois de retirados as tábuas defeituosas ou eliminados os defeitos essas tábuas estão prontas para ser laminadas.
Para o uso em estruturas, é preciso conhecer a umidade relativa do ar e a temperatura ambiente, no local em que essa madeira seja utilizada.
4.6. DEFEITOS Fendas e rachaduras; secagem muito rápida no início, colapso, também nas primeiras horas acompanha fissuras internas. Abaulamento; tensões internas , a arvore combinada com secagem irregular, contrações diferenciadas na direções do corte, arqueamento, encanoamento, e torcedura.
1- Tipos de Defeito Fonte: www.madsaopaulo.com.b
A secagem das tabuas deve ser bem rigorosa e técnica, para que se possa conseguir um bom resultado na hora da colagem, é preciso que as tabuas estejam em um teor de umidade entre 12% e 16% todas as tabuas devem estar o mais parecido possível nunca com uma variação maior que 4% o ideal é que depois de sair da estufa as tabuas fiquem armazenadas por 3 ou 4 dias não mais, no local onde será feito a colagem. (Szücs, Terezo, Valle, & Moraes, 2015)
4.7. CUIDADOS
A espessura da lamina varia com o tamanho do raio de curvatura, quanto maior o raio de curvatura maior deve ser a espessura da lamina. Existe é claro um limite para essas espessuras a norma brasileira diz que a espessura máxima é 30mm. Outras normas o limite para a espessura varia com a área da seção, e também a densidade da madeira. Madeiras muito densas são difíceis para colar. Madeiras muito espessas a secagem não é uniforme. O Cálculo e determinação da espessura das laminas tem que ser muito bem feito pois além da resistência, essas influenciam muito no custo final do produto, pois maior o número de laminas maior a quantidade de cola e de mão de obra. 4.8. POSICIONAMENTO DAS LAMINAS As laminas precisam ser coladas variando com a sua resistência em locais mais solicitados, é recomendado que a ultima lamina de cada face, ou as laminas tracionadas deve se utilizar a melhor madeira, e o melhor tipo de emenda transversal. Não deve-se usar laminas orientadas em sentido radial e tangencial dentro da mesma viga. A madeira incha e contrai com a variação de umidade então não deve usar espécies com diferentes taxas de inchamento e contração. Uma espécie interfere na resistência da outra a mais resistente causa danos na mais fraca acarretando assim a redução da resistência da viga. A variação dimensional deve sempre ser menor que 25%.(segundo Zander 1979 apund Cardoso, 1989)
5. TRATAMENTO PRESERVATIVOS O tratamento se da em autoclave com a finalidade de preservar contra agentes destruidores; fungos insetos, intemperes, umidade e contra o fogo. Pode ser feito antes ou depois da colagem. O tratamento das tábuas que darão origem às peças de MLC devem ser feitos com produtos que não interfiram na aderência da cola, além de garantirem a durabilidade e a proteção biológica satisfatória para o elemento (NBR 7190:2011)
A NBR determina que a prensagem do elemento de MLC deve seguir as recomendações do fabricante da cola, ou um mínimo de 6h em um ambiente com temperatura de 20ºC e UR de 65% e Pressão de prensagem mínima de 0,7 Mpa. (Szücs, Terezo, Valle, & Moraes, 2015)
A principal vantagem em utilizar a viga laminada colada é que o tamanho a viga não esta limitada ao tamanho do tronco da árvore.
7. EMENDAS Em lâminas adjacentes, de espessura t, suas emendas devem estar afastadas entre si de uma distância pelo menos igual a 25 t ou à altura h da viga. Todas as emendas contidas em um comprimento igual à altura da viga são consideradas como pertencentes à mesma seção resistente. As lâminas emendadas possuem a seção resistente reduzida. Ared = r Aef onde r tem os seguintes valores - emendas dentadas ( finger joints ): r = 0, - emendas em cunha com inclinação de 1:10: r = 0, - emendas de topo: r = 0 (NBR 7190:2011,pg.29,30).
Na produção de vigas laminadas coladas é comum utilizar lâminas menores do que o comprimento final da peça, por isso é necessário o uso de emendas transversais. Destas há três tipos: Cunha, Topo e Dente. No primeiro tipo de emenda (Cunha) a madeira é cortada em um ângulo e colada. Quanto menor este ângulo, maior será a área de colagem e assim terá maior resistência. Há também um tipo de emenda denominada cunha encaixada: esta além do corte em ângulo é feito um encaixe que impede o deslizamento de uma tábua sobre a outra. Nesse tipo de emenda a um grande desperdício de madeira desperdiça cerca de 35cm em uma inclinação de 1/10 em peças de 3,5 cm de espessura Já o segundo tipo de emeda (topo) é mais simples, porém é o que possui menor resistência esse tipo de emenda não pode transmitir nenhuma tensão, elas devem estar sempre desencontradas uma das outras. Não há desperdício de madeira. O último tipo (dente) é o mais utilizado, pois tem pouco desperdício e alta resistência. Entretanto, é preciso uma ferramenta especial para poder executá-las. Podem ser divididas em estrutural e não estrutural. A estrutural tem os dentes mais compridos e
pontas mais finas. Obtém-se a resistência mecânica da emenda pelo equilíbrio entre a resistência ao cisalhamento no plano de colagem. e a resistência a tração da madeira. Deve se evitar o uso de qualquer tipo de emendas em áreas de momentos máximos.
Fonte blogravprojects.wixsite.com
8. LIGAÇÕES NA MADEIRA LAMINADA COLADA A fabricação de elementos estruturais de madeira laminada colada deve ser conduzida em condições de controle industrial. Os adesivos para fins estruturais devem produzir ligações de resistência e durabilidade tais que a integridade da ligação colada seja mantida por toda a vida esperada da estrutura, na classe de serviço correspondente. As recomendações dos fabricantes de adesivos em relação à mistura, condições ambientais para aplicação e cura, teor de umidade dos elementos e outros fatores relevantes para o uso adequado do adesivo devem ser seguidos. Nas peças fabricadas com adesivos que necessitem de um período de condicionamento após o período de pega, até que atinjam a resistência completa, a aplicação de carga deve ser evitada pelo tempo necessário. (NBR7190:2011,pg.40)
Figura 2 Tipos de emenda