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trabalho acadêmico estruturas de madeira
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UNIVERSIDADE REGIONAL DE BLUMENAUCENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
MADEIRA LAMINADA COLADA:UTILIZAÇÃO NA CONSTRUÇÃO CIVIL
ARTHUR OTTO KRAUSE
MICHAEL BRUNO GÜTZ
RANIERE KUEHL
BLUMENAU
2011
ARTHUR OTTO KRAUSE
MICHAEL BRUNO GÜTZ
RANIERE KUEHL
MADEIRA LAMINADA COLADA:
UTILIZAÇÃO NA CONSTRUÇÃO CIVIL
Trabalho apresentado para avaliação na disciplina de Estruturas de Madeira do Centro de Ciências Tecnológicas da Universidade Regional de Blumenau.
Prof. Ralf Klein
BLUMENAU
2011
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO....................................................................................................................4
2 APLICAÇÃO NA CONSTRUÇÃO CIVIL.......................................................................5
3 UTILIZAÇÃO COMO ELEMENTO ESTRUTURAL....................................................7
4 VANTAGENS.......................................................................................................................8
4.1 VANTAGENS NA UTILIZAÇÃO DE MADEIRA...........................................................8
4.2 VANTAGENS NA UTILIZAÇÃO DE MADEIRA LAMINADA COLADA...................8
5 ESCOLHA DA MADEIRA E DA COLA........................................................................10
6 UTILIZAÇÃO NO BRASIL.............................................................................................11
7 FORMATOS MAIS UTILIZADOS.................................................................................12
8 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO....................................................................................13
8.1 PREPARAÇÃO DAS LAMELAS....................................................................................13
8.2 LIGAÇÃO PELAS JUNTAS DENTEADAS (FINGER JOINTS)...................................13
8.3 COLAGEM........................................................................................................................14
8.4 ACABAMENTO...............................................................................................................14
9 NORMAS RELATIVAS....................................................................................................15
9.1 MATERIAIS......................................................................................................................15
9.2 PRODUÇÃO......................................................................................................................15
9.3 NORMAS DE ENSAIO....................................................................................................15
10 CONCLUSÃO....................................................................................................................17
REFERÊNCIAS......................................................................................................................17
1 INTRODUÇÃO
A fabricação da madeira laminada colada reúne duas técnicas bastante antigas. Como o
próprio nome sugere, a mesma foi concebida a partir de técnicas de colagem aliada à técnicas de
laminação, ou seja, da reconstituição da madeira a partir de lâminas (também conhecidas como
tábuas). Chama-se, portanto, “Madeira Laminada Colada”, reconstituídas a partir de lâminas (tábuas),
que são de dimensões relativamente reduzidas se comparadas às dimensões da peça final assim
constituída. Essas lâminas, que são unidas por colagem, ficam dispostas de tal maneira que as suas
fibras estejam paralelas entre si.
Pelo que se tem conhecimento a sua aplicação concreta teve início no século XIX. O
exemplo mais marcante que pode ser citado é o de arcos compostos por lâminas (tábuas) encurvadas e
sobrepostas, mantidas unidas por ligações mecânicas. Essa técnica foi introduzida pelo coronel francês
Armand Rose Emy (1771-1851) no final do século passado.
No entanto, a junção das duas técnicas, para dar origem à Madeira Laminada-Colada (MLC)
empregue na fabricação de elementos estruturais a serem utilizados na construção civil, só foi
possível, com o surgimento de colas de alta resistência. Foi portanto, em 1906, com o aparecimento da
cola de caseína (derivada do leite) que o mestre carpinteiro suiço Karl Friedrich Otto Hetzer (1846-
1911) teve a idéia de substituir pela cola, as ligações metálicas de braçadeiras e parafusos, utilizadas
pelo coronel Emy. Com isso, obteve-se uma secção mais homogênea e sem a ocorrência de
deslizamentos entre as lâminas.
Daí para a frente, a MLC evoluiu em paralelo ao progresso ocorrido com as colas de alta
resistência, que foram-se tornando cada vez mais eficientes. No entanto, foi em 1940, com o
aparecimento das colas sintéticas que o sistema laminado-colado conheceu o seu grande progresso.
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2 APLICAÇÃO NA CONSTRUÇÃO CIVIL
A aplicação da MLC pode ser vista sob as mais variadas formas estruturais. O seu emprego
vai desde pequenos passadiços, escadas e abrigos até grandes estruturas concebidas sob as mais
variadas formas estéticas. São destinadas a cobrir vãos de até 100 metros sem apoio intermediário.
Como exemplo, pode-se citar a obra do Hall de Tours (Imagem 1), na França, com 98
metros de vão livre, assim como, o Palais d’Exposition d’Avignon (Imagem 2), também na França,
que tem mais de 100 metros de vão livre. Uma outra estrutura, também arrojada e onde os projetistas
souberam bem explorar estética e plasticamente a aplicação da madeira sob a técnica do lamelado-
colado, foi na antiga sede do Parlamento Europeu (imagem 3), em Estrasburgo na França. Uma
estrutura em arcos, formando um conjunto semicircular, onde aconteciam as reuniões dos
parlamentares representantes dos países da Comunidade Econômica Européia.
Imagem 1 - Hall de Tours, França.
Disponível em: http://nagleweb.com/index.php/P15
Apenas para mostrar o potencial do mercado das estruturas de MLC, verifica-se que só na
França, chegou a existir mais de 40 indústrias a trabalhar na produção de estruturas de MLC,
distribuídas nas diversas regiões do país. Essas indústrias atendem ao mercado francês, mas também
exportam para outros países como a Bélgica, Argélia e China.
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Imagem 2 - Palais d’Exposition d’Avignon, França.
Disponível em: http://allezallie.wordpress.com/2009/02/04/avignon/
Imagem 3 – Parlamento Europeu, França.
Disponível em: http://dosenxidros.blogspot.com/2009/06/parlamento-europeu.html
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3 UTILIZAÇÃO COMO ELEMENTO ESTRUTURAL
A escolha de MLC para as estruturas pode ser de fundamental importância principalmente
quando se trata de estruturas expostas a um meio corrosivo, ou então, quando existir o risco de
incêndio. Primeiramente, porque a madeira devido a sua grande inércia química, não apresenta
problema de deterioração quando aplicada em meio corrosivo, logo, torna-se o material ideal e de
baixo custo de manutenção.
Por outro lado, quando se trata de construções sujeitas a riscos de incêndio, a utilização da
MLC na componente estrutural é a mais aconselhada, pois a mesma que é um material de reação
inflamável, queima rapidamente a camada superficial da peça e em seguida diminui
consideravelmente a velocidade de propagação do fogo para o interior da peça. Isto porque, com a
formação de uma camada de carvão nessa parte externa, dificulta o acesso do oxigénio ao seu interior
e consequentemente a propagação do fogo perde velocidade. Com isso o núcleo interno que resta da
peça, é muitas vezes suficiente para resistir mecanicamente cerca de 30 a 40 minutos. Esse tempo é
suficiente para se chegar ao foco e com isso combater o incêndio, proceder o salvamento de pessoas e
retirar bens de maior valor. Em resumo, as estruturas de madeira são consideradas de reação
inflamável, mas que guardam “alta” resistência mecânica mesmo no caso de incêndio.
Já uma estrutura metálica, por exemplo, que é de reação não inflamável mas que perde a sua
resistência mecânica rapidamente (em cerca de 10 minutos de incêndio) quando em presença de
temperaturas elevadas, ou seja, pouco acima de 500°C perde toda a sua resistência mecânica.
Isto tem levado o corpo de bombeiros e as seguradoras de muitos países a privilegiarem as
construções com estruturas de madeira, devido ao seu “comportamento perfeitamente previsível”
aquando da ação de um incêndio, ou seja, algumas normas preveem uma propagação do fogo, em
madeiras do tipo coníferas, da ordem de 0,7 mm/minuto, velocidade esta que vai diminuindo na
medida em que o fogo se propaga para o interior da peça.
Portanto, com base nas normas de comportamento da madeira ao fogo, já existe em alguns
países, a consideração de um maior ou menor risco de incêndio e dependendo da finalidade de
ocupação da construção, é prevista uma espessura a mais nas dimensões da secção transversal das
peças estruturais de madeira. Com isto, sabe-se que mesmo que a madeira venha a ser queimada em 2
cm, por exemplo, o núcleo restante é suficiente para continuar a resistir mecanicamente o tempo que
se quiser estimar. Isto faz com que a madeira tenha comportamento perfeitamente previsível. As
coníferas, por exemplo, queimam até 2cm em 30 minutos e 3,5 cm em 60 minutos.
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4 VANTAGENS
Inicialmente, não se pode esquecer que a MLC é, antes de mais nada, “madeira”, logo, além
das vantagens da estrutura ser em MLC é preciso lembrar das vantagens que estão reunidas na própria
madeira.
4.1 VANTAGENS NA UTILIZAÇÃO DE MADEIRA
- Excelentes características mecânicas em relação à sua baixa densidade, aproxima-se
mesmo de certas ligas leves.
- Baixa condutibilidade térmica.
- Ausência de dilatação térmica.
- Características mecânicas muito pouco alteradas em função da temperatura.
- Variação de dimensão na direcção axial perfeitamente desprezável consuante a variação do
teor de humidade.
- Uma grande inércia química.
- Uma grande resistência ao fogo e de um comportamento perfeitamente previsível durante o
incêndio.
- Um material que consome apenas a energia solar para sua produção e um mínimo de
energia mecânica na fase de desdobro e maquinação das peças.
- Uma grande facilidade de manuseio, maquinação e execução de ligações químicas ou
mecânicas, até mesmo com outros materiais de construção.
4.2 VANTAGENS NA UTILIZAÇÃO DE MADEIRA LAMINADA COLADA
- Em comparação com as estruturas de madeiras feitas com peças maciças, os elementos
concebidos em MLC exigem um número bem menor de ligações, uma vez que são previstos para
grandes dimensões.
- A possibilidade de realizar secções de peças, não limitadas pelas dimensões e geometria do
tronco das árvores.
- A possibilidade de fabricar peças de comprimento limitado apenas pelas circunstâncias de
transporte.
- A possibilidade de obter peças com raio de curvatura reduzido, variável e até mesmo em
planos diferentes.
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- A possibilidade de vencer grandes vãos livres.
- A eliminação inicial de defeitos naturais, o que permite uma reconstituição que conduz a
uma distribuição aleatória dos defeitos residuais, no interior do produto final.
- A possibilidade de tratamento da madeira, tábua por tábua, em autoclave, o que confere
enorme eficiência e garantia que pode chegar até 50 anos contra o ataque de fungo e insectos
xilofagos.
- Um ganho nas tensões médias de ruptura e uma redução na dispersão estatística de seus
valores.
- Sob o ponto de vista a “normalização permite ainda a atribuição aos elementos estruturais
de MLC, de uma resistência mecânica ligeiramente superior às da madeira maciça de qualidade
equivalente (cerca de 10%).
- A vantagem do pré-fabrico, o que pode ser traduzido em racionalização da construção e
ganho de tempo na montagem e entrega da obra.
- É de uma qualidade estética indiscutível, o que pode ser largamente explorado pelos
arquitetos e engenheiros, na composição de um conjunto agradável e perfeitamente integrado ao
ambiente.
- A leveza dessas estruturas oferece também maior facilidade de montagem, desmontagem e
possibilidade de ampliação. Além disso, o peso morto sendo menor, se comparado com outros
materiais, pode significar economia nas fundações.
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5 ESCOLHA DA MADEIRA E DA COLA
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 em madeiras.
Normalmente, as espécies mais aconselhadas para o emprego em MLC são as das coníferas
e algumas dicotiledôneas, com massa volumétrica entre 0,40 e 0,75 g/cm³. De qualquer maneira,
devem ser evitadas as madeiras com alta taxa de resina ou gordura.
Em todo caso, como o processo da MLC é pouco utilizado em determinados países, é
evidente que os estudos devem ser realizados no sentido de se proceder a cada região ou estado, uma
investigação botânica, química, física e mecânica para a caracterização das madeiras que se
possam adaptar melhor a essa técnica. Devem ter destaque nessa investigação, principalmente as
madeiras provenientes de florestas plantadas.
Na maioria dos casos a escolha da cola, entre caseína, resorcina ou uréia-formol, e mais
recentemente a melamina, depende mais das condições de uso da estrutura do que do tipo da madeira.
Logo, é preciso levar em consideração principalmente o meio em que a estrutura vai estar submetida,
ou seja, temperatura e teor de humidade.
Portanto, a escolha da cola está diretamente ligada às condições em que a estrutura estará
submetida, ou seja, se a mesma vai estar abrigada no interior da edificação ou exposta à variação das
condições atmosféricas, como, alternância de sol e chuva. Estes, são fatores determinantes na escolha
da cola.
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6 UTILIZAÇÃO NO BRASIL
Apesar da Madeira Laminada Colada ser um produto do século XIX no Brasil, existem
apenas duas indústrias de MLC, sendo uma no estado do Rio Grande do Sul e uma no estado de São
Paulo. O custo da MLC nessas indústrias é da ordem de 4 mil reais (2000 dólares) o metro cúbico, o
que inviabiliza, no momento, a sua competitividade com madeiras serradas tropicais e de
reflorestamento. Somente para informação a MLC no Chile custa 750 dólares o metro cúbico e, nos
Estados Unidos e Canadá na ordem de 1000 dólares o metro cúbico.
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7 FORMATOS MAIS UTILIZADOS
Imagem 4 - Formas Standarts das estruturas de lâmina colada.
Disponível em: http://www.jular.pt/pdf//Finnforest_Madeira_Lamelada.pdf
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8 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
A produção de elementos de MLC de alta qualidade necessita de uma indústria
especialmente organizada para tal finalidade. Por outro lado, desde que não sejam muitos os
elementos a serem produzidos e que não sejam de grandes dimensões, é também possível a sua
composição de forma artesanal. Tratando-se, no entanto, de um fabrico industrial, quatro grandes
etapas devem ser observadas no processo de fabrico das estruturas MLC.
Imagem 5 – Disposição das lamelas
Disponível em: http://www.estg.ipleiria.pt/files/306652_LAMELADOS%20COLADO_43863e3eb775d.pdf
a) Lamelas horizontais
b) Lamelas verticais
c) e d) juntas dentadas (finger-joints)
8.1 PREPARAÇÃO DAS LAMELAS
1 – Secagem em estufa (w<15% exigido pelas colas)
2 – Aplainamento das lamelas
3 – Classificação de resistência das lamelas
4 – Preparação dos topos
5 - Empilhamento das lamelas.
8.2 LIGAÇÃO PELAS JUNTAS DENTEADAS (FINGER JOINTS)
6 - São entalhados os denteados das juntas nos topos das lamelas e neles
aplicada a cola
7 – As lamelas individuais são unidas topo a topo e a junta fortemente comprimida
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por um período mínimo de 2 segundos
8 – A lamela contínua assim obtida é cortada ao com-primento pretendido
9 – Armazenamento das lamelas por 8 ou mais horas, aguardando o
endurecimento da cola das juntas.
8.3 COLAGEM
10 – Regularização das lamelas
11 – Aplicação da cola (rolos, cortina, extrusão)
12 – Colagem das lamelas face a face, por pressão (0,4-1,2 MPa ou superior) em
guias rectas ou curvas, conforme o tipo pretendido de viga
13 – As vigas, ainda sob pressão, são mantidas sob condições ambientes
controladas (20ºC, 65% h.r.) por 6 ou mais horas (endurecimento da cola).
8.4 ACABAMENTO
14 - Aplainamento lateral das vigas, para remoção de cola refluída e desempenar
as faces laterais
15 – Trabalhos de acabamento (furos para ligações, pinturas protectoras, etc.)
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9 LIGAÇÕES ENTRE PEÇAS
Existem dois tipos essenciais de ligações: as que se efectuam durante o processo de fabrico
para a constituição das lamelas e as que se destinam a ligar em obra as vigas já fabricadas. As ligações
realizadas em obra são normalmente necessárias por questões do processo construtivo e
impossibilidade de transportar vigas além de determinada dimensão e formato, mas representam
inevitavelmente uma perda de resistência aos momentos flectores, sendo por vezes significativa. É por
isso que muitas vezes os projectistas optam por assumir a perda da continuidade estrutural e realizar as
ligações por rótulas. Os diversos tipos de ligações a realizar em obra, são:
- Por encaixe de madeira com madeira;
- Por órgãos metálicos;
- Por junção de elementos metálicos e cola
Do primeiro tipo têm-se as uniões “finger-joints” que, se forem realizadas paralelas às fibras
de madeira lamelada, conduzem a uma eficiência da ligação de 80% para os momentos flectores. Se
as ligações forem executadas formando um certo ângulo com as fibras, a eficiência da união desce
para valores mais baixos, devido à inferior resistência da madeira.
Imagem 6 - Exemplos de ligações
Disponível em: http://www.deetc.isel.ipl.pt/jetc05/CCTE02/papers/finais/civil/12.PDF
a) Mini “finger joints” para colagem de peças constituintes das lamelas
b) “Finger-joints” para colagem de elementos estruturais
c) Ligação por elementos metálicos e colagem (sem rotação)
d) Ligação por rótula
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10 NORMAS RELATIVAS
10.1 MATERIAIS
EN 301 Adhesives, phenolic and aminoplastic, for load-bearing structures: classification and
performance requirements (Caracterização das colas)
EN 302 – 1 a 4 Adhesives for load-bearing structures – Test Methods (Ensaios de colas)
EN 14081- 1 a 4 Timber structures - Strength graded structural timber with rectangular cross
section (Interessa à classificação da madeira maciça usada nos lamelados colados)
EN 14080 Timber structures .Glued laminated timber. Requirements (Caracterização da
Madeira Lamelada colada)
10.2 PRODUÇÃO
EN 386 Glued laminated timber. Performance requirements and minimum production
requirement (Condições gerais de produção e controle: equipamento, condições ambientais da sala de
produção, espécies de madeira, tipos de colas, etc)
EN 385 Finger-Jointed structural timber. Performance requirements and minimum
productions requirements (Condições de produção e controle de ligações denteadas)
EN 387 Glued laminated timber - Large finger-joints. Performance requirements and
minimum production requirements (Condições de produção e contrôle de macro-ligações denteadas)
EN 390 Glued laminated timber - Sizes. Permissible deviations (Tolerâncias dimensionais)
10.3 NORMAS DE ENSAIO
EN 1193 Timber Structures – Structural Timber and Glued Laminated Timber.
Determination of shear strength and mechanical properties perpendicular to the
grain (Determinação da resistência ao corte e das propriedades mecânicas perpendiculares ao
fio.)
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EN 391 Glued laminated timber – Delamination test of glued lines (Ensaios de delaminação
da junta colada)
EN 392 Glued laminated timber - Shear test of glued lines (Ensaios de corte da junta colada)
EN 408 Timber structures – Structural timber and glued laminated timber - determination of
some physical and mechanical properties (Ensaios de corte e flexão de vigas de madeira)
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11 CONCLUSÃO
Trabalho em andamento
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REFERÊNCIAS
http://www.remade.com.br/br/artigos_tecnicos_download.php?num=6721&categoria=Pain%E9is&subcategoria=MLC%20-%20Madeira%20Laminada%20Colada&title=A%20madeira%20laminada%20colada
http://portaldamadeira.blogspot.com/2010/03/madeira-lamelada-colada-mlc.html
http://www.estg.ipleiria.pt/files/306652_LAMELADOS%20COLADO_43863e3eb775d.pdf
http://www.deetc.isel.ipl.pt/jetc05/CCTE02/papers/finais/civil/12.PDF
http://www.usjt.br/biblioteca/mono_disser/mono_diss/051.pdf
http://www.jular.pt/pdf//Finnforest_Madeira_Lamelada.pdf
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