UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA FACULDADE DE CIÊNCIAS AGRONÔMICAS CAMPUS DE BOTUCATU INFLUÊNCIA DA QUALIDADE DAS LÂMINAS NO DESEMPENHO FÍSICO-MECÂNICO DE PAINÉIS COMPENSADOS DE Hevea brasiliensis JAVIER FARAGO ESCOBAR Dissertação apresentada à Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP - Campus de Botucatu, para obtenção do título de Mestre em Ciência Florestal BOTUCATU - SP Agosto - 2011 UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA FACULDADE DE CIÊNCIAS AGRONÔMICAS CAMPUS DE BOTUCATU INFLUÊNCIA DA QUALIDADE DAS LÂMINAS NO DESEMPENHO FÍSICO-MECÂNICO DE PAINÉIS COMPENSADOS DE Hevea brasiliensis JAVIER FARAGO ESCOBAR Orientador: Prof. Dr. Adriano Wagner Ballarin Co-Orientador: Prof. Dr. Hernando Alfonso Lara Palma Dissertação apresentada à Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP - Campus de Botucatu, para obtenção do título de Mestre em Ciência Florestal BOTUCATU - SP Agosto - 2011 FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA SEÇÃO TÉCNICA DE AQUISIÇÃO E TRATAMENTO DA INFORMAÇÃO – SERVIÇO TÉCNICO DE BIBLIOTECA E DOCUMENTAÇÃO - UNESP - FCA - LAGEADO - BOTUCATU (SP) Escobar, Javier Farago, 1986- E74i Influência da qualidade das lâminas no desempenho físico-mecânico de painéis compensados de Hevea brasiliensis / Javier Farago Escobar. – Botucatu : [s.n.], 2011 x, 118 f. : il. color., gráfs., tabs., fots. Dissertação (Mestrado) – Universidade Estadual Paulista, Faculdade de Ciências Agronômicas, Botucatu, 2011 Orientador: Adriano Wagner Ballarin Co-orientador: Hernando Alfonso Lara Palma Inclui bibliografia 1. Compensados de madeira. 2. Desempenho físico- mecânico. 3. Lâminas de madeira – Classificação. 4. Módulo de elasticidade mecânico. 5. Seringueira. I. Ballarin, Adriano Wagner. II. Lara Palma, Hernando Alfonso. III. Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” (Campus de Botucatu). Faculdade de Ciências Agronômicas. IV. Título. II Aos meus pais Javier Escobar Saravia e Neiva Farago de Escobar pelo carinho, apoio e valores transmitidos, que foram fundamentais para todas as tomadas de decisões nesta etapa da minha vida. e as minhas irmãs Mariana e Luciana DEDICO III AGRADECIMENTOS Ao Prof. Dr. Adriano Wagner Ballarin, pela orientação, por todo empenho, compreensão, amizade e constante dedicação em todas as etapas do projeto. Ao Prof. Dr. Hernando Alfonso Lara Palma, co-orientador, pela dedicação constante e por sua inestimável amizade. Ao Prof. Dr. Mario Tomazello Filho da Universidade de São Paulo, ESALQ e a toda sua equipe do Laboratório, por todo o apoio, aprendizado. A Prof. Dra. Martha Maria Mischan do Departamento de Bioestatística do Instituto de Biociências, IB – UNESP, Campus de Botucatu, pelo apoio nas análises estatísticas. À Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo – FAPESP – por ter acreditado na concepção deste trabalho, meus agradecimentos. À Indústria de Compensados Caribea S.A. pela confecção dos painéis utilizados para o desenvolvimento desta dissertação. A Elaine Cristina Leonello colega da Pós-Graduação pela amizade, dedicação e constante ajuda para o desenvolvimento deste projeto. A todos os professores, funcionários e alunos do Departamento de Engenharia Rural e de Ciências Florestais da Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP, Campus de Botucatu, pela disponibilidade em ajudar sempre, e pela grande amizade. A todos os amigos que ofereceram seu apoio durante a realização deste curso, e as pessoas que, de uma forma ou de outra, colaboraram para a realização deste trabalho e tiveram seus nomes aqui omitidos. IV “Vencer pequenas metas é a chave do presente que abre portas para o futuro” Javier Escobar V SUMÁRIO Página LISTA DE TABELAS .................................................................................. VII LISTA DE FIGURAS ................................................................................... IX RESUMO ...................................................................................................... 1 SUMMARY .................................................................................................. 3 1. INTRODUÇÃO........................................................ .................................... 5 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ...................................................................... 7 2.1. Madeiras e produtos à base de madeira .................................................. 7 2.2. Compensado – histórico, definição e classificação ................................ 8 2.3. Propriedades da laminação cruzada ....................................................... 9 2.4. A Hevea brasiliensis– histórico, definição e produção .......................... 10 2.5. Potencial tecnológico da madeira de Hevea brasiliensis ....................... 12 2.6. Clones de Seringueira ............................................................................. 15 2.7. Técnicas de avaliação não destrutiva de propriedades da madeira ........ 15 3. MATERIAIS E MÉTODOS ......................................................................... 18 3.1. Caracterização da espécie estudada ........................................................ 18 3.2. Variação radial da densidade básica da madeira .................................... 19 3.3. Laminação da madeira ........................................................................... 20 3.3.1. Rendimento da laminação ............................................................. 20 3.3.2. Determinação do comprimento teórico do manto da laminação ... 22 3.3.3. Classificação de lâminas secas ...................................................... 24 3.4. Produção e montagem de painéis compensados .............................. 25 VI Página 3.5. Ensaios físico-mecânicos dos painéis compensados ........................ 28 3.6. Análise estatística ............................................................................. 31 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES 32 4.1. Variação radial da densidade básica da madeira .................................... 32 4.2. Laminação da madeira ........................................................................... 36 4.2.1. Rendimento da laminação ............................................................. 36 4.2.2. Comprimento teórico do manto da laminação .............................. 40 4.2.3. Classificação das lâminas .............................................................. 41 4.3. Arranjo final das lâminas nos painéis compensados .............................. 44 4.4. Ensaios físico-mecânicos dos painéis compensados .............................. 46 4.4.1. Densidade aparente .............................................................. 47 4.4.2. Teor de umidade ................................................................... 48 4.4.3. Propriedades de flexão dos painéis compensados ................ 49 4.4.4. Resistência da colagem ao esforço de cisalhamento ............ 52 4.4.5. Ensaio de inchamento e recuperação da espessura .............. 54 5. CONCLUSÕES ............................................................................................. 57 6. REFERÊNCIAS ............................................................................................ 59 7. APÊNDICE ................................................................................................... 67 VII LISTA DE TABELAS Página 1 Comparação de densidades médias aparentes ( 12) de várias madeiras ........ . 14 2 Ensaios e normas para painéis compensados da madeira .............................. . 28 3 Raios e relações entre raios das árvores ............................................................ 32 4 Valores da densidade básica para cada um dos raios avaliados ........................ 33 5 Valores médios do diâmetro e volume das toras nas diferentes etapas de laminação ....................................................................................................... 37 6 Valores médios das perdas e rendimentos obtidos em cada etapa do processo de laminação ....................................................................................................... 38 7 Comprimentos do manto da laminação .......................................................... 40 8 Módulo de elasticidade dinâmico obtido pelo método de ondas de tensão (Árvore 1 a 8) ................................................................................................. 41 9 Módulo de elasticidade dinâmico obtido pelo método de ondas de tensão (Árvore 9 a 16) ............................................................................................... 42 10 Módulo de elasticidade dinâmico obtido pelo método de ondas de tensão (Árvore 17 a 24) ............................................................................................. 42 11 Classes de Módulo de elasticidade dinâmico (Ed) das lâminas ..................... 43 12 Módulo de elasticidade dinâmico (Ed) das lâminas utilizadas na confecção dos três painéis do tratamento (T1). ........................................................................ 44 13 Módulo de elasticidade dinâmico (Ed) das lâminas utilizadas na confecção dos três painéis do tratamento (T2). ........................................................................ 44 14 Módulo de elasticidade dinâmico (Ed) das lâminas utilizadas na confecção dos três painéis do tratamento (T3). ........................................................................ 45 15 Módulo de elasticidade dinâmico (Ed) das lâminas utilizadas na confecção dos três painéis do tratamento (T4). ........................................................................ 45 16 Módulo de elasticidade dinâmico (Ed) das lâminas utilizadas na confecção dos três painéis do tratamento (T5). ........................................................................ 46 17 Densidade aparente dos painéis compensados .................................................. 47 18 Teor de umidade dos painéis compensados. ..................................................... 48 VIII Página 19 Resistência à flexão estática na direção longitudinal ........................................ 49 20 Módulo de elasticidade à flexão estática na direção longitudinal ...................... 49 21 Resistência à flexão estática na direção transversal ........................................... 50 22 Módulo de elasticidade à flexão estática na direção transversal ........................ 50 23 Propriedades físicas e mecânicas de compensados, reportados em códigos normativos nacionais ......................................................................................... 52 24 Resistência da colagem ao esforço de cisalhamento condição de imersão em água fria ......................................................................................................... 52 25 Resistência da colagem ao esforço de cisalhamento condição de imersão em água quente 6h ............................................................................................... 53 26 Resistência da colagem ao esforço de cisalhamento condição de imersão em água quente 4x4h ........................................................................................... 53 27 Requisitos de colagem (valores médios) ............................................................ 54 28 Recuperação da espessura dos painéis compensados .................................... 55 29 Inchamento mais recuperação da espessura dos painéis compensados ......... 55 IX LISTA DE FIGURAS Página 1 Espécie. (a) Plantio de seringueira Macaubal – SP; (b) perspectiva do fuste . 18 2 Etapas de processo. (a) plantio de seringueira, determinação do fuste - 2,40 m; (b) marcação de 1,30 (DAP) da tora; (c) posicionamento dos corpos de prova na direção radial do disco; (d) dimensões dos corpos de prova ........... 19 3 Laminação das toras: (a) torno industrial; (b) bobina, tora desenrolada ....... 20 4 Desenho esquemático das variáveis. D1: diâmetro maior da tora com casca; D2: diâmetro menor da tora com casca; Ct: comprimento da tora; Da: diâmetro da tora após arredondamento; Dr: diâmetro do rolo resto ............... 21 5 Obtenção das lâminas. (a) bobina com manto de lâmina; (b) guilhotinagem e marcação das lâminas; (c) medições largura e comprimento; (d) secagem das lâminas em secador industrial .................................................................. 23 6 Ensaios não destrutivos nas lâminas. (a) lâminas secas; (b) medições de largura e comprimento; (c) medições de espessura; (d) obtenção do peso das lâminas; (e) pendulo do clip gage; (f) equipamento de ondas de tensão (Stress Wave Timer) ............................................................................. .......... 25 7 Fabricação de painéis compensados; (a) corte das lâminas transversais; (b) aplicação de cola nas lâminas; (c) montagem do painel; (d) pré-prensagem a frio; (e) prensagem a prensa quente; (f) saída dos painéis da prensa ........... 27 8 Plano de corte adotado para obtenção dos corpos de prova de um painel ...... 29 9 Ensaio de flexão estática em relação ao eixo de menor inércia ...................... 30 10 Ensaio de resistência da colagem ao esforço de cisalhamento. a) aspecto da maquina MCIS; b) momento de cisalhamento ............................................... 30 11 Ensaio de absorção de água. a) corpos de prova; b) medição da espessura com micrômetro .............................................................................................. . 31 12 Variação radial da densidade básica da madeira nos raios R1 e R2 - árvores 1 a 3 ............................................................................................................ 34 13 Variação radial da densidade básica da madeira nos raios R1 e R2 - árvores 4 a 6 ................................................................................................................ 35 X Página 14 Variação dos volumes médios no processo de laminação .............................. 37 15 Distribuição da freqüência do módulo de elasticidade dinâmico (Ed) das lâminas ........................................................................................................... 43 1 RESUMO A cultura da seringueira está se firmando como uma atividade lucrativa e sustentável, apresentando um expressivo crescimento em suas áreas de plantio no Brasil. Estabelecidos com o objetivo principal de produção do látex, os seringais apresentam, ao final desse ciclo, boas perspectivas como fornecedores de matéria-prima para o segmento de produtos de madeira sólida. Estudos já realizados mostraram a viabilidade técnica de laminação (a quente e também a frio) de toras de Hevea brasiliensis, para a produção de compensados, como opção de aproveitamento com maior valor agregado dessa madeira. Este trabalho teve como objetivo principal avaliar o desempenho físico-mecânico de painéis compensados de Hevea brasiliensis (clone RRIM 600) confeccionados com lâminas classificadas pelo método não destrutivo das ondas de tensão em classes de desempenho mecânico (baixo, médio e alto módulo de elasticidade dinâmico relativos). As avaliações foram realizadas em painéis compensados confeccionados com lâminas de 2,3 mm de espessura, produzidos na Indústria de Compensados Caribea Ltda. localizada no município de São Manuel, São Paulo - Brasil. Com os mesmos equipamentos e variáveis gerais do processo de fabricação dos compensados foram confeccionados três painéis compensados de nove lâminas para cada um dos cinco arranjos assim definidos: T1 – homogêneo baixo (painéis produzidos somente com lâminas de baixo módulo de elasticidade dinâmico); T2 – combinado baixo (painéis produzidos com lâminas de alto módulo de elasticidade dinâmico na face e contra-face e baixo módulo de elasticidade dinâmico no miolo); T3 - alternado (painéis produzidos com lâminas alternadas de alto e baixo módulo de elasticidade); T4 – homogêneo médio (painéis produzidos somente com lâminas 2 com médio módulo de elasticidade dinâmico), T5 – combinado médio (painéis produzidos com lâminas de alto módulo de elasticidade dinâmico na face e contra-face e médio módulo de elasticidade dinâmico no miolo). O desempenho físico-mecânico dos painéis foi avaliado por meio de ensaios de flexão estática, resistência da colagem ao esforço de cisalhamento, teor de umidade, absorção de água e inchamento em espessura e densidade, realizados em corpos de prova amostrados dos painéis, seguindo-se as recomendações das normas da ABNT para painéis de madeira compensada. Considerando-se que todos os arranjos estudados revelaram bom desempenho físico-mecânico, pode-se afirmar que os equipamentos e variáveis adotados foram adequados para a fabricação dos compensados de seringueira. O rendimento médio de laminação foi de 39,9%, quando considerados o volume das lâminas verdes em relação ao das toras com casca, e de 44,9%, quando considerado o volume das toras sem casca; as perdas no processo de laminação foram compatíveis com aquelas rotineiramente observadas na indústria de compensados. Foi possível separar as lâminas de diferentes classes de módulo de elasticidade com uso de ensaios não-destrutivos de ondas de tensão obtendo valores do módulo de elasticidade que variaram de 4887 MPa a 13010 MPa. O uso de lâminas classificadas de seringueira influenciou de forma significativa a resistência à flexão longitudinal dos compensados. A densidade aparente dos painéis compensados variou de 723 kg/m3 a 815 kg/m3. A resistência da colagem ao esforço de cisalhamento atingiu valores superiores a 2,0 MPa, habilitando os painéis para uso interior – IR, uso intermediário – IM e uso externo – EX, de acordo com o projeto NBR 31:000.05-001/1 (ABNT, 2004). Resultados indicaram, ainda, que a espécie de Hevea brasiliensis tem grande potencial para a produção em escala industrial destes painéis para uso geral – GER, uso industrial – IND, e para forma de concreto – FOR. ________________________ Palavras-chave: Hevea brasiliensis, painéis compensados, desempenho físico-mecânico, classificação de lâminas, módulo de elasticidade dinâmico 3 INFLUENCE OF VENEERS QUALITY ON PHYSICAL AND MECHANICAL PERFORMANCE OF PLYWOOD OF Hevea brasiliensis. Botucatu, 2011. 102p. Dissertação (Mestrado em Ciência Florestal) – Faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade Estadual Paulista. Author: JAVIER FARAGO ESCOBAR Advisers: ADRIANO WAGNER BALLARIN HERNANDO ALFONSO LARA PALMA SUMMARY The cultivation of rubber tree has been settled in as a profitable and sustainable activity, with a significant growth in planted areas in Brazil. Established with the main objective of production of latex, rubber tree plantations have, at the end of this cycle, good prospects as suppliers of raw material for the segment of solid wood products. Previous studies have shown the technical viability for log lamination (hot and cold processes) of Hevea brasiliensis, for plywood production, as an option of higher added value product. This study evaluated physical and mechanical performance of plywood of Hevea brasiliensis (clone RRIM 600) made with graded veneers (stress wave method) in stiffness classes (low, medium and high dynamic modulus of elasticity). Mechanical evaluations were conducted on plywood made with nine 2.3mm thick veneers, produced in the Indústria de Compensados Caribea Ltda, in São Manuel, São Paulo - Brazil. Plywood were made using the same equipment and general variables of the manufacturing process adopted by this industry, considering five arrangements: T1 – homogeneous low (plywood produced with only low dynamic modulus of elasticity veneers); T2 – combined low (plywood produced with high dynamic modulus of elasticity veneers in the face and back and low dynamic modulus of elasticity veneers in the inner); T3 – alternate (plywood produced with alternated quality veneers - high and low modulus of elasticity); T4 – homogeneous medium (plywood produced with only medium dynamic modulus of elasticity veneers); T5 – combined medium (plywood produced with high dynamic modulus of elasticity veneers in the face and back and medium dynamic modulus of 4 elasticity veneers in the inner). Physical and mechanical performance of plywood was evaluated by static bending, bond strength in shear (by tension load), moisture content, water absorption, thickness swelling and density tests, performed using the ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas – standards for plywood. Considering that all arrangements studied showed very good physical and mechanical performance, major conclusion is that the equipment and variables used were appropriate for rubber wood plywood manufacture. The average lamination yield was 39.9%, when considering the volume of green veneers in relation to the logs with bark, and 44.9% when considering logs without bark; losses in the lamination process were compatible with those routinely observed in the plywood industry. It was possible to grade veneers in distinct modulus of elasticity classes using non-destructive stress wave method, resulting modulus of elasticity ranging from 4,887 MPa to 13,010 MPa. The use of mechanically graded veneers significantly influenced the longitudinal bending strength of plywood. The density of plywood panels ranged from 723 kg/ m3 to 815 kg/ m3. The bond strength to the shear stress reached values greater than 2.0 MPa, qualifying plywood panels for indoor use – IR, intermediate use – IM, and external use – EX, according to the standard project 31:000.05-001/1 (ABNT, 2004). Results also indicated that rubber wood has great potential for industrial production of plywood for general use – GER, industrial use – IND, and to form concrete – FOR. ________________________ Keywords: Hevea brasiliensis, plywood, classification of veneers, physical mechanical performance, dynamic modulus of elasticity. 5 1. INTRODUÇÃO A cultura da seringueira, enfrentando inúmeros desafios, está se firmando como uma atividade lucrativa e sustentável, apresentando um expressivo crescimento em suas áreas de plantio. Estabelecidos com o objetivo principal de produção do látex, classificado como um produto florestal não madeireiro, os seringais apresentam boas perspectivas como fornecedores de matéria-prima para o segmento de produtos de madeira sólida. Dentre os painéis a base de madeira destaca-se o painel compensado que representa atualmente uma tecnologia na utilização racional da madeira proveniente de florestas plantadas, especificamente para usos estruturais como elementos de sustentação e, também, em aplicações não-estruturais como componentes de mobiliário, pisos ou elementos onde seja necessária a utilização na forma e dimensões de painéis. O crescimento percentual de painéis compensados no mercado mundial é muito significativo com um acréscimo de 2,5% ao ano (SBS 2007), tendo nos últimos anos, triplicado seu consumo nos Estados Unidos e duplicado na Europa. O painel compensado substitui alguns produtos de madeira serrada, como também divide espaço comercial com aglomerados, MDF e o compensado convencional. Essa opção poderia ser uma alternativa ao uso desse material, já que ele tem sido empregado quase que exclusivamente como madeira serrada, que é obtida de plantios mais velhos (25 a 30 anos) onde a exploração do látex já não se mostra economicamente viável. 6 Do ponto de vista tecnológico, a maioria dos produtos laminados de madeira reflete, de certa maneira, as propriedades das espécies das quais foram manufaturados. No caso da madeira de seringueira, estas relações entre propriedades da matéria-prima e produto final tem sido objetivo de várias pesquisas no exterior. Na literatura nacional, na atualidade, não há trabalhos relatando o desempenho físico-mecânico da madeira do gênero Hevea, e sua influencia nas propriedades de produtos laminados, sendo este um fator limitante no uso desta madeira na confecção de compensados, O conhecimento das propriedades básicas (físicas e mecânicas) de painéis compensados confeccionados com madeira de seringueira faz-se indispensável na caracterização deste produto, visando principalmente garantir subsídios a futuros usuários, para seu emprego correto em diferentes soluções estruturais e não estruturais. Estudos pioneiros no Brasil realizados pelos laboratórios de Qualidade de Painéis de Madeira e de Ensaios de Materiais da FCA-UNESP-Botucatu, junto à empresa de compensados Caribea S.A de São Manuel, estado de São Paulo, mostraram a viabilidade técnica de laminação de toras de Hevea brasiliensis, para a produção de compensados. Este trabalho teve como objetivo principal a avaliação do desempenho físico-mecânico de painéis compensados confeccionados com madeira de Hevea brasiliensis (clone RRIM 600), fabricados a partir de cinco tipos de arranjos de lâminas previamente selecionadas com base no módulo de elasticidade dinâmico (Ed). 7 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1. Madeira e produtos à base de madeira Do ponto de vista da tecnologia dos produtos florestais e em uma análise bastante simplificada e didática, pode-se dizer que a madeira vivencia hoje uma terceira geração na evolução de seus produtos. A primeira geração é composta dos produtos de madeira roliça (round timber), com processamento elementar, consistindo basicamente de uma segmentação (eventual) do fuste da árvore, ao longo de seu comprimento. A segunda geração compreende os produtos de madeira serrada, eventualmente aplainada e classificada, da qual fazem parte os pranchões, pranchas, colunas, vigas, tábuas, caibros, ripas, entre outros. A terceira geração compreende uma grande variedade de produtos florestais à base de madeira reconstituída que passaram em maior ou menor grau, por um processo industrial. Nesse processo, a madeira é reduzida a frações ou componentes mais elementares ou convenientes, que são re-associados de maneira mais favorável, formando novos produtos. Dos produtos à base de madeira enquadrados como de terceira geração, o mercado brasileiro tem disponíveis painéis estruturais (compensado e OSB) e os painéis não-estruturais (MDF, chapas duras e aglomeradas, atualmente denominadas MDP – Medium Density Particleboard). 8 2.2. Compensado – histórico definição e classificação O termo "compensado" foi introduzido pela primeira vez na terminologia industrial durante a primeira guerra mundial. Até esta data, os produtos deste tipo eram chamados de folheados (PLYWOOD PIONEERS ASSOCIATION, 2008). O progresso tecnológico da laminação surgiu mesmo com o desenvolvimento do torno desfolhador pela metade do século XIX. A primeira patente conhecida data de 1840 nos Estados Unidos da América e a segunda, de 1844 na França. Mas, o compensado começou a ser fabricado comercialmente no início do século XX, nos Estados Unidos, a partir da espécie Douglas fir (BALDWIN, 1981). No Brasil, os compensados foram introduzidos por volta de 1928 e 1945 nos estados de São Paulo e Paraná. O produto tem múltiplas aplicações na construção civil, na indústria moveleira e no mercado de embalagens. Particularmente para a construção civil o compensado é utilizado por sua qualidade superior e resistência à umidade (fôrmas de concreto), representando um produto de maior valor agregado em relação à tradicional madeira serrada, extensivamente comercializada no Brasil. Atualmente grande número de indústrias atende à demanda nacional deste produto. A designação do uso final do compensado é função da espécie, da qualidade das lâminas, do arranjo, e do tipo de adesivo usado na fabricação da chapa. Segundo Forest Products Laboratory (1999) os compensados podem classificar-se em dois grandes grupos: compensados industriais, construção e compensados decorativos de folhosas. De uma forma geral, os compensados do primeiro grupo são usados quando características de resistência e rigidez são desejadas no produto final, e as do segundo grupo, quando a aparência é mais importante que a resistência. Os adesivos utilizados na confecção destes dois grupos de compensados são diferentes e específicos para se obter um melhor desempenho quanto ao local de utilização. Assim, os compensados são classificados também pela sua capacidade à exposição à umidade em dois tipos: exterior e interior. O primeiro é conhecido como "a prova de água", por ser o adesivo insolúvel em água, e o segundo é "resistente à umidade", sendo o adesivo resistente à umidade do ar, mas não a água. Os painéis compensados de madeira podem também ser classificados como de uso geral, industrial, decorativo e estrutural/naval, em função do tipo de adesivo e 9 lâminas utilizadas na sua composição. O compensado estrutural/naval caracteriza-se pela utilização de lâminas finas em grande número de camadas com colagem à base de resina fenol-formaldeído, o que confere aos painéis alta resistência mecânica e resistência à umidade (BALDWIN, 1975; SELLERS, 1985; TSOUMIS, 1991). As lâminas para a confecção de compensados são produzidas pela ação de corte através de facas específicas, em peças variando de 0,13 mm a 6,0 mm em espessura. O corte para obtenção de lâminas pode ser executado por faqueamento num sentido tangencial-radial, ou por corte rotatório na direção tangencial fazendo a tora girar em torno do seu eixo contra uma faca fixa. 2.3. Propriedades da laminação cruzada Em contraste com a madeira laminada, no compensado as lâminas são alinhadas de acordo com uma disposição pré-determinada, de forma a se obter uma equivalência das propriedades elásticas e de resistência nas direções principais da chapa. A construção de um painel compensado pela laminação cruzada e sua colagem capitalizam as mais desejáveis propriedades físicas e mecânicas da madeira (SUCHSLAND, 1972). Segundo Suchsland (1972), Bodig e Jayne (1993) e Keinert (1984), a construção em laminação cruzada, provendo grã longitudinal, tanto no sentido do comprimento como da largura do compensado, também prove resistência à flexão e rigidez nos dois sentidos e uma equalização nas características de expansão do compensado causada pela higroscopicidade da madeira. Para se obter estes resultados, teoricamente todo compensado deve apresentar simetria estrutural em relação ao plano central. Assim, as lâminas de cada lado do plano de simetria, eqüidistantes do centro, devem ter as mesmas propriedades físicas, mesma espessura e direção da grã. A existência do plano de simetria na camada ou lâmina central implica na existência de um número ímpar de camadas. Este tipo de compensado é denominado balanceado. (BODIG; JAYNE, 1993). O exemplo mais simples de compensado balanceado é aquele composto por um número ímpar de camadas da mesma espécie e da mesma espessura. No entanto, o balanceamento pode ser conseguido utilizando-se lâminas de espécies diferentes. 10 Para isto, as lâminas correspondentes de cada lado do plano de simetria devem ter propriedades físicas equivalentes. A montagem do compensado balanceado a partir de espécies com diferentes coeficientes de inchamento requer um controle preciso do processo de fabricação. Para manter o balanceamento, a espessura das lâminas deve ser ajustada para compensar o inchamento diferencial (SUCHSLAND, 1972). 2.4. A Hevea brasiliensis – histórico, definição e produção A seringueira é pertencente ao gênero Hevea, da família Euphorbiaceae, que possui a Hevea brasiliensis (Willd. ex Adr. de Juss.) Muell.-Arg. Como a espécie mais importante do gênero (GONÇALVES et al., 2011). É uma planta de ciclo perene, de origem tropical amazônica, cultivada e utilizada de modo extrativo, com a finalidade de produção de borracha natural (CAMPELO JÚNIOR, 2000). A partir da saída de seu habitat passou a ser cultivada em grandes monocultivos, principalmente nos países asiáticos. No Brasil, seu cultivo obteve grande sucesso nas Regiões Sudeste, Centro-Oeste, na Bahia e mais recentemente no oeste do Paraná (MARINHO, 2008). Tradicionalmente, a seringueira tem sido cultivada na região equatorial, entretanto, em conseqüência das dificuldades de produção nessas regiões e do aumento da demanda da borracha natural, várias regiões do mundo, fora da zona convencional, iniciaram o seu cultivo (CENTURION et al., 2005). A seringueira leva em média oito anos para começar a fornecer o látex. Depois de adulta, a árvore mantém-se produtiva por um período de 25 a 30 anos, aproximadamente, após este ciclo às árvores são abatidas para reformulação do plantio, no estado de São Paulo, chegam a apresentar um diâmetro de 30 a 35 cm na região do DAP, podendo ser aptas para o corte, aproximadamente, 200 árvores/hectare, com uma produção de até 1 m³ de madeira por árvore (IAC, 2010). Segundo Pushpadas et al. (1980) as árvores de plantações no final da sua vida produtiva apresentam um diâmetro médio 30 a 35 cm na região do DAP, sendo aptas para corte aproximadamente 184 árvores/hectare. O autor afirma ainda, que de uma árvore pode-se obter 0,62 m3 provenientes do tronco e cerca de 0,39 m3 provenientes dos ramos laterais, totalizando 1,10 m3/árvore. 11 Graças às suas propriedades especiais, a borracha natural, produzida a partir do látex, é utilizada na fabricação de aproximadamente 50 mil produtos, como pneus, preservativos, materiais cirúrgicos, fios, tecidos, adesivos e luvas descartáveis, etc. Perto de 70% da produção mundial é destinada à fabricação de pneus. A produção mundial de borracha natural em 2008 foi de 9.9 milhões de toneladas, para um consumo de 9.5 milhões de toneladas do qual mais de 78 é originária do Sudeste Asiático. Os três maiores produtores mundiais são, respectivamente, Tailândia, Indonésia e Malásia, nesse mesmo ano, o Brasil produziu pouco mais de 128 mil toneladas que implica 1,15% da produção mundial (ABRAF, 2010). Entretanto segundo a APABOR estima-se que na última década o Brasil tenha desembolsado cerca de US$ 1 bilhão com a compra de borracha natural estrangeira. Do total de borracha natural produzida no Brasil os seringais paulistas participaram com 53%, evidenciando a crescente importância no suprimento de borracha para a indústria nacional, conferindo ao Estado de São Paulo a condição de primeiro produtor de borracha natural do Brasil (IAC, 2010). A área total com plantações de seringueira nos principais países produtores é de aproximadamente 9,0 milhões de hectares, e mais de 80% desta área estão localizadas no Sudeste asiático, e deste total três países (Indonésia, Tailândia e Malásia) representam 80% da área total de plantações com seringueira (YOUKE, 2OO8; SHIGEMATSU et al., 2010) Na África as áreas das plantações de seringueira são de 545 mil hectares, aproximadamente, significando 4,3% da produção mundial de borracha. Na América Latina as plantações alcançam 270 mil hectares, aproximadamente, cuja produção de borracha é de 2,1% da oferta mundial. A maior área encontra-se no Brasil com 150 mil hectares (IRSG, 2007 citado por GAMEIRO; GAMEIRO, 2008). Da área plantada com seringueiras no Brasil, o estado de São Paulo lidera em área plantada com 70 mil hectares, seguido pelo estado do Mato Grosso, com quase 33% da área plantada, Bahia com 17%, Espírito Santo com 6%, Goiás com 3%, Minas Gerais 2%, e outros estados com 6%, num total de 137 mil hectares em produção (SBS, 2007; KRONKA, 2009). 12 A SBS (2007) e a Associação Paulista de Produtores e Beneficiadores de Borracha (APABOR) estabeleceram um plano de expansão da heveicultura no estado de São Paulo para atingir 250 mil hectares em 15 anos, a partir de 2005. O plano se baseia na previsão de uma taxa de 3% ao ano no crescimento do consumo de borracha, o que projeta consumo nacional de 534 mil toneladas para 2030. Os objetivos do plano são atingir 70% do consumo nacional de borracha natural, reduzir as importações desta matéria-prima e aumentar a renda agrícola. Neste sentido e como conseqüência da ampliação futura das áreas de plantios da seringueira no país, haverá uma expressiva oferta de madeira desta matéria-prima, ao final de sua rotação. 2.5. Potencial tecnológico da madeira de Hevea brasiliensis As plantações de Hevea brasiliensis embora estabelecido com o objetivo principal de produção do látex classificado como um produto florestal não-madeireiro apresenta boas perspectivas como fornecedoras de matéria-prima para o segmento de produtos de madeira sólida (MONTEIRO et al., 2006). Diversos autores citaram o uso dessa matéria- prima para diferentes finalidades, destacando os móveis para múltiplos usos, forros e escadas. Segundo Toledo (2002) a possibilidade do uso de madeira de seringal a ser reformado traz uma perspectiva de receita na hora de derrubada das árvores e preparo do terreno para novo investimento, via de regra uma decisão difícil para o produtor pelo custo significativo. De fato, a madeira de seringueira tem se tornado uma fonte importante de renda após a exploração do látex da cultura (25 a 30 anos), principalmente na Malásia, onde 70% da madeira utilizada vêm da seringueira, a qual é comercializada para o Japão para produção de móveis (MAY; GONÇALVES, 2008). Segundo Dhamodaram (2008), a produção potencial de toras de seringueira para fins industriais atingirá no período de 2016 a 2021, aproximadamente 52 milhões de m3, em relação à produção atual (45 milhões de m3) e desse total somente 14 milhões de m3 serão destinados para a produção de madeira serrada e compensados. Segundo este mesmo autor, as toras com diâmetro mínimo de 15 cm são destinadas as serrarias e indústrias de compensados, e as toras com diâmetros inferior (entre 5 e 15 cm) são destinadas para energia. 13 Normalmente a madeira recém serrada apresenta uma coloração clara do branco ao creme e às vezes com um tom rosáceo e tende a amarelar quando é submetida à secagem. Não apresenta diferenciação entre cerne e alburno. A densidade básica da madeira de Hevea brasiliensis, de modo geral se encontra entre 560 kg/m³ e 650 kg/m³ segundo Haridasan (1989), Matan e Kyokong (2003) e Balsiger et al. (2000). O teor de umidade da madeira recém-cortada é de aproximadamente 60 a 80% (KILLMANN; HONG, 2000) A madeira apresenta boas características de trabalhabilidade (serrado, furação, torneado, pregado e colagem), no entanto o látex que permanece na madeira pode empastar os dentes das serras e forçar o corte. Também a madeira de seringueira pode ser curvada facilmente com o uso de vapor e pode ser tingida com facilidade. A madeira de seringueira apresenta alta susceptibilidade ao ataque de fungos e insetos (besouros e cupins), devido à ausência de extrativos na madeira e a um alto teor de amido (7,5 a 10,2%) e açúcares livres (1,0 a 2,3%) necessitando, portanto, de um tratamento profilático logo após o corte, em um período menor que 24 horas (MILINGLIANG; ZHIJUAN, 2008). Okino et al. (2000) mostraram que a madeira de Hevea brasiliensis é viável para fabricação de chapas de partículas, uma vez que as chapas apresentaram valores de propriedades muito acima dos exigidos pelas normas DIN 68761 e ANSI A208.1-93. O látex existente nas árvores não influenciou a fabricação das chapas, assim como os tipos de clones estudados. Santana et al. (2001), citando Hoi (1994) comentaram que não faz muito tempo que o uso da madeira de Hevea restringia-se exclusivamente a lenha e carvão. Segundo os mesmos autores, a mudança definitiva nessa tradição ocorreu durante as décadas de 70 e 80, graças a um trabalho concentrado de pesquisa e desenvolvido por diversos países asiáticos, como a Tailândia, Sri Lanka, Índia e principalmente a Malásia. Esses países desenvolveram e tornaram disponível a tecnologia da utilização dessa madeira em serrados em geral e diversos produtos engenheirados, como os painéis MDF e compensados (MAY; GONÇALVES, 1999). Segundo Santana et al., (2001), citado Ahnad (s.d.) a Malásia exportou, em 1994, US$ 940 milhões em produtos fabricados com madeira de Hevea. 14 No Brasil a madeira de H. brasiliensis obtida no final do seu ciclo produtivo de látex é utilizada, tradicionalmente e de forma quase exclusiva para fins energéticos. (MAY e GONÇALVES, 1999; OKINO et al, 2004; IAPAR, 2004) Afirmaram, entretanto que a madeira de seringueira pode ser utilizada como combustível, celulose, na industria de móveis, na fabricação de portas, janelas, formas para concreto armado, vigas, colunas, painéis de madeira compensada, energia (galhos), fabricação de tabuados, forros, caixotaria e painéis de cimento-madeira. Estudos recentes realizados no Laboratório de Ensaio de Materiais da FCA - Faculdade de Ciências Agronômicas – UNESP – Botucatu revelaram o potencial tecnológico da madeira de seringueira. Segundo Eufrade Júnior. et al., (2011) a madeira de seringueira teve bons resultados mecânicos, sendo enquadrada na classe de resistência C40, entre as classes de resistência definidas pela NBR 7190, da ABNT (1997) para as dicotiledôneas. O autor afirmou ainda, que a madeira de seringueira do clone RRIM600 tem indicação de uso para construção civil leve interna estrutural (como ripas); de utilidade geral (como forros, guarnições, rodapés); de uso temporário (como andaimes e formas para concreto); em esquadrias, além de outros usos (como compensados, assoalhos domésticos, móveis), apresentando densidade aparente próxima às de espécies utilizadas para estas finalidades (Tabela 1). Tabela 1. Comparação de densidades médias aparentes ( 12) de várias madeiras Nome popular e científico 12 (kg/m3) Cupiúba (Goupia glabra) 838 Casca grossa (Vochysia spp) 801 Angelim pedra (Hymenolobium petraeum) 694 Seringueira – Clone RRIM600 (H. brasiliensis) 678 Eucalipto grandis (Eucalyptus grandis) 640 Pinus elliotti (Pinus elliotti var. elliotti) 560 Cedrinho (Erisma uncinatum) 544 Fonte: Eufrade Jr. (2011) 15 2.6. Clones de Seringueira Melhoristas têm tentado formular novas estratégias com o intuito de incrementar cada vez mais a produtividade do seringal, empregando um conjunto de métodos (GONÇALVES et al., 2002). No Estado de São Paulo são utilizados os clones RRIM600, RRIM701, GT1, PB235, PR107, IAN873, Fx2261, Fx3844 e Fx3864 de forma mais comercial (GONÇALVES et al., 1991), sendo, para essa razão, os mais encontrados em plantações por todo o estado. Segundo Gonçalves (1999), os objetivos do melhoramento da seringueira variam de acordo com as necessidades especificas de cada região, local ou pais. Entre as características desejáveis estão à alta produção nas primeiras sangrias, crescimento satisfatório antes e após entrar em produção, boa resposta a estimulação, boa resposta à baixa intensidade de sangria, resistência ao mal das folhas, resistência a antracnose, resistência a quebra por vento e uniformidade do látex. O clone RRIM600 é o mais plantado na região do planalto do estado de São Paulo, por apresentar bom desempenho no que tange à produção e vigor, estando amplamente disseminado, com presença em mais de 80% dos seringais paulistas. Está entre os mais produtivos, podendo chegar a uma média de produção nos primeiros cinco anos de sangria de 1.540 kg/ha/ano (GONÇALVES, 2002), é considerado suscetível ao vento, a copa é estreita e a folhagem esparsa, apresentando folhas pequenas verde-claras. O vigor, se comparando antes e após a entrada em sangria, é considerado médio. A casca, por ser fina, torna-o um pouco delicado à prática de sangria; em compensação, a renovação é boa. A alta produção é seu ponto de destaque. (GONÇALVES et al., 2001). 2.7. Técnicas de avaliação não destrutiva de propriedades de madeira As pesquisas pioneiras sobre a aplicabilidade de ensaios não destrutivos na inferência de propriedades físicas e mecânicas da madeira foram realizadas na década de 50, nos Estados Unidos. Os ensaios não destrutivos apresentam como principais vantagens em relação aos ensaios destrutivos convencionais a rapidez, praticidade e o 16 aproveitamento do material após os testes, que podem ser aplicados tanto na árvore “em pé”, quanto em madeira serrada ou lâminas de diferentes geometrias e tamanhos. A calibração dos resultados indiretos obtidos - normalmente velocidades de propagação das ondas ou freqüências de vibração, nos casos mais simples – aliada à busca da extrapolação das práticas laboratoriais para as situações reais, em linhas de produção nas indústrias, têm sido a tônica da pesquisas desenvolvidas pelos principais centros de estudo (BALLARIN, 2007) As hipóteses fundamentais para ensaios não destrutivos em madeira foram estabelecidas por Jayne (1959). Em seu trabalho, ele propôs que as propriedades de conservação e dissipação de energia da madeira, que podem ser mensuradas por métodos de ensaios não destrutivos, são controladas pelos mesmos mecanismos que determinam o comportamento estático estrutural do material. Consequentemente podem ser estabelecidas relações matemáticas entre essas propriedades (conservação e dissipação de energia) e a resistência e elasticidade da madeira. Os principais métodos não destrutivos estudados no Laboratório de Ensaio de Materiais da FCA - Faculdade de Ciências Agronômicas – UNESP – Botucatu, são a avaliação de dureza com uso de equipamentos portáteis, o método das ondas de tensão, o método de ultra-som e o método da vibração transversal. No método das ondas de tensão, internacionalmente referido como “stress wave method”, uma onda é induzida numa das extremidades ou face do material, através de um impacto. Essa onda se propaga pelo material, sendo as características principais dessa transmissão a velocidade e a atenuação, parâmetros intrínsecos do meio. O método de ensaio fundamenta-se, de forma simplificada, na teoria de propagação unidimensional das ondas para uma barra homogênea e elástica. Hearmon (1966) desenvolveu o equacionamento teórico da propagação da onda na vibração longitudinal. Resumidamente, pode-se expressar o módulo de elasticidade dinâmico Ed. como: apard vE .2 (1) 17 onde: Ed - módulo de elasticidade dinâmico; v - velocidade de propagação da onda de tensão; ρapar - densidade (aparente) do material. Embora todo esse equacionamento tenha sido embasado na teoria de propagação de ondas unidirecionais em meio homogêneo e elástico, e facilmente se constate que a madeira não é um material homogêneo nem tampouco isotrópico, diversos pesquisadores encontraram bons resultados com uso dessa teoria simplificada (KAISERLIK; PELLERIN, 1977, GERHARDS, 1981, 1982, ROSS, 1985, ROSS; PELLERIN, 1994). Matos (1997), avaliando lâminas de Pinus taeda L. pelo ensaio não destrutivo de ondas de tensão, determinou que em média existe diferença significativa do módulo de elasticidade dinâmico em lâminas retiradas da base da tora comparadas com lâminas retiradas de outras posições da tora. O mesmo autor afirma ainda que com o método de determinação do módulo de elasticidade dinâmico é possível realizar a classificação preliminar das lâminas antes da fabricação dos painéis. 18 3. MATERIAIS E MÉTODOS 3.1. Caracterização da espécie estudada Para este estudo foram utilizadas 24 árvores do clone RRIM 600, provenientes de plantios de Hevea brasiliensis, com 30 anos de idade da região de Macaubal - SP (latitude 20° 43' S e longitude 49° 56' O). O plantio ocorreu em 1979 e, desde essa data até o corte final, ocorrido em 2009, às árvores foram utilizadas somente para a obtenção de látex. As toras com comprimento de 2,40 m a partir da base da árvore foram transportadas até a Indústria de Compensados Caribea S.A, localizada em São Manuel-SP, onde foram estocadas em pátios ao tempo por um máximo de uma semana (Figura1). Figura 1 – Espécie. (a) Plantio de seringueira Macaubal – SP; (b) perspectiva do fuste 19 3.2. Variação radial da densidade básica da madeira Esse estudo preliminar teve como objetivo avaliar a eventual existência de diferenciação radial de densidade que pudesse estar associada à juvenilidade da madeira. O ensaio foi realizado pelo método gravimétrico, no Laboratório de Ensaio de Materiais do Departamento de Engenharia Rural, da Faculdade de Ciências Agronômicas – UNESP – Botucatu, seguindo-se a recomendação da NBR 7190 (ABNT, 1997). Para esta avaliação retiraram-se seis árvores aleatoriamente, obtendo um disco de 30 mm de espessura na altura do DAP, do qual foi retirada uma bagueta central, na direção radial, como indicado na (Figura 2-b; c). Para analise foram confeccionados corpos de prova de 30 mm x 15 mm, comprimento x largura (Figura 2-d). Figura 2 – Etapas de processo. (a) plantio de seringueira, determinação do fuste - 2,40 m; (b) marcação de 1,30 (DAP) da tora; (c) posicionamento dos corpos de prova na direção radial do disco; (d) dimensões dos corpos de prova 20 3.3. Laminação da madeira Os procedimentos de coleta de dados para determinação do rendimento de laminação consistiram em medições de (cubagem) das toras com casca após o arredondamento das mesmas antes de serem laminadas, do rolete residual e volume das lâminas obtidas e classificadas. A laminação industrial da madeira foi realizada em torno automático de marca BENATO com comprimento de laminação mínima de 120 cm e diâmetro mínimo das garras de arrasto de 12 cm. Para este estudo foram produzidas lâminas de 2,3 mm, em um processo de laminação a frio, como mostrado na (Figura 3). As lâminas foram posteriormente secas a um teor de umidade média de 6 a 8%. As dimensões nominais das lâminas para este estudo foram de 2380 mm x 1225 mm x 2,3 mm. Figura 3 – Laminação das toras: (a) torno industrial; (b) bobina, tora desenrolada 3.3.1. Rendimento da laminação Os procedimentos de coleta de dados para a (cubagem) das toras com casca, sem casca e após os seus arredondamentos, foi realizado no torno laminador, antes do início e após a produção do manto de laminação. A cubagem das lâminas produzidas inclusive aquelas com dimensões menores que as nominais foram realizadas após o seccionamento do manto nas guilhotinas. Foram realizadas medições da espessura, largura e comprimento de 21 todas as lâminas obtidas para cada tora, no estado úmido e após secagem para determinar volume e rendimento das toras nas duas situações. Lâminas com comprimentos abaixo do valor nominal, não estando danificadas, também foram consideradas no cálculo do rendimento. Nesta fase também foi calculado o volume do rolo resto de cada tora. A Figura 4 apresenta algumas variáveis mensuradas nas toras, para o cômputo dos rendimentos do processo. Figura 4 – Desenho esquemático das variáveis. D1: diâmetro maior da tora com casca; D2: diâmetro menor da tora com casca; Ct: comprimento da tora; Da: diâmetro da tora após arredondamento; Dr: diâmetro do rolo resto Os cálculos dos volumes das toras determinados em cada etapa da laminação foram realizados através das relações (2) a (6). Volume da tora com casca (V1) e sem casca (V2) tcDDV 2 2 2 11 8 (2) tcDDV 2 4 2 32 8 (3) onde: ct - comprimento da tora; D1 - diâmetro maior da tora com casca; D2 - diâmetro menor da tora com casca; D3 - diâmetro maior da tora sem casca; D4 - diâmetro menor da tora sem casca. Volume da tora arredondada (V3) e do rolo resto (V4): 22 ta cDV 2 3 4 (4) tr cDV 2 4 4 (5) onde: Da - diâmetro da tora arredondada; Dr - diâmetro do rolo resto. Volume de madeira laminável verde (V5): V5=V3 – V4 (6) Os rendimentos em cada uma das etapas do processo de laminação foram calculados em percentagens, com base nos volumes das toras com casca, assumidos como 100%. Também foi calculado o rendimento das lâminas em relação ao volume das toras sem casca e arredondadas. As perdas ocorridas em cada uma das etapas do processo de laminação foram calculadas em percentagens por meio da relação da diferença entre os volumes antes e após a execução da etapa considerada com volume da tora com casca. As perdas ocorridas devido às operações de desenrolamento do manto de laminação, guilhotinagem e secagem (contração das lâminas) são denominadas perdas de manuseio e secagem e são calculadas pela diferença entre o volume laminável (V5) e o volume de lâminas secas. 3.3.2. Determinação do comprimento teórico do manto da laminação Após o seccionamento em guilhotinas (Figura 5-a; b), foram realizadas medições da espessura, largura e comprimento de todas as lâminas para cada tora estudada (Figura 5-c), As lâminas foram secas em secador industrial convencional contínuo com fluxo de ar transversal e ventilação forçada paralela as faces das lâminas. A secagem foi realizada a uma temperatura de 150ºC e velocidade de passagem (fluxo) de 0,01 m/s, aproximadamente, como mostrado na (Figura 5-d). 23 Figura 5 – Obtenção das lâminas. (a) bobina com manto de lâmina; (b) guilhotinagem e marcação das lâminas; (c) medições largura e comprimento; (d) secagem das lâminas em secador industrial No processo de guilhotinagem foram seccionadas lâminas com dimensões nominais de 125 cm de largura, e lâminas com dimensões menores e variáveis (aproveitamento). Foi determinado teoricamente o comprimento do manto laminado das toras, pela seguinte relação (TSOUMIS,1991). e DDDD M .4 .. 2121 (7) onde: M - comprimento do manto de laminação; D1 - diâmetro inicial da tora arredondada; D2 - diâmetro do rolete residual; e - espessura da lâmina. 24 Com o uso da equação (7) foi possível avaliar, teoricamente para cada lâmina obtida, a sua posição radial na tora, para posterior estudo da variação radial dos módulos de elasticidade dinâmicos das lâminas. 3.3.3. Classificação de lâminas secas As lâminas secas foram classificadas através de dois métodos: a) Método visual - realizado pela indústria com base no tipo, quantidade e dimensões dos defeitos apresentados nas lâminas, atribuídos através da inspeção visual, conforme estabelecido pela prática industrial, uma vez que não existe norma específica para esta espécie de madeira. b) Método não destrutivo - as lâminas secas e selecionadas visualmente foram classificadas segundo o módulo de elasticidade dinâmico (Ed) obtido pelo método de ondas de tensão, com uso do Stress Wave Timer, modelo Metriguard 238A. A partir da obtenção dos valores individuais do módulo de elasticidade dinâmico (Ed) na direção longitudinal as lâminas foram classificadas em três grupos: baixo, médio e alto módulo de elasticidade. As faixas de valores de cada grupo foram determinadas estatisticamente a partir da função densidade de probabilidade (Figura 15). A medição foi realizada na direção longitudinal, região central das lâminas, posicionando-se os acelerômetros a 1,8 m do centro. O módulo de elasticidade (Ed) foi realizado segundo a relação (1) indicada anteriormente. Após as lâminas classificadas nestes três grupos, foram montados os painéis compensados de acordo a cinco tratamentos pré-estabelecidos. 25 Figura 6 – Ensaios não destrutivos nas lâminas. (a) lâminas secas; (b) medições de largura e comprimento; (c) medições de espessura; (d) obtenção do peso das lâminas; (e) pendulo do clip gage; (f) equipamento de ondas de tensão (Stress Wave Timer) 3.4. Produção e montagem dos painéis compensados Para a produção e montagem dos painéis compensados foram classificadas 432 lâminas inteiras com dimensões nominais de 2400 mm x 1100 mm, das quais e f 26 foram selecionadas para a confecção de painéis compensados, 96 lâminas de baixo valor do MOE, 78 lâminas de médio valor do MOE e 32 lâminas de alto valor do MOE. Os painéis compensados foram fabricados na Indústria de Compensados Caribea S.A. em São Manuel, SP, com dimensões comercias de 2380 mm x 1100 mm x 20,7 mm. As variáveis do processo de fabricação dos compensados foram escolhidas de acordo com as condições industriais vigentes. Assim, o adesivo que utilizado foi à base de resina fenol-formaldeído (CR-7010 da Schenectady Crios S.A.- partes em peso de 100, 10 e 10 para resina, farinha de trigo e água, respectivamente), gramatura da cola de 400 g/m2 por linha dupla de colagem, umidade das lâminas entre 4% e 6%, temperatura de prensagem 130ºC, pressão de prensagem 1,0 MPa. e tempo de prensagem 1 min por milímetro de espessura nominal do painel. Após a prensagem, os painéis foram mantidos durante 10 dias empilhados e distanciados entre si, com uso de separadores em local coberto, para climatização em temperatura ambiente. Os painéis compensados compostos por 9 lâminas de 2,3 mm, foram fabricados atendendo cinco tratamentos, descritos a seguir: T1 – Homogêneo baixo (painéis produzidos somente com lâminas de baixo módulo de elasticidade dinâmico). T2 – Combinado baixo (painéis produzidos com lâminas de alto módulo de elasticidade dinâmico na face e contra-face e baixo módulo de elasticidade dinâmico no miolo). T3 – Alternado (painéis produzidos com lâminas alternadas de alto e baixo módulo de elasticidade dinâmico). T4 – Homogêneo médio (painéis produzidos somente com lâminas com médio módulo de elasticidade dinâmico). T5 – Combinado médio (painéis produzidos com lâminas de alto módulo de elasticidade dinâmico na face e contra-face e médio módulo de elasticidade dinâmico no miolo). 27 Para cada tratamento foram feitas três repetições, perfazendo um total de 15 painéis compensados. A Figura 7 apresenta a seqüência de etapas da fabricação dos painéis compensados. Figura 7 – Fabricação de painéis compensados; (a) corte das lâminas transversais; (b) aplicação de cola nas lâminas; (c) montagem do painel; (d) pré- prensagem a frio; (e) prensagem a prensa quente; (f) saída dos painéis da prensa a b c d e f 28 3.5. Ensaios físico-mecânicos dos painéis compensados A avaliação do desempenho dos painéis compensados foi conduzida com ensaios físicos e mecânicos em corpos de prova retirados dos painéis. Foram realizados ensaios de flexão estática nas direções longitudinal e transversal (determinações do módulo de elasticidade e da resistência), resistência da colagem ao esforço de cisalhamento, massa especifica aparente, umidade, absorção de água e inchamento e recuperação de espessura, seguindo-se as recomendações das normas ABNT para painéis de madeira compensada, conforme indicado na Tabela 2. Foram confeccionados três painéis compensados para cada tratamento, perfazendo um total de 15 painéis. Cada propriedade foi determinada a partir de ensaios em, no mínimo, seis corpos de prova (Tabela 2). A Figura 8 apresenta o plano de corte utilizado para obtenção dos corpos de prova no painel compensado. Na medida do possível, as repetições para cada ensaio foram obtidas amostrando-se corpos de prova igualmente das duas metades do painel. Tabela 2 – Ensaios e normas para painéis compensados da madeira Ensaios Propriedades Repetições por painel Norma Flexão estática (longitudinal e transversal) Mód. elastic. longitud(EM,l) Mód. elastic. longitud (EM,t) Resist. flexão - long.(fM,l) Resist. flexão - transv. (fM,t) 6 6 6 6 NBR 9533 Resistência da colagem ao esforço de cisalhamento Resist – água fria (tr,f) Resist. – água quente (6h) tr,q6 Resist. – água quente (4h x 4h) tr,q4- 12 12 12 NBR ISO 12466-1/-2 Massa especifica aparente Massa espec. aparente (12%) 6 NBR 9485 Umidade Teor de umidade (TU) 6 NBR 9484 Determinação do inchamento Inchamento e recuperação da espessura 6 NBR 9535 Notas: tr,f - resistência da colagem ao esforço de cisalhamento – condição: imersão em água fria; tr,q6 - resistência da colagem ao esforço de cisalhamento – condição: imersão em água quente 6h. tr,q4 - resistência da colagem ao esforço de cisalhamento – condição: imersão em água quente 4hx4h 29 Figura 8 – Plano de corte adotado para obtenção dos corpos de prova de um painel. Todos os ensaios físicos e mecânicos foram realizados no Laboratório de Ensaios de Materiais do Departamento de Engenharia Rural e no Laboratório de Qualidade e Painéis de Madeira do Departamento de Recursos Naturais, ambos da Faculdade de Ciências Agronômicas – UNESP – Botucatu, com os corpos de prova acondicionados à temperatura de 20 ± 3°C e umidade relativa de 65 ± 5%. Os ensaios de flexão estática para determinação das propriedades nas direções longitudinal e transversal do painel foram realizados em corpos de prova com dimensões de 19,2 mm de altura (espessura do painel), 50 mm de largura e 568 mm de comprimento. Os ensaios foram realizados na Máquina Universal de Ensaios DL 30000 MF, eletromecânica e computadorizada, fabricada pela EMIC Equipamentos e Sistemas de Ensaio Ltda, (Figura 9). 1 - Corpo de prova para ensaios de resistência a flexão estática longitudinal 2 - Corpo de prova para ensaios de resistência da colagem ao esforço de cisalhamento 3 - Corpo de prova para ensaios da massa especifica aparente 4 - Corpo de prova para ensaios do teor de umidade 5 - Corpo de prova para ensaios de inchamento 6 - Corpo de prova para ensaios de resistência a flexão estática transversal 30 Figura 9 – Ensaio de flexão estática em relação ao eixo de menor inércia. Para obter a resistência da colagem ao esforço de cisalhamento foram utilizados corpos de prova com dimensões nominais de 150 de comprimento e 25 mm de largura. Esses ensaios foram realizados em máquina para a determinação da resistência a colagem ao esforço de cisalhamento MCIS, eletromecânica, com capacidade 5 kN (500 kgf), fabricada pela EMIC Equipamentos e Sistemas de Ensaio Ltda.(Figura 10). Nesse ensaio, além da resistência, foi também estimada a porcentagem de falha na madeira (FM), seguindo- se a orientação apresentada de forma ilustrada na NBR ISO 12466-1 (2006a), para painéis de madeira compensada. Figura 10 – Ensaio de resistência da colagem ao esforço de cisalhamento. a) aspecto da maquina MCIS; b) momento de cisalhamento. 31 Para o ensaio de inchamento e recuperação da espessura foram avaliados corpos de prova com a espessura nominal dos painéis, 15 mm de largura (assumida como a direção das fibras da lâmina da face) e 60 mm de comprimento (direção oposto, transversal às fibras da lâmina da face). Para cada ensaio Foram produzidos seis corpos de prova por painel, sendo três deles denominados “controle” e os outros três “normal” como observado na (Figura 11). Figura 11 – Ensaio de absorção de água a) corpos de prova; b) medição da espessura com micrômetro. 3.6. Análise estatística Os resultados dos ensaios físico-mecânicos dos painéis foram analisados estatisticamente. Neste trabalho o programa experimental contemplou os painéis considerados dentro de cada tratamento e as repetições dentro dos painéis, considerados como fatores “aninhados” (as repetições aninhadas dentro dos painéis). Assim, adotou-se o delineamento de classificação hierárquica. 32 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 4.1. Variação radial da densidade básica da madeira Na Tabela 3 são apresentadas as dimensões dos raios dos discos retirados do DAP das seis árvores estudadas e as relações entre eles. Na direção radial foram retirados corpos de prova da região central dos dois lados do diâmetro (Raio 1-R1) e (Raio 2- R2). Tabela 3 – Raios e relações entre raios das árvores Raio 1-R1 Raio 2 - R2 (cm) (cm) 1 18,00 16,10 1,12 2 20,10 18,70 1,07 3 16,90 16,70 1,01 4 16,00 14,10 1,13 5 25,20 18,60 1,35 6 18,00 14,70 1,22 Árvore Relação (R1/R2) Na Tabela 4 são apresentados os valores médios, máximos, mínimos, desvio-padrão e coeficiente de variação dos dados de densidade básica mensurados para o R1 e R2 de cada disco estudado. (Apêndice I. - Tabelas A1 a A12). 33 Tabela 4 – Valores da densidade básica para cada um dos raios avaliados R1 R2 R1 R2 R1 R2 R1 R2 R1 R2 R1 R2 Média 542 548 580 584 570 574 561 563 571 585 559 567 Máximo 611 576 607 611 596 597 588 595 602 605 608 587 Mínimo 509 525 517 543 540 528 525 453 478 553 523 547 Desvpad 29,3 17,9 25,7 23,1 18,0 20,1 19,5 46,5 31,3 18,2 23,4 13,0 CV (%) 5,40 3,27 4,42 3,96 3,17 3,51 3,48 8,25 5,48 3,12 4,18 2,29 Medida descritiva Densidade básica (kg/m³) Árvores 1 2 3 4 5 6 Observa-se que os valores médios da densidade básica nas seis árvores variaram de 611 kg/m³ a 453 kg/m³. Os coeficientes de variação observados foram de 2,29% a 8,25%. Santana et al. (2001), estudando diversos clones de Hevea brasiliensis, com idade variando de 40 a 44 anos, obtiveram densidades básicas de 470 kg/m3 (clones AV-1301 e IAN-717) a 510 kg/m3 (clone GT-711). A variação radial da densidade básica das seis árvores estudadas está apresentada nas Figuras 12 e 13. Pode-se observar, ainda, que, embora tenham algumas exceções, no geral a densidade básica ao longo do raio das árvores apresentou um aumento significativo a partir da medula até cerca de 8 a 11 cm do raio, seguido, quase que sistematicamente, de uma diminuição dos valores a partir desse ponto até a casca. Os valores da densidade básica na região próxima à casca foram próximos aos valores da densidade da região da medula e, às vezes, até menores. 34 y = 0.2326x3 + 5.3257x2 + 28.813x + 555.92 R² = 0.6768 y = -0.1022x3 + 1.2925x2 + 2.1065x + 517.54 R² = 0.8051 500 520 540 560 580 600 620 -17 -15 -13 -11 -9 -7 -5 -3 -1 1 3 5 7 9 11 13 15 17 D en si da de (k g/ m ³) Distância radial (cm) Árvore 1 R1 R2 y = 0.0371x3 + 0.2421x2 - 7.5484x + 540.39 R² = 0.6891 y = -0.0146x3 - 0.6133x2 + 14.994x + 528.73 R² = 0.6059 500 520 540 560 580 600 620 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 D en si da de (k g/ m ³) Distância radial (cm) Árvore 2 R1 R2 y = 0.0923x3 + 1.6008x2 + 2.9064x + 549.1 R² = 0.6957 y = -0.2646x3 + 4.8973x2 - 22.501x + 594.49 R² = 0.9084 500 520 540 560 580 600 620 -17 -15 -13 -11 -9 -7 -5 -3 -1 1 3 5 7 9 11 13 15 17 D en si da de (k g/ m ³) Distância radial (cm) Árvore 3 R1 R2 Figura 12 – Variação radial da densidade básica da madeira nos raios R1 e R2 - árvores 1 a 3 35 y = 0.1083x3 + 1.5183x2 + 1.6556x + 547.31 R² = 0.494 y = -0,5139x3 + 7,2848x2 - 22,711x + 579,65 R2 = 0,8435 440 470 500 530 560 590 620 -15 -13 -11 -9 -7 -5 -3 -1 1 3 5 7 9 11 13 15 D en si da de (k g/ m ³) Distância radial (cm) Árvore 4 R1 R2 y = 0.0416x3 + 1.0005x2 + 5.6838x + 588.14 R² = 0.81 y = -0.0078x3 - 0.7888x2 + 14.228x + 543.52 R² = 0.8843 440 470 500 530 560 590 620 -24 -22 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 D en si da de (k g/ m ³) Distância radial (cm) Árvore 5 R1 R2 y = 0.0683x3 + 1.1134x2 - 1.292x + 521.99 R² = 0.6699 y = 0.0694x3 - 1.7141x2 + 14.509x + 529.94 R² = 0.5213 500 520 540 560 580 600 620 -17 -15 -13 -11 -9 -7 -5 -3 -1 1 3 5 7 9 11 13 15 17 D en si da de (k g/ m ³) Distância radial (cm) Árvore 6 R1 R2 Figura 13 – Variação radial da densidade básica da madeira nos raios R1 e R2 - árvores 4 a 6 36 A tendência de aumento inicial da densidade a partir da medula, aqui observada em todas as árvores estudadas, é associada, normalmente, ao período de juvenilidade da madeira (ZOBEL; VAN BUIJTENEN, 1989; ZOBEL; SPRAGUE, 1998). Numa análise geral da variação radial observa-se a ausência de estabilização dos valores de densidade básica, após ser atingido o valor máximo. Assim, pela análise de variação radial de densidade básica, não se pode caracterizar, de forma clara e inequívoca, o início do período de maturidade da madeira, que é normalmente associado a uma estabilização nos valores dessa propriedade. Além disso, as densidades mensuradas no ponto mais externo de observação (o mais próximo à casca) foram sistematicamente baixas, se comparadas com as de seus pontos vizinhos; essa ocorrência poderia, num primeiro momento, ser atribuída às injúrias mais recentes promovidas pelo processo de extração do látex, merecendo, contudo, estudos anatômicos complementares. 4.2. Laminação da madeira 4.2.1. Rendimento da laminação A Tabela 5 apresenta os valores médios das dimensões e dos volumes das 24 toras nas diferentes etapas de laminação e, de forma completa, no Apêndice I, Tabela A37. A Figura 14 apresenta os volumes médios obtidos em cada etapa do processo de laminação. 37 Tabela 5 – Valores médios do diâmetro e volume das toras nas diferentes etapas de laminação DM Da Dr V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 Média 43,30 30,20 11,20 0,370 0,328 0,178 0,025 0,158 0,145 0,134 Máximo 62,00 38,40 16,50 0,738 0,679 0,274 0,053 0,255 0,352 0,231 Mínimo 35,80 19,40 10,00 0,245 0,211 0,075 0,019 0,087 0,057 0,043 desvpad 6,0 4,4 2,0 0,11 0,10 0,05 0,01 0,04 0,06 0,05 C.V (%) 13,85 14,62 17,85 29,61 31,63 28,12 40,96 28,05 42,28 35,33 DM: diâmetro médio das toras com casca; Da: diâmetro médio após arredondamento; Dr: diâmetro rolo resto; V1: volume tora com casca; V2: volume tora sem casca; V3: volume tora arredondada; V4: volume rolo resto; V5: volume de madeira laminável verde; V6: volume de lâminas verdes após guilhotinagem; V7: volume de lâminas secas classificadas. Diametro (cm) Volumes (m3) Medida descritiva Observa-se que o diâmetro médio das 24 árvores amostradas foi de 43,3 cm, com valores mínimos e máximos de 35,8 e 62,0 cm com um coeficiente de variação de 13.85%. 0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 0.350 0.400 1 2 3 4 5 6 7 0.370 0.328 0.178 0.025 0.154 0.145 0.134 Volume (m³) V7 - lâminas secas V2 - tora sem casca V3 - tora arredondada V4 - rolo resto V5 - volume laminável V6 - lâminas verdes V1 - tora com casca V V V V V V V7 - lâminas secas V2 - tora sem casca V3 - tora arredondada V4 - rolo resto V5 - volume laminável V6 - lâminas verdes V1 - tora com casca V V V V V V Figura 14 – Variação dos volumes médios no processo de laminação Na Tabela 6 são apresentados os valores médios dos rendimentos e das perdas obtidas em cada etapa do processo de laminação. 38 Tabela 6 – Valores médios das perdas e rendimentos obtidos em cada etapa do processo de laminação Medida descritiva V2/V1 V3/V1 V4/V1 V5/V1 V6/V1 V7/V1 V6/V2 V7/V2 V7/V3 Média 88,30 49,00 7,00 43,10 39,60 36,60 44,90 41,50 73,60 Máximo 92,00 67,80 15,30 60,30 63,00 56,60 72,90 65,60 85,70 Mínimo 86,10 27,20 2,50 27,90 16,50 15,60 18,70 18,00 47,40 desvpad 1,4 10,3 2,7 8,9 12,5 11,0 14,4 12,7 10,8 C.V (%) 1,60 21,00 38,80 20,73 31,52 30,17 31,99 30,69 14,62 PA PR PM 40,54 6,76 6,49 Rendimento (%) PD: perdas por descascamento; PA: perda por arredondamento; PR: perda com o rolo resto; PM: perda por manuseio e secagem. Perdas (%) PD 11,35 V2/V1: rendimento tora sem casca; V3/V1: rendimento tora arredondada; V4/V1: rendimento rolo resto; V5/V1: rendimento laminável; V6/V1: rendimento lâminas verdes; V7/V1: rendimento de laminação (lâminas secas); V6/V2: rendimento de lâminas verdes em relação à tora sem casca; V7/V2: rendimento de lâminas secas em relação à tora sem casca; V7/V3: rendimento de lâminas secas em relação à tora arredondada. De acordo com os dados da Tabela 6 observa-se que o rendimento médio de laminação obtido neste estudo foi de 36,6%, quando consideradas as lâminas secas, e de 39,6%, quando consideradas as lâminas verdes, em relação às toras com casca. Quando consideradas as toras sem casca o rendimento médio de laminação foi de 41,5% considerando o volume de lâminas secas e de 44,9% quando consideradas as lâminas verdes. Os rendimentos de laminação obtidos neste estudo estão próximos de resultados médios reportados na literatura por vários autores, quando foram utilizadas toras provenientes de florestas plantadas e utilizadas na produção de lâminas para a produção de compensados. Por exemplo, rendimentos em laminação (lâminas verdes) em relação às toras sem casca, foram de 36,0 a 44,0% com espécies do gênero Eucalyptus (Pio, 1996) e 50,0% (Interamnense, 1998). Calculando rendimentos em laminação verde com relação às toras com casca, Brand e Muniz (2003) encontraram valores médios de 46,5% em Pinus taeda; Bonduelle et. al (2006) obteve rendimentos de 48% com de Pinus spp e Bortoletto Júnior (2008) obteve 54,4% com Pinus merkusii. Brand e Muniz (2003) encontraram rendimentos em laminação (lâminas secas) em relação às toras com casca de 40,6%. 39 As perdas oriundas das etapas de descascamento e arredondamento das toras corresponderam, em média, a 11,35% e 40,54% do volume das toras processadas, as quais se constituem as maiores perdas na primeira etapa do processo de laminação. A casca é inerente à espécie, não ao processo de laminação, e os valores observados, para esta espécie, estão dentro dos valores médios das toras de folhosas. As perdas na operação de arredondamento estão relacionadas, em grande parte, à conicidade das árvores, que é mais acentuada nas toras mais próximas da base da árvore. A perda elevada observada neste estudo na operação de arredondamento das toras de seringueira pode estar associada, em partes, à retirada das toras da parte basal das árvores, onde, conforme já comentado, o efeito da conicidade é mais relevante. Devido ao sistema de manejo dessas árvores, elas apresentam uma bifurcação do tronco a partir de 2,40 m de altura, aproximadamente (Figura 2-a). Estas perdas também estão associadas a defeitos naturais que as toras apresentaram antes do processo de laminação, tais como: deformação da parte basal da tora e o tecido de cicatrização por injúrias mecânicas, produzidas na abertura do painel de sangria nas árvores. As perdas relativas ao rolo resto, em torno de 6,76%, estão relacionadas principalmente à qualidade das toras e características do equipamento utilizado para laminação (diâmetro das garras do torno laminador) e, em tese, devem ser pouco variáveis. Neste estudo observaram-se alguns valores de perdas bem superiores (0,053 m3) ao valor médio (0,025 m3). As perdas com o rolo resto podem ser acrescidas por problemas que surgem durante a laminação como, por exemplo, rachaduras acentuadas que levam à interrupção do processo antes de ser atingido o limite do equipamento, o que é mais comum em espécies nativas. A perda média com o manuseio e contração por efeito da secagem das lâminas foi de 6,49%, valor considerado baixo. A operação de guilhotinagem visou à obtenção preferencial de lâminas com as dimensões nominais (lâminas inteiras), mas também lâminas com dimensões inferiores as nominais (lâminas de aproveitamento), com a intenção de obter rendimento máximo em lâminas úteis para a confecção de compensados. As perdas originadas por contração da madeira após o processo de secagem das lâminas foram de 3,0%. 40 4.2.2. Comprimento teórico do manto da laminação Na Tabela 7 são apresentados os valores representativos do comprimento real e do comprimento teórico observada na (Equação 7) do manto de laminação das toras avaliadas. Os valores detalhados, utilizados para a compilação dessa tabela, são apresentados no Apêndice I, Tabelas A13 a A36. Tabela 7 – Comprimentos do manto da laminação Comprimento real Comprimento teórica manto da laminação (cm) manto da laminação (cm) 1 2112,00 2057,88 2 3163,00 3076,68 3 3557,00 3410,13 4 3502,00 3536,65 5 3032,00 2982,60 6 3368,00 3318,48 7 787,00 833,58 8 1487,00 1541,57 9 2844,00 2772,93 10 3680,00 3535,15 11 2088,00 2184,91 12 2647,00 2615,41 13 2350,00 2374,09 14 3391,00 3325,44 15 3427,00 3297,27 16 1802,00 1859,82 17 2176,00 2267,79 18 4693,00 4693,81 19 2514,00 2578,70 20 1885,00 1878,98 21 2258,00 2227,15 22 2495,00 2538,41 23 4344,00 4370,23 24 2354,00 2335,71 Média 2748,17 2733,89 Máximo 4693,00 4693,81 Mínimo 787,00 833,58 Desvpad 905,7 874,2 CV (%) 32,96 31,98 nº de toras 41 Analisando os comprimentos do manto da laminação Tabela 7. Observa-se a expressiva variação das 24 toras estudadas, variando de 787 cm a 4693 cm respectivamente o coeficiente de variação de 32% foi elevado por conta, sobretudo, da variação diamétrica das toras utilizadas, valores com menores extensões estão associadas a menores diâmetros das toras. Observa-se que o valor médio do comprimento real (2748,2 cm) é próximo do valor médio do comprimento teórico (2733,9 cm), avalizando a relação teórica proposta para obtenção do comprimento do manto da laminação. 4.2.3. Classificação das lâminas Nas Tabelas 8, 9 e 10 são apresentados os valores do módulo de elasticidade dinâmico (Ed) obtidos dos ensaios de ondas de tensão na direção longitudinal das lâminas. Os valores individuais dos módulos de elasticidade das lâminas estão apresentados no Apêndice I, Tabelas A38 a A61. Tabela 8 – Módulo de elasticidade dinâmico obtido pelo método de ondas de tensão (Árvore 1 a 8) 1 2 3 4 5 6 7 8 Média 10258 8434 9769 8687 9215 9409 7390 7834 máximo 12263 11022 13010 10771 11223 10628 8838 8532 mínimo 8737 6883 7889 6957 7493 8346 6278 6811 desvpad 1169 1048 1132 984 1070 728 1158 560 CV (%) 11,39 12,42 11,59 11,33 11,61 7,73 15,66 7,15 Medida descritiva Módulo de elasticidade dinâmico - Ed (MPa) Árvores 42 Tabela 9 – Módulo de elasticidade dinâmico obtido pelo método de ondas de tensão (Árvore 9 a16) 9 10 11 12 13 14 15 16 Média 8795 7578 8893 7715 7519 8959 9948 7015 máximo 10164 9609 11108 9022 8736 11493 11181 8524 mínimo 6929 6170 7012 6939 6702 5072 8489 5758 desvpad 780 979 1476 550 448 1579 808 910 CV (%) 8,87 12,92 16,59 7,13 5,96 17,63 8,12 12,97 Medida descritiva Módulo de elasticidade dinâmico - Ed (MPa) Árvores Tabela 10 - Módulo de elasticidade dinâmico obtido pelo método de ondas de tensão (Árvore 17 a 24) 17 18 19 20 21 22 23 24 Média 7503 7693 7293 9430 9199 7405 7987 8702 Máximo 8254 10628 8582 11233 10716 9039 9919 10278 Mínimo 6717 4887 6352 8109 7631 5536 6005 7545 Desvpad 536 1600 718 955 801 1199 992 814 CV (%) 7,14 20,80 9,84 10,13 8,71 16,20 12,41 9,35 Medida descritiva Módulo de elasticidade dinâmico - Ed (MPa) Árvores Pelas Tabelas 8, 9 e 10 observa-se que os módulos de elasticidade dinâmico (Ed) das lâminas variam de 4887 MPa a 13010 MPa. Os coeficientes de variação observados foram de 5,96% a 20,80%. Para a produção dos painéis compensados estão apresentadas as faixas de módulo de elasticidade dinâmico (Ed) com as respectivas freqüências das lâminas nas cinco classes definidas (Tabela 11) das quais foram selecionadas lâminas das classes baixo, médio e alto. 43 Tabela 11 – Classes de Módulo de elasticidade dinâmico (Ed) das lâminas Freqüência (%) Baixo 17,59 X1 22,69 Médio 21,53 X2 30,79 Alto 7,4110979 a 13010 7325 a 8199 8949 a 10978 Classe (Mpa) Faixa de MOEd 4887 a 7323 8200 a 8948 Na Figura 15 é apresentada a distribuição de freqüência do módulo de elasticidade dinâmico (Ed) das lâminas avaliadas. A partir de 32 lâminas de alto módulo de elasticidade dinâmico (Ed), define-se o limite de 10979. A partir da quantidade de lâminas de baixo módulo de elasticidade dinâmico (Ed), define-se o limite 7323. Por fim, com estimativas centradas na mediana, definem-se os limites 8200 a 8948. A classificação obtida desta distribuição em relação aos três grupos estabelecidos para este estudo foi nas faixas de 4887 a 7323 MPa, 8200 a 8900 MPa e 10979 a 13010 MPa, respectivamente. As classes X1 e X2 foram excluídas para evitar contaminação entra as classes escolhidas. 0 10 20 30 40 50 60 48 86 ,5 2 52 92 ,7 0 56 98 ,8 8 61 05 ,0 6 65 11 ,2 4 69 17 ,4 2 73 23 ,6 0 77 29 ,7 8 81 35 ,9 5 85 42 ,1 3 89 48 ,3 1 93 54 ,4 9 97 60 ,6 7 10 16 6, 85 10 57 3, 03 10 97 9, 21 11 38 5, 38 11 79 1, 56 12 19 7, 74 12 60 3, 92 M ai s Fr eq üê nc ia Bloco do MOEd (MPa) Baixo X1 Médio X2 Alto Figura 15 – Distribuição da freqüência do módulo de elasticidade dinâmico (Ed) das lâminas 44 4.3. Arranjo final das lâminas nos painéis compensados Nas Tabelas 12 a 16 são apresentadas os valores dos módulos de elasticidade dinâmicos (Ed) das lâminas que compõem cada arranjo dos painéis compensados dos tratamentos T1 a T5, respectivamente. Tabela 12 – Módulo de elasticidade dinâmico (Ed) das lâminas utilizadas na confecção dos três painéis do tratamento (T1) T1 Módulo de elasticidade dinâmico - Ed (MPa) Camada Painel 1 Painel 2 Painel 3 Capa superior 6095 6536 6626 Transversal* 7545 / 7444 7253 / 7047 6741 / 6913 Longitudinal 6811 6555 6811 Transversal* 7466 / 7532 7530 / 7409 7535 / 7552 Longitudinal 7016 6963 6409 Transversal* 7518 / 7329 7506 / 7377 7425 / 7493 Longitudinal 7313 7124 7084 Transversal* 7591 / 7366 7479 / 7471 7460 / 7075 Capa inferior 6900 6981 7023 * as camadas transversais foram produzidas a partir de duas lâminas; os valores apresentados referem-se às lâminas posicionadas, à direita e à esquerda de um referencial fixo. Tabela 13 – Módulo de elasticidade dinâmico (Ed) das lâminas utilizadas na confecção dos três painéis do tratamento (T2) T2 Módulo de elasticidade dinâmico - Ed (MPa) Camada Painel 1 Painel 2 Painel 3 Capa superior 10716 10829 11223 Transversal* 6563 / 5536 7207 / 6791 6399 / 6478 Longitudinal 6138 7381 7487 Transversal* 6873 / 6569 7200 / 6832 6551 /6611 Longitudinal 5793 6158 7446 Transversal* 6449 / 7096 6489 / 6925 6905 / 6312 Longitudinal 6283 5644 7389 Transversal* 6481 / 6691 6005 / 7156 6763 / 7253 Capa inferior 10628 10628 10614 * as camadas transversais foram produzidas a partir de duas lâminas; os valores apresentados referem-se às lâminas posicionadas, à direita e à esquerda de um referencial fixo. 45 Tabela 14 – Módulo de elasticidade dinâmico (Ed) das lâminas utilizadas na confecção dos três painéis do tratamento (T3) T3 Módulo de elasticidade dinâmico - Ed (MPa) Camada Painel 1 Painel 2 Painel 3 Capa superior 13010 10689 11357 Transversal* 6765 / 7183 7101 / 7018 6499 / 6939 Longitudinal 11233 10610 11229 Transversal* 6170 / 6287 5770 / 5758 6702 / 7177 Longitudinal 10771 11504 12263 Transversal* 6332 / 7051 7641 / 7170 6278 / 6438 Longitudinal 11108 10923 11426 Transversal* 7173 / 5762 6930 / 7153 7523 / 7012 Capa inferior 10817 11317 10615 * as camadas transversais foram produzidas a partir de duas lâminas; os valores apresentados referem-se às lâminas posicionadas, à direita e à esquerda de um referencial fixo. Tabela 15 – Módulo de elasticidade dinâmico (Ed) das lâminas utilizadas na confecção dos três painéis do tratamento (T4) T4 Módulo de elasticidade dinâmico - Ed (MPa) Camada Painel 1 Painel 2 Painel 3 Capa superior 8446 8274 8519 Transversal* 8749 / 8254 8708 / 8375 8285 / 8700 Longitudinal 8242 8618 8823 Transversal* 8211 / 8529 8398 / 8457 8837 / 8400 Longitudinal 8284 8647 8752 Transversal* 8360 / 8510 8582 / 8415 8817 / 8568 Longitudinal 8349 8796 8532 Transversal* 8529 / 8699 8257 / 8651 8480 / 8671 Capa inferior 8200 8863 8246 * as camadas transversais foram produzidas a partir de duas lâminas; os valores apresentados referem-se às lâminas posicionadas, à direita e à esquerda de um referencial fixo. 46 Tabela 16 – Módulo de elasticidade dinâmico (Ed) das lâminas utilizadas na confecção dos três painéis do tratamento (T5) T5 Módulo de elasticidade dinâmico - Ed (MPa) Camada Painel 1 Painel 2 Painel 3 Capa superior 10991 10797 10701 Transversal* 8233 / 8386 8635 / 8737 8516 / 8524 Longitudinal 8919 8395 8898 Transversal* 8226 / 8489 8673 / 8604 8307 / 8482 Longitudinal 8941 8751 8671 Transversal* 8764 / 8613 8862 / 8243 8838 / 8380 Longitudinal 8932 8549 8346 Transversal* 8896 / 8795 8523 / 8316 8629 / 8504 Capa inferior 10862 11133 10792 * as camadas transversais foram produzidas a partir de duas lâminas; os valores apresentados referem-se às lâminas posicionadas, à direita e à esquerda de um referencial fixo. 4.4. Ensaios físico-mecânicos dos painéis compensados Para facilitar a interpretação dos resultados que seguem nas tabelas, a cada tratamento estudado foi associado a um código que o representa, considerando-se a forma de sua produção. Assim: Tratamento T1 – homog. B – por contar, exclusivamente com lâminas de baixo módulo de elasticidade. Tratamento T2 – comb. A+B – por usar lâminas de alto módulo de elasticidade nas faces do painel e baixo módulo de elasticidade no centro. Tratamento T3 – alternado – por apresentar disposição alternada de lâminas de alto e baixo módulo de elasticidade respectivamente. Tratamento T4 – homog. M – por contar, exclusivamente com lâminas de médio módulo de elasticidade. Tratamento T5 – comb. A+M – por usar lâminas de alto módulo de elasticidade nas faces do painel e médio módulo de elasticidade no centro. 47 Os valores individuais dos ensaios físico-mecânicos apresentam-se de forma completa, no Apêndice I, Tabela A62. 4.4.1. Densidade aparente Na tabela 17 são apresentados os valores médios da densidade aparente dos tratamentos dos painéis compensados. Tabela 17 – Densidade aparente dos painéis compensados Densidade Aparente T1 T2 T3 T4 T5 (kg/m³) homog. B comb. A+B alternado homog. M comb. A+M Média 783 A 754 A 765 A 776 A 756 A Máximo 815 780 782 804 778 Mínimo 757 727 745 751 723 Desvpad 12,83 14,64 7,10 13,31 11,53 CV (%) 1,64 1,94 0,93 1,72 1,53 Nota: Tratamento 1) em uma mesma linha, letras maiúsculas comparam densidade aparente entre tratamentos. 2) tratamentos com pelo menos uma letra igual não diferem significativamente (p>0,05) A densidade aparente dos painéis compensados foi semelhante nos cinco tratamentos avaliados, variando de 723 kg/m3 a 815 kg/ m3. Os valores dos coeficientes de variação foram baixos para todos os tratamentos de 0,93% a 1,94% respectivamente indicando homogeneidade dos painéis. Para essa propriedade não houve diferenciação estatisticamente significativa entre os tratamentos. Todos os painéis compensados estudados apresentaram densidade aparente média superior a igual parâmetro avaliado para as lâminas originais de 585 kg/m3 a 620 kg/m3. A densidade aparente dos painéis também foi superior a reportada para madeira solida do clone (RRIM 600) de 30 anos de idade variando de 651 kg/m3 a 717 kg/m3, valores reportados em ensaio piloto realizado no Laboratório de Ensaio de Materiais do Departamento de Engenharia Rural, da Faculdade de Ciências Agronômicas – UNESP – Botucatu, seguindo- se a recomendação da NBR 7190 (ABNT, 1997). 48 Para a faixa de pressões de 7 kgf/cm 2 a 21 kgf/cm 2 na prensa de produção de compensados, normalmente usadas na indústria, ocorre uma retração nas chapas de aproximadamente 5% a 10% para um teor de umidade de lâminas de até 10%, ocasionando uma redução do volume por esmagamento e um leve aumento da densidade do produto comprimido. Sendo assim, a densidade de um compensado é um pouco maior do que da madeira sólida (WELLONS et al., 1983; BIER, 1983). 4.4.2. Teor de umidade Os valores médios do teor de umidade dos tratamentos são apresentados na Tabela 18. Tabela 18 – Teor de umidade dos painéis compensados Teor de umidade T1 T2 T3 T4 T5 (%) homog. B comb. A+B alternado homog. M comb. A+M Média 12,1 A 11,7 AB 11,4 B 12,0 A 11,3 B Máximo 13,0 13,6 11,9 12,4 11,8 Mínimo 11,5 10,2 10,9 11,5 10,7 Desvpad 0,3 0,3 0,3 0,2 0,3 CV (%) 2,65 2,85 2,45 2,02 2,54 Nota: Tratamento 1) em uma mesma linha, letras maiúsculas comparam teor de umidade entre tratamentos. 2) tratamentos com pelo menos uma letra igual não diferem significativamente (p>0,05) O teor de umidade dos painéis nos cinco tratamentos foi praticamente uniforme, com valor médio de todos os tratamentos de 11,7%. Observa-se que todos os tratamentos alcançaram a umidade media de equilíbrio próximo a 12% nas condições de climatização recomendada pela norma. Segundo Kollmann et al (1975), o teor de umidade em diferentes painéis laminados com densidades entre 430 kg/m3 e 794 kg/m3, depois da armazenagem em uma (umidade relativa de 65% 2% e temperatura de 20ºC 1ºC), variou entre 7,3% e 12,7%, sendo 10% o seu valor médio. 49 4.4.3. Propriedades de flexão dos painéis compensados Nas Tabelas 19 e 20 são apresentados valores médios da resistência à flexão estática e do módulo de elasticidade longitudinal nessa solicitação. Nas tabelas 21 e 22 estão apresentados os valores obtidos para essas propriedades quando à flexão se deu na direção transversal do painel. Tabela 19 – Resistência à flexão estática na direção longitudinal. fM,l T1 T2 T3 T4 T5 (MPa) homog. B comb. A+B alternado homog. M comb. A+M Média 51,02 AB 43,06 B 52,43 AB 50,86 AB 57,11 A Máximo 64,13 54,29 59,94 61,42 66,82 Mínimo 38,84 30,11 37,40 40,94 45,39 Desvpad 5,92 5,11 4,09 4,25 4,23 CV (%) 11,59 11,86 7,81 8,36 7,40 Nota: Tratamento 1) em uma mesma linha, letras maiúsculas comparam resistências à flexão longitudinal entre tratamentos. 2) tratamentos com pelo menos uma letra igual não diferem significativamente (p>0,05) Tabela 20 – Módulo de elasticidade à flexão estática na direção longitudinal Es,l T1 T2 T3 T4 T5 (MPa) homog. B comb. A+B alternado homog. M comb. A+M Média 5352 B 5227 B 6442 AB 5831 AB 6772 A Máximo 6161 6479 7225 7049 8189 Mínimo 4229 3711 4934 4923 5811 Desvpad 389 789 457 518 702 CV (%) 7,27 15,10 7,09 8,89 10,36 Nota: Tratamento 1)em uma mesma linha, letras maiúsculas comparam módulos de elasticidade à flexão longitudinal entre tratamentos. 2)tratamentos com pelo menos uma letra igual não diferem significativamente (p>0,05) 50 Tabela 21 – Resistência à flexão estática na direção transversal fM,t T1 T2 T3 T4 T5 (MPa) homog. B comb. A+B alternado homog. M comb. A+M Média 39,41 AB 35,66 B 41,44 AB 43,15 A 41,10 AB Máximo 48,24 45,23 48,40 53,66 48,77 Mínimo 26,52 25,32 34,27 28,91 30,05 Desvpad 5,41 5,04 3,87 5,22 4,32 CV (%) 13,74 14,15 9,34 12,10 10,50 Nota: Tratamento 2) tratamentos com pelo menos uma letra igual não diferem significativamente (p>0,05) 1) em uma mesma linha, letras maiúsculas comparam resistências à flexão transversal entre tratamentos. Tabela 22 – Módulo de elasticidade à flexão estática na direção transversal Es,t T1 T2 T3 T4 T5 (MPa) homog. B comb. A+B alternado homog. M comb. A+M Média 3157 A 2915 A 3377 A 3736 A 3454 A Máximo 3998 4129 3842 4320 4128 Mínimo 2007 1734 2753 2934 2447 Desvpad 430 313 225 399 361 CV (%) 13,61 10,72 6,66 10,68 10,45 Nota: Tratamento 1) em uma mesma linha, letras maiúsculas comparam módulo de elasticidade à flexão transversal entre tratamentos. 2) tratamentos com pelo menos uma letra igual não diferem significativamente (p>0,05) Os valores médios do módulo de elasticidade e da resistência na direção transversal atingiram 75,56% e 55,17% aos mesmos valores médios avaliados na direção longitudinal. Os coeficientes de variação da resistência e do módulo de elasticidade (longitudinal e transversal) situaram-se na faixa de 15%, revelando a homogeneidade do desempenho dos corpos de prova dentro de cada tratamento. Como se podia esperar obtiveram-se os melhores valores médios de resistência e de módulo de elasticidade nos tratamentos T4 e T5. Os tratamentos T1 e T2 revelaram os menores valores. Este fato foi influenciado pela origem das lâminas de baixo módulo de elasticidade que foram condicionantes do desempenho mecânico inferior à flexão 51 longitudinal. Mesmo nos casos onde eram selecionadas lâminas de alto módulo para capa e contra capa como no tratamento (T2), onde o desempenho não foi melhorado. Retomando-se as tabelas 12 e 13 pode-se observar que embora no centro dos painéis tivessem sido utilizadas lâminas de baixo módulo de elasticidade, as relativas ao tratamento (T2) tiveram sistematicamente módulos inferiores aqueles das lâminas do tratamento (T1). Esta ocorrência pode justificar o desempenho superior do tratamento (T1) em relação ao (T2). A diferente disposição das lâminas nos tratamentos foi um fator condicionante do desempenho à flexão dos painéis: lâminas com alto e médio módulo de elasticidade nas capas e contra capas induziram comportamento mecânico superior à flexão estática longitudinal. Na flexão estática transversal esse efeito não foi detectado, já a qualidade das lâminas da capa e contra capa não é tão condicionante desse desempenho mecânico. Conforme apresentado na Tabela 23 os valores médios de módulo de elasticidade e de resistência na direção longitudinal e transversal dos compensados atingiram os limites mínimos referenciais para os compensados apresentados nos diferentes códigos normativos nacionais para painéis compensados de madeira tropical e Pinus. Os valores médios normativos do módulo de elasticidade transversal referentes à Associação Brasileira da Indústria da Madeira Processada Mecanicamente (2007a; 2007b) e ao Projeto NBR 31:000.05- 001/1 (ABNT, 2004), atingiram somente 88,05%, 86,32% respectivamente. Observa-se que os painéis compensados de seringueira, atenderam aos requisitos mínimos para compensados de uso geral e industrial (critérios qualitativos) formas de concreto (item 5 da nota de rodapé da Tabela 23). O valor médio do módulo de elasticidade na direção transversal atingiu 83,02% ao mesmo valor médio avaliado na direção longitudinal. 52 Tabela 23 – Propriedades físicas e mecânicas de compensados, reportados em códigos normativos nacionais fM,l Es,l fM,t Es,t Pesquisa1 57,11 6772 43,15 3736 ABIMCI2 42,99 4680 42,93 4243 ABIMCI3 40,13 4908 33,78 3305 Projeto NBR4 32,16 5872 32,16 4328 Projeto NBR5 35,00 4000 40,00 4500 Longitudinal TransversalNormas (ensaios norma EN); 3ABIMCI (2007b): compensado estrutural de madeira de pinus uso externo (ensaios norma EN); 4Projeto NBR 31:000.05-001/1: propriedades do compensado de 20 mm de espessura e 9 lâminas de pinus brasileiro (ensaios normas ABNT e ASTM); 5Projeto NBR 31:000.05-001/1 especificações de compensados quanto ao uso final – forma de concreto (ensaios DIN 68792-1979) Flexão estática (MPa) 1Resultados pesquisa; 2ABIMCI (2007a): compensado estrutural de madeira tropical uso externo (ensaios norma EN); 4.4.4. Resistência da colagem ao esforço de cisalhamento As Tabelas 24 a 26 apresentam os valores de resistência da colagem ao esforço de cisalhamento, para as três condições de ensaio (após umedecimento em água fria, após umedecimento em água quente 6h e após umedecimento em água quente 4x4h). Tabela 24 – Resistência da colagem ao esforço de cisalhamento condição de imersão em água fria Agua Fria (tr,f) T1 T2 T3 T4 T5 FM (MPa) homog. B comb. A+B alternado homog. M comb. A+M (%) Média 2,884 A 2,652 A 2,939 A 2,705 A 2,972 A 28,33 Máximo 3,758 4,210 4,195 4,376 4,067 95,00 Mínimo 1,706 1,766 1,958 1,821 1,573 5,00 Desvpad 0,376 0,430 0,319 0,482 0,485 26,56 CV (%) 13,03 16,21 10,84 17,80 16,33 93,73 Tratamento 1) em uma mesma linha, letras maiúsculas comparam resistência da colagem (agua fria) entre tratamentos. tr - tensão de ruptura ao esforço de cisalhamento; FM - porcentagem de falha na madeira. 2) tratamentos com pelo menos uma letra igual não diferem significativamente (p>0,05) 53 Tabela 25 – Resistência da colagem ao esforço de cisalhamento condição de imersão em água quente 6h 6h (tr,q6) T1 T2 T3 T4 T5 FM (MPa) homog. B comb. A+B alternado homog. M comb. A+M (%) Média 2,393 A 2,299 A 2,532 A 2,413 A 2,549 A 14,00 Máximo 3,269 3,181 3,254 3,757 3,562 50,00 Mínimo 1,149 1,560 1,646 1,792 1,605 0,00 Desvpad 0,362 0,321 0,300 0,336 0,428 17,44 CV (%) 15,14 13,96 11,86 13,94 16,81 124,57 Tratamento 2) tratamentos com pelo menos uma letra igual não diferem significativamente (p>0,05) 1) em uma mesma linha, letras maiúsculas comparam resistência da colagem (agua quente 6h) entre tratamentos. tr - tensão de ruptura ao esforço de cisalhamento; FM - porcentagem de falha na madeira. Tabela 26 – Resistência da colagem ao esforço de cisalhamento condição de imersão em água quente 4x4h 4x4h (tr,q4) T1 T2 T3 T4 T5 FM (MPa) homog. B comb. A+B alternado homog. M comb. A+M (%) Média 2,227 A 2,165 A 2,475 A 2,393 A 2,458 A 5,50 Máximo 2,782 2,574 3,603 3,