UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO” Faculdade de Engenharia e Ciências de Guaratinguetá NÁDIA BARROS GOMES Análise dos parâmetros de fabricação de elementos de madeira lamelada colada na resposta da qualidade de colagem com base na ABNT NBR 7190-6:2022 Guaratinguetá - SP 2023 Nádia Barros Gomes Análise dos parâmetros de fabricação de elementos de madeira lamelada colada na resposta da qualidade de colagem com base na ABNT NBR 7190-6:2022 Tese apresentada à Faculdade de Engenharia e Ciências do Campus de Guaratinguetá, Universidade Estadual Paulista, para fim de obtenção do título de Doutor em Engenharia Mecânica na Área de Materiais. Orientador: Prof. Dr. Julio Cesar Molina Coorientador: Dr. Alexandre Jorge Duarte de Souza Guaratinguetá - SP 2023 REGISTRO DE IMPACTO ESPERADO NA SOCIEDADE O presente trabalho apresenta resultados relacionados às recomendações da norma ABNT NBR 7190-2022, uma atualização normativa sem testes até o momento. Os resultados contribuem para sua implementação, fornecendo uma fonte de dados potencialmente benéfica à indústria e comunidade acadêmica sobre a colagem de madeira. REGISTRATION OF EXPECTED IMPACT ON SOCIETY The present study presents results related to the recommendations of the ABNT NBR 7190- 2022, a normative update without tests conducted so far. The findings contribute to its implementation, providing a potentially valuable source of data for both the industry and the academic community regarding wood bonding. DADOS CURRICULARES NÁDIA BARROS GOMES NASCIMENTO 03.10.1992 – Itaberá / SP FILIAÇÃO Claudinei Pereira Gomes Silvia Cristina de Barros 2008/2009 Curso de Nível Médio Técnico em Edificações - Centro Estadual de Educação Tecnológica Paula Souza - ETEC Dr. Demétrio Azevedo Junior 2011/2015 Curso de Graduação Engenharia Industrial Madeireira – UNESP/Itapeva. 2016/2018 Curso de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, nível de Mestrado Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá – UNESP 2019/2023 Curso de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, nível de Doutorado Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá - UNESP Dedico este trabalho primeiramente à Deus. Dedico também à minha avó Célia e à minha família. AGRADECIMENTO Agradeço, em primeiro lugar, à Deus. Aquele que me permitiu chegar até aqui, aquele que esteve comigo desde o início e em todas as etapas da minha vida. A minha família, por todo apoio e amor oferecidos durante todos esses anos de estudo. Ao professor Julio Molina, pela orientação, incentivo e ensinamentos dados no decorrer de toda a pesquisa. Aos técnicos e funcionários da Unesp de Itapeva e de Guaratinguetá. Aos professores doutores André Luís Christoforo, Pedro Gutemberg de Alcântara Segundinho, Cristiane Inácio de Campos e Marília da Silva Bertolini por aceitarem o convite para participar da defesa desta tese. A todos os meus amigos que de alguma forma colaboraram e me incentivaram nesta trajetória acadêmica. RESUMO O objetivo desta pesquisa consistiu na avaliação dos parâmetros de fabricação na resposta da qualidade de colagem de elementos de MLC com base na ABNT NBR 7190-6:2022. Foram realizadas três etapas de pesquisa sendo utilizadas madeiras de Eucalipto grandis e Pinus elliottii e diferentes adesivos na produção de MLC. Na primeira etapa foram testadas diferentes pressões de colagem (0,4 MPa, 0,7MPa, 1,2 MPa e 1,5 MPa) na resposta da porcentagem de delaminação e da resistência ao cisalhamento das linhas de cola com adesivo Cascophen RS- 216-M. Em seguida, foram também quantificados os modos de ruptura na região de colagem, a partir de dois softwares que consideram a análise de imagens: GLT Rupture Analysis (desenvolvido pelos pesquisados da UNESP/Itapeva) e ImageJ. A segunda etapa baseou-se no teste de diferentes proporções de adesivo natural a base de Oxido de Magnésio e Proteína de Soja na resposta da porcentagem de delaminação e resistência ao cisalhamento das linhas de cola. Na terceira etapa avaliou-se a influência de diferentes espessuras de lamela (1,5cm, 2,5cm e 3,5cm) na resposta da resistência ao cisalhamento das linhas de cola com adesivo poliuretano bicomponente. Os resultados obtidos mostraram que as pressões de colagem de 0,7MPa para Pinus elliottii e de 1,2MPa para Eucalipto grandis confirmaram as recomendações apontadas no texto da ABNT NBR 7190-6:2022 para as combinações espécie/adesivo testadas. Para a madeira de Pinus elliottii, houve diferença significativa entre a resistência ao cisalhamento na linha de cola entre lamelas externas e internas. O software GLT Rupture Analysis apresentou bons resultados na quantificação da porcentagem de ruptura na madeira, nas regiões de colagem, para a resina Cascophen, quando comparado com os resultados de imagens obtidos pelo software ImageJ. Os ensaios realizados com o adesivo natural mostraram bons resultados de resistência ao cisalhamento das linhas de cola, mas não apresentaram resultados satisfatórios para a porcentagem de delaminação. Os resultados obtidos para diferentes espessuras mostraram que a espessura de 3,5 cm apresentou melhor qualidade de colagem quando comparado com as demais espessuras. Destaca-se entre as conclusões obtidas que as recomendações de pressão e ensaio de delaminação presentes no método de ensaio ABNT NBR 7190-6:2022 demonstrou eficácia no controle da qualidade da colagem dos elementos de MLC. PALAVRAS-CHAVE: madeira lamelada colada; qualidade de colagem; cisalhamento na linha de cola; delaminação; pressão de colagem. ABSTRACT The objective of this research consisted of evaluating the manufacturing parameters in the response of the bonding quality of Glulam elements based on ABNT NBR 7190-6:2022. Initially, a bibliographic survey was carried out to evaluate the existing standardization on the subject. Subsequently, three stages of research were carried out using Eucalyptus grandis and Pinus elliottii woods and different adhesives in the manufacture of Glulam elements. In the first stage, different bonding pressures (0.4 MPa, 0.7 MPa, 1.2 MPa and 1.5 MPa) were tested in response to the percentage of delamination and shear strength of the glue lines with Cascophen RS-216-M bicomponent adhesive. After the shear tests of the glue lines, the rupture mode in the gluing region were also quantified, using two software that consider image analysis: GLT Rupture Analysis (developed by the researchers from UNESP/Itapeva) and ImageJ. The second stage was based on testing different proportions of natural adhesive based on Magnesium Oxide and Soy Protein in response to the percentage of delamination and shear strength of the glue lines. In the third stage, specimens with different coverslip thicknesses (1.5cm, 2.5cm and 3.5cm) were tested in response to the shear strength of the glue lines. The results obtained showed that the bonding pressures of 0.7MPa for Pinus elliottii and 1.2MPa for Eucalyptus grandis confirmed the recommendations indicated in the text of ABNT NBR 7190-6:2022 for the species/adhesive combinations tested. For Pinus elliottii wood, a significant difference in shear strength was observed between the glue lines of external and internal lamellae. The GLT Rupture Analysis software presented good results in the quantification of the percentage of rupture in the wood, in the gluing bonding regions, when Cascophen resin was used. The tests performed with the natural adhesive showed good results of shear strength of the glue lines but did not present satisfactory results for the percentage of delamination. The results obtained for different thicknesses showed that the 3.5 cm thickness exhibited better bonding quality when compared to the other thicknesses. Among the conclusions obtained, it is highlighted that the pressure and delamination test recommendations specified in the ABNT NBR 7190-6:2022 test method have proven effective in ensuring the quality of glue bonding in glulam elements. KEYWORDS: glued laminated timber; collage quality; shear in the glue line; delamination. gluing pressure. LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1 - Posicionamento das lamelas para a produção de MLC ........................................... 22 Figura 2 – Estrutura em MLC – Portaria Cerejeiras. ................................................................ 23 Figura 3 - Avaliação das tensões na viga de MLC - Tensões de von Mises em kgf/cm². ........ 25 Figura 4 - Emendas de topo denteadas ..................................................................................... 26 Figura 5 - Aplainamento das lamelas. ...................................................................................... 26 Figura 6 - Direções ortogonais da madeira vistas macroscopicamente. ................................... 27 Figura 7 - Esquema microscópico da estrutura anatômica de uma conífera. ........................... 28 Figura 8 - Esquema microscópico da estrutura anatômica de uma folhosa.............................. 28 Figura 9 - Distribuição de pressão ............................................................................................ 31 Figura 10 – Corpo de prova para ensaio de cisalhamento na lâmina de cola, na direção paralela às fibras. ...................................................................................................................... 32 Figura 11- Corpo de prova bi-laminado para ensaios de cisalhamento de acordo com ASTM D-905-08. .................................................................................................................................. 33 Figura 12 – (a) Modelo de corpo de prova de cisalhamento com corte duplo (b) Ensaio de cisalhamento da linha de cola em corpo de prova de cisalhamento com corte duplo .............. 33 Figura 13 - Corpo de prova de resistência ao cisalhamento na linha de cola retirado da seção transversal do elemento de MLC. ............................................................................................. 34 Figura 14 - Dispositivo de ensaio de cisalhamento na linha de cola. ....................................... 35 Figura 15 – Retirada do corpo de prova para ensaio da qualidade de colagem. ...................... 36 Figura 16 - Posicionamento dos corpos de prova em relação ao fluxo de ar, dentro da câmara climatizadora. ........................................................................................................................... 37 Figura 17 - Detalhes dos ensaios de caracterização mecânica das lamelas. ............................. 45 Figura 18 - Configuração dos corpos de prova ........................................................................ 45 Figura 19 - Prensagem das lamelas .......................................................................................... 47 Figura 20 – Corpos de prova inseridos na autoclave para ensaio de delaminação. .................. 48 Figura 21 – Ensaio de cisalhamento na linha de cola. .............................................................. 50 Figura 22 - Captura da imagem no software ImageJ: (a) Imagem digitalizada (scaner) (b) Imagem analisada pelo software ImageJ para quantificação da porcentagem. ........................ 51 Figura 23 – Exemplo de imagem capturada referente à uma superfície de ruptura do corpo de prova rompido após o ensaio de cisalhamento da linha de cola. .............................................. 53 Figura 24- Identificação dos padrões considerados na análise. ................................................ 54 Figura 25 - Microscópio óptico LEICA M80 com iluminação. ............................................... 55 Figura 26 - (a) Mistura adesiva de composição natural (b) aplicação do adesivo natural nas lamelas de madeira ................................................................................................................... 56 Figura 27 - Prensagem dos elementos de MLC colados com adesivo natural (MgO e proteína de soja). ..................................................................................................................................... 57 Figura 28 - Aplicação de adesivo Poliuretano com adição de corante para produção do MLC. .................................................................................................................................................. 59 Figura 29 - Regularização da superfície da lamela................................................................... 60 Figura 30 - Corpos de prova para cisalhamento na linha de cola ............................................. 60 Figura 31 - Ensaio de resistência ao cisalhamento na linha de cola (lamelas de diferentes espessuras) ................................................................................................................................ 61 Figura 32 – Malha quadriculada para quantificação de porcentagem de ruptura: (a) pinus (b) eucalipto ................................................................................................................................... 62 Figura 33 - Resultados da influência da pressão (Pre) na Dt para as madeiras de pinus (a) e eucalipto (b). ............................................................................................................................. 64 Figura 34 - Resultados dos ensaios de delaminação para os ensaios com madeiras de eucalipto e adesivo Cascophen RS 216-M. .............................................................................................. 67 Figura 35 - Modo de ruptura mais comum na região colagem após abertura da amostra ensaiada com formão (amostra C5 (Pressão de colagem de 1,5 MPa) da viga 1 – linha de cola 4) – Eucalipto colado com adesivo Cascophen. ....................................................................... 68 Figura 36 - Resultados da influência da pressão (Pre) (a) e da posição (Po) na fv0 para a madeiras de eucalipto. .............................................................................................................. 69 Figura 37 - Gráfico de Pareto acerca dos efeitos isolados (Pre, Po) e do efeito de interação entre os fatores (Pre×Po) nos valores da fv0 para a madeira de eucalipto. ............................... 69 Figura 38 - Resultados da influência da pressão (Pre) (a) e da posição (Po) na fv0 para a madeiras de pinus. .................................................................................................................... 70 Figura 39 - Gráfico de Pareto acerca dos efeitos isolados (Pre, Po) e do efeito de interação entre os fatores (Pre×Po) nos valores da fv0 (a) e gráfico de interação (b) para a madeira de pinus. ........................................................................................................................................ 71 Figura 40 - Qualidade macroscópica das superfícies das lamelas usinadas e antes da colagem. .................................................................................................................................................. 73 Figura 41 - Qualidade microscópica das superfícies das lamelas usinadas e antes da colagem. .................................................................................................................................................. 73 Figura 42 – Qualidade microscópica da face das lamelas após o ensaio de cisalhamento na linha de cola. ............................................................................................................................. 74 Figura 43 - Região das linhas de cola com adesivo Cascophen RS 216-M (Escala: 100 μm) analisadas por microscópio ótico (ampliação e 60 x). .............................................................. 75 Figura 44 - Resultados da influência das proporções de MgO e de proteína de soja nos valores da Dt para a madeira de eucalipto. ............................................................................................ 78 Figura 45 - Resultados da influência das proporções de MgO e de proteína de soja nos valores da Dt para a madeira de pinus. .................................................................................................. 78 Figura 46 - Resultados da influência das proporções de MgO e de proteína de soja nos valores da fv0 para a madeira de eucalipto. ........................................................................................... 80 Figura 47 - Resultados da influência das proporções de MgO e de proteína de soja nos valores da fv0 para a madeira de pinus ................................................................................................. 81 Figura 48 - Modo de ruptura mais comum na região colagem após abertura da amostra ensaiada com formão - Eucalipto colado com adesivo natural. ............................................... 81 Figura 49 - Resultados da influência da espessura (t) na fv0 para as madeiras de pinus (a) e eucalipto (b). ............................................................................................................................. 84 LISTA DE TABELAS Tabela 1 – Número de corpos de prova de cisalhamento na linha de cola conforme largura do elemento laminado. ................................................................................................................... 35 Tabela 2 - Limite de delaminação de acordo com o ambiente de exposição. .......................... 38 Tabela 3 - Delaminação das vigas de Pinus coladas com adesivo Cascophen RS 216 em função das pressões utilizada na fabricação. ............................................................................ 63 Tabela 4 – Delaminação das vigas de Eucalipto coladas com adesivo Cascophen RS 216 em função das pressões de colagem utilizada na fabricação. ......................................................... 64 Tabela 5 – Média de resistência ao cisalhamento média das linhas de cola em função da pressão de colagem e quantificação da porcentegem de rutura na madeira através do GLT para a combinação Eucaipto/Cascophen. ......................................................................................... 68 Tabela 6 - Resultado gráfico para as resistências ao cisalhamento das linhas de cola versus níveis de pressão aplicados, para a combinação pinus / adesivo Cascophen RS216-M. ......... 70 Tabela 7 - Comparação dos resultados médios de ruptura obtidos pelos softwares GLT e ImageJ. ...................................................................................................................................... 72 Tabela 8 - Variação das espessuras das linhas de cola dos corpos de prova analisados. ......... 76 Tabela 9 - Delaminação das vigas de Eucalipto coladas com adesivo natural em função da pressão utilizada na fabricação ................................................................................................. 77 Tabela 10 - Delaminação das vigas de Pinus coladas com adesivo natural em função da pressão utilizada na fabricação ................................................................................................. 77 Tabela 11 - Resistência ao cisalhamento média das linhas de cola em função da proporção de colagem e para a combinação Eucalipto/MgO + Proteína de Soja. ......................................... 79 Tabela 12 - Resistência ao cisalhamento média das linhas de cola em função da proporção de colagem e para a combinação Pinus/MgO + Proteína de Soja. ................................................ 80 Tabela 13- Resultado para as resistências ao cisalhamento das linhas de cola conforme linha de cola (Eucalipto). ................................................................................................................... 82 Tabela 14 - Resultado para as resistências ao cisalhamento das linhas de cola conforme espessura das lamelas (Pinus). .................................................................................................. 83 Tabela 15 - Porcentagem de ruptura na madeira conforme espessura das lamelas (Pinus) ..... 83 Tabela 16 - Porcentagem de ruptura na madeira conforme espessura das lamelas (Eucalipto) .................................................................................................................................................. 83 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas ASTM American Society for Testing and Materials CSA Canadian Standards Association EN European Norm MLC Madeira Lamelada Colada MLCC Madeira Lamelada Colada Cruzada SF Farinha de Soja LISTA DE SÍMBOLOS b - largura do corpo de prova (mm) Dt - delaminação total (%)/ Dtmáx - maior delaminação de uma linha de cola (%); f c90 - resistência à compressão perpendicular fc0 - compressão paralela às fibras fv0 - resistência ao cisalhamento da linha de cola (MPa); fv0,max - força máxima de cisalhamento aplicada durante o ensaio (N); La - somatória das larguras das juntas abertas nas faces da seção transversal (mm); Lamáx - maior largura de delaminaçao sobre as faces da seção transversal (mm); Ljmáx - largura da junta que apresenta a maior delaminação (mm); Lt - somatória das larguras das linhas cola totais medidas antes do ensaio (mm); t - altura do corpo de prova (mm) SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 17 2 OBJETIVOS ............................................................................................................. 19 2.1 OBJETIVO GERAL .................................................................................................. 19 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................................... 19 2.3 JUSTIFICATIVA ...................................................................................................... 20 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................... 22 3.1 MADEIRA LAMELADA COLADA ........................................................................ 22 3.1.1 Processo produtivo de madeira lamelada colada .................................................. 24 3.2 MADEIRA ................................................................................................................. 27 3.2.1 Aspectos microscópicos da madeira ....................................................................... 27 3.3 QUALIDADE DE COLAGEM DE MLC ................................................................. 29 3.3.1 Pressão de colagem .................................................................................................. 30 3.3.2 Controle da qualidade de colagem ......................................................................... 31 3.3.2.1 Controle da qualidade de colagem no Brasil ............................................................. 31 3.3.2.2 Cisalhamento na linha cola - Procedimentos da Norma ABNT NBR 7190-6:2022.. 34 3.3.2.3 Delaminação - Procedimentos da norma ABNT NBR 7190-6:2022 ......................... 36 3.4 ADESIVOS NA PRODUÇÃO DE MLC .................................................................. 38 3.4.1 Resorcinol Formaldeído (Cascophen) .................................................................... 39 3.4.2 Poliuretano ............................................................................................................... 40 3.4.3 Adesivo natural - Proteína de Soja e Óxido de Magnésio .................................... 40 3.5 CONCLUSÕES DA REVISÃO BIBLIOGRÁFICA. ............................................... 41 4 MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................................... 43 4.1 ANÁLISE DE DIFERENTES PRESSÕES DE COLAGEM .................................... 44 4.1.1 Produção dos elementos de mlc para diferentes pressões de colagem ................ 44 4.1.2 Classificação visual e mecânica para diferentes pressões de colagem ................ 44 4.1.3 Colagem e prensagem das vigas ............................................................................. 46 4.1.4 Ensaio de delaminação ............................................................................................ 47 4.1.5 Ensaio de cisalhamento na linha de cola ................................................................ 49 4.2 ANÁLISE DAS REGIÕES ROMPIDAS APÓS CISALHAMENTO DAS LINHAS DE COLA ................................................................................................................................. 50 4.2.1 Softwares de análise de imagens ............................................................................. 50 4.2.1.1 ImageJ ........................................................................................................................ 51 4.2.1.2 GLT Rupture Analysis ............................................................................................... 52 4.2.2 Análise microscópica ............................................................................................... 54 4.3 ANÁLISE DO ADESIVO NATURAL (Proteína de Soja e Óxido de Magnésio) .... 56 4.3.1 Produção dos corpos de prova na avaliação do adesivo natural ......................... 56 4.3.2 Ensaios de delaminação e resistência ao cisalhamento na linha de cola na avaliação do adesivo natural .................................................................................................. 58 4.4 ANÁLISE DA QUALIDADE DE COLAGEM PARA LAMELAS DE DIFERENTES ESPESSURAS ................................................................................................. 58 4.4.1 Produção dos corpos de prova na avaliação da resistência de colagem para diferentes espessuras das lamelas .......................................................................................... 58 4.4.2 Prensagem e colagem das vigas com lamelas de diferentes espessuras .............. 59 4.4.3 Ensaio de resistência ao cisalhamento na linha de cola para lamelas com diferentes espessuras .............................................................................................................. 60 4.5 ANÁLISE ESTATÍSTICA DOS RESULTADOS .................................................... 62 5 RESULTADOS ........................................................................................................ 63 5.1 INFLUÊNCIA DA PRESSÃO DE COLAGEM NA RESPOSTA DE DELAMINAÇÃO PARA MADEIRAS DE REFLORESTAMENTO COM ADESIVO CASCOPHEN RS216-M .......................................................................................................... 63 5.1.1 Resistência média ao cisalhamento da linha de cola (MPa).......................... 67 5.1.2 Análise microscópica ........................................................................................ 73 5.1.2.1 Análise das superfícies das lamelas após o desengrosso em plaina e antes da colagem 73 5.1.2.2 Análise da face de uma das lamelas rompidas ................................................... 74 5.1.2.3 Resultados das imagens das linhas de cola ......................................................... 75 5.2 MADEIRAS DE REFLORESTAMENTO COM ADESIVO NATURAL ............... 76 5.2.1 Delaminação para adesivo natural ......................................................................... 77 5.2.2 Resistência média ao cisalhamento da linha de cola (MPa).......................... 79 5.3 ELEMENTOS DE MLC COM LAMELAS DE DIFERENTES ESPESSURAS ..... 82 5.3.1 Resistência média ao cisalhamento da linha de cola para lamelas de diferentes espessuras (MPa) .................................................................................................. 82 6 CONCLUSÕES ........................................................................................................ 86 7 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ................................................. 89 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................... 90 17 1 INTRODUÇÃO A utilização da madeira na construção civil ocorre desde o início da civilização. Como consequência do amplo uso do material, técnicas construtivas foram desenvolvidas com o objetivo de obter facilidades e melhorias para as construções. A madeira lamelada colada (MLC) surgiu com a evolução destes métodos construtivos. A MLC é um produto industrializado composto por lamelas de madeira serrada, que são dispostas com o posicionamento de suas fibras paralelos entre si e coladas com adesivo estrutural à prova d’agua. Propriedades como baixo peso próprio e elevada resistência mecânica conferem ao produto a possibilidade de ser utilizado em construções com formatos e dimensões variados (PAULI, AZAMBUJA e OLIVEIRA NETO, 2021). No Brasil, apesar da grande disponibilidade de matéria prima, os métodos construtivos que utilizam MLC ainda não são amplamente difundidos. Existe carência de acesso à informação técnica, aos processos e tecnologias para a produção de MLC, o que resulta na dificuldade de produção e conhecimento deste sistema de construção (FREITAS, MAZZARDO, 2021). A produção, estudo e instruções normativas sobre a MLC são muito recentes no Brasil. Além disso, não existem muitos estudos conclusivos sobre os efeitos dos parâmetros de fabricação dos elementos de MLC (pressão de colagem, espessura das lamelas, entre outros) na resposta da qualidade de colagem. Não foram encontrados na literatura nacional estudos sobre a distribuição das pressões de colagem ao longo do comprimento do elemento colado. A ABNT NBR 7190-1:2022, recomenda, respectivamente, os valores de 0,7 MPa e 1,2 MPa, para madeiras de baixa densidade (ρap ≤ 0,5 g/cm3) e de média e alta densidade (ρap > 0,5 g/cm3). Porém, não existem estudos definindo esses valores para as madeiras cultivadas no território brasileiro. Há necessidade de estudos que comprovem a eficácia desses valores de pressão propostos para as referidas madeiras de reflorestamento. O método de ensaio brasileiro, ABNT NBR 7190-6:2022, tem como base a norma europeia EN 14080:2013, e busca reduzir o tempo de ensaio para avaliar a qualidade de colagem em elementos de MLC através de ensaios de delaminação e de resistência ao cisalhamento das linhas de cola. Por fim, não existe um método padronizado disponível para quantificação da porcentagem de ruptura na madeira e no adesivo após o ensaio de cisalhamento na linha de cola. Essa quantificação tem sido feita no meio técnico de forma visual, a qual apresenta imprecisão. 18 Com base no exposto, este trabalho visou avaliar, experimentalmente, o método de ensaio brasileiro ABNT NBR 7190-6:2022, na resposta da qualidade da colagem de elementos de MLC para diferentes combinações espécie/adesivo, incluindo um adesivo natural, considerando os parâmetros de fabricação: pressão de colagem e espessura da lamela. Pretende também avaliar por meio de microscópica óptica as regiões de colagem dos corpos de prova e antes e após a colagem. Pretende-se ainda testar o software de imagens “GLT Rupture Analysis”, desenvolvido em linguagem phyton, por pesquisadores da UNESP de Itapeva, sob supervisão do orientador deste trabalho, especialmente para esta finalidade, com posterior comparação dos resultados com o software ImageJ. Esses softwares permitem a quantificação automática da porcentagem de ruptura na madeira e no adesivo após a ruptura por cisalhamento da linha de cola. 19 2 OBJETIVOS 2.1 OBJETIVO GERAL Avaliar o processo produtivo e a resposta da qualidade de colagem em elementos de madeira lamelada colada, com base na ABNT NBR 7190-6: 2022. 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS • Determinar experimentalmente a influência da pressão de colagem na resposta de delaminação e de resistência ao cisalhamento da linha de cola para madeiras de reflorestamento (Eucalipto grandis e Pinus elliottii) e adesivo Cascophen RS 216 -M; • Verificar a relação entre a pressão e a posição das lamelas no elemento de MLC na resposta de resistência ao cisalhamento na linha de cola para madeiras de reflorestamento (Eucalipto grandis e Pinus elliottii) e adesivo Cascophen RS 216 -M; • Analisar as superfícies de colagem antes da aplicação do adesivo, as variações das espessuras finais das linhas de cola para a melhor pressão de colagem obtida, como também as superfícies dos corpos de prova após a ruptura por cisalhamento da linha de cola; • Comparar os resultados dos softwares GLT Rupture Analysis e ImageJ na quantificação de porcentagem de ruptura na região de colagem utilizando adesivo Cascophen RS 216 -M; • Conhecer o comportamento de um adesivo natural composto por Proteína de soja e Óxido de magnésio na resposta da qualidade de colagem em madeiras de reflorestamento (Eucalipto grandis e Pinus elliottii); • Avaliar experimentalmente a influência da espessura da lamela (1,5 cm; 2,5 cm e 3,5 cm), através do ensaio de cisalhamento na linha de cola, na resposta da qualidade de colagem considerando as melhores pressões obtidas nas etapas anteriores para a resina Cascophen RS 216 – M e madeiras de reflorestamento (Eucalipto grandis e Pinus elliottii); 20 2.3 JUSTIFICATIVA Grande parte dos ensaios já realizados para análise da qualidade de colagem de elementos de MLC, no Brasil, foram realizados conforme recomendação de normas internacionais (europeia, americana e canadense) e com modelos de corpo de prova (cisalhamento ou Double Shear) propostos pela norma ABNT NBR 7190:1997. Porém, nestas situações, os corpos de prova não representam perfeitamente a real situação de colagem dos elementos de MLC e a seção dos elementos de MLC deveriam ser consideradas como parte dos elementos colados durante os ensaios de cisalhamento das linhas de cola. O novo método de ensaio brasileiro ABNT NBR 7190-6:2022 sugere que os ensaios para análise de colagem sejam realizados com novo modelo de corpo de prova, ou seja, aqueles retirados do próprio elemento de MLC com comprimentos de 7,5 cm ou 10 cm. Além disso, a ABNT NBR 7190-6:2022, recomenda que sejam utilizados na colagem de elementos de MLC valores de 0,7 MPa e 1,2 MPa, os quais dependem da densidade da madeira utilizada. A utilização de documento normativo ainda é recente no Brasil, pois até a publicação do novo método de ensaio, os valores de pressão de colagem eram aqueles recomendados por pesquisadores e não por um documento normativo. Outros trabalhos anteriores já desenvolvidos na mesma temática na UNESP/Itapeva (Bianchi, 2020; Lisboa 2020; Andrade 2019) consideraram o método de ensaio a ABNT NBR 7190-6:2022, porém sem realizar a verificação da influência da variação da pressão de colagem ou da espessura das lamelas na resposta da qualidade de colagem do elemento de MLC. Os ensaios desenvolvidos na UNESP/Itapeva em parceria com a EESC/USP estão sendo os primeiros ensaios realizados para testar o referido método brasileiro em diferentes combinações espécie/adesivo. A maioria dos estudos analisados sobre MLC, realizam a quantificação da porcentagem de ruptura na madeira e no adesivo, nas regiões de colagem, de maneira visual. Diante disso, a proposição e teste do software de imagens GLT Rupture Analysis, desenvolvido na UNESP Itapeva, em comparação com os resultados do software ImageJ, que é um software já consolidado no mercado e amplamente utilizado para análise de imagens, busca fornecer uma ferramenta de fácil utilização e com maior rapidez e eficiência na obtenção da resposta do ensaio. As atuais normas técnicas recomendam que os estudos relacionados à qualidade de colagem da madeira sejam baseados em ensaios macroscópicos, analisando, nesse caso, a 21 resistência mecânica dos elementos. Porém, as análises de microscopia podem indicar a qualidade da colagem através de uma observação mais apurada da penetração do adesivo na madeira como o adesivo, agregando outras informações sobre a utilização de determinados adesivos e processos produtivos para obtenção de produtos de qualidade. Estrutura do Trabalho: Este trabalho foi estruturado nos seguintes itens: • Introdução, objetivos e justificativa: apresenta o tema, a problemática a ser trabalhada, os motivos do estudo, e como o que se pretende abordar para a obtenção dos resultados; • Revisão bibliográfica: contém as principais pesquisas e normativas sobre o tema; • Materiais e métodos: contém os materiais e procedimentos utilizados na pesquisa; • Resultados: apresenta os principais resultados experimentais obtidos até o momento; • Conclusões: apresenta as principais conclusões obtidas até o momento; • Referências bibliográficas: contém a relação de trabalhos consultados para a pesquisa; 22 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA O estudo da bibliografia foi realizado ao decorrer da pesquisa baseando-se na norma ABNT NBR 7190-1:2022, ABNT NBR 7190-6:2022, Normas americanas: ASTM D2559, D4688 e D198, Normas europeias: EN 14080 e EN 408 e Normas canadenses: CSA 112.9 e CSA 112.10. Além disso, a revisão bibliográfica inclui a revisão sobre os estudos obtidos por outros pesquisadores, utilizando a base de dados ScienceDirect, Scopus e Web of Science. A pesquisa bibliográfica foi dividida em quatro subitens. No primeiro, encontra-se uma introdução sobre a MLC, descrevendo as principais características e o processo produtivo. O segundo subitem refere-se às propriedades macroscópicas e microscópicas da madeira. O terceiro subitem trata da qualidade de colagem da MLC, incluindo fatores que influenciam na colagem e informações sobre o controle da qualidade de colagem e as normas que estabelecem os parâmetros de verificação da qualidade dos produtos. O quarto subitem trata dos adesivos utilizados na produção de MLC. 3.1 MADEIRA LAMELADA COLADA A madeira lamelada colada é um produto de engenharia utilizado na construção civil, que apresenta qualidades como alta capacidade de carga, sustentabilidade e baixa densidade quando comparada ao aço e ao concreto. Este produto é composto por lamelas (tábuas) de madeira unidas através de adesivo e submetidas a pressão, de maneira que ao final do processo, seja obtida um único elemento estrutural (DEPIERI, SANTOS e DA COSTA, 2020). Conforme Segundinho et al. (2015), a produção da MLC se dá a partir do posicionamento das lamelas de madeira de maneira paralela ao comprimento do elemento estrutural e o adesivo é aplicado nas faces das lamelas e nos topos, através de emenda finger joint, de forma a obter o comprimento e altura prevista para a estrutura (Figura 1). Figura 1 - Posicionamento das lamelas para a produção de MLC Fonte: Autor. 23 A produção de MLC proporciona bom aproveitamento da madeira, pois permite a dispersão dos defeitos naturais e utilização de madeiras de forma mais eficiente, devido a possibilidade de realizar a distribuição seletiva de lamelas previamente classificadas visualmente e mecanicamente. Neste caso, as lamelas são dispostas adequadamente, de maneira que as peças de maior qualidade fiquem posicionadas nas áreas de maior solicitação mecânica do elemento estrutural (MIOTTO, 2009; DUARTE, 2004). A MLC pode ser utilizada para diversas finalidades na construção civil devido a sua boa relação entre massa e resistência mecânica e a possibilidade de vencer grandes vãos. Além disso, a plasticidade do material permite que a estrutura exiba curvatura e seções variáveis (LEITE; SANTOS; VALLE, 2017; NOGUEIRA, 2017). A Figura 2 permite a visualização de uma estrutura de MLC com formato curvo, construída pela empresa Carpinteria. Figura 2 – Estrutura em MLC – Portaria Cerejeiras. Fonte: Carpinteria (2022). Porém, ainda existem resistências significativas para a difusão do produto no Brasil, causada pelo alto custo, ausência de recomendações técnicas brasileiras, baixo controle de qualidade da madeira serrada nas serrarias, ausência de adesivo competitivo produzido nacionalmente, baixa quantidade de mão de obra especializada, baixa demanda devido ao desconhecimento do produto e ausência de políticas públicas que favoreçam o setor madeireiro (FIORELLI, 2005; LEITE; SANTOS; VALLE, 2017). 24 3.1.1 Processo produtivo de madeira lamelada colada A produção de MLC é realizada dentro da indústria, que recebe a madeira e realiza diversos processos até a obtenção do elemento de MLC. A ABNT NBR 7190-1:2022 estabelece os processos recomendáveis para esse processo produtivo. Durante a produção é importante que sejam utilizadas madeiras que apresentem compatibilidade de propriedades físicas e mecânicas, evitando utilizar espécies diferentes em um mesmo elemento. A densidade aparente (teor de umidade de 12%) deve estar entre 0,40 g/cm³ e 0,75g/cm³. A secagem das lamelas é realizada buscando uniformidade de teor de umidade entre lamelas. Conforme a ABNT NBR 7190-1:2022, não é permitida uma variação superior a 5% entre as lamelas adjacentes e é necessário que elas estejam completamente secas, apresentando teor de umidade máximo de 18%. Durante o processo de secagem da madeira, é importante buscar a uniformidade do teor de umidade das lamelas. Portanto, logo após a estabilização do teor de umidade, o processo de produção dos elementos deve ser iniciado. O processo de secagem das lamelas é mais eficiente quando comparado à secagem de uma viga de madeira maciça ou mesmo uma tora inteiriça, pois o volume de madeira contido em uma lamela é menor em comparação a uma tora completa. Por esse motivo, as lamelas estão menos suscetíveis a sofrer alterações físicas devido à umidade. Além disso, a secagem das lamelas é mais rápida em comparação à secagem de toras inteiriças (PAULI; AZAMBUJA; OLIVEIRA NETO, 2021). Após a secagem, é realizada a classificação visual das lamelas, realizando inspeção visual dos defeitos encontrados na madeira de forma a verificar as duas faces e as bordas de cada peça. Essa classificação tem como propósito classificar peças ou seções de acordo com seus defeitos, evitando a redução da qualidade do elemento de MLC produzido. A classificação é realizada de forma estratégica, selecionando e posicionando as lâminas que apresentam a melhor qualidade nas camadas de maior solicitação (GOMES, 2018; ABNT NBR 7190-2:2022). Além da classificação visual, também é realizada a classificação mecânica, que se baseia na verificação do módulo de elasticidade (Em) através de ensaio mecânico não destrutivo e densidade de cada lamela. Com a obtenção dos valores do módulo de (Em), é possível realizar o agrupamento de lotes de lamela conforme os valores obtidos, possibilitando a distribuição das lamelas durante a produção do elemento de MLC (ABNT NBR 7190-2:2022). A Figura 3 mostra a simulação da distribuição das tensões em vigas submetidas ao ensaio de flexão, possibilitando reconhecer as camadas mais externas da viga como as regiões de maior solicitação de resistência. Portanto, é a região em que as lamelas de maior qualidade são 25 posicionadas durante a produção da MLC. Por outro lado, a região central da lamela apresenta menor solicitação, sendo possível utilizar lamelas com menores módulos de elasticidade e menores classificações na avaliação visual (GOMES, 2018). Figura 3 - Avaliação das tensões na viga de MLC - Tensões de von Mises em kgf/cm². Fonte: Gomes (2018). Para a obtenção do comprimento desejado para os elementos de MLC, é necessário que haja uma união longitudinal entre as lamelas. A união é realizada através da colagem de entalhes múltiplos usinados, também conhecidos como emendas denteadas (Figura 4), nas extremidades das tábuas. Estas emendas garantem a continuidade das lamelas permitindo elementos estruturais com comprimento significativo, além de possibilitar a remoção de defeitos em pequenas seções da peça, de forma a aumentar o aproveitamento da madeira (ABNT NBR 7190-1:2022; APRILANTI, 2010). 26 Figura 4 - Emendas de topo denteadas Fonte: ITA CONSTRUTORA (2023). Com as lamelas previamente secas, classificadas mecânica e visualmente e com união longitudinal realizadas, inicia-se o processo de adequação da superfície da madeira, para que a aplicação do adesivo seja eficiente. Nesta etapa, as lamelas são aplainadas (Figura 5), obtendo uma superfície regular e adequada para o espalhamento e penetração do adesivo. Logo após ocorre o posicionamento das lamelas conforme a classificação visual e mecânica realizadas (MIOTTO, 2009). Figura 5 - Aplainamento das lamelas. Fonte: ITA CONSTRUTORA, 2023. Após o processo de aplainamento das lamelas, as mesmas estão aptas para receber o adesivo. É importante que o adesivo utilizado na produção de MLC seja adequado para o uso estrutural, garantindo a durabilidade e integridade à peça. A quantidade e parâmetros de aplicação de adesivo pode variar dependendo do tipo de adesivo utilizado, sendo importante verificar as especificações do fabricante do produto (CAVALHEIRO RAQUEL, 2018; ABNT NBR 7190-2022). Para a colagem adequada, é necessário que o elemento de MLC passe pelo processo de prensagem das lamelas. Durante a prensagem, ocorre a fixação e cura completa do adesivo, de maneira a obter a adesão ideal de colagem. Conforme a ABNT NBR 7190-1:2022, recomenda- 27 se que a pressão de colagem mínima seja de 0,7MPa para madeiras com densidade inferior a 0,5g/cm³ e 1,2MPa para madeiras com densidade superior a 0,5 g/cm³. Após o período de cura do adesivo, os elementos de MLC são retirados da prensa e são submetidos ao processo de acabamento e adequação nas dimensões planejadas. É realizada a remoção dos adesivos residuais nas laterais dos elementos de MLC através de aplainamento e realizados os cortes e finalizações necessárias para o produto (MIOTTO, 2009). 3.2 MADEIRA De forma geral, várias espécies de madeira podem ser usadas na confecção de elementos de MLC. Porém é importante o estudo prévio da combinação espécie/adesivo tendo em vista a resposta da qualidade de colagem. Macroscopicamente a madeira tem natureza ortotrópica e é formada por três principais direções ortogonais (radial, tangencial e longitudinal), conforme ilustra a Figura 6. Em cada uma das direções a madeira apresenta diferentes propriedades mecânicas (RITTER, 1990). Figura 6 - Direções ortogonais da madeira vistas macroscopicamente. Fonte: Ritter (1990). 3.2.1 Aspectos microscópicos da madeira Do ponto de vista microscópico, as coníferas (pinus) apresentam uma estrutura simples, constituída por uma maioria de células compridas e delgadas, denominadas traqueídeos, as quais apresentam pontuações (pequenas aberturas) e formam os lenhos tardio (mais resistente e compacto) e precoce. Os traqueídeos são responsáveis pelo suporte mecânico. Também 28 existem os raios fusiformes e os parênquimas radiais (responsáveis pelo transporte de substâncias alimentares). A Figura 7 ilustra o arranjo tridimensional relacionado a anatomia de uma conífera e a estrutura de um traqueídeo (RITTER, 1990). Figura 7 - Esquema microscópico da estrutura anatômica de uma conífera. Arranjo tridimensional Traqueídeo Fonte: Pereira (2015). Por outro lado, as folhosas (eucaliptos) têm um arranjo relativamente mais complexo que as coníferas, formado basicamente por três elementos: vasos (estruturas verticais para o transporte de seiva), fibras (tecido com maior espessura e menor diâmetro que os traqueídeos das coníferas e tem função de suporte mecânico), raios heterocelulares e parênquimas radiais (também responsáveis pelo transporte de substâncias e dispostos na direção radial). A Figura 8 ilustra o arranjo tridimensional da madeira de folhosa. Figura 8 - Esquema microscópico da estrutura anatômica de uma folhosa. Fonte: Pereira (2015). 29 3.3 QUALIDADE DE COLAGEM DE MLC Em um cenário em que a madeira sólida de qualidade está escassa, a colagem de madeira apresenta-se como solução na indústria moderna, pois permite o aproveitamento mais racional da matéria prima, através do aproveitamento de peças de madeira de menores dimensões. A utilização do recurso de colagem reduz a exigência em qualidade da madeira. Por outro lado, deve-se garantir a qualidade do adesivo utilizado, o conhecimento sobre interação entre a espécie e o adesivo utilizados e o processo de produção, pois estes itens estão amplamente relacionados com a qualidade do produto (LIMA et al, 2008). A união adesiva é influenciada pelas propriedades da madeira e, em geral, madeiras de coníferas apresentam maior facilidade de colagem que madeiras de folhosas. As propriedades anatômicas, como: cerne, alburno, lenho juvenil e adulto, bem como lenho reação e direção da grã, afetam a colagem de madeira direta. Dentro de uma espécie madeira, pode ocorrer variação de densidade e porosidade e, consequentemente, variação na qualidade de colagem (CALIL NETO, 2011). De acordo com Cavalheiro (2018), o adesivo utilizado para a produção de MLC deve ser durável, de forma a manter a integridade durante toda a vida útil do produto. Para garantir a qualidade da colagem, o adesivo utilizado em estruturas deve produzir ligações com a madeira, garantindo a durabilidade conforme as condições de uso necessárias. São utilizados diversos adesivos para a produção de MLC, entre eles, os isocianatos e os adesivos à base de formaldeído, como uréia-formaldeído (UF), melamina formaldeído (MF), melamina-uréia- formaldeído (MUF), resinas fenólicas ou fenol formaldeído (PF), resorcinol-formaldeído, entre outras (CAVALHEIRO, 2018). Para a obtenção da qualidade de colagem, deve existir adesão e coesão adequadas. A adesão é a força de união entre adesivo e superfície a ser colada e coesão são as forças que atraem moléculas iguais, é o que mantém as moléculas do adesivo unidas. Portanto, para obter a qualidade de colagem, o adesivo deve se espalhar por toda a superfície do material e aderir- se ao mesmo, de maneira a permitir a transferência de carga (CARNEIRO, 2010). De acordo com Jesus e Calil Junior (2000), existem parâmetros importantes que influenciam o processo de adesão do adesivo, que são: tempo de pressão, viscosidade, gramatura e tempo de cura do adesivo e a pressão aplicada durante a colagem. 30 3.3.1 Pressão de colagem O controle da pressão de colagem é de extrema importância para a obtenção da qualidade do elemento de MLC. Ao aplicar pressão durante o processo de colagem, o adesivo entra em contato molecular com a superfície da madeira, forçando-o a penetrar na estrutura, de maneira a ocorrer uma ligação entre adesivo. Conforme a pressão é aplicada ao elemento de MLC, a camada adesiva adquire uma espessura estreita e contínua, que deve obter a espessura de 76 a 152 μm. Diante disso, existe uma pressão ideal de colagem a depender a densidade da madeira, pois, se a pressão de colagem for muito alta, o adesivo pode penetrar em excesso nos poros da madeira, causando falhas na linha de cola e diminuindo a qualidade de colagem. Por outro lado, se a pressão for muito baixa, não haverá a ligação suficiente entre madeira e adesivo (VICK, 1999). De acordo com Burdulu et al. (2007), a resistência de colagem está relacionada com a maior pressão de colagem, devido ao aumento da penetração e ancoragem do adesivo nas cavidades da madeira. Porém, a pressão excessiva pode causar sobrepenetração, gerando uniões de baixa resistência. A distribuição de pressão nas vigas de madeira laminada colada (MLC) refere-se ao controle e aplicação adequada da pressão durante o processo de fabricação desses elementos estruturais. Durante a produção das vigas de MLC, as lamelas de madeira são posicionadas uma sobre a outra, com suas faces em contato, e unidas utilizando adesivos estruturais. Nesse processo, a aplicação de pressão desempenha a função de garantir uma adesão adequada entre as lâminas e criar uma estrutura coesa e resistente. A distribuição de pressão de colagem é realizada no sentido longitudinal da peça, conforme Figura 9. Conforme Scapinello (2021) deve-se realizar a retirada da pressão de madeira gradativa em pontos alternados ao longo do comprimento da peça. Essa distribuição permite que o adesivo seja comprimido, penetrando na madeira e maximizando a área de contato entre as lamelas. Vale mencionar que quando uma carga F é aplicada na superfície da peça, ocorre o espraiamento das cargas em 45º, de forma semelhante ocorre com as rodas dos veículos sobre um tabuleiro de ponte. Portanto, vários pontos de aplicação de carga distribuem melhor a pressão aplicada 31 Figura 9 - Distribuição de pressão Fonte: Autor. 3.3.2 Controle da qualidade de colagem Os ensaios necessários para avaliar a qualidade de colagem de elementos de MLC são os ensaios de delaminação e de resistência ao cisalhamento das linhas de cola, com análise complementar o tipo de ruptura ocorrido na região de colagem após a ruptura por cisalhamento da linha de cola. De forma geral, observa-se que os ensaios de qualidade de colagem de elementos de MLC realizados até o momento no Brasil, utilizaram modelos de corpo de prova conforme eram indicados na ABNT NBR 7190:1997 – Anexo B, e outras normas estrangeiras. A norma técnica de estruturas de madeira ABNT NBR 7190:1997 não apresentava procedimentos específicos para o controle da qualidade de MLC. Porém, alguns métodos de ensaio, associados à norma atual ABNT NBR 7190:2022, propõem novos métodos de ensaio para verificação da qualidade de colagem de MLC e CLT, classificação visual e mecânica de lamelas de madeira, secagem e verificação de desempenho estrutural de madeiras maciças e produtos derivados à base de madeira. Entre estes métodos, consta-se o método de ensaio para caracterização de madeira lamelada colada estrutural (ABNT NBR 7190-6:2022), que propõe a avaliação da qualidade de colagem da MLC, com o intuito de orientar as indústrias brasileiras de MLC sobre a metodologia de verificação da qualidade dos produtos. 3.3.2.1 Controle da qualidade de colagem no Brasil A ABNT NBR 7190:1997 recomendava que o ensaio de resistência ao cisalhamento na lâmina de cola paralelo às fibras da madeira lamelada colada fosse realizado em corpo-de- prova prismático e que o valor seja obtido pela máxima tensão de cisalhamento suportada pela 32 linha de cola. A Figura 10, ilustra o formato e as dimensões dos corpos de prova utilizados para o ensaio, bem como o posicionamento da linha de cola em relação as fibras da madeira. Figura 10 – Corpo de prova para ensaio de cisalhamento na lâmina de cola, na direção paralela às fibras. Fonte: Adaptado de ABNT NBR 7190: 1997. De acordo com Serrano (2013), o modelo de corpo de prova de cisalhamento recomendado pela ABNT NBR 7190:1997, pode apresentar resultados imprecisos pois podem ocorrer esmagamentos na base do corpo de prova, o que gera uma influência negativa nos resultados de resistência obtidos. A Norma ASTM D-905-08 também recomenda um modelo específico para ensaios de cisalhamento, que são utilizados para o teste de colagem de MLC no Brasil. A autora citada anteriormente, Serrano (2013), utilizou o modelo de corpo de prova em questão (Figura 11) para a análise do cisalhamento no plano de cola. 33 Figura 11- Corpo de prova bi-laminado para ensaios de cisalhamento de acordo com ASTM D-905-08. Fonte: Serrano (2013). O corpo de prova denominado “Double shear” ou “Corte Duplo”, recomendado pela ABNT NBR 7190:1997 para ensaios de ligações com pinos metálicos e pela American Institute of Timber Construction (AITC) (2007) para ensaios de cisalhamento, também é recorrentemente utilizado para ensaios de cisalhamento na linha de cola. Araújo (2015), realizou a avaliação do efeito da umidade da madeira na resistência ao cisalhamento da linha de cola, utilizando o modelo mencionado (Figura 12). O modelo de corpo de prova também foi utilizado por Cavalheiro (2014) e Calil Neto (2011), em testes de controle de qualidade de colagem. Figura 12 – (a) Modelo de corpo de prova de cisalhamento com corte duplo (b) Ensaio de cisalhamento da linha de cola em corpo de prova de cisalhamento com corte duplo (a) (b) Fonte: Araújo (2015). 34 Além do ensaio de cisalhamento da linha de cola, o controle da qualidade de colagem de elementos de MLC também é feito através da análise de delaminação dos corpos de prova colados. A norma ABNT NBR 7190:1997 não apresenta método de ensaio para delaminação, porém, a norma ABNT NBR 7190-6:2022 apresenta um método de ensaio baseado na norma EN 14080:2013. Algumas normas estrangeiras como a norma canadense (CSA 112.9:2004 e CSA 112.10) e americana (ASTM D 2559:2004), também propõe métodos para ensaio de delaminação de elementos de MLC. Porém, estes procedimentos exigem muito tempo de ensaio, como no caso da norma canadense, que totaliza 12 dias de ensaio. O método proposto na norma ABNT NBR 7190-6:2022, busca reduzir o tempo de ensaio, de maneira a agilizar a obtenção dos resultados. Os procedimentos de análise de qualidade de colagem (cisalhamento e delaminação nas linhas de cola) descritos na norma ABNT NBR 7190-6:2022 são baseados nas normas europeias EN 14080:2013 para ambiente externo. 3.3.2.2 Cisalhamento na linha cola - Procedimentos da Norma ABNT NBR 7190-6:2022 Para o ensaio de avaliação da resistência ao cisalhamento nas linhas de cola, o corpo de prova deve ser retirado de uma parte da seção transversal do elemento de MLC (Figura 13) e ensaiado em dispositivo conforme ilustrado na Figura 14. Figura 13 - Corpo de prova de resistência ao cisalhamento na linha de cola retirado da seção transversal do elemento de MLC. Fonte: Autor. 35 Figura 14 - Dispositivo de ensaio de cisalhamento na linha de cola. (a)Perspectiva (b)Vista Lateral (c)Vista Frontal Fonte: ABNT NBR 7190-6:2022. Os corpos de prova retirados da seção transversal do elemento estrutural são marcados de maneira a possibilitar a posterior identificação da viga em que foi retirado. A Figura 15 apresenta o corpo de prova utilizado para o referido ensaio. A espessura (t) deve ser igual a 100 mm, a largura (b) e o comprimento (l), não apresentam dimensão definida, mas devem ser os maiores possíveis e a quantidade de corpos de prova retirados do elemento colado, deve seguir as recomendações expressas na Tabela 1. Tabela 1 – Número de corpos de prova de cisalhamento na linha de cola conforme largura do elemento laminado. Largura do elemento laminado (mm) Número de corpos de prova ≤ 100 1 >100 e ≤ 160 2 >160 3 Fonte: ABNT NBR 7190-6:2022. Deverão ser ensaiados o mínimo de 3 linhas de colas da parte superior do corpo de prova, 3 da parte central e 3 da parte inferior. Para os corpos de prova com menos de 10 linhas de cola, todas deverão ser ensaiadas. A força de cisalhamento aplicada deve ser paralela a fibra da madeira até a ruptura do corpo de prova. Após o ensaio, é necessário registrar o valor da resistência ao cisalhamento na linha de cola e a analisar a superfície da superfície cisalhada, identificando a porcentagem de falha na madeira. 36 A resistência ao cisalhamento na linha de cola é obtida através da Equação (1): 𝑓𝑣0 = 𝐹𝑣0,𝑚𝑎𝑥 𝑏 ∙ 𝑡 (1) onde fv0 = resistência ao cisalhamento da linha de cola (MPa); fv0,max = força máxima de cisalhamento aplicada durante o ensaio (N); b = largura do corpo de prova (mm) t = altura do corpo de prova (mm) Os resultados do ensaio de cisalhamento na linha de cola devem apresentar a estimativa da área de ruptura em relação à área total submetida ao cisalhamento. 3.3.2.3 Delaminação - Procedimentos da norma ABNT NBR 7190-6:2022 No ensaio de delaminação, as medidas das aberturas (descolamento das lamelas) das linhas de cola são determinadas em ambas as faces da seção transversal da amostra (Figura 11). Os corpos de prova utilizados no ensaio devem representar a produção de MLC e ser extraídos de elementos estruturais de MLC na faixa de umidade de 12% ± 2%. A amostra deve ser retirada da seção transversal do elemento de MLC e cortada perpendicularmente às fibras, conforme dimensões da Figura 15. Figura 15 – Retirada do corpo de prova para ensaio da qualidade de colagem. Fonte: ABNT NBR 7190-6:2022. Para determinar a delaminação de colagem dos corpos de prova é necessário determinar o comprimento de cada linha de cola transversal, com precisão de 0,1mm, antes do ensaio. São definidos dois procedimentos diferentes de colagem, diferenciando-se pelo tipo de adesivo utilizado: para uso exterior e para uso interior. 37 No procedimento para ensaio de delaminação para adesivos de uso exterior, a massa dos corpos de prova deve ser determinada e eles devem ser colocados em autoclave. Na primeira etapa, realiza-se a introdução de água a uma temperatura entre 10°C e 20°C até a submersão completa dos corpos de prova e então, aplicar vácuo entre 70 kPa e 85kPa, mantendo-o por 30 minutos. Na etapa seguinte, o vácuo deve ser retirado e substituído por pressão de 500kPa a 600kPa, por um período de 2 horas. Após esse período, os corpos de prova são retirados da autoclave e submetidos a secagem em estufa com ventilação forçada de ar em uma faixa de temperatura de 65°C e 75°C, com umidade relativa de 8%a 10% e velocidade do ar entre 2m/s e 3 m/s, posicionados com a distância de 5cm um do outro e conforme a Figura 16. Figura 16 - Posicionamento dos corpos de prova em relação ao fluxo de ar, dentro da câmara climatizadora. Fonte: ABNT NBR 7190-6:2022. O procedimento para adesivos de uso interior é o mesmo realizado para adesivos de uso externo, porém, as duas etapas de vácuo e pressão devem ser realizadas duas vezes, completando 5 horas de ensaio. A determinação de porcentagem de delaminação é realizada através do cálculo utilizando a Equação (2): 𝐷𝑡 = 𝐿𝑎 𝐿𝑡 ∙ 100 (2) Sendo: Dt = delaminação total (%) La = somatória das larguras das juntas abertas nas faces da seção transversal (mm); Lt= somatória das larguras das linhas cola totais medidas antes do ensaio (mm); 38 Para expressar os resultados, é realizado o registro dos locais com uniões afetadas por nós ou outros defeitos da madeira, para que sejam excluídas na determinação da delaminação total. Valores de delaminações isoladas inferiores a 2,5mm e localizadas a mais de 5mm da delaminação mais próxima, também devem ser excluídas da determinação. Informações sobre a colagens deficientes também devem ser registradas. A Tabela 2 apresenta a máxima delaminação permitida após a realização do procedimento. Tabela 2 - Limite de delaminação de acordo com o ambiente de exposição. Ambiente de exposição Tipo de procedimento Coníferas Folhosas Externo Externo 4% 6% Externo protegido Externo 6% 8% Interno Interno 8% 10% Fonte: ABNT NBR 7190-6:2022. A porcentagem de delaminação máxima de uma linha de cola, deve ser menor ou igual a 30%. Essa determinação é calculada através da Equação (3). 𝐷𝑡 = 100 ∙ 𝐿𝑎𝑚𝑎𝑥 𝐿𝑗𝑚𝑎𝑥 (3) Sendo: Dtmáx = maior delaminação de uma linha de cola (%); Lamáx = maior largura de delaminaçao sobre as faces da seção transversal (mm); Ljmáx = largura da junta que apresenta a maior delaminação (mm); Nos casos em que a delaminação total ultrapassar os valores estabelecidos na Tabela (2), todo o ciclo deve ser realizado novamente com novos corpos de prova. A delaminação do segundo ciclo não deverá exceder 10%, tanto para coníferas, quanto para folhosas. 3.4 ADESIVOS NA PRODUÇÃO DE MLC A utilização de adesivos adequados para a estrutura de MLC é de extrema importância para a obtenção de produtos de qualidade. Os adesivos utilizados tais estruturas devem apresentar resistência mecânica elevada, por isso a utilização de adesivos estruturais. É necessário que haja ligação sólida entre as lamelas de madeira e o adesivo, de maneira a garantir 39 a durabilidade da estrutura. Existe também a necessidade de que os adesivos utilizados para a produção de MLC apresentem resistência à umidade e condições climáticas adversas. Por se tratar de uma peça estrutural, é importante que não haja enfraquecimento das ligações entre adesivo e madeira, mesmo quando exposto à água, umidade ou alterações temperatura. Os compósitos de madeira, quando produzidos com adesivos, oferecem possibilidades eficientes para a utilização das fibras de madeira, permitindo a obtenção de produtos com uma ampla variedade de formas e dimensões que não seriam facilmente alcançadas com o uso exclusivo da madeira maciça (CAVALHEIRO, 2018). Além de ampliar as possibilidades de formas e dimensões, a utilização de adesivos para a produção de painéis de madeira também se apresenta como uma opção sustentável. Recursos madeireiros são aproveitados através da união entre madeira e adesivo, de maneira que madeiras de reflorestamento podem ser utilizadas na produção de grandes estruturas (GOMES, 2018). Diferentes tipos de adesivos são utilizados na produção de MLC, sendo os adesivos à base de formaldeído os mais utilizados na indústria madeireira. Resinas termoendurecedoras à base de formaldeído são amplamente utilizadas devido a facilidade de fabricação e baixo custo. Entre os adesivos a base de formaldeído, estão os seguintes adesivos: uréia formaldeído, melamina formaldeído, melamina-uréia-formaldeído, resinas fenólicas e resorcinol-formaldeído (CAVALHEIRO, 2018). 3.4.1 Resorcinol Formaldeído (Cascophen) A produção de vigas estruturais de madeira comumente emprega adesivos à base de resorcinol, que oferecem vantagens significativas, como alta resistência e a possibilidade de cura do adesivo em temperatura ambiente (até 50°C). Esses adesivos são especialmente adequados para produtos que requerem resistência à água e são indicados para aplicações sujeitas a exposição temporária ou permanente a intempéries (PIZZI, 1983; CAVALHEIRO, 2014; ALBINO, 2009). Devido sua alta reatividade, o resorcinol formaldeído apresenta cura em temperatura ambiente, não havendo necessidade de prensagem a quente. Por isso, é amplamente utilizado na fabricação de MLC e outras aplicações, como até mesmo em barcos, pois permite ser utilizado para estruturas exposta ao ar livre e regiões úmidas. No entanto, este adesivo tem custo elevado, o que encarece o produto (CALIL NETO, 2011; CAVALHEIRO, 2018). 40 3.4.2 Poliuretano A resina poliuretana é utilizada na colagem de madeira devido suas propriedades de resistência mecânica e intemperismos. Além disso, ela possui a capacidade de cura a temperatura ambiente (JESUS, 2000). A resina poliuretana possui ampla capacidade de inibir a absorção de água, apresentando- se como excelente alternativa para produção de painéis à base de madeira. Além disso, apresenta fácil aplicação, boa resistência e consistência sólida. CELESTINO, 2020). Diante da utilização de diversos adesivos tidos como insalubres devido a emissão de componentes tóxicos, os adesivos poliuretanos apresentam-se como uma alternativa ambientalmente correta, pois não apresentam emissões nocivas às pessoas e ao ambiente (BIANCHI, 2020; GROTTO; HEMKEMEIER e ROSSATO, 2020) 3.4.3 Adesivo natural - Proteína de Soja e Óxido de Magnésio Nos dias atuais são utilizados adesivos como Ureia-formaldeído (UF) para a produção de compósitos de madeira, porém, este produto pode trazer riscos severos à saúde. Entre os anos 1930 e 1960, a proteína de soja era utilizada como adesivo de madeira, no entanto, não apresentava a resistência de ligação necessária para o uso estrutural, portanto, foi gradativamente substituída por outros adesivos mais resistentes, porém, menos aceitos no âmbito ambiental (United States Patent ,2016; JANG; LI, 2015). Em tempos históricos, as proteínas de leguminosas, como é o caso da proteína de soja, eram utilizadas como substância adesiva para a união de madeira e papel. A ligação era mantida forte, desde que não exposta a umidade, pois o contato com a água gera enfraquecimento e deterioração da colagem (PIZZI, 1983). Estudos sobre modificações adesivos de proteína de soja estão sendo desenvolvidos com o intuito de modificar a estrutura físico-química e melhorar as propriedades de adesão e de resistência à água (XU; HAN; LI; LUO; SHI; LI; GAO; MAO, 2022). Jang e Li (2015), desenvolveram um adesivo utilizando farinha de soja (SF), óxido de magnésio (MgO) e água. Inicialmente, a mistura apresentou propriedades adesivas adequadas para a colagem de madeira. O adesivo natural SF – MgO é baseado unicamente em materiais naturais, não contem produtos de base petroquímica e, portanto, é muito sustentável 41 e ambientalmente seguro. O adesivo SF-MgO tem sido usado recentemente na produção de painéis de compensado. Balducci et. al (2022) desenvolveu um novo bioadesivo para painéis aglomerados à base de materiais naturais: farinha de soja, óxido de magnésio (MgO) e um hidrolisado enzimático de origem vegetal, baseado nos estudos de Jang e Li (2015). O MgO foi usado para facilitar a solubilidade em água da farinha de soja. A solubilidade e o teor de proteína podem ser ainda mais aprimorados pela adição do hidrolisado de proteína. A combinação dos materiais naturais (farinha de soja, MgO e hidrolisado enzimático de origem vegetal) mostrou bom potencial para o desenvolvimento de adesivos isentos de formaldeído para painéis aglomerados. Com base nos resultados gerais, a combinação dos materiais naturais (farinha de soja, MgO e hidrolisado enzimático de origem vegetal) mostrou bom potencial para o desenvolvimento de adesivos isentos de formaldeído para painéis aglomerados. 3.5 CONCLUSÕES DA REVISÃO BIBLIOGRÁFICA. De um modo geral, observa-se que os trabalhos presentes na literatura nacional sobre qualidade de colagem consideram modelos de corpos de prova colados confeccionados com base no modelo do corpo de prova isento de defeito, conforme a norma ABNT NBR 7190- 6:2022 sem considerar a real seção da peça de MLC analisada. Outros trabalhos consideram corpos de prova colados baseados no ensaio de cisalhamento duplo (Double Shear) não condizendo com a real situação de colagem do elemento estrutural original analisado. Também foram encontrados corpos de prova de teste baseados na ASTM D-905-08 que utiliza peças bi- laminadas sem considerar a seção real do elemento. Porém, nos ensaios de qualidade de colagem é interessante que se considere amostras de MLC compostas pela própria seção transversal do elemento com comprimentos de 7,5 cm e 10 cm a exemplo do que propõe o método de ensaio ABNT NBR 7190-6:2022. Não foram encontrados na literatura trabalhos que considerem influência da variação da pressão de colagem de elementos de MLC na resposta de delaminação e resistência ao cisalhamento da linha de cola baseados no método de ABNT NBR 7190-6, por ser este um documento ainda recente no Brasil, já que o mesmo foi publicado em 29/06/2022; Outros trabalhos desenvolvidos na mesma temática na UNESP/Itapeva consideraram o método de ensaio, ABNT NBR 7190-6:2022 sem a verificação da influência da variação da pressão de colagem na resposta do elemento de MLC. 42 Não foram encontrados na literatura trabalhos numéricos sobre a variação da pressão de colagem em elementos de MLC para avaliação do cone de tensões (espraiamento das tensões) que ocorre durante a fabricação da peça de MLC ao longo do comprimento; e não existem recomendações normativas nacionais especificas de pressão de colagem para elementos MLC. A única recomendação normativa está presente na norma ABNT NBR 7190-6:2022 e estes valores precisam ser testados em trabalhos de pesquisa. A distribuição das tensões que ocorrem na madeira durante a aplicação de pressão, é de baixo conhecimento. A simulação numérica, é uma importante ferramenta para verificar os aspectos de interesse, como a distribuição das tensões nas regiões de maior solicitação mecânica. Porém, não existem trabalhos de simulação numérica na literatura, que avaliem a distribuição dessas tensões e os esmagamentos que ocorrem em função da pressão aplicada. A utilização do software GLT Rupture Analysis trata avanços na quantificação da porcentagem de ruptura na madeira e no adesivo na região de colagem, sendo de fácil utilização e fornecendo um resultado com relativa precisão e rapidez. Também não foram encontrados na literatura trabalhos avaliando a espessura das lamelas na resposta da qualidade de colagem a partir da ABNT NBR 7190-6: 2022. 43 4 MATERIAIS E MÉTODOS Neste capítulo estão descritos os materiais utilizados na produção dos elementos de MLC, bem como as metodologias utilizadas nos ensaios experimentais. Para a produção dos elementos de MLC foram utilizadas madeiras das espécies de reflorestamento Eucalyptus grandis e de Pinus elliottii (sem tratamento) com umidade de 12% ±1. Foram utilizados três tipos de adesivo na colagem dos elementos de MLC: 1 – Adesivo Cascophen RS-216-M (resorcinol formaldeído), já conhecido no meio técnico, para todos os níveis de pressão de colagem testados (0,4 MPa a 1,5 MPa). 2 - Adesivo natural à base de Óxido de Magnésio e Proteína de Soja para os melhores níveis de pressão obtidos para o adesivo anterior Cascophen RS 216 – M. A proposta desse adesivo natural foi verificar a sua resposta no que se refere a qualidade de colagem para elementos de MLC uma vez que ele foi testado inicialmente para uso em painéis de madeira por Jang e Li (2015). 3 - Adesivo poliuretano bicomponente KDG 1909, produzido pela empresa KEHL® , para diferentes espessura de lamelas (1,5cm, 2,5cm e 3,5cm) Os ensaios foram realizados com a utilização da máquina universal de ensaios EMIC com capacidade de 300 kN. Para os ensaios realizados com adesivo Cascophen RS-216-M, foi testado software GLT Rupture Analysis na quantificação da porcentagem de ruptura na madeira em corpos de prova de MLC, de teste, confeccionados com madeiras de pinus e eucalipto, e colados com resina Cascophen RS 216-M. O software ImageJ, utilizado frequentemente em análises de microscopia, que necessita do escaneamento das superfícies rompidas dos corpos de prova, também foi utilizado na comparação dos resultados utilizando a resina RS 216-M conforme já citado. Também foram realizadas análises complementares de microscopia para análise das regiões de colagem dos corpos de prova de cisalhamento. É importante salientar que os testes iniciais com a resina RS 216-M permitiram com facilidade a identificação da ruptura na madeira e no adesivo em função da utilização de um adesivo de cor escura após a cura, neste caso. 44 4.1 ANÁLISE DE DIFERENTES PRESSÕES DE COLAGEM Foram produzidos elementos de MLC para verificação da resposta da porcentagem de delaminação e da resistência ao cisalhamento das linhas cola para diferentes pressões de colagem (0,4 MPa, 0,7MPa, 1,2 MPa e 1,5 MPa). 4.1.1 Produção dos elementos de mlc para diferentes pressões de colagem A partir de tabuas com dimensões 6 cm x 16 cm x 300 cm foram obtidas lamelas menores com as dimensões 5 cm x 2 cm x 120 cm, correspondente a largura, espessura e comprimento, respectivamente. Para cada viga de MLC produzida para os ensaios foram utilizadas 5 lamelas, portanto, o elemento final colado apresentou as seguintes dimensões finais: 5 cm x 10 cm x 120 cm. Além das lamelas menores, foram retirados das tábuas correspondentes (de cada lote de madeira) os corpos de prova de caracterização para os ensaios de resistência a compressão paralela, resistência ao cisalhamento paralelo às fibras, módulo de elasticidade na flexão, módulo de elasticidade na compressão e densidade aparente (Figura 17). 4.1.2 Classificação visual e mecânica para diferentes pressões de colagem As lamelas foram submetidas ao processo de classificação visual e mecânica para escolha das peças de melhor qualidade. A caracterização visual, considerou itens como presença de nós e medula, encurvamento e arqueamento, torcimento e fissuras passantes e não passantes, conforme ABNT NBR 7190-6:2022. O módulo de elasticidade das lamelas na flexão foi obtido pelo ensaio de flexão de três pontos. 45 Figura 17 - Detalhes dos ensaios de caracterização mecânica das lamelas. Compressão paralela às fibras Cisalhamento paralelo às fibras Flexão estática Fonte: Autor. Para a classificação visual das lamelas, segundo a Southern Pine Inspection Bureau – SPIB (1994) citada por Carreira e Dias (2005) foram consideradas as seguintes características: presença de nós e medula, encurvamento e arqueamento, torcimento, fissuras passantes e fissuras não passantes. Na composição das vigas coladas (elementos de MLC) as lamelas com maior módulo de elasticidade foram posicionadas nas extremidades do elemento de MLC e as lamelas com módulos inferiores foram posicionadas na parte central nas proximidades da linha neutra (LN). De cada uma das vigas foram retirados corpos de prova com comprimentos de 7,5 cm mantendo-se a mesma seção transversal da viga, conforme mostra a Figura 18. Figura 18 - Configuração dos corpos de prova Fonte: Autor. 46 4.1.3 Colagem e prensagem das vigas Na produção dos corpos de prova, as vigas foram coladas inicialmente com o adesivo Cascophen bicomponente RS 216-M, com catalizador em pó. Este adesivo foi utilizado na proporção de 10:2 (adesivo:catalizador), ou seja, 12 g de adesivo para 2,4 g de catalizador. Na colagem das vigas considerou-se a gramatura de 240 g/m2 para o adesivo, sendo o adesivo aplicado em duas faces da lamela, conforme os melhores resultados obtidos em testes preliminares. Este adesivo exibe uma tonalidade escura após o processo de cura. Além disso, apresenta alta resistência (adesivo estrutural), e a intenção de sua utilização foi facilitar a visualização durante a quantificação da porcentagem de ruptura na madeira e no adesivo após os ensaios de cisalhamento das linhas de cola. Foram utilizados diferentes níveis de pressão de colagem para as vigas de MLC (5 cm x 10 cm x 120 cm), sendo os níveis de pressão aplicados controlados por torque (torquimetro) determinado especificamente para cada nível de pressão, ou seja: Para pressão de colagem de 0,4 MPa (torque de 16 N.m/parafuso da prensa), sendo vigas de eucalipto e 6 vigas de pinus ; Para pressão de colagem de 0,7 MPa (torque de 28,0 N.m/parafuso da prensa), sendo 3 vigas de eucalipto e 6 vigas de pinus; Para pressão de colagem de 1,2 MPa (torque de 48,0 N.m/parafuso da prensa), sendo 6 vigas de eucalipto e 6 vigas de pinus; Para pressão de colagem de 1,5 MPa (torque de 60 N.m/parafuso da prensa); Para promover a colagem dos elementos de MLC foi utilizada uma prensa industrial de chão, com aplicação de torque nas barras roscadas distribuídos no comprimento dos elementos de MLC (Figura 19). As vigas foram mantidas sob pressão por 72 horas, conforme instruções dos fabricantes do adesivo. 47 Figura 19 - Prensagem das lamelas Fonte: Autor. Após a prensagem, os elementos de MLC passaram pelo processo de padronização e regularização das superfícies na plaina desengrossadeira e serra circular para retirada das extremidades irregulares. Para os ensaios de avaliação dos níveis de pressão de colagem utilizados, foram retirados um total de 16 corpos de prova de cada viga de MLC, com 7,5 cm de comprimento sendo excluídos os dois corpos de prova das extremidades das vigas de MLC. A partir dos elementos de MLC produzidos para ambos os adesivos um total de 16 corpos de prova para verificação da pressão de colagem, sendo considerados 7 corpos de prova para os ensaios de delaminação, e pelo menos 4 corpos de prova para os ensaios de resistência ao cisalhamento das linhas de cola. Os corpos de prova, nestes casos, foram confeccionados com dimensões de 5 cm x 10 cm x 7,5 cm, conforme a proposta do método de ensaio ABNT NBR 7190-6:2022. 4.1.4 Ensaio de delaminação O ensaio de delaminação foi realizado conforme o método de ensaio ABNT NBR 7190-6:2022 para ambiente externo, o qual tem como base a norma europeia EN 14080:2013. Para o ensaio foi utilizada uma autoclave cilíndrica (105 cm de comprimento, 48 cm de diâmetro e 1,1 cm de espessura de parede) produzida especificamente para este método de 48 ensaio. Acoplado à autoclave cilíndrica, encontra-se uma bomba de vácuo com manômetro de 75 kPa, um cilindro para controle de volume de água durante o processo de vácuo e um tambor para armazenamento da água. A aplicação de pressão é realizada através de um sistema externo de ar comprimido, com controle através de manômetro. Para posterior verificação da porcentagem de delaminação em cada combinação espécie/adesivo, as linhas de cola das faces frontal e posterior, foram medidas antes do início do ensaio, utilizando-se um paquímetro digital com precisão de 0,01mm. Os corpos de prova tiveram também suas massas medidas antes dos processos de pressão e vácuo em autoclave. Os corpos de prova apresentavam umidade de 12% ± 1 neste momento dos testes. Os corpos de prova foram inseridos na autoclave, conforme Figura 20. Para garantir a submersão dos corpos de prova durante o ensaio, foi posicionada uma grade metálica sobre os mesmos, de maneira a limitar a movimentação. A tampa da autoclave foi devidamente fechada com as auxílio de uma chave de boca garantindo vedação completa e impedir a saída de água e ar e então iniciou-se o processo de ensaio de delaminação, através da inserção da água no interior da autoclave. Figura 20 – Corpos de prova inseridos na autoclave para ensaio de delaminação. Fonte: Autor. Com os corpos de prova submersos por água dentro da autoclave, iniciou-se a aplicação de vácuo de 70kPa, com duração de 30 minutos. Encerrado o tempo, aplicou-se pressão entre 550 e 600 kPa, mantendo-se por 2 horas. Ao final destes processos, os corpos de prova foram retirados da autoclave e submetidos ao processo de secagem em câmara climatizadora, em temperatura controlada, respeitando a faixa de 65 e 75ºC e umidade relativa de 8% a 10%, com velocidade de ar circulante de 2m/s. Para efetiva circulação do ar, os corpos de prova foram posicionados com 49 distância de 5 cm entre si, com as seções transversais posicionadas paralelamente ao fluxo de ar. Os corpos de prova foram retirados da câmara climatizadora após atingirem a massa inicial obtida antes dos processos de pressão e vácuo, com variação máxima de 10% desse valor para cima. Dentro do período de 1 hora, após finalizado o procedimento de secagem, com a utilização de um paquímetro digital, foi realizada a medição das juntas delaminadas nas duas faces da seção transversal. Foram obtidos os resultados referentes aos percentuais de delaminação das linhas de cola conforme Equação (2) e comparados com os percentuais máximos recomendados pela norma. 4.1.5 Ensaio de cisalhamento na linha de cola Foi realizado o ensaio de resistência ao cisalhamento conforme especificações da ABNT NBR 7190-6:2022, utilizando-se um dispositivo metálico acoplado a máquina universal de ensaios EMIC, com capacidade de 300kN (Figura 21). Esse dispositivo foi confeccionado exatamente para estes ensaios. Vale mencionar que o comprimento 7,5 cm, neste caso, adotado para os corpos de prova teve o objetivo de permitir a ruptura dos corpos de prova utilizando-se a máquina EMIC, nas linhas de cola, sem danificar o equipamento metálico de ensaio confeccionado. Uma área maior a ser rompida, obtida por corpos de prova com comprimentos de 10 cm ao invés de 7,5 cm, por exemplo, solicitaria em maior nível de tensão o dispositivo de ensaio dificultando a obtenção da ruptura na linha de cola. O comprimento de 10 cm também é recomendado pela ABNT NBR 7190-6:2022, na composição dos corpos de prova de ensaio de cisalhamento das linhas de cola. 50 Figura 21 – Ensaio de cisalhamento na linha de cola. Fonte: Autor. Após o rompimento das linhas de cola, foram verificadas as regiões de colagem e porcentagens de ruptura na madeira e no adesivo. Vale mencionar que a quantificação da porcentagem de ruptura é atualmente realizada no meio técnico de forma visual, gerando dados imprecisos. Diante disso, foi testado o software GLT Rutpure Analysis desenvolvido para esta finalidade, comparando-o com os resultados obtidos pelo software ImageJ que é um software tradicional para a análise de imagens a partir de escaneamento. Foram analisadas neste projeto um aproximadamente 500 superfícies rompidas através dos referidos softwares. 4.2 ANÁLISE DAS REGIÕES ROMPIDAS APÓS CISALHAMENTO DAS LINHAS DE COLA 4.2.1 Softwares de análise de imagens A ideia de associar a análise de imagens à avaliação das regiões rompidas dos corpos de prova de MLC após os ensaios de cisalhamento das linhas de cola se deve ao fato de que no método de ensaio ABNT NBR 7190-6:2022 é recomendado avaliar a porcentagem de ruptura na região de colagem. Nesse sentido, até o momento não existe uma recomendação normativa indicando como deve ser feita a quantificação da porcentagem de ruptura na madeira e no adesivo. A quantificação dessas porcentagens nos ensaios de qualidade de colagem que consideram normas estrangeiras tem sido feita de forma visual. Dentro deste contexto, e tendo- se em vista que esta análise das regiões de colagem não necessita de um grau de acurácia muito elevado, é importante considerar algum tipo de análise de imagens que possa orientar a 51 quantificação da ruptura no adesivo e na madeira após o ensaio de cisalhamento da linha de cola. 4.2.1.1 ImageJ O software ImageJ é um software de domínio público, disponibilizado de maneira gratuita e é utilizado para processamento e análise de imagens. Ele permite a exibição, edição, análise, processamento, salvamento e impressão de imagens de 8, 16 e 32 bits e processa imagens de diversos formatos. O software atua através da intensidade ou nível de cinza dos pixels, medindo distâncias e ângulos, criando histogramas de densidade e realizando diversas manipulações de imagens (BOZZA, 2013). As imagens são obtidas através do escaneamento da superfície analisada. O ImageJ, versão 1.52ª, é um software comercial amplamente utilizado na análise de imagens com o auxílio de scanner. Nesse trabalho, as superfícies rompidas após os ensaios de cisalhamento das linhas de cola foram escaneadas por meio de um scanner HP Scanjet G4050, em 256 cores, com resolução de 1200dpi, conforme ilustra a Figura 22. A quantificação da porcentagem de ruptura nas regiões de colagem de interesse para posterior comparação com os resultados fornecidos pelo ImageJ foi realizada com a utilização do recurso threshold das regiões de coloração de adesivo e madeira. Figura 22 - Captura da imagem no software ImageJ: (a) Imagem digitalizada (scaner) (b) Imagem analisada pelo software ImageJ para quantificação da porcentagem. Fonte: Autor. 52 4.2.1.2 GLT Rupture Analysis O software GLT Rupture Analysis, foi desenvolvido pelo grupo de pesquisadores em MLC da UNESP de Itapeva. O software foi desenvolvido em linguagem Phyton. O objetivo do software foi de quantificar os percentuais de ruptura na madeira e no adesivo, nas regiões de colagem, após o ensaio de cisalhamento na linha de cola, conforme a norma ABNT NBR 7190- 6:2022 Por isso, a nomenclatura utilizada para nomear o software está relacionada com o processo de análise em questão, ou seja, a sigla GLT significa Glued Laminated Timber. Portanto, as funcionalidades fornecidas pelo software se apresentam como uma ferramenta importante para aperfeiçoamento das técnicas de análise da qualidade de colagem de MLC. A obtenção do percentual de ruptura através do GLT Rupture Analysis, tem resultados rápidos para grandes lotes de corpos de prova, além de gerar gráficos e dados estatísticos. Para a realização da análise, são utilizadas imagens da superfície de colagem rompida, e através dos valores de pixels, é fornecido o mapeamento destas imagens. As informações são complementadas com a coloração do adesivo, para identificação do mesmo na região de colagem. Para utilizar essas funções, o software precisa do fornecimento de conjunto de imagens devidamente separadas por diferentes combinações de espécies/adesivos. Além disso, as imagens devem ser coletadas conforme o padrão dos seguintes itens: • A distância entre a câmera e o corpo de prova deve ser de aproximadamente 10 cm e proporcionar a visualização completa da região da lamela rompida (Figura 22); • A imagem deve ser capturada com fundo limpo, claro e com boa iluminação, evitando- se sombreamentos; • Os arquivos de imagem devem estar no formado “.jpg”; • As combinações de cada espécie-adesivo devem ser agrupadas em diferentes pastas. 53 Figura 23 – Exemplo de imagem capturada referente à uma superfície de ruptura do corpo de prova rompido após o ensaio de cisalhamento da linha de cola. Fonte: Autor. A obtenção das imagens das regiões de colagem após o cisalhamento da linha de cola, deve seguir uma padronização, de maneira que a distância entre a câmera e o corpo de prova capture a região de ruptura por completo. Além disso, recomenda-se iluminação adequada, evitar sombras e fundo deve estar limpo e branco. A Figura 23 mostra uma imagem utilizada pelo software GLT Rupture Analysis, inserida no banco de dados do software após os ensaios de cisalhamento da linha de cola, que se refere a uma das faces analisadas do corpo de prova, como também a tela de resposta do software para várias áreas de colagem analisadas simultaneamente. A área escura (no caso a cor marrom do adesivo Cascophen RS 216-M) na Figura 23 corresponde à ruptura no adesivo e a região clara à ruptura na madeira. Para validação dos resultados obtidos pelo software GLT, foi realizada a comparação com resultados obtidos pelo software ImageJ, que é um software comercial utilizado para a análise de imagens, conforme detalhes no item seguinte. 54 Figura 24- Identificação dos padrões considerados na análise. Fonte: Autor. 4.2.2 Análise microscópica As análises de microscopia aplicadas a este estudo tiveram cinco principais finalidades: 1) Conhecer a qualidade da superfície das lamelas (abertura dos poros) logo após a lamela ter passado pelo desengrosso e retirada de pó da superfície com ar comprimido, uma vez que para a colagem das lamelas de madeira ser eficiente recomenda-se o desengrosso com até 24 horas antes da colagem; 2) Conhecer a espessura das linhas de cola das seções transversais dos corpos de prova de MLC para os principais valores das pressões de colagem aplicados nas combinações espécie/adesivo consideradas; 3) Avaliar se não houve esmagamento provocado pelas pressões de colagem utilizadas ao longo das linhas de cola da seção transversal os corpos de prova de MLC; 4) Avaliar a penetração do adesivo na madeira tendo-se em vista a anatomia da madeira considerada; 5) Complementar a avaliação das superfícies rompidas que foram analisadas pelos softwares de imagens (GLT e ImageJ) citados anteriormente. 55 Utilizou-se nas análises de microscopia, um microscópio ótico da marca LEICA M80, com iluminação, com faixa de zoom de 8:1, e zoom contínuo de 7,5x – 60x, disponível no Laboratório de Anatomia da Madeira da UNESP/Itapeva. O microscópio possui um sistema próprio de captação de imagens através do aplicativo computacional “Leica Qwin Standard”. Os detalhes do microscópio utilizado são apresentados na Figura 25. Figura 25 - Microscópio óptico LEICA M80 com iluminação. Fonte: Autor. As superfícies das lamelas das madeiras de pinus e de eucalipto, após usinadas na plaina desengrossadeira, e antes da colagem das vigas, passaram por análises de microscopia para a avaliação da qualidade destas superfícies para recebimento do adesivo Cascophen RS -216M. Para tanto, duas lamelas de madeira (sendo uma de pinus e outra de eucalipto), logo após usinadas em plaina desengrossadeira, tiveram suas superfícies analisadas por microscopia óptica. De duas lamelas escolhidas aleatoriamente, com dimensões iniciais de 5 x 2 x 120 cm, antes da colagem vigas, foram retiradas duas amostras com dimensões 5 x 2 x 7,50 cm para a análise da qualidade de suas superfícies. Posteriormente, para as combinações espécie/adesivo analisadas foram realizadas análises de microscopia óptica envolvendo as faces das lamelas para avaliação das espessuras das linhas de cola dos corpos de prova de cisalhamento, antes dos ensaios de resistência ao cisalhamento das linhas de cola. 56 4.3 ANÁLISE DO ADESIVO NATURAL (Proteína de Soja e Óxido de Magnésio) 4.3.1 Produção dos corpos de prova na avaliação do adesivo natural Na produção dos elementos de MLC e respectivos corpos de prova para avaliação da qualidade de colagem utilizando o adesivo à base de Óxido de magnésio (MgO) + proteína de soja e água deionizada (Figura 26), foram avaliadas 3 proporções diferentes na produção do adesivo: 1:4:26 (MgO:proteína de soja:água), 1:5:26 (MgO:proteína de soja:água), 1:6:26 (MgO:proteína de soja:água). Estas quantidades foram consideradas, tendo-se em vista as quantidades utilizadas por Jang e Li (2015) na produção de painéis de compensado, sendo que a melhor proporção obtida pelo autor foi 1:6. No decorrer deste estudo, este adesivo será citado apenas como “adesivo natural”, para evitar repetições. Figura 26 - (a) Mistura adesiva de composição natural (b) aplicação do adesivo natural nas lamelas de madeira (a) (b) Fonte: Autor. Para a colagem das peças de madeira com adesivo natural foram considerados os melhores valores de pressão de colagem para os quais foram obtidos os melhores resultados para a qualidade de colagem na fase anterior quando da utilização do adesivo Cascophen RS 216 com madeiras de pinus e eucalipto. Somente os valores mais convenientes de pressão foram considerados tendo-se em vista que se tratava de ensaios preliminares para um adesivo natural 57 com comportamento de resposta da qualidade de colagem ainda desconhecido na colagem de elementos de MLC. A utilização de um adesivo natural que tenha uma resposta positiva quanto a resistência e que ao mesmo tempo colabore para a redução da toxidade para o meio ambiente e para as pessoas que trabalham com MLC é uma busca constante no meio técnico e científico. Foi considerada para o adesivo natural a gramatura de 200 g/m², sendo que o adesivo também foi aplicado em duas faces da lamela. Para as lamelas de Pinus, foi utilizada a pressão de 0,7 MPa (torque de 28,0 N.m/parafuso da prensa) e para as lamelas de Eucalipto, foi utilizada a pressão de 1,2 MPa (torque de 48,0 N.m/parafuso da prensa). A prensagem foi realizada em prensa industrial de chão (Figura 27), com aplicação de torque nas barras roscadas distribuídos no comprimento dos elementos de MLC. As vigas foram mantidas sob pressão por 72 horas. Figura 27 - Prensagem dos elementos de MLC colados com adesivo natural (MgO e proteína de soja). Fonte: Autor. Após a prensagem, os elementos de MLC passaram pelo processo de padronização e regularização das superfícies na plaina desengrossadeira e serra circular para retirada das extremidades irregulares. A partir dos elementos de MLC produzidos, foram retirados de 8 a 10 corpos de prova para delaminação e 5 corpos de prova para os ensaios de resistência ao cisalhamento das linhas 58 de cola, para cada proporção de adesivo. Os corpos de prova foram confeccionados com dimensões de 5 cm x 10 cm x 7,5 cm. 4.3.2 Ensaios de delaminação e resistência ao cisalhamento na linha de cola na avaliação do adesivo natural O ensaio de delaminação foi realizado conforme o método de ensaio ABNT NBR 7190- 6:2022, nas mesmas condições de ensaio estabelecidas para a combinação espécie/adesivo anterior (Cascophen/Pinus e Cascophen/Eucalipto), constante no subcapitulo 4.1.4. Os ensaios de resistência ao cisalhamento na linha de cola foram realizados com a utilização da máquina universal de ensaios EMIC com capacidade de 300 kN, conforme especificações da ABNT NBR 7190-6:2022, mas mesmas condições especificadas para o ensaio de resistência ao cisalhamento na linha de cola utilizada para a combinação espécie adesivo anterior (Cascophen/Pinus e Cascophen/Eucalipto), constante no subcapítulo 4.1.5. 4.4 ANÁLISE DA QUALIDADE DE COLAGEM PARA LAMELAS DE DIFERENTES ESPESSURAS Foram produzidos elementos de MLC para verificação da resposta da resistência ao cisalhamento das linhas cola para diferentes espessuras de lamelas (1,5 cm, 2,5 cm e 3,5cm), para as madeiras de Pinus e Eucalipto. 4.4.1 Produção dos corpos de prova na avaliação da resistência de colagem para diferentes espessuras das lamelas A partir das tabuas de Pinus e Eucalipto, foram obtidas lamelas com diferentes dimensões, sendo: 1 – Lamelas de 5 cm x 1,5 cm x 120 cm; 2 – Lamelas de 5 cm x 2,5 cm x 120 cm; 3 – Lamelas de 5 cm x 3,5 cm