Introdução

A madeira lamelada colada (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 (Mastela et al., 2021; He et al., 2023).

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, sendo esse um processo altamente complexo (Hänsel et al., 2022). Não foram encontrados na literatura nacional estudos sobre a distribuição das pressões de colagem ao longo do comprimento do elemento colado de MLC.

Purba et al. (2022) observaram que a pressão de colagem possui influência significativa na qualidade da colagem, onde as amostras de MLC colados sob pressão de 0,8 MPa foram capazes de atender os requisitos presentes no documento normativo europeu EN 14080 (EUROPEAN..., 2013).

Silva et al. (2024), que avaliaram a pressão de colagem em elementos de CLT, observaram que esse parâmetro não apresentou efeito significativo sobre as porcentagens de delaminação do CLT, porém possui influência na resistência ao cisalhamento na linha de cola. Os autores encontraram um melhor desempenho ao adotar uma pressão de colagem de 0,7 MPa.

A NBR 7190-1 (ABNT, 2022a), recomenda, respectivamente, os valores de 0,7 MPa e 1,2 MPa, para madeiras de baixa densidade (ρ_ap ≤ 0,5 g/cm³) e de média e alta densidade (ρ_ap > 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, NBR 7190-6 (ABNT, 2022b), tem como base o documento normativo europeu EN 14080 (EUROPEAN..., 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. Ainda, os documentos normativos atuais recomendam que os estudos relacionados à qualidade de colagem da madeira sejam baseados em ensaios macroscópicos, analisando, nesse caso, a 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.

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.

Com base no exposto, este trabalho visou avaliar, experimentalmente, o método de ensaio brasileiro NBR 7190-6 (ABNT, 2022b) 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. Também foram avaliados por meio de microscópica óptica as regiões de colagem dos corpos de prova antes e após a colagem, bem como a quantificação automática da porcentagem de ruptura na madeira e no adesivo após a ruptura por cisalhamento da linha de cola comparando os resultados encontrados por meio de dois softwares de imagens.

Materiais e métodos

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. A escolha dessas espécies se deu por serem identificadas como as mais comuns para produção de MLC (Carrasco; Passos; Mantilla, 2012; Chiniforush et al., 2019; Uzel et al., 2018). Foram utilizados três tipos de adesivo na colagem dos elementos de MLC:

1. adesivo Cascophen RS-216-M (resorcinol formaldeído) para todos os níveis de pressão de colagem testados;

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; e

3. adesivo poliuretano bicomponente KDG 1909, produzido pela empresa KEHL^®, para diferentes espessuras de lamelas (1,5 cm, 2,5 cm e 3,5 cm).

A escolha do adesivo Cascophen RS-216-M se deu por este ser um adesivo comumente utilizado para a produção de MLC, podendo ser aplicado em elementos expostos a diferentes condições ambientais (Dunky, 2003). O adesivo natural à base de Óxido de Magnésio e Proteína de Soja foi utilizado por um material sustentável e possuir propriedades adesivas adequadas para colagem das lamelas de madeira (Balducci et al., 2020; Jang; Li, 2015). Por fim, o adesivo poliuretano bicomponente KDG 1909 foi adotado por apresentar bom desempenho de colagem, alta resistência mecânica, à umidade e temperatura, bem como um baixo custo e não possui componentes agressivos ao organismo humano (Cunha; Matos, 2011; Souza et al., 2014; Strobech, 1990)

Os ensaios foram realizados com a utilização da máquina universal de ensaios EMIC com capacidade de 300 kN. Os corpos de prova de MLC foram produzidos com as dimensões de 5 cm x 10 cm (5 lamelas de 2 cm) x 120 cm, com exceção dos corpos de prova com diferentes espessuras de lamelas.

As seções a seguir apresentam detalhes dos procedimentos realizados no decorrer da campanha experimental, sendo divididas em: análise de diferentes pressões de colagem, onde adotado o adesivo Cascophen RS-261-M para verificação da pressão de colagem ideal para prosseguimento do estudo; análise das regiões rompidas após cisalhamento das linhas de cola; análise do adesivo natural, considerando a pressão de colagem obtida nas amostras feitas com o adesivo Cascophen; análise da qualidade de colagem para lamelas de diferentes espessuras; e análise estatística. A Figura 1 ilustra os procedimentos realizados.

Análises 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. Ainda, das tábuas utilizadas para obtenção das lamelas da MLC, foram retirados corpos de prova para realização de ensaios de caracterização mecânica (Figura 2).

As lamelas passaram por um processo de classificação visual e mecânica, conforme NBR 7190-6 (ABNT, 2022b). O módulo de elasticidade das lamelas na flexão foi obtido pelo ensaio de flexão de três pontos (Figura 2c).

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 seção transversal da viga.

Para a produção dos corpos de prova, as vigas foram coladas inicialmente com o adesivo Cascophen bicomponente RS 216-M, com catalizador em pó, na proporção de 10:2 (adesivo:catalizador). 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, controlados por torque (torquímetro) determinado especificamente para cada nível de pressão: 0,4 MPa, 0,7 MPa, 1,2 MPa e 1,5 MPa. As vigas foram mantidas sob pressão por 72 horas, conforme instruções dos fabricantes do adesivo, em uma prensa industrial de chão (Figura 3). Após a prensagem, a superfície dos elementos foi regularizada com plaina desengrossadeira e serra circular.

Para os ensaios de avaliação dos níveis de pressão de colagem, foram retirados 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.

Ensaio de delaminação

O ensaio de delaminação foi realizado conforme o método de ensaio NBR 7190-6 (ABNT, 2022b) para ambiente externo, o qual tem como base a norma europeia EN 14080 (EUROPEAN..., 2013). Para o ensaio foi utilizada uma autoclave cilíndrica acoplada a 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. Os corpos de prova foram retirados conforme recomendação da NBR 7190-6 (ABNT, 2022b), com um comprimento de 75 mm.

Para posterior verificação da porcentagem de delaminação em cada combinação espécie/adesivo, as linhas de cola das faces frontal e posterior dos corpos de prova, foram medidas antes do início do ensaio, utilizando-se um paquímetro digital com precisão de 0,01 mm. 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.

O processo ocorreu com os corpos de prova totalmente submersos por água na autoclave, sendo aplicado um vácuo de 70 kPa por 30 minutos. Após esse tempo, aplicou-se pressão entre 550 e 600 kPa por 2 horas. Após esses processos, os corpos de prova foram secados em câmara climatizadora. Após uma hora do término da secagem, foi realizada a medição das juntas delaminadas com auxílio de um paquímetro digital e a determinação da porcentagem de delaminação foi obtida por meio da Equação 1.

Onde:

Dt corresponde à delaminação total (%);

La representa a somatória das larguras das juntas abertas nas faces da seção transversal (mm); e

Lt denota a somatória das larguras das linhas cola totais medidas antes do ensaio (mm)

Ensaio de cisalhamento na linha de cola

Foi realizado o ensaio de resistência ao cisalhamento conforme especificações da NBR 7190-6 (ABNT, 2022b), utilizando-se um dispositivo metálico, confeccionado especificamente para estes ensaios, acoplado a máquina universal de ensaios EMIC (Figura 4). Os corpos de prova utilizados para o ensaio de cisalhamento na linha de cola foram retirados da seção transversal do MLC (Figura 2), conforme NBR 7190-6 (ABNT, 2022b).

Análises das regiões rompidas após cisalhamento das linhas de cola

Softwares de análises de imagens

Após o rompimento das linhas de cola, foram verificadas as regiões de colagem e porcentagens de ruptura na madeira e no adesivo. Destaca-se que a quantificação do percentual de ruptura é comumente realizada de forma visual no meio técnico, gerando dados imprecisos. Diante disso, foi testado o software GLT Rutpure Analysis desenvolvido para esta finalidade por pesquisadores da UNESP de Itapeva, comparando-o com os resultados obtidos pelo software ImageJ que é um software tradicional, de domínio público, para a análise de imagens a partir de escaneamento. Foram analisadas neste projeto um aproximadamente 500 superfícies rompidas através dos referidos softwares.

Para a utilização do software ImageJ, 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 1200 dpi.

O software GLT Rutpure Analysis permite 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 NBR 7190-6 (ABNT, 2022b). Para a realização da análise, foram utilizadas imagens da superfície de colagem rompida, e através dos valores de pixels, foi fornecido o mapeamento destas imagens. As informações são complementadas com a coloração do adesivo para sua identificação na região de colagem. Para isso, o software precisou do fornecimento de conjunto de imagens devidamente separadas por diferentes combinações de espécies/adesivos.

Análise microscópica

A realização das análises microscópicas permitiu conhecer a qualidade da superfície das lamelas após o processo de desengrosso e retirada de pós da superfície, conhecer a espessura das linhas de cola dos corpos de prova, avaliar se houve esmagamento provocado pelas pressões de colagem, avaliar a penetração do adesivo na madeira e complementar a avaliação das superfícies rompidas que foram analisadas pelos softwares de imagens.

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”.

Análise 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, foram avaliadas 3 proporções diferentes na produção do adesivo (MgO:proteína de soja:água): 1:4:26, 1:5:26, 1:6:26. 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 pelos autores foi 1:6. No decorrer deste estudo, este adesivo será citado apenas como “adesivo natural”, para evitar repetições.

A colagem das peças foi realizada considerando os valores de pressão de colagem que resultaram nas melhores qualidades de colagem da análise com adesivo comercial. Para as lamelas de Pinus, foi utilizada a pressão de 0,7 MPa e para as lamelas de Eucalipto, foi utilizada a pressão de 1,2 MPa, com processo análogo ao ilustrado na Figura 3, com posterior processo de regularização da superfície.

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 de cola, para cada proporção de adesivo.

O ensaio de delaminação e de resistência ao cisalhamento na linha de cola foram realizados conforme o método de ensaio NBR 7190-6 (ABNT, 2022b), conforme os procedimentos apresentados nas seções sobre os ensaio de delaminação e de cisalhamento na linha de cola.

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. A Figura 5 apresenta as etapas realizadas para análise da qualidade de colagem para lamelas de diferentes espessuras.

Para a produção dos corpos de prova, foi utilizado o adesivo poliuretano bicomponente (KDG 1909), produzido pela empresa KEHL, sendo composto por Polyol e isocianato. Os procedimentos adotados seguiram as especificações do fabricante. Com o objetivo de facilitar a visualização e permitir o reconhecimento, adicionou-se um corante apropriado durante o processo de aplicação do adesivo (Figura 5a), porém após sua cura, o adesivo voltou a apresentar coloração clara (transparente). A colagem das lamelas foi realizada em prensa industrial de chão, sendo utilizada a pressão de 0,7 MPa para as lamelas de Pinus e 1,2 MPa para as lamelas de Eucalipto. As vigas foram mantidas sob pressão pelo tempo mínimo de 8 horas e posteriormente tiveram sua superfície regularizada em plaina desengrossadeira e serra circular.

A partir dos elementos de MLC produzidos, foram retirados corpos de prova para o ensaio de cisalhamento da linha de cola, com as dimensões variáveis, conforme as diferentes espessuras de lamelas.

O ensaio de resistência ao cisalhamento na linha de cola, ilustrado na Figura 5b, foi realizado conforme as recomendações da NBR 7190-6 (ABNT, 2022b), conforme os procedimentos apresentados na seção sobre ensaios de cisalhamento na linha de cola.

Após o rompimento das linhas de cola, as regiões de colagem foram verificadas, de maneira a quantificar a porcentagem de ruptura na madeira e no adesivo. Devido a coloração clara do adesivo poliuretano, identificação da porcentagem de ruptura na madeira e no adesivo foi realizada de forma visual, com o auxílio de uma malha quadriculada contendo 100 elementos de divisão para contabilizar a proporção de adesivo/madeira (Figura 5c). Utilizou-se um software de imagem para aplicar a malha quadriculada em uma das faces de cada uma das áreas de colagem analisadas.

Análise estatística dos resultados

Os resultados experimentais foram analisados através da análise de variância de acordo com o teste Tukey. Foi admitido um nível de confiança de 95%. A normalidade e homogeneidade dos dados foram verificadas através dos testes de normalidade de Anderson-Darling com 5% de significância. As análises foram realizadas com o software Minitab 17.

Resultados e discussões

Os resultados obtidos nesta pesquisa estão apresentados neste capítulo e subdivididos na seguinte ordem: Avaliação da influência da pressão em elementos de MLC confeccionados com madeiras de pinus e eucalipto colados com adesivo Cascophen RS 216-M, resposta da qualidade de colagem para diferentes proporções de adesivo natural e influência da espessura das lamelas na qualidade de colagem de elementos de MLC confeccionados com madeiras de pinus e eucalipto colados com adesivo poliuretano KDG 1909.

Influência da pressão de colagem na resposta de delaminação para madeiras de reflorestamento com adesivo Cascophen RD 216-M

Os valores das porcentagens de delaminação total média obtidas com adesivo Cascophen RS 216-M, conforme pressão aplicada para produção do elemento de MLC, estão presentes na Tabela 1. Para a determinação dos resultados de delaminação não foram consideradas as rupturas produzidas na madeira e foram ignoradas as delaminações isoladas menores que 2,5 mm de largura e situadas a mais de 5 mm da delaminação mais próxima, conforme recomendação da NBR 7190-6 (ABNT, 2022b).

Na Figura 6 são apresentados os resultados [média, coeficiente de variação (CV), intervalo de confiança da média (95% de confiabilidade), teste de Tukey, teste de normalidade de Anderson-Darling (p-val. (AD)) - 5% de significância] da delaminação (D_t) em função pressão (Pre) para as espécies de eucalipto e pinus, respectivamente.

O valor p (p-val.) do teste de Anderson-Darling foi superior ao nível de 5% de significância estipulado, o que valida os resultados do teste de contraste de médias de Tukey (Figura 6).

Foi possível verificar que a pressão de 0,7 MPa apresentou menor valor de delaminação para as vigas de Pinus (Figura 6a), ficando dentro do limite de 4% recomendado pelo método de ensaio brasileiro. Por outro lado, o valor de delaminação média obtida para a pressão de colagem de 1,5 MPa para o Pinus, apresentou maior porcentagem de delaminação (5,70 %). É possível observar que o aumento da pressão de 1,2 MPa para 1,5 MPa gerou aumento de delaminação nos corpos de prova de Pinus, ou seja, houve enfraquecimento da ligação entre adesivo e madeira. Altos valores de pressão podem gerar aumento de penetração do adesivo na madeira. Este fato pode ser justificado pois, de acordo com Bianche et al. (2017), a ocorrência de excesso de penetração do adesivo na madeira pode ocasionar a linha de cola “faminta”, ou seja, a camada de adesivo na linha de cola é insuficiente para promover a união entre as lamelas. Além disso, excesso de pressão também pode fazer com que o adesivo escorra pelas bordas do elemento de MLC, o que ocasiona redução da camada de adesivo.

A partir da Tabela 1 e Figura 6b pode-se observar que a menor porcentagem média de delaminação para o Eucalipto (0,63%) foi observada nas vigas de MLC coladas com pressão de 1,2 MPa, quando comparados às outras pressões de colagem utilizadas com valores 0,4 MPa, 0,7 MPa e 1,5 MPa. O valor da porcentagem de delaminação neste caso, ficou dentro do limite recomendado pela norma NBR 7190-6 (ABNT, 2022b) que é de 6% para ambientes externos no caso das folhosas. Silva et al. (2024) recomenda outros valores limites para a porcentagem de delaminação em produtos industrializados de madeira.

Os resultados de delaminação para as pressões de colagem de 0,4 MPa e 0,7 MPa apresentaram valores estatisticamente equivalentes quando utilizadas as madeiras de Eucalipto, que apresentaram densidade superior a 500 kg/m³. Os resultados obtidos para estas pressões ficaram acima do limite recomendado pela norma, pois houve excesso de delaminação. Os valores de pressões 0,4 e 0,7 MPa mostraram-se insuficientes para promover a pressão necessária para a penetração do adesivo na madeira.

Os diferentes resultados obtidos para as duas espécies de madeira podem ser justificados pelas propriedades de cada madeira e, principalmente, pela sua densidade. A madeira de Pinus apresentou menor densidade, resultando em maior facilidade de penetração do adesivo devido a maior porosidade.

De acordo com Silva (2007), a porosidade da madeira está relacionada com a densidade, e ambas apresentam influência na penetração de adesivos. A porosidade é a proporção de volume vazio e pode ser interpretada como o inverso da densidade, pois quanto maiores os níveis de densidade, menor a porosidade do material.

Essa relação justifica o fato de que madeiras mais densas demandam maior valor de pressão durante o processo produtivo de MLC. Porém, é importante usar a pressão adequada, pois pressões excessivas podem comprometer a qualidade da colagem, resultando em esmagamento da madeira por compressão ou a condição conhecida como “linha de cola faminta”. Neste contexto, é importante adequar a pressão de colagem conforme a espécie e densidade da madeira, de forma a assegurar a colagem eficiente e garantir a resistência mecânica do elemento de MLC. Em caráter complementar, também foi avaliado se as pressões de colagem utilizadas não ultrapassaram os limites de resistência à compressão perpendicular (f_c90) das madeiras utilizadas na pesquisa. Para tanto, tomou-se inicialmente o valor médio da resistência à compressão paralela às fibras (f_c0), para as lamelas de Eucalipto, que foi de 54 MPa. A relação entre as resistências de compressão paralela e normal às fibras, neste caso, foi dada pela Equação 2:

O valor obtido para f_c90 neste caso foi de 13,50 MPa contra apenas 1,2 MPa de pressão de colagem aplicada, ou seja, o valor da resistência à compressão normal da madeira foi bem superior ao valor da pressão de colagem utilizada para a madeira de eucalipto.

A Figura 7 mostra os corpos de prova com menor (esquerda) e maior (direita) porcentagem de delaminação da linha de cola, sendo, o corpo de prova (D2) da viga 2 (Pressão de 1,5 MPa) com 0,00% e o corpo de prova (D5) da viga 1 (Pressão de 0,7 MPa) com 71,40%, respectivamente.

Assim como ocorreu para os elementos de MLC colados com madeiras de Eucalipto, o valor de resistência à compressão normal às fibras (f_c90), igual a 8,8 MPa, obtido para as madeiras de pinus, foi superior ao valor da pressão de colagem aplicada com valor de 0,7 MPa. Para as lamelas de Pinus, o valor médio da resistência à compressão paralela fc0m considerado para a determinação de f_c90 foi de 35,18 MPa.

Resistência média ao cisalhamento na linha de cola

Os valores de resistência média ao cisalhamento da linha de cola e respectivas porcentagens de ruptura na madeira, obtidos no software GLT Rupture Analysis para a combinação entre madeira de Eucalipto e adesivo Cascophen RS 216-M, conforme pressão de colagem, estão presentes na Tabela 2.

A maior porcentagem de ruptura na madeira indica que o adesivo apresentou maior qualidade de colagem, ou seja, não existiu ruptura na linha de cola. Desta forma, foi possível verificar que a qualidade de colagem obtida com a pressão de 1,2 MPa foi relacionada com maior porcentagem de ruptura na madeira de eucalipto.

Na Figura 8 são apresentados os resultados [média, coeficiente de variação (CV), intervalo de confiança da média (95% de confiabilidade), teste de Tukey, teste de normalidade de Anderson-Darling (p-val. (AD)) - 5% de significância] da resistência ao cisalhamento (f_v0) em função pressão de fabricação utilizada (Pre) e da posição das linhas de cola (Po) ao longo da altura da seção transversal das madeiras estudadas, e na Figura 9 são apresentados os resultados do gráfico de Pareto, sendo SE os efeitos padronizados.

O valor p (p-val.) do teste de Anderson-Darling foi superior ao nível de 5% de significância estipulado, o que valida os resultados do teste de contraste de médias de Tukey e os da ANOVA.

Observando a Figura 8a, o maior valor médio de resistência ao cisalhamento das linhas de cola para a combinação Pinus/Cascophen foi obtido pelos corpos de prova colados com pressão de 0,7 MPa, que apresentou diferença significativa quando comparado com os valores obtido para as demais pressões de colagem. Os valores de resistência ao cisalhamento nas linhas de cola para a combinação Pinus/Cascophen apresentaram diferenças significativa entre si, tanto para a pressão de colagem quanto para a posição da lamela. Além disso, a interação entre os dois fatores também foi considerada significativa pela ANOVA, o que não ocorreu para o eucalipto.

O maior valor médio de resistência ao cisalhamento das linhas de cola para a combinação Eucalipto/Cascophen (8,41 MPa) foi observado para os corpos de prova colados com pressão de 1,2 MPa (Figura 8b), em concordância com o melhor valor obtido para delaminação. Os gráficos apresentados na Figura 8b, permitem a visualização do comportamento de resistência ao cisalhamento da linha de cola para madeira de Eucalipto conforme a variação da pressão, onde as pressões 0,4 MPa, 0,7 MPa e 1,5 MPa diferem entre si e apresentam resposta de resistência ao cisalhamento na linha de cola inferior àquela obtida para 1,2 MPa. Os valores de resistência ao cisalhamento nas linhas de cola não apresentaram diferenças significativas quando relacionados com a posição das lamelas (externas ou internas) ao longo da altura da seção transversal do corpo de prova. Com isso, os valores de resistência ao cisalhamento encontrados tanto nas lamelas externas quanto nas internas foram estatisticamente equivalentes. A Figura 9b demonstra que a pressão foi significativa no valor da f_v0, não havendo significância para o fator posição na f_v0.

A classificação visual e mecânica e a distribuição das lamelas nos elementos de MLC permitiram que as lamelas fossem posicionadas em regiões de maior solicitação quando submetidas à flexão. Neste sentido, as lamelas de melhor qualidade localizaram-se nas partes externas do elemento. A madeira de eucalipto, por apresentar menor número de defeitos naturais apresentou resultados mais homogêneos justificando a ausência de diferenças significativas para as camadas externas e internas dos elementos de MLC. Em contraste, o Pinus apresentou um número mais elevado de defeitos naturais (como a presença de nós), o que influenciou no posicionamento estratégico das maneiras de menor classificação na região da linha neutra (centro) do elemento de MLC, onde ocorre menor solicitação de resistência na flexão e maior resistência ao cisalhamento.

Os resultados obtidos confirmaram os valores recomendados na norma NBR 7190-1 (ABNT, 2022b), sendo de 0,7 MPa para madeiras de densidade inferior (para pinus, 0,5 g/cm³), e de 1,2 MPa para madeiras de densidade superior, ou seja, maior que 0,5 g/cm³ (eucalipto). Assim como para as madeiras de Eucalipto, a porcentagem de ruptura na madeira, para Pinus/Caschophen, também foi proporcional à resistência ao cisalhamento na linha de cola.

A avaliação dos modos de ruptura nas regiões de colagem foi efetuada com o uso software GLT Rupture Analysis para a adesivo de coloração escura. Na Tabela 3 são apresentados os resultados médios das análises de imagens realizadas nos softwares GLT Rupture Analysis e no ImageJ para aproximadamente um total de 500 superfícies analisadas por cada software.

Os resultados obtidos pelo software GLT Rupture Analysis ficaram próximos dos resultados obtidos pelo software ImageJ considerando o adesivo Cascophen RS 216-M com coloração escura após a cura e considerando ambas as espécies de madeira. As diferenças encontradas foram de 0,35% e 0,25% superiores, respectivamente, para as madeiras de pinus e eucalipto, com relação ao software ImageJ.

Análise microscópica

Na Figura 10 são apresentadas as vistas macroscópicas e microscópicas das lamelas de pinus e eucalipto 30 minutos antes do aplainamento em plaina desengrossadeira.

Da Figura 10d, observou-se que a espécie de eucalipto apresentou alguns vasos abertos e com formatos irregulares. Neste caso, existiu um indicativo de aumento de porosidade da superfície. Portanto, observou-se, que a porosidade depende também da anatomia da madeira, além do processo de usinagem, os quais podem interferir no acabamento da superfície. Foram também observados defeitos provocados pelo processo de usinagem, neste caso. No entanto, a presença de vasos abertos pode facilitar a penetração do adesivo na madeira.

Por outro lado, a madeira de pinus exibiu uma superfície mais homogênea, aparentemente com menor porosidade. Vale mencionar que no caso de madeiras de menor densidade, os tecidos são frágeis e as irregularidades causadas nas estruturas celulares, após o aplainamento, podem ter um efeito significativo para a baixa qualidade de acabamento superficial. A densidade da madeira deve ser considerada como um fator importante que influencia na capacidade do adesivo penetrar na madeira. Maior densidade pode implicar em maior dificuldade de colagem, como pode ser observado para as madeiras de eucalipto (ρ_ap = 580 kg/m³), que apresentaram densidade média aparente relativamente maior que as madeiras de pinus (ρ_ap = 470 kg/m³), nesta pesquisa. A melhor penetração do adesivo também se relaciona com melhor qualidade de abertura dos poros após desengrosso. Nesse sentido a afiação da ferramenta que faz o desengrosso é importante para manter a abertura dos poros.

A Figura 11 mostra os detalhes das rupturas mais comuns obtidas por microscopia (ampliação de 10x) para as combinações espécie/adesivo analisadas.

Para todas as combinações espécie/adesivo avaliadas, a predominância de ruptura nos ensaios de cisalhamento das linhas de cola ocorreu na madeira maciça, fora da área de interação adesivo/madeira, o que permite concluir que, de maneira geral, a resistência dessa região foi superior a resistência da madeira maciça.

Nas madeiras de eucalipto coladas com adesivo Cascophen RS 216-M a ruptura na madeira ocorreu através do arrancamento um volume de madeira na região de colagem, quando comparada com as madeiras de pinus coladas com o mesmo adesivo. A ruptura nas madeiras de pinus ocorreu em forma de lascamentos.

As linhas de cola das combinações espécie/adesivo analisadas por microscopia óptica neste trabalho são apresentadas na Figura 12. São apresentadas duas lamelas de madeira unidas por uma linha adesiva na fase pura localizada na região central. Foram analisadas as linhas de cola correspondentes à primeira lamela.

As imagens de microscopia permitiram observar de forma clara a morfologia dos tecidos das madeiras e o adesivo. Para as madeiras de pinus, as colagens ocorreram a partir do contato de diferentes orientações de planos das lamelas de madeira (transversal e radial). As imagens também permitiram observar que não existem evidências sobre esmagamento da madeira devido à pressão de colagem. Por outro lado, qualidade de colagem pode ter sido afetada pelos defeitos provocados pelo processo de usinagem e da anatomia da madeira.

A falta de foco e de resolução do método microscópico utilizado dificultou a interpretação mais precisa da penetração do adesivo, mas foi possível identificar o indicativo de preenchimento das estruturas celulares das madeiras com adesivo. Portanto, para avaliar a penetração do adesivo na madeira há necessidade de utilização de outras técnicas de microscopia.

Para o adesivo Cascophen RS 216-M não foi identificada a presença de bolhas e nem de cristais. Parte dos defeitos observados nas linhas adesivas foram provocados pela lâmina de serra utilizada no corte das seções transversais dos corpos de prova.

As variações das espessuras das linhas de cola para as combinações espécie/adesivo são apresentadas na Tabela 4.

Destaca-se que os valores das espessuras das linhas de cola variaram em função da posição dos diferentes planos (radial e tangencial) de contato entre as lamelas coladas, como também em função do método de espalhamento do adesivo e da pressão de colagem (0,7 MPa ou 1,2 MPa) aplicada em cada viga. Pode-se afirmar também que as linhas adesivas, em sua fase pura, apresentaram espessuras diferentes ao longo da largura das imagens.

Madeiras de reflorestamento com adesivo natural

Os valores de delaminação total média obtida para as madeiras analisadas, conforme a proporção de colagem utilizada, estão presentes na Tabela 5.

Conforme os resultados obtidos, observou-se que o percentual de delaminação para ambas as combinações (Eucalipto/Adesivo MgO + Proteína de soja e pinus/adesivo MgO + Proteína de soja) ultrapassou os limites (4% para coníferas e de 6% para folhosas) estabelecidos no método de ensaio da NBR 7190-6 (ABNT, 2022b) para ambiente externo.

Na Figura 13 são apresentados os resultados [média, coeficiente de variação (CV), intervalo de confiança da média (95% de confiabilidade), teste de Tukey, teste de normalidade de Anderson-Darling (p-val. (AD)) - 5% de significância] da porcentagem de delaminação (Dt) em função das proporções (Prop.) de MgO e de proteína de soja investigadas para as espécies de pinus e eucalipto, respectivamente.

O valor p (p-val.) do teste de Anderson-Darling foi superior ao nível de 5% de significância estipulado, o que valida os resultados do teste de contraste de médias de Tukey (Figura 13). As proporções de MgO e de proteína de soja só não foram significativas nos valores da porcentagem de delaminação (D_t) para a madeira de pinus. Durante os ensaios de delaminação foi possível visualizar a baixa resistência à umidade para o adesivo natural. Portanto, em todos os corpos de prova de pinus submetidos ao ensaio de delaminação (D_t) observou-se resultados semelhante, havendo abertura das linhas de cola, independente da proporção de MgO e proteína de soja. Para as madeiras de eucalipto (Figura 13b), as proporções 4:01 e 6:01 de MgO e de proteína de soja resultaram em valores médios da D_t estatisticamente equivalentes entre si, ambos superiores da porcentagem de delaminação da proporção 5:01.

Os valores de resistência média ao cisalhamento da linha de cola para a combinação entre madeira e adesivo natural, conforme proporção de colagem, estão presentes na Tabela 6.

Destaca-se que maior valor médio de resistência ao cisalhamento das linhas de cola para a combinação Eucalipto/ MgO + Proteína de Soja (5,91MPa) foi observado para os corpos de prova colados com a proporção de colagem de 6:1 (Proteína de soja: MgO). Os resultados para a madeira de pinus foram diferentes dos obtidos para o eucalipto. O maior valor médio de resistência ao cisalhamento das linhas de cola para a combinação Pinus/ MgO + Proteína de Soja (6,07MPa) foi observado para os corpos de prova colados com a proporção de colagem de 5:1 (Proteína de soja: MgO).

De forma geral, ambas as combinações espécies/adesivo testadas com o adesivo natural apresentaram valores de resistência ao cisalhamento da linha de cola superiores aos valores de resistência ao cisalhamento, 4,84 MPa para eucalipto e 3,47 MPa para pinus, obtidos na caracterização destas madeiras.

Na Figura 14 são apresentados os resultados [média, coeficiente de variação (CV), intervalo de confiança da média (95% de confiabilidade), teste de Tukey, teste de normalidade de Anderson-Darling (p-val. (AD)) - 5% de significância] da porcentagem da resistência ao cisalhamento (f_v0) em função das proporções (Prop.) de MgO e de proteína de soja investigadas para as espécies de eucalipto e pinus, respectivamente.

Para a madeira de Eucalipto, os valores de resistência ao cisalhamento na linha de cola, foram inferiores para a proporção 6:01, uma vez que a madeira de eucalipto apresentou maior densidade que o pinus, o que pode dificultar a penetração do adesivo. Portanto, recomenda-se que sejam testadas novas proporções de adesivo para a madeira de Eucalipto tendo em vista ajustar adequadamente a viscosidade do adesivo natural. Vale mencionar que quanto maior a viscosidade maior é a resistência ao movimento e menor é a capacidade do adesivo escoar. Para a madeira de Pinus, as proporções 4:01 e 5:01 apresentaram valores de resistência ao cisalhamento na linha de cola estatisticamente equivalentes e superiores à proporção 6:01.

A quantificação preliminar da ruptura na região de colagem de alguns corpos de prova, quando da utilização da resina natural, de coloração clara após a cura do adesivo, pelo uso do software GLT Rupture Analysis, não mostrou bons resultados visto que o software não diferenciou adequadamente a madeira e o adesivo, neste caso (Figura 15).

No entanto, os resultados obtidos para as porcentagens de delaminação, quando da utilização do adesivo natural não foram satisfatórios e superaram os limites de delaminação de 4% e de 6% estabelecidos segundo o método de ensaio brasileiro para as madeiras de coníferas e folhosas, respectivamente. Com isso, observa-se que os elementos de MLC confeccionados nesta pesquisa podem ser utilizados em ambientes internos, uma vez que eles não resistiram a presença da umidade na madeira oriunda dos ciclos de pressão e vácuo em autoclave seguidos de secagem em estufa.

Destaca-se que para melhorar a qualidade de colagem de painéis de madeira com o adesivo natural no quesito “porcentagem de delaminação” alguns autores como Jang e Li (2015) utilizam o parâmetro temperatura para a cura do adesivo. Nesse sentido, uma alternativa para tentar resolver esse problema, seria ampliar os estudos de colagem com esta resina natural a partir da utilização de prensa de alta frequência, tendo-se em vista a melhoria da resposta da qualidade de colagem em relação a delaminação.

Elementos de MLC com lamelas de diferentes espessuras

Os valores de resistência média ao cisalhamento na linha de cola obtida para as madeiras analisadas, conforme espessura da lamela de MLC, bem como o percentual de ruptura na madeira, estão apresentadas na Tabela 7.

Na Figura 16 são apresentados os resultados [média, coeficiente de variação (CV), intervalo de confiança da média (95% de confiabilidade), teste de Tukey, teste de normalidade de Anderson-Darling (p-val. (AD)) - 5% de significância] da resistência ao cisalhamento (f_v0) em função da espessura (t) para as espécies de eucalipto e pinus, respectivamente.

O valor p (p-val.) do teste de Anderson-Darling foi superior ao nível de 5% de significância estipulado, o que valida os resultados do teste de contraste de médias de Tukey (Figura 16).

O presente estudo verificou a influência da espessura da lamela de acordo com o método de ensaio de resistência ao cisalhamento na linha de cola proposto pela recente norma NBR 7190-6 (ABNT, 2022b), mostrando influência da espessura da lamela na qualidade de colagem. Os melhores resultados para a resistência na linha de cola foram apresentados para os corpos de prova produzidos com lamelas de 3,5cm para ambas as espécies de madeira. Esse comportamento difere do que foi encontrado na literatura correlata (Bohn, 1995; Icimoto et al., 2016; Marquardt et al., 2018). Porém, os resultados obtidos podem ser justificados considerando o maior volume para penetração de adesivo e menor possibilidade de ocorrer fragilização da madeira e da linha de cola devido à baixa espessura da lamela. Destaca-se que a menor espessura de lamela encontrada na literatura foi de 10 mm.

Para ambas as espécies de madeira, os valores de resistência ao cisalhamento na linha de cola (f_v0) foram estatisticamente equivalentes para os corpos de prova produzidos com lamelas de espessuras de 1,5cm e 2,5 cm.

Foi possível constatar que durante os ensaios de cisalhamento na linha de cola, os corpos de prova de maior espessura permitiram melhor acomodação no dispositivo de ensaio no ponto de aplicação da carga, pois obtém maior área de apoio no momento da aplicação da carga, podendo resultar em valores melhores e mais precisos de resistência ao cisalhamento na linha de cola evitando ruptura por esmagamentos no topo do corpo de prova testado.

Conclusões

O presente estudo realizou uma campanha experimental investigando o método de ensaio brasileiro NBR 7190-6 (ABNT, 2022b) na resposta da qualidade da colagem de elementos de MLC para diferentes combinações espécie/adesivo considerando diferentes espessuras de lamelas e pressões de colagem. Com base nos resultados obtidos, foi possível concluir que:

1. o método de ensaio NBR 7190-6 (ABNT, 2022b) mostrou-se eficiente no controle da qualidade de colagem dos elementos de MLC;

2. a densidade da madeira é um fator importante a ser considerado na colagem de MLC, assim como a pressão de colagem utilizada. Madeiras com menor densidade apresentaram qualidade de colagem inferior quando da utilização de valores de pressão muito elevados e muito baixos. Para o pinus (ρ_ap < 0,5 g/cm³), a melhor pressão de colagem (0,7 MPa) apresentou conformidade com o indicado pelo documento normativo. Para o eucalipto (ρ_ap > 0,5 g/cm³), os melhores resultados de colagem foram obtidos para a pressão de 1,2 MPa, também em conformidade com a pressão indicada na NBR 7190-6 (ABNT, 2022b);

3. na análise do adesivo natural, o uso das proporções de 4:1 e 5:1 (Proteína de Soja: MgO), para a madeira de eucalipto e proporção 5:1 e 6:1 para a madeira de pinus, resultaram em uma maior resistência ao cisalhamento das linhas de cola, superiores aos obtidos na caracterização das respectivas madeiras. Porém o modo de ruptura predominante nesta região foi a ruptura no adesivo;

4. no que se refere a porcentagem limite de delaminação, o adesivo natural apresentou resultados insatisfatórios. Como o adesivo é a base de água sofre a influência da pressão gerada pela autoclave reagindo com a água presente no interior da autoclave;

5. o software GLT Rupture Analysis apresentou maior rapidez e facilidade na quantificação das porcentagens de ruptura, com boa precisão da quantificação das porcentagens de ruptura na madeira e no adesivo, uma vez que foi necessária somente a utilização de fotos obtidas para as regiões de colagem;

6. para o adesivo natural e o adesivo poliuretano bicomponente KDG 1909, que apresentaram coloração clara após a cura, serão necessários outros artifícios para melhorar a visualização da superfície pelo software, como o tingimento das superfícies rompidas com iodo, uma vez que o iodo penetra na madeira e não no adesivo;

7. as análises de microscopia foram capazes de apontar que existiram diferenças nas qualidades das superfícies usinadas das lamelas das madeiras. Também foram capazes de quantificar as variações das espessuras das linhas de cola das seções transversais dos corpos de prova de MLC; e

8. os ensaios de resistência ao cisalhamento na linha de cola para lamelas de diferentes espessuras apresentaram resultados estatisticamente superiores para as lamelas de 3,5 cm em relação às demais, indicando que lamelas com maiores espessuras podem apresentar melhores propriedades de qualidade de colagem.

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