ESTUDO EXPERIMENTAL DE UMA VIGA “I”, FEITAS COM DUAS ESPÉCIES DE  MADEIRA DA AMAZÔNIA E CHAPAS DE PARTÍCULAS

REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.7585675


Mateus Monteiro Campeão Rocha1
Samantha Coelho Pinheiro2
Marcos Cesar  de Moraes Pereira3


RESUMO 

Levando em conta que os materiais mais utilizados na construção civil atualmente são  de origem não renovável, a madeira ganha relevância em frente a essa adversidade.  Ademais sendo um recurso proveniente de fonte renovável e apresentar baixo  consumo energético na sua produção. Por conta de tal potencial, foram desenvolvidos  os Produtos Engenheirados de Madeira (PEM), dentre os principais encontra-se as  vigas em “I”, o uso desse produto substitui grandes volumes de madeira serrada em  aplicações de telhado e assoalho para os edifícios comerciais e residenciais. Tendo  em vista a importância do discernimento do comportamento estrutural de vigas “I”, o  presente trabalho realizou o ensaio e o dimensionamento de acordo com a NBR  7190:2022, no qual apresentou uma carga de ruptura resultados satisfatórios em  comparação de outro trabalho juntamente com o dimensionamento do presente  trabalho com o uso de espécies da Amazônia como Faveira amarela e Cumarú vermelho, concluindo que o uso espécie da Amazônia para uso como mesa de vigas  I é viável do ponto de vista de comportamento estrutural. 

Palavras-chaves: Viga “I”; Madeira e Estrutura de Madeira. 

ABSTRACT 

Taking into account that the materials most used in civil construction today are of non renewable origin, wood gains relevance in the face of this adversity. In addition, it is a  resource from a renewable source and has low energy consumption in its production.  Because of this potential, Engineered Wood Products (PEM) were developed, among

the main ones are the “I” beams, the use of this product replaces large volumes of  lumber in roof and floor applications for commercial buildings and residential. In view of the importance of discerning the structural behavior of “I” beams, the present work  carried out the test and dimensioning in accordance with NBR 7190: 2022, in which it  presented a breaking load satisfactory results in comparison of another work together  with the dimensioning of the present work with the use of species from the Amazon  such as Faveira Amarelo and Cumarú-vermelho concluding that the use of species  from the Amazon for use as a table of I-beams is feasible from the point of view of  structural behavior. 

Keywords: Beam “I”; Wood and Wood Structure. 

1. INTRODUÇÃO 

Observando o cenário da possibilidade de escassez dos recursos não renováveis, a  madeira apresenta grande habilidade referente a esse obstáculo, devido a sua  disponibilidade na natureza e a relativa facilidade de manuseio (PFEIL, 2003). Além  de combinar com maneira harmoniosa o conforto e beleza com soluções  arquitetônicas e estruturais. 

Essa eventualidade, acarreta num cenário onde fica cada vez mais difícil deparar com  peças de madeira maciça de boa qualidade e com grandes dimensões (LIMA, 2005).  Com esse contexto, para sanar esse problema numa pesquisa e a fabricação de um  PEM com auxílio de tratamentos químicos a fim de aprimorar o uso da madeira, posto  isso, agrega aos produtos derivados da madeira qualidades antes ausentes na  madeira sólida, como melhor estabilidade dimensional e propriedades físicos mecânicas, estrutura mais homogênea e defeitos reduzidos (CARLIN, 2017). Entre os produtos “engenheirados” com destaque relevante é o uso do painel  estrutural OSB, sendo considerado uma evolução nas chapas estruturais em madeira  reconstituída (LIMA, 2005). No meio das aplicações estruturais do OSB é sob a forma  de vigas “I” que são exemplos evidentes de versatilidade, principalmente devido a sua  economia de material e eficiência estrutural, se comparadas com as vigas de seção  retangular (CARLIN, 2017).

Esta viga é utilizada em proporção maior nos países da América do Norte e Europa  no panorama atual da construção civil, sendo possuidoras de conhecimento  tecnológico de materiais derivados de madeira, no qual o Brasil a viga “I” ainda é um  artefato de pesquisa nas universidade e centros de tecnologias (SEDOSKI, 2013).  Ainda assim, as maiores causas de desempenho insatisfatório, no Brasil, em frente  aos outros materiais devido a insistência em métodos de construção habituais e a falta  de conhecimento das características e as vantagens de usufruir a madeira (CARLIN,  2017). 

Isto posto, a importância do conhecimento do comportamento estrutural de vigas com  seção “I” com o uso de espécie da Amazônia, faz-se necessário a aquisição  experimental e teórico sobre o comportamento e atributos desse derivado de madeira.  Deste modo, segundo Carlin (2017) é conhecer as propriedades e comportamento  desse material, assim como de seus derivados, é condição sine qua non para utilizá-los com racionalidade. 

2. MATERIAIS E MÉTODOS 

2.1 Materiais 

2.1.1 Placa de OSB 

Para o presente trabalho, será utilizado a placa de OSB com dimensão de 2,44m por  1,22m proveniente do comércio de Manaus, sendo o fabricante LP Brasil Bulding  Solutions

Figura 1: Placa de OSB 

Fonte: Autor(2022).

2.1.2 Madeira Amazônico 

A madeira a ser usada para a confecção da mesa foi encontrado no comércio de  Manaus, no qual é separado duas espécies, a espécie Faveira amarela e Cumarú vermelho, sendo fabricado duas vigas “I-Joists”. Figura 2 representa a madeira de  espécie da Amazônia. 

Figura 2: Espécies Faveira amarela e Cumarú-vermelho. 

Fonte: Autor(2022).

2.1.3 Adesivo 

O adesivo utilizado para união das peças será da empresa Jowat, da linha Jowapur 687.22 sendo poliuretano monocomponente com largo espectro de adesão a muitos  substratos, livre de solventes e formaldeído, com a aplicação padrão do adesivo é  unilateral por espátula ou rolo. Tendo sua formação de espuma pesado, com cor  marrom translúcido, estando o tempo de prensagem a +20 °C em 57,5min ± 2,5min,  sendo encontrado no mercado nacional ilustrado na Figura 3. Onde são  caracterizados por excelente adesão aos materiais, principalmente a madeira, que são  ideais para montagem. 

Figura 3: Adesivo Jowapur 687.22. 

Fonte: Autor(2022). 

2.2 Métodos 

2.2.1 Dimensionamento da viga “I-Joists” 

Prossegue para primeira etapa a definição geométrica da peça, com isso, sucede com  embasamento pela NBR 7190-1:2022 conjunta com as literaturas técnicas e  científicas. As Figuras 4 e 5 detalha o dimensionamento das vigas que foram  produzidas, no qual o vão das vigas são 2 metros. 

Figura 4:Medidas da viga “I-Joists” com a espécie Cumarú-vermelho. 

Fonte: Autor(2022).

Figura 5: Medidas da viga “I-Joists” com a espécie Faveira amarela. 

Fonte: Autor(2022). 

2.2.2 Produção da viga 

Adquirido os materiais para a produção da viga “I-Joists”. Passa-se a etapa visual para  conferir se há defeito na madeira, ao longo da inspeção encontra-se na madeira da  espécie Faveira amarela levemente arqueada, após a inspeção passou as madeiras  para o tratamento de planicidade para retirar as imperfeições e delimitar as medidas  corretas de acordo com o dimensionamento inserido no anexo representada nas  Figuras 6 e 7. Na questão da placa de OSB ocorreu o corte de acordo com as medidas  das vigas ilustrada na Figura 8. 

Figura 6: Tratamento da madeira Faveira amarela.

Fonte: Autor(2022). 

Figura 7: Tratamento da madeira do Cumarú-vermelho. 

Fonte: Autor(2022). 

Figura 8: Delimitação da placa de OSB.

Fonte: Autor(2022). 

Com o tratamento das madeiras, passou-se a confeccionar o sulco da mesa da viga  “I-Joists” com a espécie Faveira amarela ilustrada na Figura 9. 

Figura 9: Confecção do suco da mesa da viga “I-Joists”. 

Fonte: Autor(2022). 

Por conseguinte, realizou a aplicação do adesivo entre a alma e a mesa da viga “I Joists”, ilustrada nas Figuras 10 e 11 

Figura 10: Aplicação do adesivo na espécie Faveira amarela.

Fonte: Autor(2022). 

Figura 11: Aplicação do adesivo na espécie Cumarú-vermelho.

Fonte: Autor(2022). 

Com a aplicação do adesivo realizada, sucede com a junção da alma e as mesas da  viga “I-Joists”, com o auxílio de ferramentas como grampos sargentos para maior  fixação entre os elementos, dessa forma finaliza a produção com a espera da cura do  adesvio. Ilustrada na Figura 12 e 13. 

Figura 12: Junção da alma com as mesas da espécie Faveira amarela. 

Fonte: Autor(2022). 

Figura 13: Junção da alma com as mesas da espécie Cumarú-vermelho.

Fonte: Autor(2022). 

2.2.3 Ensaio de Flexão 

Após a produção da viga, segue a etapa de ensaio de flexão embasado pela norma  NBR 7190-2:2022, ilustrado na Figura 14 as medidas do experimento, realizado no  laboratório de Engenharia Civil da UEA. Ilustrado nas Figuras 15 e 16 a viga “I-Joists”  submetida ao ensaio de flexão, no qual os equipamentos são a célula de carga e o  transdutor de deslocamento para a coleta de dados. 

Figura 14: Medidas no ensaio de flexão das vigas. 

Fonte: Autor(2022). 

Figura 15: Ensaio de flexão da viga “I-Joists” com a espécie Faveira amarela. 

Fonte: Autor(2022).

Figura 16: Ensaio de flexão da viga “I-Joists” com a espécie Cumarú-vermelho. 

Fonte: Autor(2022).

Cálculo das propriedades mecânicas 

A partir dos dados obtidos nos ensaios serão calculadas as propriedades mecânicas  das vigas I, sendo estes os parâmetros de Modulo de Elasticidade (MOE) ou módulo  de Young, e módulo de ruptura (MOR). As equações 1 e 2 apresentam os métodos  de cálculo para obtenção do MOE e MOR, respectivamente.  

Onde: 

P = cargas obtidas no ensaio de flexão dentro do regime elástico (até L/300); l = vão utilizado no ensaio; 

I = momento de inércia da seção transversal; 

δ = deslocamentos obtidos pela mensuração da flexão da viga durante o ensaio; 

Onde: 

3. Resultados e Discussões

3.1 Ensaio de Flexão da Viga “I-Joists”  

Durante a realização do ensaio de flexão, foram coletados os valores referentes às  forças e os deslocamentos, bem com a carga de ruptura. O Gráfico 1 apresenta a  relação da tensão versus deslocamento da viga no centro do vão para a espécie de  faveira amarela, e o gráfico 2 para as vigas produzidas com mesas de cumaru. A  tensão foi calculada como sendo a força dividida pela área da seção transversal.  

Gráfico 1: Relação da Tensão com o deslocamento. 

Fonte: Autor(2022).

Gráfico 2: Relação da Tensão com o deslocamento.

Fonte: Autor(2022).

Tendo o tipo de ruptura da viga, sendo a flambagem da mesa, devido levemente as  irregularidades da mesa, como empenamento. Ilustrados nas Figuras 17 e 18. 

Figura 17: Viga “I-Joists” após o rompimento. 

Fonte: Autor(2022).

Figura 18: Viga “I-Joists” após o rompimento.

Fonte: Autor(2022).

Tabela 1: Valores dos módulos de rupturas obtidos para as vigas experimentais

Cunha e Matos, (2010), em seu estudo produziram vigas I-joist com alma em OSB e  mesas em madeira de Pinus unidas por adesivo poliuretano. Os resultados médios do  módulo de elasticidade obtido pelos autores foi de 15500 MPa. Nesta comparação as  vigas experimentais obtiveram valores de cerca de 30 a 50% dos obtidos pelos  referidos autores.  

3.2 Valores das cargas de rupturas e módulos de rupturas  

Sedoski (2013), produziu e testou três modelos de vigas I apresentando uma  comparação entre elas. Como forma de comparação, a tabela 2 apresenta os  resultados das rupturas obtidas na três vigas produzidas por Sedoski (2013) bem  como o valor para as vigas produzidas e ensaiadas neste presente estudo e a carga  estimada através do cálculo teórico para tais vigas.  

Tabela 2: Comparativos dos resultados experimentais, teóricos e da literatura, referentes a carga de  ruptura em KN 

Baseado nos valores obtidos nos ensaios e utilizando a equação 2, obteve-se os  módulos de ruptura para as vigas experimentais apresentados na tabela 3. 

Ainda segundo Cunha e Matos (2010), os valores do MOR obtidos para as vigas  produzidas com mesa de pinus e alma em OSB foi de 23 MPa, sendo que neste caso,  as vigas experimentais de cumaru foram 50% superiores as produzidas pelos autores.  A viga experimental de faveira obteve valor 45% inferior.  

Dispondo o tipo de ruptura da viga “I-Joists” na falha do cisalhamento da alma, com  isso ocorreu o desplacamento entre a alma e a mesa ao longo do vão. Ilustrado nas  Figuras 19 e 20.  

Figura 19: Ruptura da viga após o ensaio

Fonte: Autor(2022).

Figura 20: Ruptura da viga após o ensaio.

Fonte: Autor(2022).

4. Conclusão 

Através dos ensaios realizados foi possível verificar as rigidez e resistência (MOR e  MOE) das vigas “I-Joists” produzidas com mesas usando espécies Faveira amarela e  Cumarú-vermelho e alma em chapa de OSB. Em comparação com a literatura, os  módulos de elasticidade obtiveram valores reduzidos, enquanto o modulo de ruptura  esteve semelhantes a outros autores.  

O desempenho do adesivo Jowapur 687.22 apresentou as propriedades esperadas, e também se verificou a eficiência da ligação mesa e alma, a trabalhabilidade facilitou  no processo de colagem, ou seja, não houve descolamento entre as peças. 

A alma de OSB sendo um produto industrializado e comercializado, apresentando as  propriedades com poucas variabilidades na parte estrutural. No qual, a viga “I-Joists”  composta com madeiras da Amazônia apresentou resultados satisfatórios em  comparação de outro trabalho e até com o dimensionamento no presente trabalho. 

As rupturas das vigas de madeira apresentaram modos de falhas típicos estabelecidos  em normas, reforçando a confiabilidade das vigas produzidas com um dos elementos  sendo de espécie da Amazônia que no trabalho foi realizado com a Faveira amarela  e Cumarú-vermelho. 

Conclui-se que o uso espécie da Amazônia para uso como mesa de vigas I é viável  do ponto de vista de comportamento estrutural. 

Referências 

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 7190-1: Critérios  de dimensionamento. Rio de Janeiro: ABNT, 2022. 

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 7190-2: Métodos  de ensaio para classificação visual e mecânica de peças estruturais de madeira. Rio  de Janeiro: ABNT, 2022. 

ASTM, American Society for Testing and Materials. D5055: Standard Specification for  Establishing and Monitoring Structural Capacities of Prefabricated Wood I-Joists. West  Conshohocken, 2020. 

CARLIN, Tatiana. Avaliação experimental da influência da deformação por  cisalhamento em vigas “I-Joists”. 2017. 86 páginas. Trabalho de Conclusão de  Curso (Bacharelado em Engenharia Civil) – Universidade Tecnológica Federal do  Paraná. Campo Mourão, 2017. 

CUNHA, A. B., MATOS, J. L. M. Rigidez e resistência de vigas estruturais de  madeira laminada colada e com perfil I compostas por diferentes adesivos. Ciência Florestal, Santa Maria, v. 20, n. 2, p. 345-356, abr.-jun., 2010. Disponível em:  https://periodicos.ufsm.br/cienciaflorestal/article/view/1857/1202. Acesso em 29 Jan.  2023. 

LIMA, A. L., SZUCS, C. A., ROVERE, H. L. Análise de vigas I em madeira com  mesa em Pinus e alma em OSB. In: IX ENCONTRO BRASILEIRO EM MADEIRAS  E EM ESTRUTURAS DE MADEIRA. Anais. Cuiabá, Universidade Federal de Mato  Grosso, 2005. 

PFEIL, Walter; PFEIL, Michèle. Estruturas de Madeira. 6. ed. Rio de Janeiro, 2003. 

SEDOSKI, M. C. ANÁLISE EM VIGAS DE MADEIRA COMPOSTAS PERFIL “I”,  COM ENCAIXE DIFERENCIADO ENTRE MESAS E ALMA. 2013. 51 f. Monografia (Graduação) – Engenharia Civil. Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Campo  Mourão, 2013.


1Acadêmico de Engenharia Civil da Universidade do Estado do Amazonas – UEA, Escola  Superior de tecnologia – EST

2Professora Doutora, Universidade do Estado do Amazonas – UEA, Superior de Tecnologia – EST 

3Professor Doutor, Universidade de São Paulo – USP