Olá e sejam bem-vindos!
Hoje, vamos apresentar rapidamente as propriedades de materiais de GLULAM (Madeira Laminada Colada – MLC) que utilizamos para projetar elementos estruturais, como resistência à compressão, resistência à flexão e coeficientes de segurança parciais.
Essas propriedades de materiais são os fundamentos do projeto estrutural com madeira laminada colada.
Neste artigo, explicaremos quais propriedades são importantes para GLULAM, onde as encontramos e como calculá-las conforme a NBR 7190:2022.
Então, vamos começar.
As 12 Propriedades Mais Importantes do GLULAM
As propriedades de materiais do GLULAM são fundamentais para o projeto estrutural porque definem a resistência do material, como resistência à compressão ou à tração.
O GLULAM (Madeira Laminada Colada) é um produto estrutural fabricado pela colagem de lamelas de madeira com as fibras dispostas predominantemente na direção paralela ao eixo longitudinal da peça. Este material oferece excelentes propriedades estruturais e permite a fabricação de elementos de grandes dimensões e formas complexas.
A NBR 7190:2022 estabelece critérios específicos para a caracterização e utilização da madeira laminada colada em estruturas. As propriedades de resistência e rigidez do GLULAM são determinadas através de ensaios conforme a ABNT NBR 7190-6, que especifica os métodos de ensaio para caracterização de madeira lamelada colada estrutural.
Assim como outros materiais estruturais, o GLULAM possui diferentes classes de resistência, que são categorizadas por sua resistência à flexão. Por exemplo, um elemento de GLULAM com resistência à flexão de 24 MPa é denominado GL24h (homogênea) ou GL24c (combinada).
Vamos analisar as 12 propriedades de GLULAM mais utilizadas conforme a NBR 7190:2022.
#1 Coeficientes de Minoração da Resistência γw para GLULAM
O valor dos coeficientes de minoração da resistência para GLULAM pode ser encontrado na NBR 7190:2022, seção 5.8.5. Estes valores são os mesmos para todos os tipos de madeira estrutural, incluindo a madeira laminada colada.
Coeficientes de Minoração para GLULAM
| Tipo de Solicitação | Coeficiente γw |
|---|---|
| Estados-limite últimos (tensões normais) | 1,4 |
| Estados-limite últimos (cisalhamento) | 1,8 |
| Estados-limite de serviço | 1,0 |
Para o GLULAM, estes coeficientes são aplicados da mesma forma que para outros materiais de madeira estrutural. O coeficiente de minoração da resistência é usado para calcular a resistência de cálculo a partir dos valores de resistência característica específicos do GLULAM.
A fórmula geral para o cálculo da resistência de cálculo do GLULAM é:
Xd = kmod · Xk/γw
Onde:
- Xd = resistência de cálculo
- kmod = coeficiente de modificação (específico para GLULAM)
- Xk = resistência característica do GLULAM
- γw = coeficiente de minoração da resistência
Esta formulação considera as características específicas da madeira laminada colada, incluindo os efeitos da colagem entre lamelas e o comportamento conjunto do material composto.
#2 Classes de Umidade para GLULAM
As classes de umidade para GLULAM seguem as mesmas definições da NBR 7190:2022, seção 5.5, mas com considerações especiais devido à natureza do material laminado colado.
Classes de Umidade para GLULAM
| Classe de Umidade | Umidade Relativa do Ambiente (Uamb) | Umidade de Equilíbrio Máxima da Madeira (Ueq) |
|---|---|---|
| Classe 1 | Uamb ≤ 65% | 12% |
| Classe 2 | 65% < Uamb ≤ 75% | 15% |
| Classe 3 | 75% < Uamb ≤ 85% | 18% |
| Classe 4 | Uamb > 85% durante longos períodos | ≥ 25% |
O GLULAM é fabricado com lamelas secas e coladas sob condições controladas, o que resulta em um material com comportamento mais estável em relação às variações de umidade comparado à madeira sólida. No entanto, as classes de umidade ainda são fundamentais para o projeto.
Considerações Especiais para GLULAM
O GLULAM apresenta algumas vantagens em relação à madeira sólida no que se refere ao comportamento higroscópico:
- Estabilidade dimensional: O processo de laminação e colagem reduz significativamente os movimentos de retração e inchamento.
- Homogeneidade: A seleção e classificação das lamelas resulta em um material mais homogêneo e previsível.
- Controle de qualidade: O processo industrial permite melhor controle da umidade das lamelas antes da colagem.
- Durabilidade da colagem: As colas estruturais utilizadas no GLULAM são resistentes à umidade quando adequadamente especificadas.
A condição-padrão de referência continua sendo a classe 1 de umidade (12% de umidade de equilíbrio), e todos os valores de resistência e rigidez do GLULAM especificados na NBR 7190:2022 são correspondentes a esta condição.
#3 Classes de Duração de Carga para GLULAM
As classes de duração de carga para GLULAM seguem as mesmas definições da NBR 7190:2022, mas o comportamento da madeira laminada colada sob cargas de longa duração apresenta algumas características específicas.
Classes de Duração de Carga para GLULAM
| Classe de Carregamento | Duração Acumulada da Ação Característica | Exemplos Típicos |
|---|---|---|
| Permanente | Mais de dez anos | Peso próprio, cargas permanentes |
| Longa duração | Seis meses a dez anos | Armazenamento |
| Média duração | Uma semana a seis meses | Sobrecarga, neve |
| Curta duração | Menos de uma semana | Neve, vento |
| Instantânea | Muito curta | Vento extremo, cargas acidentais |
O GLULAM, devido ao seu processo de fabricação e à qualidade controlada das lamelas, apresenta melhor comportamento sob cargas de longa duração comparado à madeira sólida, com menor fluência e maior estabilidade dimensional.
Vantagens do GLULAM para Cargas de Longa Duração
- Menor fluência: O processo de secagem controlada das lamelas reduz a fluência sob cargas permanentes.
- Redistribuição de tensões: A laminação permite melhor redistribuição de tensões entre as lamelas.
- Qualidade das lamelas: A classificação das lamelas elimina defeitos que poderiam causar concentração de tensões.
- Estabilidade da colagem: As colas estruturais mantêm a integridade da seção ao longo do tempo.
Estas características fazem do GLULAM uma excelente opção para estruturas sujeitas a cargas permanentes elevadas, como grandes vãos em galpões industriais e pontes de madeira.
#4 Coeficientes de Modificação kmod para GLULAM
Os coeficientes de modificação para GLULAM seguem a mesma formulação da NBR 7190:2022, mas com valores específicos que reconhecem as características superiores da madeira laminada colada.
kmod = kmod1 × kmod2
Coeficiente kmod1 para GLULAM (por classe de carregamento)
| Classe de Carregamento | Coeficiente kmod1 para GLULAM |
|---|---|
| Permanente | 0,60 |
| Longa duração | 0,70 |
| Média duração | 0,80 |
| Curta duração | 0,90 |
| Instantânea | 1,10 |
Coeficiente kmod2 para GLULAM (por classe de umidade)
| Classe de Umidade | Coeficiente kmod2 para GLULAM |
|---|---|
| Classe 1 | 1,00 |
| Classe 2 | 0,90 |
| Classe 3 | 0,80 |
| Classe 4 | 0,70 |
Características Especiais do GLULAM
O GLULAM apresenta algumas vantagens que justificam sua confiabilidade estrutural:
- Homogeneidade: A seleção e classificação das lamelas resulta em propriedades mais uniformes.
- Controle de defeitos: Defeitos como nós são distribuídos aleatoriamente entre as lamelas, reduzindo concentrações de tensão.
- Estabilidade dimensional: Menor variação dimensional comparado à madeira sólida.
- Qualidade da colagem: Colas estruturais de alta performance garantem a integridade da seção.
Exemplo de Cálculo
Para um elemento de GLULAM GL24h em classe de umidade 2, sujeito a carregamento de média duração:
- kmod1 = 0,80 (média duração)
- kmod2 = 0,90 (classe de umidade 2)
- kmod = 0,80 × 0,90 = 0,72
Resistência de cálculo à flexão:
- fb,k = 24 MPa (GL24h)
- γw = 1,4 (tensões normais)
- fb,d = 0,72 × 24 / 1,4 = 12,34 MPa
#5 Resistência à Flexão fb,k do GLULAM
A resistência característica à flexão fb,k é a propriedade mais importante do GLULAM para projeto estrutural. Esta propriedade define a classe de resistência do material e é fundamental para o dimensionamento de vigas e outros elementos fletidos.
Resistência à Flexão por Classe de GLULAM
| Classe de GLULAM | Resistência à Flexão fb,k (MPa) | Tipo |
|---|---|---|
| GL20h | 20 | Homogênea |
| GL24h | 24 | Homogênea |
| GL28h | 28 | Homogênea |
| GL30h | 30 | Homogênea |
| GL32h | 32 | Homogênea |
O GLULAM apresenta excelente resistência à flexão devido à orientação das fibras das lamelas na direção longitudinal e à eliminação de defeitos críticos através da classificação das lamelas.
GLULAM Homogêneo vs Combinado
- Homogêneo (h): Todas as lamelas possuem a mesma classe de resistência
- Combinado (c): Lamelas de diferentes classes, com as de maior resistência nas bordas
Vantagens do GLULAM na Flexão
- Eliminação de defeitos críticos: Nós e outros defeitos são distribuídos entre as lamelas
- Orientação das fibras: Todas as fibras trabalham na direção principal
- Seções otimizadas: Possibilidade de usar lamelas de maior qualidade nas bordas (GLULAM combinado)
- Grandes vãos: Capacidade de fabricar vigas de grandes dimensões e vãos
A resistência à flexão do GLULAM é utilizada no dimensionamento de vigas, arcos, pórticos e outros elementos estruturais sujeitos a momento fletor.
#6 Resistência à Compressão Paralela às Fibras fc,0,k do GLULAM
A resistência característica à compressão paralela às fibras fc,0,k do GLULAM é uma propriedade fundamental para o dimensionamento de pilares, montantes e elementos comprimidos.
Resistência à Compressão Paralela por Classe de GLULAM
| Classe de GLULAM | Resistência à Compressão Paralela fc,0,k (MPa) |
|---|---|
| GL20h | 20 |
| GL24h | 24 |
| GL28h | 28 |
| GL30h | 30 |
| GL32h | 32 |
O GLULAM apresenta excelente comportamento à compressão paralela devido à continuidade das fibras e à eliminação de defeitos que poderiam causar flambagem local prematura.
Características da Compressão no GLULAM
- Estabilidade da seção: A colagem entre lamelas impede a separação e flambagem individual das lamelas
- Distribuição de cargas: As tensões são distribuídas uniformemente entre as lamelas
- Eliminação de defeitos: Nós e outros defeitos são controlados na fabricação
- Grandes seções: Possibilidade de fabricar pilares de grandes dimensões
#7 Resistência à Compressão Perpendicular às Fibras fc,90,k do GLULAM
A resistência à compressão perpendicular às fibras fc,90,k é uma propriedade crítica do GLULAM, especialmente em regiões de apoio e aplicação de cargas concentradas.
Resistência à Compressão Perpendicular por Classe de GLULAM
| Classe de GLULAM | Resistência à Compressão Perpendicular fc,90,k (MPa) |
|---|---|
| GL20h | 2,5 |
| GL24h | 2,5 |
| GL28h | 2,5 |
| GL30h | 2,5 |
| GL32h | 2,5 |
Embora o GLULAM mantenha a característica da madeira de ser mais fraco na direção perpendicular às fibras, o processo de laminação oferece algumas vantagens na distribuição de tensões concentradas.
#8 Resistência à Tração Paralela às Fibras ft,0,k do GLULAM
A resistência característica à tração paralela às fibras ft,0,k do GLULAM é uma propriedade excepcional deste material, frequentemente superior à da madeira sólida devido ao controle de qualidade na fabricação.
Resistência à Tração Paralela por Classe de GLULAM
| Classe de GLULAM | Resistência à Tração Paralela ft,0,k (MPa) |
|---|---|
| GL20h | 16,0 |
| GL24h | 19,2 |
| GL28h | 22,3 |
| GL30h | 24,0 |
| GL32h | 25,6 |
Vantagens do GLULAM na Tração
- Eliminação de defeitos críticos: Nós e fissuras que causariam ruptura prematura são controlados
- Continuidade das fibras: Orientação uniforme das fibras na direção longitudinal
- Distribuição de tensões: As lamelas trabalham em conjunto, redistribuindo tensões
- Qualidade controlada: Seleção rigorosa das lamelas garante propriedades superiores
#9 Resistência à Tração Perpendicular às Fibras ft,90,k do GLULAM
A resistência à tração perpendicular às fibras ft,90,k é a propriedade mais limitante do GLULAM, assim como em todos os produtos de madeira.
Resistência à Tração Perpendicular por Classe de GLULAM
| Classe de GLULAM | Resistência à Tração Perpendicular ft,90,k (MPa) |
|---|---|
| GL20h | 0,5 |
| GL24h | 0,5 |
| GL28h | 0,5 |
| GL30h | 0,5 |
| GL32h | 0,5 |
Esta é uma propriedade crítica que requer cuidado especial no projeto, especialmente em elementos curvos e regiões de cargas concentradas.
#10 Resistência ao Cisalhamento fv,k do GLULAM
A resistência ao cisalhamento fv,k do GLULAM apresenta características especiais devido à presença das linhas de cola entre as lamelas.
Resistência ao Cisalhamento por Classe de GLULAM
| Classe de GLULAM | Resistência ao Cisalhamento fv,k (MPa) |
|---|---|
| GL20h | 3,5 |
| GL24h | 3,5 |
| GL28h | 3,5 |
| GL30h | 3,5 |
| GL32h | 3,5 |
Tipos de Cisalhamento no GLULAM
- Cisalhamento na madeira: Ruptura através das fibras da lamela
- Cisalhamento na cola: Ruptura na interface entre lamelas
- Cisalhamento misto: Combinação dos dois modos
O GLULAM deve atender aos requisitos de resistência ao cisalhamento na lâmina de cola, ensaios de delaminação e resistência das emendas denteadas conforme ABNT NBR 7190-6.
#11 Módulo de Elasticidade E0,m e E0,05 do GLULAM
O módulo de elasticidade do GLULAM é uma propriedade fundamental que define a rigidez dos elementos estruturais. O processo de laminação resulta em valores mais consistentes e previsíveis comparado à madeira sólida.
Módulo de Elasticidade Médio E0,m por Classe de GLULAM
| Classe de GLULAM | Módulo de Elasticidade Médio E0,m (GPa) |
|---|---|
| GL20h | 8,4 |
| GL24h | 11,5 |
| GL28h | 12,6 |
| GL30h | 13,6 |
| GL32h | 14,2 |
Módulo de Elasticidade Característico E0,05 por Classe de GLULAM
| Classe de GLULAM | Módulo de Elasticidade Característico E0,05 (GPa) |
|---|---|
| GL20h | 7,0 |
| GL24h | 9,6 |
| GL28h | 10,5 |
| GL30h | 11,3 |
| GL32h | 11,8 |
Aplicações no Projeto
- E0,m: Cálculo de deflexões em vigas e lajes
- E0,05: Verificação de flambagem de pilares e flambagem lateral de vigas
- Análise dinâmica: Cálculo de frequências naturais
- Sistemas hiperestáticos: Distribuição de esforços em estruturas indeterminadas
#12 Densidade ρk e ρm do GLULAM
A densidade do GLULAM é determinada pelas espécies de madeira utilizadas nas lamelas e pelo processo de fabricação. Esta propriedade é fundamental para diversos aspectos do projeto estrutural.
Densidade Característica ρk por Classe de GLULAM
| Classe de GLULAM | Densidade Característica ρk (kg/m³) |
|---|---|
| GL20h | 340 |
| GL24h | 385 |
| GL28h | 425 |
| GL30h | 430 |
| GL32h | 440 |
Densidade Média ρm por Classe de GLULAM
| Classe de GLULAM | Densidade Média ρm (kg/m³) |
|---|---|
| GL20h | 370 |
| GL24h | 420 |
| GL28h | 460 |
| GL30h | 480 |
| GL32h | 480 |
Importância da Densidade
- Peso próprio: Cálculo das cargas permanentes da estrutura
- Ligações: Capacidade de ligações mecânicas (pregos, parafusos)
- Durabilidade: Correlação com a durabilidade natural da madeira
- Trabalhabilidade: Facilidade de usinagem e processamento
Características do GLULAM
- Uniformidade: Densidade mais uniforme devido à seleção das lamelas
- Controle: Possibilidade de controlar a densidade através da seleção das espécies
- Otimização: Uso de lamelas de diferentes densidades conforme a solicitação
Tabela Completa de Propriedades do GLULAM conforme NBR 7190:2022
Aqui está uma visão geral completa das propriedades de resistência e rigidez do GLULAM conforme as classes de resistência estabelecidas:
Propriedades de Resistência e Rigidez do GLULAM
| Propriedade | Símbolo | Unidade | GL20h | GL24h | GL28h | GL30h | GL32h |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Resistência à flexão | fb,k | MPa | 20 | 24 | 28 | 30 | 32 |
| Resistência à tração paralela | ft,0,k | MPa | 16,0 | 19,2 | 22,3 | 24,0 | 25,6 |
| Resistência à tração perpendicular | ft,90,k | MPa | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 |
| Resistência à compressão paralela | fc,0,k | MPa | 20 | 24 | 28 | 30 | 32 |
| Resistência à compressão perpendicular | fc,90,k | MPa | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 |
| Resistência ao cisalhamento | fv,k | MPa | 3,5 | 3,5 | 3,5 | 3,5 | 3,5 |
| Módulo de elasticidade médio | E0,m | GPa | 8,4 | 11,5 | 12,6 | 13,6 | 14,2 |
| Módulo de elasticidade característico | E0,05 | GPa | 7,0 | 9,6 | 10,5 | 11,3 | 11,8 |
| Módulo de cisalhamento | Gm | GPa | 0,65 | 0,65 | 0,65 | 0,65 | 0,65 |
| Densidade característica | ρk | kg/m³ | 340 | 385 | 425 | 430 | 440 |
| Densidade média | ρm | kg/m³ | 370 | 420 | 460 | 480 | 480 |
Valores conforme NBR 7190:2022 e referências técnicas para GLULAM
Observações Importantes
- Qualidade da colagem: Todos os valores assumem colagem estrutural conforme ABNT NBR 7190-6
- Umidade de referência: Valores correspondentes a 12% de umidade de equilíbrio
- Controle de qualidade: Propriedades garantidas através de controle de qualidade do fabricante
- Ensaios obrigatórios: Resistência ao cisalhamento na cola, delaminação e emendas denteadas
Considerações Finais
Essas 12 propriedades do GLULAM não são as únicas, mas são as principais que utilizamos na maioria das verificações de projeto. Não queremos complicar as coisas no início.
Vantagens do GLULAM
O GLULAM oferece diversas vantagens sobre outros materiais estruturais:
- Sustentabilidade: Material renovável com baixa pegada de carbono
- Versatilidade: Possibilidade de formas complexas e grandes vãos
- Qualidade controlada: Propriedades previsíveis e confiáveis
- Estética: Beleza natural da madeira aparente
- Leveza: Menor peso próprio comparado ao concreto e aço
- Isolamento: Excelentes propriedades térmicas e acústicas
Aspectos Importantes da NBR 7190:2022
A nova norma brasileira trouxe importantes atualizações para o GLULAM:
- Métodos de ensaio específicos: ABNT NBR 7190-6 para caracterização
- Controle de qualidade: Requisitos mais rigorosos para fabricação
- Durabilidade: Considerações específicas para diferentes ambientes
- Segurança contra incêndio: Critérios atualizados para situação de incêndio
Próximos Passos
Nos próximos episódios da série, abordaremos:
- Dimensionamento de vigas de GLULAM
- Verificação de pilares de GLULAM
- Ligações em estruturas de GLULAM
- Detalhamento e execução
Referências
- ABNT NBR 7190-1:2022 – Projeto de estruturas de madeira – Parte 1: Critérios de dimensionamento
- ABNT NBR 7190-6:2022 – Estruturas de madeira – Parte 6: Métodos de ensaio para caracterização de madeira lamelada colada estrutural
Até a próxima!
Abraços,
Eng. Alan Dias