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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.11.2013.tde-19042013-100149
Documento
Autor
Nome completo
Cláudia de Lima Nogueira
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2013
Orientador
Banca examinadora
Garcia, Jose Nivaldo (Presidente)
Martirani, Laura Alves
Barbosa, Juliana Cortez
Beraldo, Antonio Ludovico
Gava, Maristela
Título em português
Ciência do material bambu e tecnologia de sua aplicação em vigas laminadas coladas de seção transversal composta
Palavras-chave em português
Adesivos
Bambu
Colagem
Laminados
Propriedades mecânicas
Vigas
Resumo em português
No presente trabalho avaliou-se a resistência mecânica do bambu nos estágios pré e pós processamento mecânico para servir de referências básicas do estudo das propriedades mecânicas de vigas laminadas coladas simples, de seção composta e de seção composta na forma de I, industrializadas em laboratório. Iniciou-se com a caracterização do material bruto na forma de ripa que representa toda a parede do colmo, passando-se pelo material processado na forma de lâmina que representam a parte industrialmente útil da parede do colmo e culminando na manufatura e qualificação das vigas laminadas coladas. Na produção dos corpos de prova do material bruto manteve-se a espessura original da ripa, exceto para alguns produzidos para se avaliar a resistência ao cisalhamento radial das camadas interna e externa da parede do colmo. As ripas foram usinadas em diversas máquinas para serem transformadas em lâminas que são as unidades de composição das seções compostas pela técnica de aglutinação e adesão a frio. Foi estudada também a influência do nó na resistência ao cisalhamento radial e tangencial tanto do material sólido quanto do plano de cola e nas propriedades da flexão. A geometria e as dimensões dos corpos de prova de cisalhamento foram adaptadas da norma ASTM D 905 e os de flexão da norma NBR 7190. As resistências ao cisalhamento no plano de cola e as propriedade da flexão foram determinadas segundo três combinações de faces de contato no processo de colagem com o adesivo à base de resorcinolformaldeído (RF). Estudou-se também a pressão adequada para colagem dos corpos de prova e eleita a mais adequada à colagem de vigas laminadas coladas. Os corpos de prova intactos e rompidos nos ensaios foram observados em microscópio eletrônico de varredura, em microscópio óptico, em microscópio óptico de fluorescência e microscópio estereoscópico. Observou-se ampla variabilidade das propriedades mecânicas tanto do material sólido quanto do material composto, mas em qualquer dos casos de resistência houve ampla variabilidade dos dados e, no geral o material sem nó foi mais resistente do que o com nó. As rupturas ocorreram na maioria das vezes no tecido parenquimático desviando-se dos feixes de fibras e tendendo a seguir a grã do material observando que o plano de ruptura só coincide com o plano planejado para a ruptura quando o corpo de prova é feito com a consideração precisa da orientação da grã. Os corpos de prova montados com a cola à base de PVA e com lâminas nodais responderam de forma satisfatória à colagem a baixa pressão, enquanto que os fabricados com lâminas internodais apresentaram melhor desempenho a alta pressão. Para os corpos de prova manufaturados com o adesivo à base de RF, a melhor combinação de colagem se deu no contato entre faces externas de lâminas. Foi possível observar a penetração do adesivo nos elementos anatômicos das lâminas com o uso da microscopia óptica e de fluorescência. As vigas laminadas coladas de seção transversal composta foram ensaiadas à flexão, mas não romperam por tensão normal, pois apresentaram instabilidade lateral durante o carregamento à flexão. As vigas também apresentaram baixo módulo de elasticidade porque o esmagamento da mesa inferior, nos apoios, foi cofundida e somada pelo sistema de medida, ao valor da flecha. Numa análise geral, a qualidade mecânica da Viga "I" pode ser considerada muito boa dentro do correto cálculo do momento de inércia se seções transversais compostas. As camadas perpendiculares ao eixo da via, tanto na alma quanto na mesa, foram tão eficientes na absorção do esforço cortante que não houve nenhuma limitação de capacidade de carga pela ligação alma-mesa mesmo com a viga trabalhando numa faixa de alta influência de tensões cisalhantes.
Título em inglês
Science of bamboo material and technology application in glued laminated cross beams composite section
Palavras-chave em inglês
Adhesives
Bamboo
Beams
Gluing
Mechanical properties
Resumo em inglês
In this study it was evaluated the bamboo strength in the stages before and after mechanical processing in order to obtain basic references to study the mechanical properties of simple glued laminated beams of composite section and composed section as I joist, manufactured in laboratory scale. It started with the characterization of raw material as strip representing the crude bamboo culm wall, moved to the processed material as in the shape of laminas which were representing the majority of bamboo culm wall industrially useful and culminating to the manufacture and qualification of glued laminated beams. In the production of specimens of raw material it was maintained the original thickness for the strip except for a few ones which were produced to evaluate the radial shear strength in the inner and outer layers of the culm wall. The strips were machined on some machines to be turned into laminas that were the units for assembling composite sections by agglutination and adhesion under pressure in environmental conditions. It was also studied the node influence in the radial and tangential shear strength in both solid material and in the adhesive plan and in properties got from the bending tests. The geometry and dimensions of the shear specimens were adapted from ASTM D 905 and the bending from NBR 7190. Shear strength in the adhesive plane and bending property were determined following three combinations of contact faces on the gluing process using resorcinol-formaldehyde based adhesive. It was studied also the proper pressure for gluing the specimens and elect the most suitable for glued laminated beams. The intact specimens and failed on mechanical tests were observed under a Scanning Electron Microscope, Optical Microscope, Optical fluorescence microscope and stereomicroscope. It was observed huge variation of mechanical properties in both solid and composite materials, but in all cases there was considerable variability of strength data and in general the material without node was more resistant than with node. The ruptures mechanisms occurred most often in the parenchyma tissue by passing the fiber bundles and tend to follow the grain of the material by observing the rupture plane that only coincides with the plan designed to rupture when the specimen is done with precise consideration of grain orientation. The specimens manufactured with PVA adhesive and components with nodes responded satisfactorily to the low pressure bonding, while the specimens produced with internodes components performed better at high pressure. For specimens manufactured with resorcinol-formaldehyde adhesive the best gluing combination was given by the contact of outer laminas surfaces to each other. It was possible to observe the anchorage of the adhesive into the anatomical tissues by using optical microscopy and fluorescence optical microscopy. Glued laminated beams with composite cross section were tested in bending, but not failed by normal stresses, once there occurred only lateral instability during loading time. The I beams also showed low modulus of elasticity because the crush in the inferior flange was added by the measurement system to the bending deflection. In general the mechanical quality of the "I" joist can be considered very high with correct calculation of the moment of inertia of composite cross sections. The layers perpendicular to the beam axis both in web and in the flanges, were so efficient in absorbing the shear that there was no limitation of carrying load web-frange connection even with the beam working in a critical influence of high shear stresses.
 
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Data de Publicação
2013-05-07
 
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