No documento UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO. Reitor: Profa. Titular SUELY VILELA SAMPAIO. Vice-Reitor: Prof. Titular FRANCO MARIA LAJOLO (páginas 85-89)
Linha de Pesquisa: Estruturas de Madeira.
1 Doutorando em Engenharia de Estruturas – EESC-USP, miotto@sc.usp.br
2 Professor do Departamento de Engenharia de Estruturas da EESC-USP, dias@sc.usp.br
André Luiz Zangiácomo & Francisco Antonio Rocco Lahr 74
Os produtos estruturais derivados da madeira – tal como a madeira laminada colada (MLC) – se mostram como uma alternativa promissora para a exploração do potencial madeireiro do Brasil e estabelecem padrões compatíveis com as modernas exigências das construções.
A utilização de MLC reforçada com fibras sintéticas é uma possibilidade que pode ser considerada, especialmente em situações de grandes solicitações, tal como acontece em pontes ou edificações de grandes vãos. Acrescenta-se que, por meio da associação desse compósito com uma mesa de concreto armado, é possível desfrutar dos benefícios da elevada resistência mecânica com boa rigidez, disponibilizados por cada um desses componentes.
2 BREVE REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Na fabricação da MLC, o controle do processo e a possibilidade de disposição seletiva das lâminas de madeira resultam em um material industrializado com excelentes propriedades estruturais e melhoram as perspectivas de utilização eficiente da madeira, principalmente aquelas obtidas a partir de reflorestamento.
Embora apresentem muitas vantagens em relação à madeira serrada, as vigas de MLC podem ter suas propriedades mecânicas melhoradas com a colagem de reforços na face tracionada, resultando em compósitos de madeira, os quais reúnem as vantagens da madeira – alto desempenho com um custo relativamente baixo e ótima relação entre resistência e densidade – com as vantagens das fibras sintéticas, tais como a alta resistência e rigidez, além da versatilidade, como afirma Dagher (2000).
Os reforços normalmente são executados pela adição de polímeros reforçados com fibras sintéticas, designados pela sigla FRP (Fibre Reinforced Polymer), que consistem de: (1) fibras sintéticas (vidro, carbono ou aramida); (2) matriz polimérica, que serve para manter as juntas as fibras, transferir forças para as fibras e protegê-las contra os efeitos ambientais.
Estudos realizados nos Estados Unidos da América, empregando-se MLC reforçada com fibra de vidro, são descritos por Dagher et al. (2002). Esses autores relatam que a aplicação dos FRPs como reforço na região tracionada, a uma razão de 2% a 3%, pode aumentar a resistência à flexão de vigas de MLC em mais de 100% e a rigidez em torno de 10% a 15%.
A pesquisa de Davids (2001) confirma que os acréscimos de rigidez são modestos. Assim, no caso de peças submetidas a grandes solicitações, como nas vigas de pontes, uma alternativa muito promissora é a utilização de estruturas mistas de madeira-concreto, em que vigas de MLC servem de apoio para lajes de concreto armado e essas, por sua vez, atuam como uma espécie de cobertura para a madeira, aumentando a sua vida útil de duas a três vezes em relação às pontes com tabuleiro de madeira.
Estruturalmente esta associação também é bastante apropriada por aumentar a rigidez do compósito, reduzir os problemas com vibrações, diminuir o peso próprio da estrutura em relação às estruturas de concreto armado, dentre outras. As vigas
Cadernos de Engenharia de Estruturas, São Carlos, v. 8, n. 32, p. 73-76, 2006 75
mistas com seção T, objeto de estudo nesta pesquisa, estão ilustradas na Figura 1. A consideração dos efeitos de composição em vigas mistas de madeira-concreto resulta em um aumento de resistência à flexão em pelo menos 40% e acréscimos na rigidez em 200% ou mais, afirma Davids (2001), quando comparadas às vigas de madeira e concreto sem ação de composição.
Figura 1 – Viga mista de concreto e MLC reforçada com fibra de vidro.
Contudo, a rigidez do conjunto é função do sistema de conexão adotado.
Ceccotti (1995) apresenta diversas possibilidades de conexão entre a mesa de concreto e a alma de madeira, tais como: pregos, parafusos, pinos, anéis metálicos, chapas com dentes estampados, entre outras. Este trabalho também contempla a avaliação do desempenho dos pinos metálicos dobrados e das chapas metálicas perfuradas, como alternativas de fixação.
Para o desenvolvimento da pesquisa estão previstas quatro fases:
1. Estudo teórico dos métodos de dimensionamento de vigas mistas de madeira-concreto, considerando a hipótese de composição em seção T com mesa de concreto e alma de MLC reforçada com fibras.
2. Avaliação da eficiência do sistema de ligação entre a mesa de concreto e a alma de MLC, pesquisando-se as alternativas para a ligação, seus respectivos módulos de deslizamento e forças de ruptura, obtidos por meio de ensaios específicos.
3. Análise numérica (computacional) das vigas mistas de madeira-concreto por meio de programa baseado no Método dos Elementos Finitos, avaliando-se as distribuições de tensões e os deslocamentos resultantes da aplicação de um dado carregamento. Nas simulações serão considerados os valores das propriedades físicas e mecânicas dos materiais obtidas por caracterização experimental, inclusive das ligações do tipo finger-joint. Essa componente do trabalho tem como objetivo a proposição de fórmulas ou algoritmos de dimensionamento do sistema.
4. Análise experimental de vigas mistas de madeira-concreto reforçadas com fibra de vidro para aferição do modelo numérico. Na confecção das vigas de MLC reforçada com fibra serão observadas as recomendações propostas por Fiorelli (2005), dentre elas a de adoção da porcentagem máxima de reforço. Esse autor constatou que percentuais de reforço superiores a 3% não produzem ganhos significativos na resistência à flexão.
SEÇÃO TRANSVERSAL ELEVAÇÃO
FRP MLC
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O desenvolvimento pleno desta tecnologia está limitado pelo desconhecimento, por parte dos projetistas, do comportamento estrutural do sistema.
Busca-se, com esta pesquisa, analisar os fatores intervenientes no seu dimensionamento, além de estudar as condições essenciais para a sua fabricação, e, assim, estabelecer uma referência técnica para o dimensionamento dessas vigas mistas.
O emprego das estruturas mistas de concreto–MLC reforçada com fibras é uma alternativa para as grandes solicitações estruturais. No entanto, a difusão dessa técnica depende de um amplo estudo de seu comportamento e do estabelecimento de critérios que permitam o seu dimensionamento, o que faz parte do escopo desta pesquisa.
O trabalho encontra-se em fase de conclusão da revisão bibliográfica e planejamento dos procedimentos experimentais.
Os autores agradecem ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) pelo financiamento deste trabalho.
CECCOTTI, A. (1995). Timber-concrete composite structures. In: BLASS, H. J. et al.
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DAGHER, H. J. (2000). High–performance wood composites for construction. In:
ENCONTRO BRASILEIRO EM MADEIRA E EM ESTRUTURAS DE MADEIRA, 7., São Carlos, 2000. Anais... São Carlos: EESC/IBRAMEM.
DAGHER, H. J. et al. (2002). Advanced fiber-reinforced polymer-wood composites in transportation applications. Transportation Research Record, n. 1814, n. 02-3484, p.237-242.
DAVIDS, W. G. (2001). Nonlinear analysis of FRP-glulam-concrete beams with partial composite action. Journal of Structural Engineering, ASCE, v. 127, n. 8, p.967-971, Aug.
FIORELLI, J. (2005). Estudo teórico e experimental de vigas de madeira laminada colada reforçadas com fibra de vidro. São Carlos. Tese (Doutorado) – Escola de Engenharia de São Carlos – Universidade de São Paulo.