Análise da resistência ao cisalhamento paralelo às fibras da madeira de acordo com a inclinação dos anéis de crescimento na seção transversal
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Data de Publicação: | 2022 |
Tipo de documento: | Dissertação |
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Resumo: | The shear strength parallel to the fibers (fv0) is quite important, so that it can be verified in the Ultimate Limit State (ULS) of connections (simple shear) and in bending and sheared beams (transverse shear). Wood is an orthotropic material, however the ABNT NBR 7190 (1997) standard does not consider any difference in fv0 changing the loading direction in terms of growth ring arrangements. So, this work assesses whether there is a statistical difference between the mean fv0 results when the load is applied in the tangential (Tan) and radial (Rad) directions of specimens’ cross-section of twelve species of the hardwood group. The findings are explained through the anatomy of these wood species. The protocols of ABNT NBR 7190 (1997) are considered to obtain fv0 in a plane tangential to the growth rings (240 tests) and in the radial orientation (240 tests) of the section, in addition to their characteristic values (fv0,k). Moreover, 240 samples were used in each test of moisture content, apparent density and compression parallel to the fibers. The latter is important to obtain the characteristic value (fc0,k) and classify mechanically the species, while the moisture content test and apparent density were essential because it is a hygroscopic material. Regarding the fv0 values, these were analyzed by means of analysis of variance (ANOVA) at a 5% significance level, while the Anderson Darling (AD) and multiple comparisons (MC) tests were performed for the ANOVA validation. Regarding the results found out, the apparent density values ranged from 437 Kg/m3 for Simarouba amara (Caixeta) to 1013.00 Kg/m3 for Peltogyne spp. (Roxinho), while the average compressive strength ranged from 32 MPa for Caixeta to 93.72 MPa for Hymenaea stilbocarpa (Jatobá). In relation to the mean parallel shear strength values, only the species of Hymenolobium petraeum (Angelim-pedra), Erisma uncinatum (Cambará-rosa) and Couratari sp. (Tauari) exhibited statistically different values when the load application plane was changed, reaching ratios between the tangential longitudinal (LT) and radial longitudinal (LR) planes (fv0,T/fv0,R) equal to: 0.50, 1.39 and 0.90, along with their ratios for characteristic values of 0.33, 1.65 and 0.85, respectively. Thus, it was identified that when the species exhibit thick fiber walls/thin lumen and abundance of axial parenchyma, the weakest strength direction was the parallel to its growth rings (Angelim-pedra and Tauari), on the other hand, when it presents fibers with thin walls/thick lumen, even exhibiting abundance of axial parenchyma, the lower strength direction turns to be the perpendicular/radial one (Cambará-rosa). It was also found that except for the species of Angelim-pedra, which presented in its tangential direction a characteristic shear strength parallel to the fibers (fv0,k) equivalent to 10% of the characteristic strength in parallel compression (fc0,k), the other species and directions analyzed never presented fv0,k less than 22% of the value of fc0,k, evidencing a conservative standard in prescribing that fv0,k/fc0,k is equal to 0.12 (12%) for all hardwood species. Lastly, it was identified a tendency of the brazilian standard to present considerably underestimated fv0 values in comparison to this and even other works, so that in the worst case, the Cambará-rosa species reaches a value of fv0 in its LT plane (fv0,T) equivalent to 238% of that determined by ABNT NBR 7190 (1997). |
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Rodrigues, Edson Fernando CastanheiraChristoforo, André Luishttp://lattes.cnpq.br/7623383075429186Araujo, Victor Almeida dehttp://lattes.cnpq.br/7419315199923119http://lattes.cnpq.br/522880309601520568ace609-bb6d-433a-b4fe-9ed56c64a92c2022-03-08T21:17:41Z2022-03-08T21:17:41Z2022-02-24RODRIGUES, Edson Fernando Castanheira. Análise da resistência ao cisalhamento paralelo às fibras da madeira de acordo com a inclinação dos anéis de crescimento na seção transversal. 2022. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2022. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15685.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15685The shear strength parallel to the fibers (fv0) is quite important, so that it can be verified in the Ultimate Limit State (ULS) of connections (simple shear) and in bending and sheared beams (transverse shear). Wood is an orthotropic material, however the ABNT NBR 7190 (1997) standard does not consider any difference in fv0 changing the loading direction in terms of growth ring arrangements. So, this work assesses whether there is a statistical difference between the mean fv0 results when the load is applied in the tangential (Tan) and radial (Rad) directions of specimens’ cross-section of twelve species of the hardwood group. The findings are explained through the anatomy of these wood species. The protocols of ABNT NBR 7190 (1997) are considered to obtain fv0 in a plane tangential to the growth rings (240 tests) and in the radial orientation (240 tests) of the section, in addition to their characteristic values (fv0,k). Moreover, 240 samples were used in each test of moisture content, apparent density and compression parallel to the fibers. 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Lastly, it was identified a tendency of the brazilian standard to present considerably underestimated fv0 values in comparison to this and even other works, so that in the worst case, the Cambará-rosa species reaches a value of fv0 in its LT plane (fv0,T) equivalent to 238% of that determined by ABNT NBR 7190 (1997).A resistência ao cisalhamento paralelo às fibras (fv0) é bastante importante para que possa ser verificada no Estado Limite Último (ELU) de ligações (cisalhamento simples) e em peças fletidas e cisalhadas (cisalhamento transversal). A madeira é um material ortotrópico, no entanto a norma ABNT NBR 7190 (1997) não considera qualquer diferença na fv0 ao se mudar a direção de aplicação de carga em relação à disposição dos anéis de crescimento. Assim, este trabalho avalia se há uma diferença estatística entre os resultados médios da fv0 quando a carga é aplicada na direção tangencial (Tan) e a na direção radial (Rad) da seção transversal de espécimes de doze espécies do grupo das folhosas. Os achados foram explicados por meio da anatomia dessas madeiras. Os protocolos da ABNT NBR 7190 (1997) foram considerados para a obtenção da fv0 em um plano de aplicação da força tangenciando os anéis de crescimento (240 ensaios) e na orientação radial (240 ensaios) da seção, além da determinação dos seus valores característicos (fv0,k). Ainda foram utilizados 240 espécimes em cada um dos ensaios de umidade, densidade aparente e de compressão paralela às fibras. O último se fez importante por obter o valor característico (fc0,k) e classificar mecanicamente as espécies, enquanto que o ensaio de umidade e de densidade aparente foram imprescindíveis por se tratar de um material higroscópico. A respeito dos valores da fv0, esses foram analisados por meio de análise de variância (ANOVA) ao nível de 5% de significância, enquanto que os testes de Anderson Darling (AD) e o de comparações múltiplas (CM) foram realizados para a validação da ANOVA. Com relação aos resultados encontrados, os valores de densidade aparente variaram de 437 Kg/m3 para a Simarouba amara (Caixeta) até 1013,00 Kg/m3 para a Peltogyne spp. (Roxinho), enquanto que a resistência média na compressão variou de 32 MPa para a Caixeta até 93,72 MPa para a Hymenaea stilbocarpa (Jatobá). Já com relação aos valores médios da resistência ao cisalhamento paralelo, apenas as espécies de Hymenolobium petraeum (Angelim-pedra), Erisma uncinatum (Cambará-rosa) e Couratari sp. (Tauari) exibiram valores estatisticamente diferentes quando se mudou o plano de aplicação de carga, alcançando-se relações entre o plano longitudinal tangencial (LT) e longitudinal radial (LR) [fv0,T/fv0,R] iguais a: 0,50, 1,39 e 0,90, juntamente das relações para valores característicos (fv0T,k/fv0R,k) de 0,33, 1,65 e 0,85. Assim, foi identificado que quando a espécie exibe as paredes de suas fibras espessas/lúmen delgado e abundância de parênquima axial, a direção menos resistente foi a paralela aos seus anéis de crescimento (Angelim-pedra e Tauari), enquanto que quando apresenta fibras com paredes delgadas/lúmen espesso, mesmo exibindo abundância de parênquima axial, a direção de menor resistência se torna a perpendicular/radial (Cambará-rosa). Ainda foi encontrado que com exceção da espécie de Angelim-pedra que apresentou na sua direção tangencial uma resistência característica ao cisalhamento paralelo às fibras (fv0,k) equivalente a 10% da resistência característica na compressão paralela (fc0,k), as demais espécies e direções analisadas nunca apresentaram fv0,k menor que 22% do valor da fc0,k, evidenciando uma norma conservadora ao prescrever que fv0,k/fc0,k seja igual a 0,12 (12%) para todas as espécies de folhosas. Por último, foi identificada uma tendência da norma brasileira em apresentar valores de fv0 consideravelmente subestimados na comparação com esse e até outros estudos, sendo que no pior caso, a espécie de Cambará-rosa chegou a apresentar um valor de fv0 no seu plano LT (fv0,T) equivalente a 238% do determinado pela ABNT NBR 7190 (1997).Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Código de Financiamento 001porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Civil - PPGECivUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessMadeiras folhosasResistência ao cisalhamento paralelo às fibrasDireção tangencial e radial da seçãoEspessura das fibrasParênquima axialHardwoodsShearing strength parallel to the fibersTangential and radial direction of the sectionFiber thicknessAxial parenchymaENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::ESTRUTURASENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVILCIENCIAS BIOLOGICAS::BOTANICA::MORFOLOGIA VEGETAL::ANATOMIA VEGETALCIENCIAS BIOLOGICAS::MORFOLOGIA::HISTOLOGIAAnálise da resistência ao cisalhamento paralelo às fibras da madeira de acordo com a inclinação dos anéis de crescimento na seção transversalAnalysis of the shear strength parallel to the wood fibers according to the slope of the growth rings in the cross-sectioninfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis60060037207bc9-a270-4a37-88b5-1a98b9ac1033reponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALDISSERTAÇÃO DE MESTRADO EDSON F. C. RODRIGUES.pdfDISSERTAÇÃO DE MESTRADO EDSON F. C. RODRIGUES.pdfVersão final da dissertaçãoapplication/pdf5051799https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15685/1/DISSERTA%c3%87%c3%83O%20DE%20MESTRADO%20EDSON%20F.%20C.%20RODRIGUES.pdf5f0c6e46f3a50b51814fdee50e86008eMD51Carta_Aprovacao.pdfCarta_Aprovacao.pdfCarta de aprovação da versão final da dissertaçãoapplication/pdf198464https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15685/4/Carta_Aprovacao.pdf9e2af6e92dc2332238ddd8aede5cd2dcMD54CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15685/5/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD55TEXTDISSERTAÇÃO DE MESTRADO EDSON F. C. RODRIGUES.pdf.txtDISSERTAÇÃO DE MESTRADO EDSON F. C. 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