Design e análises de mastros de bambu para aplicações estruturais

• Autor(a) principal: Fernando José da Silva
• Data de Publicação: 2014
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/41931
• topic: Mastros; Bambu; Design estrutural; Análise numérica; Ensaio experimental; Engenharia de estruturas; Bambu; Projeto estrutural; Análise numérica

O presente trabalho consiste no desenvolvimento de mastros híbrido, composto e de feixe com barras de bambu da espécie Phyllostachys pubescens e estabelecimento de estadoslimites de utilização. Foram realizadas pesquisas quanto ao uso de mastros em estruturas arquitetônicas e seu funcionamento, desde as estruturas mais remotas às mais recentes que usam sistemas de coberturas de membranas. A construção e ensaios experimentais possibilitaram o conhecimento e desenvolvimento de técnicas que permitiram o aperfeiçoamento dos processos de construção bem como otimização do sistema estrutural proposto. Obteve-se ganho em eficiência no segundo mastro híbrido devido à maior prétensão dos cabos, aumento do braço das cruzetas e melhor distribuição ao longo da barra do bambu principal. O Diagrama de Southwell permitiu conhecer a força axial de flambagem global (Carga de Euler), imperfeição inicial do sistema e maior segurança à aplicação de carga nos ensaios seguintes. Os procedimentos adotados aos ensaios tiveram êxito quanto às diversas etapas, logística e controles de atividades, com resultados e dados de boa precisão. O mastro composto com barras laterais e interpostas com espaçadores internos, fixadas com barras roscadas de aço apresentou grande desempenho frente aos mastros iniciais, visto sua capacidade de carga próxima de 45 kN, com seis metros de comprimento e deflexão lateral de apenas 70 mm. Contudo, pode-se observar que a carga limite ficou restrita pelo esmagamento dos furos do espaçador na extremidade de menor diâmetro e espessura de parede e pelas tensões de contato que podem ser substituídas por parafusos lisos com roscas apenas nas extremidades, evitando concentração de tensões. Para estudos paramétricos, foram criados sete tipos de bambu com diferentes diâmetros e espessuras de parede, e comprimentos da ordem de dois a seis metros. Por questões de folgas em parafusos, os modelos numéricos ficam mais rígidos cerca de 25% para estruturas de bambu, sendo perfeitamente admissível. Observou-se também que a curva PDelta de descarga não apresentou uma forma coerente, sendo registrado deformações plásticas ocorridas por concentração de tensões nos furos dos parafusos, relaxando o sistema. Assim, analisou-se a fluência do mastro quanto aos dados e considerações para aplicações deste tipo em estruturas. Os ensaios com mastros de feixe, de dimensões de laterais de 3600 e 5400 mm, e alma contínua de seis metros, mostraram funcionamento bastante previsível. Seu processo de fabricação é relativamente fácil, não perfurando a parede do bambu para passagem de parafusos, evitando concentração de tensões, embora consuma mais barras de bambu, sendo mais apropriado ao aproveitamento de bambus de menor diâmetro, como os das espécies Phyllostachys aurea e Bambusa tuldoides. Em todos os casos, a modelagem numérica pode acompanhar o comportamento ocorrido no experimento, com ajustes perfeitos, validando os resultados para generalizações dos resultados a cálculos posteriores de novas estruturas. Concluiu-se que a opção pelo tipo de mastro dependerá das cargas de utilização e relação custo benefício, além do ponto de vista estético-arquitetônico com uso de bambus, elemento estrutural contemporâneo, sustentável, viabilizando novas possibilidades de aplicação em estruturas deste tipo, favorecendo a biodiversidade, interagindo Design e Engenharia.