Desempenho estrutural de placas de Cross Laminated Timber submetidas à flexão

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Vilela, Ramon, 1990-
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1638507
Resumo: Orientador: Nilson Tadeu Mascia
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spelling Desempenho estrutural de placas de Cross Laminated Timber submetidas à flexãoStructural performance in bending of cross-laminated timber platesEstrutura de madeira (Construção civil)Madeira - Propriedades mecânicasFlexão (Engenharia civil)Método dos elementos finitosTimber structure (Buildings and construction)Wood - Mechanical propertiesBending (Civil engineering)Finite element methodOrientador: Nilson Tadeu MasciaDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e UrbanismoResumo: A crescente demanda por materiais sustentáveis faz com que a madeira tenha um grande potencial em seu uso na construção civil. O Cross Laminated Timber (CLT) é um produto de madeira engenheirada que consiste em lamelas de madeira organizadas em camadas cruzadas ortogonalmente entre si, sendo utilizada principalmente como estrutura de placa ou chapa. No Brasil, painéis de CLT são produzidos industrialmente com madeira de reflorestamento da espécie Pinus taeda. Como as propriedades físicas e mecânicas da madeira dependem de diversos fatores naturais, é importante conhecer o desempenho estrutural de placas de CLT produzida com madeira cultivada nacionalmente. O presente estudo analisa o desempenho estrutural de placas de CLT por meio de ensaios experimentais e simulações numéricas. Os ensaios experimentais principais foram conduzidos com 21 placas compostas por cinco camadas de lamelas, totalizando 16 cm de espessura, e submetidas à flexão à quatro pontos, conforme a norma BS EN 16351:2015. Para explorar as propriedades da matéria prima foram extraídas amostras de Pinus taeda de placas ensaiadas, que posteriormente foram analisadas à flexão simples, conforme a NBR 7190:1997, além de compressão normal e compressão paralela às fibras, conforme a norma EN 408:2010. As análises numéricas estáticas e de vibração foram realizadas por meio dos módulos RF-LAMINATE e RF-DYNAM Pro do software comercial RFEM 5, dispondo de elementos de placa para compósitos e determinando a discretização da malha por meio do método Grid Convergence Index. Tais simulações levaram em consideração a teoria das placas de Mindlin e Kirchhoff, além de classes de resistências normativas segundo a NBR 7190:1997 e BS EN 338:2016. As propriedades físicas e mecânicas, tais como peso específico, umidade, resistência e rigidez à flexão, além de resistência e rigidez ao cisalhamento de placas de CLT, foram obtidas por meio de ensaios experimentais. A resistência à flexão do CLT ficou associada à resistência à tração de ligações de topo tipo finger joints, posicionadas nas camadas inferiores, enquanto que as rupturas devido ao esforço cortante ocorreram pela deficiência da capacidade resistente do rolling shear nas camadas transversais do CLT. Ao serem avaliadas na simulação numérica teorias de placas e normas de caracterização diferentes, encontrou-se resultados de resistência e rigidez com variações relevantes, sendo alguns destes resultados não admissíveis. A diferença entre gramaturas de adesivo de 220 para 250 g/m2 foi comparada estatisticamente e não foi observada diferença significativa em relação à rigidez e à resistência das amostras. Também foi possível estimar carregamentos aceitáveis em função do comprimento de placas de CLT, sendo verificado, analítica e numericamente, que a vibração natural é um dos fatores críticos que limitam tal comprimento de projeto. Por fim, esta pesquisa é resultado de uma parceria entre universidade e indústria, que possibilitou a condução de ensaios experimentais de proporções reais para caracterização de placas de CLT, além de predizer seu comportamento estrutural estático e de modo de vibração por meio simulações numéricas, ampliando, assim, o conhecimento técnico sobre o CLT produzido industrialmente com matéria prima plantada em território nacionalAbstract: The growing demand for sustainable materials makes wood to have great potential for its use in construction. Cross Laminated Timber (CLT) is an engineered wood product consisting of wood boards arranged in orthogonally cross-linked layers and is mainly used as a plate or sheet structure. In Brazil, CLT panels are produced industrially using reforestation wood of Pinus taeda species. As the physical and mechanical wood properties depend on several natural factors, knowing the structural performance of CLT boards produced with nationally grown wood is important. This study analyzes the structural performance of CLT plates by experimental tests and numerical simulations. The main experimental tests were conducted with 21 plates composed of five layers of boards, totaling 16 cm in thickness, and submitted to four-point bending, according to BS EN 16351:2015. Pinus taeda samples were extracted from tested plates that were later analyzed by simple bending, according to NBR 7190:1997, and by perpendicular compression and parallel compression to the grain, according to BS EN 408:2010 to explore the properties of the raw material. Numerical analysis of static and vibration mode performance ware carried out by RF-LAMINATE and RF-DYNAM Pro modules of the commercial software RFEM 5, using composite plate elements and determining mesh discretization by the Grid Convergence Index method. Such simulations considered Mindlin and Kirchhoff plate theory, as well as normative resistance classes according to NBR 7190:1997 and BS EN 338:2016. Physical and mechanical properties were obtained from experimental tests, such as specific gravity, moisture, bending strength and stiffness, as well as shear strength and stiffness of CLT plates. The CLT's bending strength was associated with the tensile strength of finger joints on the lower layers, while ruptures due to shear stress occurred due to the deficiency of strength capacity of rolling shear in the transverse layers of the CLT. When plate theories and different normative characterization were evaluated in numerical simulation, results of strength and stiffness with relevant variations were found, some of which are not admissible. The difference between adhesive weights from 220 to 250 g/m2 was statistically evaluated and no significant difference was observed regarding the stiffness and strength of the samples. It was also possible to estimate acceptable loads as a function of the length of CLT plates, being analytically and numerically, verified that the natural vibration is one of the critical factors that limits CLT design length. Finally, this research is a result of the partnership between university and industry, which allowed conducting experimental tests of structural size for characterization of CLT plates and predicting their static structural behavior and vibration modes through analytical and numerical simulations, expanding the technical knowledge on CLT industrially produced with raw material planted in the national territoryMestradoEstruturas e GeotécnicaMestre em Engenharia CivilCAPES05-P-0479[s.n.]Mascia, Nilson Tadeu, 1956-Oliveira, Fabiana Lopes deBaságlia, Cilmar DonizetiUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e UrbanismoPrograma de Pós-Graduação em Engenharia CivilUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASVilela, Ramon, 1990-20202020-01-30T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (249 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1638507VILELA, Ramon. Desempenho estrutural de placas de Cross Laminated Timber submetidas à flexão. 2020. 1 recurso online (249 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1638507. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1127189Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2020-04-27T14:18:54Zoai::1127189Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2020-04-27T14:18:54Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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