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
1 INTRODUÇÃO
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
Estudo de elementos estruturais roliços de madeira
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.
3 METODOLOGIA
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.
bw
bc
SEÇÃO TRANSVERSAL ELEVAÇÃO
concreto
L
h hc
hw
FRP MLC
André Luiz Zangiácomo & Francisco Antonio Rocco Lahr 76
4 RESULTADOS ESPERADOS
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.
5 CONCLUSÕES PARCIAIS
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.
6 AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) pelo financiamento deste trabalho.
7 REFERÊNCIAS
CECCOTTI, A. (1995). Timber-concrete composite structures. In: BLASS, H. J. et al.
Timber Engineering – STEP 2 (Structural Timber Education Programme). The Netherlands: Centrum Hout, p.E13/1-E13/12.
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.
ISSN 1809-5860
Cadernos de Engenharia de Estruturas, São Carlos, v. 8, n. 32, p. 77-80, 2006