Use este identificador para citar o ir al link de este elemento: http://hdl.handle.net/1843/41931
Tipo: Tese
Título: Design e análises de mastros de bambu para aplicações estruturais
Título(s) alternativo(s): Design and analysis of bamboo masts for structural applications
Autor(es): Fernando José da Silva
primer Tutor: Luís Eustáquio Moreira
primer Co-tutor: Francisco Carlos Rodrigues
primer miembro del tribunal : Estevam Barbosa de Las Casas
Segundo miembro del tribunal: Sebastião Salvador Real Pereira
Tercer miembro del tribunal: Fernando Betim Paes Leme
Cuarto miembro del tribunal: Ruy Marcelo de Oliveira Pauletti
Resumen: 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.
Abstract: The present work shows the development of hybrid, composite and beam masts with bamboo bars of the species Phyllostachys pubescens and establishment of its limit states. Research has been done on the use of masts in architectural structures and their functioning, structures from the earliest to the latest architectural structures, using roofing membrane systems. The construction and experimental trials enabled the development of knowledge and techniques that allow the improvement of the construction processes and optimization of the proposed structural system. Obtained gains in efficiency to the second hybrid mast, due to the increased claim cables, crosses the rising arm and better distribution along the main bamboo bar. The Southwell diagram allowed to know the global buckling axial force (Euler load), initial imperfection of the system and increased security to the application load in the following testing. The procedures were successful testing for the various steps, logistics and controls activities, results and data with good accuracy. The composite mast with side bars with internal spacers interposed, secured with threaded steel bars showed great performance against the initial masts, as their next load capacity of 45 kN, with six meters long and lateral deflection of only 70 mm. However, it can be seen that the load limit was limited by the crushing of the spacer holes in the end of smaller diameter and wall thickness and the contact stresses which may be substituted by straight screws with threaded only at the ends, thus avoiding stress concentration. For parametric studies, seven types of bamboo with different diameters and wall thicknesses, and lengths of the order of two to six meters have been created. For questions about gap in bolts, the numerical models are stricter about 25% for bamboo structures, being perfectly acceptable. It was also observed that the PDelta unload curve did not show a consistent shape, and recorded plastic deformation occurred by stress concentration in the screw holes, relaxing the system. Thus, was analyzed the fluency of the mast of data and considerations for applications of this type in structures. The tests with masts beam, with lateral dimensions of 3600 and 5400 mm, and continuous soul six meters, showed the fairly predictable operation. Its manufacturing process is relatively easy, not piercing the wall of bamboo for the passage of screws, avoiding stress concentration, although consume more bars, bamboo is appropriate for the use of smaller diameter bamboo, such as of the species Phyllostachys aurea and Bambusa tuldoides. In all cases, the numerical modeling can monitor the behavior occurred during the experiment, with perfect fits, validating the results to generalize the results of subsequent calculations of new structures. It was concluded that the option of type of masts will depend of loading and cost benefit, beyond the aesthetic and architectural point of view with the use of bamboo, contemporary structural element, sustainable, enabling new application possibilities in structures of this type, favoring biodiversity, interacting Design and Engineering.
Asunto: Engenharia de estruturas
Bambu
Projeto estrutural
Análise numérica
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Minas Gerais
Sigla da Institución: UFMG
Departamento: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ESTRUTURAS
Curso: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Estruturas
Tipo de acceso: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/41931
Fecha del documento: 13-nov-2014
Aparece en las colecciones:Teses de Doutorado

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