Caracterização do bambu laminado colado para uso estrutural
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tese de doutorado
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Resumo
O bambu se apresenta bastante promissor como um material orgânico, possibilitando reduzir
o impacto ambiental e trazendo conforto térmico para a construção. A sua desconstrução em
lâminas traz flexibilidade de uso, engenheirando o material. Foi estudada a influência da
pressão de colagem na resistência ao cisalhamento da ligação bambu-bambu; a influência da
rugosidade da superfície de colagem na resistência ao cisalhamento da ligação bambubambu; as propriedades físicas e mecânicas em temperatura ambiente do Bambu Laminado
Colado (BLC) para definir a matriz de constantes elásticas, considerando-o um material
ortotrópico; e as propriedades mecânicas em temperatura ambiente e em altas temperaturas.
Buscou-se, então, caracterizar o BLC, avaliando a interface do bambu com o adesivo, para a
produção de um material estrutural, por meio Ensaios Destrutivo e Não Destrutivos (END)
sob temperatura ambiente e sob alta temperatura. Foram adotados o adesivo termo
endurecedor bicomponente resorcinol formaldeído e o bambu da espécie Phyllostachys
pubescens. Primeiramente foi avaliada a melhor pressão de colagem, com o resultado da
melhor ligação, foram avaliados a absorção do adesivo, a resistência e a tensão de
cisalhamento de ruptura na conexão. Para isso, foram montados Corpos de Prova (CP),
aplicando-se o mesmo adesivo com prensagens diferentes. Em seguida, foi avaliada a
rugosidade na superfície de colagem dos CPs. As lâminas foram submetidas a tratamento
com lixas e ao corte na serra. Como terceiro objetivo, procedeu-se à caracterização física do
bambu sendo investigados a densidade, a umidade, a retração e o fator anisotrópico das
amostras e em seguida foi estudada a caracterização mecânica do bambu e a do BLC,
inicialmente por meio de ensaio destrutivo de compressão, e posteriormente através de
ensaios não destrutivos (END) de ultrassom e de excitação de ondas. Com os resultados
obtidos foi possível obter a matriz de flexibilidade do BLC. Como último objetivo foram
pesquisadas as propriedades mecânicas do BLC sob alta temperatura. A pressão de colagem
escolhida a partir do primeiro objetivo foi de 2,5 MPa; devido ao custo benefício, foi adotada
a rugosidade da superfície cortada na serra comum, que ofereceu uma boa resistência na
ligação. Entretanto o maior desempenho do BLC foi obtido com tratamento superficial das
lâminas utilizando lixa 220, sendo conferido um ganho de 50 % na tensão de
cisalhamento. Para os ensaios submetidos a alta temperatura, foi conferido um acréscimo
mínimo de 20 % e máximo de 50 %, no módulo elástico dos CPs. Os resultados dos ensaios
não destrutivos se apresentaram bem similares aos ensaios destrutivos comprovando a
possibilidade de uso de um método mais simples, barato e eficiente. Foram utilizados os
parâmetros da madeira para avaliação do BLC. Os ensaios experimentais e as metodologias
aplicadas para coletar os dados seguem como referência as prescrições da International
Standard ISO 22157-1, EUROCODE e ABNT NBR7190: 1997. Tal avaliação busca ampliar
os estudos do BLC para estrutura, verificando seu potencial como um novo sistema de
construção, abrindo novas possibilidades de uso. Ele oferece um cenário bastante inovador,
como parâmetro para engenheiros e arquitetos, fazendo uso de materiais
naturais, configurando assim uma importante contribuição ao desenvolvimento sustentável,
influindo ainda na redução do impacto ambiental.
Abstract
Bamboo presents itself as a promising organic material, which allows reducing the
environmental impact and brings thermal comfort to construction. Its deconstruction into
veneers brings usage flexibility, which transforms the bamboo into a engineering material. It
was studied the influence of the gluing pressure on the shear strength for the bamboobamboo connection; the influence of the roughness on the gluing surface for the bamboobamboo connection; the physical and mechanical properties at room temperature of the
Glued Laminated Bamboo (GLB) to define the elastic constant matrix, considering it as
orthotropic material; and the mechanical properties at high temperature for destructive and
non-destructive tests. This project sought, thus, to detail the GLB characteristics for structural
use, assessing the bamboo interface with the adhesive, as to produce a structural material,
through destructive and non-destructive tests at room temperature and high temperature. It
was adopted the thermal hardener bicomponent resorcinol-formaldehyde adhesive and the
Phyllostachys pubescens bamboo species. Firstly it was evaluated the best gluing pressure
and, with these results, it was analysed the adhesive absorption, resistance and the shear
strength tension on the connection breakup. To this end, some specimen were created
applying the same adhesive with different crushings. Following that, it was evaluated the
roughness on the gluing surface of these specimen. The veneers were submitted to sandpaper
treatment and to cutting on a saw. As a third objective, it was detailed the physical
characteristics of the bamboo, investigating density, moisture, retraction and the anisotropic
factor of the specimens and then it was studied the mechanical characteristics of the bamboo
and the GLB, firstly with compression destructive tests and, secondly through ultrasound and
waves excitement non-destructive tests. As a last objective it was searched the GLB
mechanical properties at high temperature. The chosen gluing pressure stemmed from the
first objective was 2,5 MPa; due to cost-benefits, it was adopted the roughness of the surface
cut by a common saw, it offered a good connection resistance. However, the best GLB
performance was obtained through veneers superficial treatment using a 220 sandpaper, it
was verified a 50 % gain on shear strength. As for the high temperature tests, it was verified a
minimum 20 % and a maximum 50 % gain on the elastic modulus. The non-destructive test
results presented themselves very similar to the destructive test results, which prove the
usage possibilities for a simpler, cheaper and more efficient method. It was utilized the wood
parameters to evaluate the GLB. The tests e the used methodologies to collect data followed
the International Standard ISO 22157-1, EUROCODE and ABNT NBR7190: 1997
prescriptions. Such evaluation seeks to broaden the studies about GLB as a structure,
verifying its potential as a new building system, opening new ways to use it. It brings an
innovative scenario, as a parameter for engineers and architects, using natural materials, thus
making an important contribution to sustainable development, also influencing the reduction
of environmental impact.
Assunto
Engenharia de estruturas, Materiais laminados, Adesivos, Aspereza de superfície, Testes não-destrutivos, Bambu
Palavras-chave
Laminado, Adesivo, Rugosidade, Fator anisotrópico, END