https://repositorio.ufba.br/handle/ri/44098| Tipo: | Dissertação |
| Título: | Análise do reforço com fibras de carbono no comportamento mecânico de vigas de LVL de madeira de paricá coladas com resina de poliuretano à base de óleo de mamona |
| Título(s) alternativo(s): | Analysis of the effect of carbon fiber reinforcement on the mechanical behavior of LVL beams made of paricá wood bonded with castor oil-based polyurethane resin |
| Autor(es): | Lima, Vinícius de Sousa |
| Primeiro Orientador: | César, Sandro Fábio |
| metadata.dc.contributor.advisor-co1: | Cunha, Rita Dione Araújo |
| metadata.dc.contributor.referee1: | César, Sandro Fábio |
| metadata.dc.contributor.referee2: | Cunha, Rita Dione Araújo |
| metadata.dc.contributor.referee3: | Molina, Julio Cesar |
| metadata.dc.contributor.referee4: | Christoforo, André Luis |
| Resumo: | O paricá, espécie nativa amazônica e com emprego pioneiro no cultivo de florestas plantadas, possui rápido crescimento, fácil trabalhabilidade e baixa densidade. No entanto, devido a sua baixa resistência mecânica, considerada como de classe D20, o emprego dessa espécie de madeira em elementos estruturais da construção civil torna-se limitado. Uma alternativa para superar essa limitação é sua industrialização na forma de madeira laminada colada (laminated veneer lumber - LVL) com incorporação de fibras de carbono. Essas fibras se destacam entre as sintéticas por apresentarem alto módulo de elasticidade e resistência à tração, baixa densidade, elevada estabilidade térmica, além de boa condutividade térmica e elétrica. Nesse sentido, este estudo teve como objetivo avaliar a influência do reforço com tecido de fibras de carbono unidirecionais no comportamento mecânico de vigas de LVL fabricadas com lâminas de madeira de paricá coladas com poliuretano à base de óleo de mamona, visando ao aprimoramento das propriedades mecânicas do material e à ampliação do seu potencial de aplicação estrutural. Para isso, foram produzidos, em laboratório, quatro tipos de séries: vigas maciças de madeira serrada; vigas de LVL sem reforço; vigas de LVL reforçadas com uma camada de tecido de fibras de carbono; e vigas de LVL reforçadas com duas camadas de tecido de fibras de carbono. Nas séries reforçadas, o reforço foi posicionado entre a última e a penúltima lâmina do bordo tracionado das vigas. O comportamento mecânico das vigas foi avaliado por meio de ensaios de flexão em quatro pontos, com determinação do momento fletor máximo, rigidez global, ductilidade e modos de ruptura. Os valores de momento fletor máximo e de rigidez global das vigas foram estimados a partir de análises analítica (método da seção transformada) e numérica (método dos elementos finitos). Adicionalmente, para avaliar a influência do reforço na qualidade da aderência promovida pelo adesivo, foram realizados ensaios de cisalhamento na linha de cola. Os resultados mostraram que o reforço com duas camadas de tecido de fibra de carbono promoveu aumentos significativos na capacidade de carga (27,16%) e na rigidez (29,98%) das vigas de LVL em relação aos elementos não reforçados. Em contrapartida, a aplicação de apenas uma camada resultou em ganhos limitados no momento fletor máximo, sem diferença estatística, e não foi suficiente para aumentar a rigidez global das vigas. Além disso, em comparação aos elementos não reforçados, o uso do reforço modificou os modos de ruptura de frágeis para dúcteis, elevando os índices de ductilidade em até 137,37% (para o LVL reforçado com duas camadas), o que indica maior segurança estrutural dos elementos. Ambos os métodos teóricos mostraram-se eficazes na estimativa das propriedades mecânicas das séries, sendo o método numérico aquele que apresentou maior concordância com os resultados experimentais quando comparado ao método analítico. Além disso, os modos de ruptura observados no modelo numérico representaram adequadamente aqueles observados experimentalmente. A presença do reforço não influenciou na qualidade da aderência promovida pelo poliuretano. |
| Abstract: | Paricá, a native Amazonian species and one of the pioneers in planted forest cultivation, is characterized by rapid growth, good workability, and low density. However, due to its low mechanical strength class (D20), the use of this wood species in structural elements of civil construction is limited. An alternative to overcome this limitation is its industrial processing into laminated veneer lumber (LVL) incorporating carbon fiber reinforcement. Among synthetic fibers, carbon fibers stand out due to their high elastic modulus and tensile strength, low density, high thermal stability, and good thermal and electrical conductivity. In this context, the present study aimed to evaluate the influence of unidirectional carbon fiber fabric reinforcement on the mechanical behavior of LVL beams manufactured from paricá veneers bonded with castor oil-based polyurethane, with the goal of improving the material’s mechanical properties and expanding its potential for structural applications. To this end, four series of elements were produced under laboratory conditions: solid sawn timber beams; unreinforced LVL beams; LVL beams reinforced with one layer of carbon fiber fabric; and LVL beams reinforced with two layers of carbon fiber fabric. In the reinforced series, the reinforcement was placed between the outermost and penultimate veneers on the tension side of the beams. The mechanical behavior of the beams was assessed through four-point bending tests, with the determination of maximum bending moment, global stiffness, ductility, and failure modes. Maximum bending moment and global stiffness were estimated using both analytical (transformed section method) and numerical (finite element method) approaches. Additionally, to assess the influence of reinforcement on the bond quality provided by the adhesive, shear tests at the glue line were conducted. The results showed that reinforcement with two layers of carbon fiber fabric led to significant increases in load-carrying capacity (27.16%) and stiffness (29.98%) of the LVL beams compared to unreinforced elements. In contrast, the application of only one layer resulted in limited gains in maximum bending moment, with no statistical significance, and was insufficient to increase the global stiffness of the beams. Moreover, compared to unreinforced elements, the use of reinforcement altered the failure modes from brittle to ductile, increasing ductility indices by up to 137.37% (for LVL reinforced with two layers), which may indicate enhanced structural safety. Both theoretical approaches proved effective in estimating the mechanical properties of the series, with the numerical method showing greater agreement with the experimental results when compared to the analytical method. In addition, the failure modes observed in the numerical model adequately represented those observed experimentally. The presence of reinforcement did not affect the bond quality provided by the polyurethane adhesive. |
| Palavras-chave: | Madeira (Paricá) Madeira laminada colada Vigas reforçadas Fibras de carbono |
| CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editora / Evento / Instituição: | Universidade Federal da Bahia |
| Sigla da Instituição: | UFBA |
| metadata.dc.publisher.department: | Escola Politécnica |
| metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil (PPEC) |
| Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
| URI: | https://repositorio.ufba.br/handle/ri/44098 |
| Data do documento: | 4-Fev-2026 |
| Aparece nas coleções: | Dissertação (PPEC) |
| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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