MOE evaluation for round timber and small wood specimens of Pinus elliottii

O documento normativo NBR 7190:1997 – Projeto de estruturas de madeira, da Associação Brasileira de\ud Normas Técnicas – ABNT, em vigor, especifica que os cálculos estruturais podem ser realizados a partir\ud de dados obtidos em ensaios de corpos-de-prova de pequenas dimensões, isentos de defeitos (como presença\ud de nós) que podem ocorrer em peças de tamanhos estruturais e influenciar nos seus desempenhos.\ud Assim, este trabalho avalia os valores de módulo de elasticidade obtidos a partir de ensaios de compressão\ud paralela às fibras e de flexão estática, realizados em corpos-de-prova isentos de defeitos e em peças\ud estruturais roliças da espécie Pinus elliottii. Foram ensaiados quarenta e oito exemplares (vinte e quatro\ud de pequenas dimensões e vinte e quatro de dimensões estruturais) para cada teste, totalizando noventa\ud e seis ensaios. As análises estatísticas indicam que há diferença significativa entre os valores médios obtidos\ud para os corpos-de-prova (7.724MPa) e para as peças estruturais (9.594 MPa) nos ensaios de flexão\ud estática, e o mesmo ocorre para os testes de compressão paralela às fibras, com 11.596 MPa obtidos para\ud os corpos-de-prova, contra 8.077 MPa para as peças estruturais. Para o caso da compressão paralela às\ud fibras os resultados dos ensaios em corpos de prova, adotados como referência pela norma NBR 7190\ud para o cálculo estrutural, foram inferiores aos obtidos em peças de maior dimensão, indicando que seu uso\ud pode conduzir a dimensionamento estrutural inseguro, uma vez que as peças estruturais apresentaram\ud comportamento inferior ao das pequenas dimensões.Brazilian code NBR 7190:1997 – Design of timber structures, ABNT, specifies that structural design can\ud be done using data obtained from small wood specimens. However, natural characteristics present in\ud structural timber, as knots, may affect mechanical properties. The aim of this study is to evaluate modulus\ud of elasticity obtained in compression parallel to grain and static bending tests, carried out for small wood\ud specimens and structural round timber of Pinus elliottii. Twenty four small wood specimens and twenty\ud four structural round timber pieces were submitted to compression parallel to grain, and twenty four small\ud wood specimens and twenty four structural round timber pieces were submitted to static bending. ANOVA\ud analysis indicates that there is statistical difference for MOE in static bending: 7.724 MPa (average) was\ud obtained for small wood specimens versus 9.594 MPa for structural pieces. There is also a difference in\ud compression parallel to grain tests: 11.596 MPa (average) was obtained for small wood specimens versus\ud 8.077 MPa for structural round timber. As conclusion, the use of data obtained in compression parallel to\ud grain (the standard test reference in NBR7190:1997 for structural design) in small wood specimens may\ud lead to an unsafe structural timber design, due to low values obtained in structural round timber compared\ud to small wood specimen values.CNP

Módulo de elasticidade aparente em vigas roliças estruturais de madeira Pinus elliottii

Este trabalho investiga, com o auxílio da norma brasileira ABNT NBR 7190:1997 (Projeto de Estruturas de Madeira) e do ensaio de flexão estática a três pontos, a influência das medidas entre o comprimento (L) e o diâmetro (d) de peças estruturais de madeira roliça da espécie Pinus elliottii no cálculo do módulo de elasticidade (MOE). Foram ensaiadas, de forma não destrutiva, 24 peças de madeira (verde) com comprimento médio de 750 cm e diâmetro médio de 30 cm. Para tanto, foram determinados os valores dos módulos de elasticidade para seis relações (L/d) distintas entre comprimento e diâmetro (9; 12; 15; 18; 21; 24), fornecendo seis valores distintos de MOE por peça utilizada. Os resultados da análise de variância indicaram equivalências dos módulos de elasticidade apenas entre as relações L/d iguais a 24, 21, 18 e 15, revelando ser de 15 o menor valor da relação responsável por minorar significativamente o efeito das forças cisalhantes. Isso implica que, para o uso adequado da equação de cálculo do módulo de elasticidade pela norma brasileira para as peças de roliças de madeira Pinus elliottii, faz-se necessário respeitar a relação L/d≥15

Calibration of Concrete Damaged Plasticity Model parameters for shear walls

Reinforced concrete structures are relatively complex to analyze, with nonlinear effects like cracking, crushing, steel yielding, aggregate interlock, dowel effect, concrete-rebar interaction and so on. The concrete damaged plasticity CDP model is a consolidated smeared-crack model which accounts for multiaxial behavior with good agreement to experimental results. One particular relevant application which benefits greatly from such feature is the shear wall, as shear stress significantly influences its overall behavior, therefore multiaxial constitutive models and three-dimensional finite elements usage consist in a fitting modeling approach. Reinforced concrete shear walls are structures especially useful for lateral force-resisting systems, as they provide ductility, stiffness and strength. Albeit CDP is widely applied, its parameters are not consensus in the literature, which represents a relevant research gap. The present work considers and compares CDP parameters from relevant literature, in order to calibrate those parameters for the case of reinforced concrete shear walls. To this purpose, four wall experiments related in the bibliography are modeled using solid finite elements for concrete and trusses for rebars using commercial package ABAQUS. All walls are flexure-controlled with aspect ratio greater than 2.0. By varying those parameters and comparing obtained force vs. displacement curves and interesting values attained, like yield lateral force and displacement, stiffness and maximum lateral force, it is settled a set of parameters with acceptable response focusing in the post-peak response based on the lower estimated error of displacement capacity. Those parameters agree reasonably with literature, although it is possible that obtained calibration is restricted to flexure controlled shear walls scope. It is possible that usage of trusses to represent reinforcement does not consider dowel effect, so a suggestion for future studies is to change trusses for elements with transverse stiffness, like beams or solids.Keywords: calibration, concrete damaged plasticity, concrete constitutive model, shear walls.

Influence of Displacements on Calculus of the Longitudinal Modulus of Elasticity of Pinus Caribaea Structural Round Timber Beams

Round timber shows great potential for use as a building material, having the advantage of not being proc-essed, such as the sawn wood. In Brazil, the normative standards that deal with the existing round timber elements are mainly headed for the pole market, being in force for at least twenty years without technical review, recommending char-acterization of this material by destructive methods, using small specimens with no defects and a cantilever beam structural model[2]. This paper aims to determine the longitudinal modulus of elasticity of Pinus caribaea structural round timber beams using static three-point bending test under physical and geometrical linearity conditions (non-destructive methodol-ogy) which evaluates the effect of the L/200 and L/300 displacement measurements for this purpose[6]. The results achieved by the confidence interval show the statistical equivalence between the values of the modulus of elasticity, being possible in this case, the use of both limits in displacement measurements

Resistência à tração de emendas dentadas de madeira de Manilkara huberi para o emprego em madeira laminada colada

A utilização de elementos estruturais de madeira laminada (ou lamelada) colada (MLC) requer um estudo experimental das combinações entre a espécie de madeira e o adesivo utilizado. Este trabalho objetivou o estudo da combinação espécie-adesivo na resistência a tração e na falha da linha de cola de corpos de prova de madeira de maçaranduba (Manilkara huberi) confeccionados com e sem emendas dentadas finger joint. As colagens foram realizadas com lâminas sem tratamento preservativo, com aproximadamente 12% de umidade e com o emprego do adesivo mono-componente do tipo poliuretano Purbond HB 712. A gramatura de adesivo utilizada nas emendas dentadas foi linha simples de cola com aproximadamente 200 g m-2 e pressão de contato igual a 10 MPa. Após sete dias de cura do adesivo foram realizados testes de tração nos corpos de prova com e sem emendas dentadas, possibilitando julgar, também por meio da análise de variância, a eficiência das emendas testadas. Os resultados da experimentação revelaram a ineficiência da interface entre o adesivo e a madeira de analisada, pois a ruptura ocorreu na linha de cola, categorizando modo de ruptura do tipo 1, que corresponde à pior situação de falha

ENERGETIC PERFORMANCE OF A PORTABLE COOKING STOVE PROTOTYPE FOR NINE Eucalyptus SPECIES

AVALIAÇÃO DA QUALIDADE ENERGÉTICA DE UM PROTÓTIPO DE FOGÃO À LENHA PORTÁTIL PARA NOVE ESPÉCIES DE EUCALIPTO Os fogões tradicionais são energeticamente ineficientes e exigem alta quantidade de lenha. O objetivo desta pesquisa consiste na construção de um fogão à lenha portátil e eficiente, baseado na tecnologia rocket stove. Esses fogões são projetados para um menor consumo de lenha e uma menor emissão de gases (CO2, CO e SO2). O protótipo foi construído com materiais metálicos recicláveis e vidro moído para isolamento térmico da câmera de combustão. Nove espécies de Eucalyptus foram utilizadas como combustível. A avaliação da qualidade energética do fogão ocorreu mediante a determinação da eficiência energética e consumo de combustível, bem como por estimativas da potência calorífica e quantidade de gases liberados na combustão (CO2, CO e SO2). A eficiência energética média alcançou a faixa de 6,8% a 10,4%, com consumo de combustível em torno de 0,1 kg para cada 20 minutos de funcionamento. A potência situou-se entre 94,1 e 326,0 W e os teores de gases foram 0,2 Nm3/kg de CO2, 0,02 Nm3/kg de CO e 10-5 Nm3/kg para SO2. As medidas de eficiência do protótipo desenvolvido superaram medidas similares de fogões à lenha metálicos residenciais da mesma cidade de Irati, os quais se situam entre 2,9 e 4,6%, tendo o fogão melhorado valor semelhante de outros países. Portanto, esse protótipo apresentou um resultado bastante promissor, além de oferecer um baixo custo de produção.Palavras-chave: fogão melhorado; biomassa de floresta plantada; eficiência; emissão de gases. ABSTRACT: Traditional cook stoves are energetic inefficient and demands high quantity of fuelwood. The aim of this study is to build a portable and efficient cooking stove based on the rocket stove technology that are projected to make better use of the energy released in combustion with lower fuel consumption and gas emission (CO2, CO and SO2) than traditional stoves. Our prototype was built with recyclable metal materials and glass particles for thermal insulation of the combustion chamber. Nine Eucalyptus species were used as fuel. The cook stove evaluation occurred by the determination of thermal energy efficiency and fuel consumption, as well as estimated measurements of the thermal power and released gas amount (CO2, CO e SO2). The average energy efficiency reached the range from 6.8% to 10.4%, with a fuel wood consumption of about 0.1 kg for each 20-minute operation. Thermal power was from 94.1 to 326.0 W, and the gas level was about 0.2 Nm3/kg CO2, 0.02 Nm3/kg CO, and 10-5 Nm3/kg SO2. The thermal efficiency of our prototype exceeded twice than the values of traditional stoves in Irati city that are range from 2.9 to 4.6%, having the improved cook stove similar value of other world stoves. Our prototype presents a promising result in addition to offer a low production cost.Keywords: rocket stove; biomass from planted forest; efficiency; gas emissions

Numerical and experimental analyses of biocomposites reinforced with natural fibres

n the last decades the biocomposites have been widely used in the construction, automobile and aerospace industries. Not only the interface transition zone (ITZ) but also the heterogeneity of natural fibres affects the mechanical behaviour of these composites. This work focuses on the numerical and experimental analyses of a polymeric composite fabricated with epoxy resin and unidirectional sisal and banana fibres. A three-dimensional model was set to analyze the composites using the elastic properties of the individual phases. In addition, a two-dimensional model was set taking into account the effective composite properties obtained by micromechanical models. A tensile testing was performed to validate the numerical analyses and evaluating the interface condition of the constitutive phases

Effect of microwave treatment on drying and water impregnability of Pinus pinaster and Eucalyptus globulus

Wood is a material that has been used by humankind for a long time. However, wood researchers and industry have always been concerned about the issues during wood drying and the permeability problems of certain species. In this sense, microwave technology has been applied for wood drying and improving permeably. This paper investigates the microwave drying of two Portuguese wood species, Pinus pinaster sap and heartwood and Eucalyptus globulus heartwood using small clear specimens. The samples were grouped into six during each microwave treatment run according to their similarity of initial moisture content. Once the drying was completed, control and microwave -treated samples were impregnated with desalinated water to analyze their improvement in water absorption, and the compression strength parallel to the grain was analyzed. The results showed that each wood species behaves differently under microwave drying and initial moisture content. The impregnation results demonstrated that pine and eucalyptus microwave -treated heartwood samples improved their capability to absorb water. Finally, only the microwave -treated specimens of eucalyptus heartwood presented a decrease in the values of compression strength parallel to the grain compared to the control group. Therefore, MW treatment presents possibilities for further applications for the wood industry with supporting results

Sistema Estrutural e Construtivo do MÓDULO (M) em Madeira como Instrumento de Aproximação Social na Promoção da Cidadania de Crianças e Jovens Socialmente Vulneráveis

O artigo trata sobre a apresentação de sistema estrutural e construtivo em madeira perfilada roliça de reflorestamento, denominado MÓDULO (M), cuja aplicação como artefato arquitetônico visa promover a cidadania e garantir os direitos de crianças e jovens socialmente vulneráveis de comunidades carentes no entorno das cidades de pequeno, médio e grande porte. Historicamente, no Brasil, a madeira tem uso não compatível com a sua relevância na construção civil, notadamente em elementos estruturais. Este trabalho procura um modo não convencional em pensar estruturas, por meio de uma nova abordagem arquitetônica conceitual, que possibilite configurações espaciais das mais diversas, permeadas com preocupações estéticas. Um exemplo desta abordagem é o MÓDULO (M) que reforça a ideia da aplicação da madeira de reflorestamento em estruturas, concebendo espaços arquitetônicos agradáveis e confortáveis e com preocupações ecológicas, causando mínimo impacto ao meio ambiente. O objetivo deste trabalho é apresentar uma estrutura demonstrativa em madeira de reflorestamento que atende a programas funcionais de interesse social, privilegiando prioritariamente às necessidades programáticas de comunidades sobrevivendo em favelas (normalmente situadas nas periferias das cidades) , de crianças e jovens socialmente vulneráveis. Este sistema é projetado para ser implantado em solos de diferentes declividades e de difícil acesso.This article presenting a timber structural and constructive system of round profiled from reforestation log wood, named MODULE (M), whose application as architectural artifact aims to promote citizenship and guarantee the rights of socially vulnerable children and youth from poor communities in the small, medium and large surrounding towns. Historically, in Brazil, the timber use is not compatible with its relevance in construction, especially in structural elements. This paper seeks a way to think in unconventional structures through a new conceptual architectural approach that enables spatial configurations of the most diverse, permeated with aesthetic concerns. An example of this approach is the MODULE (M) which reinforces the idea of applying reforested log wood in structures, designing architectural spaces pleasant and comfortable, with ecological issues, causing minimal impact to its environment. The objective of this paper is to present a timber demonstrative structure that meets social interest case studies, prioritizing programmatic needs of a community socially vulnerable of children and young people, usually located on the outskirts of cities, surviving in housing type slums. This system is designed to be implanted in soils with different declivities and hard access