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

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

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.

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

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

Estudo analítico da estabilidade dimensional longitudinal das espécies de madeira tropicais brasileiras

Brazil owns a large vegetal covering and the best utilization of these materials requires physical and mechanical characterization procedures. Equations found in the literature make easier the wood properties determination. At this context, well known authors developed the equation βl = βt/23, being βl and βt the longitudinal and tangential shrinkage percentages, for βl estimation based on the βt value specially for wood species from the Northern hemisphere. This paper aims to investigate the accuracy of this equation for fifteen tropical Brazilian wood species covering the entire range of hardwood strength classes according to the Brazilian Normative ABNT NBR7190. The average experimental values of βl and βt were 7.71% (CV = 26,71%) and 0.73% (CV = 38,76%), respectively. The non-parametric Kruskal-Wallis ANOVA refuted the hypothesis of equivalence between theoretical and experimental βl values (p-value = 0.0000). A linear regression model fitted to experimental values provided βl = βt/9,84 as optimal solution (p-value = 0.0000, R2 = 47,23%). According to results it is possible to conclude that the value of longitudinal shrinkage percentage of tropical Brazilian wood species is statistically 2,34 times greater than the value found in the literature, which impacts the design of timber structures procedures increasing the internal stresses in timber structural elements.O Brasil possui grande cobertura vegetal e o melhor aproveitamento desses materiais requer procedimentos de caracterização física e mecânica. Equações encontradas na literatura facilitam a determinação das propriedades da madeira. Nesse contexto, autores conhecidos desenvolveram a equação βl = βt/23, sendo βl e βt as porcentagens de retração longitudinal e tangencial, para estimativa de βl com base no valor de βl especialmente para espécies de madeira do hemisfério Norte. Este trabalho tem como objetivo investigar a precisão desta equação para quinze espécies de madeiras tropicais brasileiras cobrindo toda a faixa de classes de resistência da madeira de lei de acordo com o Norma Brasileira ABNT NBR 7190. Os valores experimentais médios de βl e βt foram 7,71% (CV = 26,71 %) e 0,73% (CV = 38,76%), respectivamente. A ANOVA não paramétrica de Kruskal-Wallis refutou a hipótese de equivalência entre os valores de βl  teórico e experimental (p-valor = 0,0000). Um modelo de regressão linear ajustado aos valores experimentais forneceu βl  =βt/9,84 como solução ótima (p-valor = 0,0000, R² = 47,23%). De acordo com os resultados, é possível concluir que o valor da porcentagem de retração longitudinal das espécies de madeira tropical brasileira é estatisticamente 2,34 vezes maior que o valor encontrado na literatura, o que impacta nos procedimentos de dimensionamento de estruturas de madeira aumentando as tensões internas nas estruturas de madeira

Análise e dimensionamento de lajes de concreto armado de pontes pelo Método de Rüsch / Analysis and design of reinforced concrete bridges slabs by using Rüsch Method

Pontes e viadutos são importantes nas dinâmicas sociais e econômicas de uma nação, além de serem elementos importantíssimos nos sistemas de transportes. Apesar da heterogeneidade dos veículos reais que trafegam em pontes e viadutos, as diferentes normas, nacional e internacionais, de cargas móveis para pontes e viadutos rodoviários possuem seus respectivos trens-tipo para o dimensionamento de tais estruturas. Dentre as verificações e os dimensionamentos que se realiza em pontes, as lajes de concreto armado apresentam grande importância. Baseado nisso, este artigo abordará as etapas para análise e dimensionamento de lajes de concreto armado de pontes pelo método de Rüsch. Para tanto, um exemplo numérico no qual serão determinados os momentos atuantes nas lajes da ponte, tanto nas lajes em balanço quanto nas lajes centrais. Ao fim, os momentos atuantes nas lajes, as áreas de aço na flexão e a verificação à fadiga são abordados.

Costos de casas en madera en diferentes estándares y producciones de Brasil

Context: Timber construction is not among the most popular options due to cultural issues in Brazil. Timber housing standards and costs remain uncertain subjects, and this study seeks to investigate these secular gaps. Method: Basic unitary costs for different finishing standards and production types were measured through face-to-face interviews led by a semi-structured questionnaire. A margin of error was used to validate all results. Entrepreneurs from six Brazilian states were randomly interviewed to obtain a representative sample. Results: The sampling exceeded 50% of the sector population and provided significant outcomes. More than 40% of timber housing techniques showed competitive costs in comparison with masonry. There are feasible alternatives of timber housing for the different scenarios analyzed. Conclusions: Timber houses are economically viable in Brazil, even compared to traditional examples built via masonry. Attractive costs for all social classes symbolize a strong factor in conquering housing markets.Contexto: La construcción en madera no está entre las opciones más populares debido a problemas culturales en Brasil. Los estándares y costos de la habitación en madera siguen siendo temas inciertos, y este estudio busca investigar estas brechas seculares. Método: Los costos unitarios básicos para diferentes estándares de acabado y tipos de producción se midieron a través de entrevistas cara a cara dirigidas por un cuestionario semiestructurado. Se utilizó un margen de error para validar todos los resultados. Se entrevistó aleatoriamente a empresarios de seis estados brasileños para obtener una muestra representativa. Resultados: El muestreo superó el 50 % de la población del sector y proporcionó resultados significativos. Más del 40 % de las técnicas de construcción en madera mostraron costos competitivos en comparación con la albañilería. Existen alternativas viables de vivienda en madera en los diferentes escenarios analizados. Conclusiones: Las casas de madera son económicamente viables en Brasil, incluso en comparación con los ejemplos tradicionales construidos en albañilería. Los costos atractivos para todas las clases sociales simbolizan un factor fuerte en la conquista de los mercados inmobiliarios