Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/85961
Title: Avaliação estrutural de elementos de madeira lamelada colada
Other Titles: Health assessment of glued laminated timber elements
Authors: Martins, Carlos Eduardo de Jesus 
Orientador: Dias, Alfredo M. P. G.
Cruz, Helena
Keywords: Madeira lamelada colada / Glued laminated timber; Colagem de face / Surface bonding; Espécies autóctones / Native species; Envelhecimento natural / Natural ageing; Caracterização não destrutiva / Non-destructive characterization; Modelos analíticos / Analytical models; Ensaios experimentais / Experimental tests; Modelação numérica / Numerical modelling
Issue Date: 28-Jan-2019
Project: PD/BD/52656/2014 
Place of publication or event: Coimbra
Abstract: O objetivo principal da investigação apresentada neste documento é a avaliação de elementos de madeira lamelada colada, com particular enfoque no desempenho mecânico à flexão de vigas. Tal compreende a análise de viabilidade do uso de espécies disponíveis na floresta nacional para o fabrico de elementos estruturais de madeira lamelada colada. As propriedades mecânicas de madeira lamelada colada encontram-se estabelecidas na EN 14080, com base em classes de resistência. O fabrico de vigas de MLC com Pinho bravo é viável, conforme reconhecido na listagem de espécies consideradas como adequadas para fabrico de MLC, incluída na EN 14080. Contudo, não existe um conhecimento aprofundado do desempenho mecânico de vigas de madeira lamelada colada em especial com as espécies Choupo e Eucalipto. Esta investigação centrou-se numa extensa campanha experimental culminando com o desenvolvimento de um modelo numérico simplificado capaz de descrever o comportamento mecânico das vigas à flexão, nomeadamente as deformações ocorridas fora do comportamento linear elástico. A campanha experimental foi dividida em duas fases. Na primeira fase foi avaliado o desempenho da colagem de face de duas espécies: Pinheiro bravo (sem e com tratamento preservador) e Choupo. Foram considerados 4 tipos de cola com mais do que uma referência, procedendo-se à otimização do procedimento de colagem e à análise do seu desempenho através da realização de ensaios de delaminação e de resistência ao corte. Numa segunda fase, foi avaliado o desempenho das linhas de cola após envelhecimento natural. Foram expostos 42 elementos de Pinho bravo (sem e com tratamento preservador) na cobertura do SerQ. As condições ambientais de exposição foram monitorizadas, nomeadamente: temperatura, humidade relativa, precipitação, radiação solar e velocidade do vento. Após 4, 6 e 9 meses de envelhecimento procedeu-se à análise da superfície dos elementos através da medição do comprimento, abertura e profundidade das delaminações ocorridas nas linhas de cola. De cada elemento foram extraídos provetes para verificar a resistência à delaminação e a resistência ao corte das linhas de cola após envelhecimento natural. Na terceira fase, foram produzidas 42 vigas de MLC subdivididas em 6 tipologias, considerando vigas de uma só espécie (21 de Choupo, 7 de Pinho e 4 de Eucalipto) e combinação de espécies (7 de Pinho com Choupo e 3 de Eucalipto com Choupo). A matéria-prima foi alvo de caracterização não destrutiva (método da vibração longitudinal) de modo a produzir vigas com uma distribuição otimizada das propriedades. Foi igualmente considerado o uso de métodos analíticos para a previsão das propriedades mecânicas, nomeadamente o módulo de elasticidade. Seguiu-se para cada viga a caracterização não destrutiva e a realização de ensaios destrutivos para determinação do módulo de elasticidade e da resistência à flexão. Por fim, foi verificada a qualidade de colagem de cada viga. Do conjunto de dados obtidos foi conduzida a análise estatística dos resultados e estabelecidas correlações entre a caracterização não destrutiva e as propriedades mecânicas determinadas. O desenvolvimento de um modelo numérico simplificado pretendeu desenvolver uma ferramenta capaz de estimar as propriedades elásticas das vigas (módulo de elasticidade à flexão), bem como descrever o comportamento mecânico (curva força vs deslocamento) com ajuste adequado ao observado nos ensaios experimentais. O comportamento da madeira a considerar no modelo numérico foi obtido em ensaios de caracterização do comportamento de madeira limpa à tração e à compressão. Com o trabalho desenvolvido, espera-se que o sector do fabrico de MLC com espécies autóctones fique dotado de novos conhecimentos para dinamizar a sua implementação na construção nacional em detrimento da importação do produto final.
The main goal of the research conducted in this thesis is the assessment of glued laminated timber (glulam) elements, particularly the mechanical behaviour of beams subjected to bending. This includes the analysis of the use of available species in the national forest for glulam production. The mechanical properties of glulam are well stablished in EN 14080, based on strength classes. The use of Maritime pine for glulam production is feasible, as stated in the list of species suitable for glulam production, included in EN 14080. However, there is a lack of knowledge about the mechanical behaviour of glulam produced with Poplar or Blue Gum species. This research focused on an extended experimental campaign which ended with the development of a simplified numerical model capable of describing the mechanical behaviour of glulam beams subjected to bending stresses, namely the non-linear displacements occurred after the typical linear elastic behaviour. The experimental campaign was divided into three phases. In the first phase the gluing performance of face bonding was assessed for two species: Maritime pine (without and with preservative treatment) and Poplar. More than one reference of each one of four types of adhesives were considered. The gluing process was optimized and evaluated through delamination and shear strength tests. In the second phase the performance of the glue lines after natural ageing was evaluated. In total, 42 elements of Maritime pine (without and with preservative treatment) were exposed to weathering on a flat roof of SerQ. The weather conditions were monitored, namely: temperature, relative humidity, precipitation, solar radiation and wind speed. After 4, 6 and 9 months of ageing, the length, width and depth of delaminations occurred on the surfaces were measured. From each element, several test specimens were cut to check the delamination resistance and the shear strength of the glue lines after the time of exposure. In the third phase, 42 glulam beams were produced in laboratory conditions, divided into 6 different types, including beams of a single species (21 of Poplar, 7 of Maritime pine and 4 of Blue Gum) and species combination (7 of Maritime pine and Poplar and 3 of Blue gum and Poplar). The raw material was non-destructively assessed through longitudinal vibration in order to produce beams with an optimized distribution of lamellas properties. Analytical models were also considered for the prediction of the beams mechanical properties, namely modulus of elasticity. Non-destructive and destructive tests were performed to determine the modulus of elasticity and bending strength of each beam. Finally, the bonding performance of each beam was verified. A statistical analysis was conducted to establish correlations between the non-destructive estimation (longitudinal vibration and analytical methods) and the mechanical properties determined experimentally. A simplified numerical model was developed as a tool to predict the elastic properties of the beams (modulus of elasticity), as well as to describe the mechanical behaviour (load vs displacement curve) with adequate adjustment to that observed in the experimental tests. The mechanical properties of wood species considered in the numerical model were obtained through compression and tension tests performed on clear wood specimens. With the developed work, it is expected that the business sector of glulam production use the knowledge provided to implement strategies for glulam production from native species, intended for the construction market, thus decreasing the importation of the final product.
URI: http://hdl.handle.net/10316/85961
Rights: openAccess
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