WO2013091041A1

WO2013091041A1 - Barra de esterilhas de bambu coladas e seu processo de fabricação

Info

Publication number: WO2013091041A1
Application number: PCT/BR2011/000515
Authority: WO
Inventors: Luís Eustáquio MOREIRA; Leandro Lara SANTOS
Original assignee: Universidade Federal De Minas Gerais - Ufmg
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-25
Publication date: 2013-06-27
Also published as: BRPI1105978A8; BRPI1105978B1; BRPI1105978A2

Abstract

A presente invenção refere-se a uma barra composta de múltiplas camadas coladas de esterilhas de bambu, sobrepostas ou justapostas longitudinalmente e unidirecionalmente e integradas por tecidos, telas ou chapas maleáveis, com finalidades estruturais. Mais especificamente, a barra de esterilhas de bambu coladas é um retículo de eixo reto ou curvo, que pode ser aplicado em estruturas reticuladas da construção civil, na forma de vigas, colunas, arcos, cimbramentos, bem como em mobiliários, na forma de pés e vigamentos de mesas, sofás, cadeiras etc, com maiores controles mecânicos e maiores possibilidades geométricas, se comparado ao bambu tubular em estado natural. Desse modo, amplia-se a utilização industrial desse recurso renovável, facilitando o seu enquadramento aos requisitos de segurança e utilização da Engenharia de Estruturas, devido à maior previsibilidade do comportamento mecânico da barra de esterilhas de bambu coladas em relação ao bambu tubular em estado natural.

Description

"BARRA DE ESTERILHAS DE BAMBU COLADAS E SEU PROCESSO DE

FABRICAÇÃO"

A presente invenção refere-se a uma barra composta de múltiplas camadas coladas de esterilhas de bambu, sobrepostas ou justapostas longitudinalmente e unidirecionalmente e integradas por tecidos, telas ou chapas maleáveis, com finalidades estruturais. Mais especificamente, a barra de esterilhas de bambu coladas é um retículo de eixo reto ou curvo, que pode ser aplicado em estruturas reticuladas da construção civil, na forma de vigas, colunas, arcos, cimbramentos, bem como em mobiliários, na forma de pés e vigamentos de mesas, sofás, cadeiras etc, com maior controle mecânico e mais possibilidades geométricas, se comparado ao bambu tubular em estado natural. Desse modo, amplia-se a utilização industrial desse recurso renovável, facilitando o seu enquadramento aos requisitos de segurança e utilização da Engenharia de Estruturas, devido à maior previsibilidade do comportamento mecânico da barra de esterilhas de bambu coladas em relação ao bambu tubular em estado natural.

A tecnologia dos laminados colados na produção de chapas compensadas e aglomeradas e a tecnologia das barras de madeira laminada colada (MLC) visam o reaproveitamento de sobras de madeira e de resíduos em geral de serrarias e de marcenarias. Após o desdobramento para a retirada dos elementos serrados comerciais, existe o reaproveitamento de troncos trincados, de barras empenadas, torcidas ou arqueadas pela secagem, de barras danificadas, como dormentes e postes, que ainda tenham trechos saudáveis, abrindo o leque industrial para a produção de elementos estruturais de demanda social imediata; para a utilização na construção civil e na indústria moveleira, viabilizando a estruturação dos mais diferentes objetos utilitários, devido à resistência e à durabilidade agregada a estes produtos. No caso específico de elementos estruturais de MLC, visa-se também a plasticidade dos eixos da barra e a obtenção de seções transversais com diferentes geometrias e dimensões.

A partir deste milénio, principalmente, a tecnologia dos laminados colados voltou-se para a produção de elementos estruturais de bambu. Os bambus são monocotiledôneas da família das gramíneas, cujo rizoma é uma fábrica natural de elementos tubulares, ativa por um período de cem anos ou mais, a depender da espécie, lançando bambus no início da estação chuvosa; que devem ser colhidos para aplicação estrutural, 3 anos após brotarem do solo. Sua colheita funciona como poda e fortalece o rizoma para alimentação das brotações mais novas, uma vez que as células do bambu continuam ativas no bambuzal (The anatomy of Bamboo Culms - Walter Liese, Ed INBAR, Beijing, China, 1998).

Esse sistema natural de produção gera grandes quantidades anuais de biomassa, fazendo do bambu uma das futuras plantas de reflorestamento mundial, como são o pinus e o eucalipto no ocidente, a exemplo do que acontece principalmente na China e índia, dentre outros países orientais. Na América Latina, salienta-se a Colômbia, existem grandes guaduais, de bambus nativos do género Guadua, atingindo 12 cm de diâmetro médio e 3 cm de espessura média de parede, no trecho basal, considerado um dos melhores bambus estruturais. Esse bambu encontra-se também presente na Amazónia, no Acre, sendo popularmente conhecido como taboca. As diferentes espécies e variedades de taboca ainda estão em fase de classificação botânica, (Anais do II Seminário Nacional do Bambu - Consolidação da Rede Brasileira do Bambu - RBB; Brasília/DF 2010).

A princípio, os laminados colados de bambu visaram objetos de menor carregamento, como muletas, placas para piso, cadeiras, dentre outros. Nesses objetos, sejam seus componentes chapas ou pequenas barras, as lâminas são retiradas da parede do bambu, que é relativamente fina, já que a maior parte das espécies é oca. Devidamente aparelhadas, selecionadas e cortadas em tamanhos relativamente pequenos, em relação ao tamanho do bambu, esses segmentos são empacotados sob os mais diferentes processos e unidos entre si por meio de colas. A produção de placas exige que se cruzem camadas de lâminas em diferentes direções, a exemplo das chapas compensadas de madeira.

É muito recente a invenção de barras laminadas coladas de bambu, facilitada, principalmente, pelo desenvolvimento dos adesivos sintéticos de alta resistência; tornando a estrutura resultante resistente a esforços mecânicos ou a intempéries. Pode-se citar, por exemplo, o documento de patente PI95007431 , intitulado "Processo de Fabricação de Elementos Estruturais Laminados de Bambu, Barras, Placas e Chapas de Bambu Laminado Colado". Nesse caso, lâminas de faces paralelas são retiradas da parede do bambu, com tamanhos relativamente pequenos e, após serem selecionadas e empacotadas, são coladas entre si.

O pedido de patente CN101 100075, intitulado "Bamboo composite section bar and manufacturing method', refere-se a uma barra de bambu e seu processo de fabricação. A barra compreende pelo menos duas camadas de material de bambu e uma camada adesiva no meio. Esse documento se difere da matéria tratada por não se referir ao empilhamento de esterilhas, coladas numa mesma direção.

Um estudo intitulado "Design And Construction Of Modern Bamboo Pedestrian Bridges" descreve a transformação do bambu em longas fitas que, após serem mergulhadas em água quente para diluição dos açúcares, são alinhadas e aglomeradas por meio de colas, produzindo elementos estruturais de alta resistência. Algumas fitas são também colocadas transversalmente ao eixo da barra; (Xiao, Y; Zhou, Q.A; Shan, B, Design And Construction Of Modern Bamboo Pedestrian Bridges. Journal of Bridge Engineering, v. 15, n. 5, p. 533-541 , 2010)

Nas soluções citadas e nas demais soluções encontradas no estado da técnica (CN2629938, CN201730246, PI0707737-8, PI9500743-1), a laminação dos tubos, prévia à colagem, exige processos rigorosos de aparelhamento das lâminas, já que as lâminas têm seção transversal retangular ou quadrada e pequenos comprimentos; ou de retirada das fitas, resultando em elementos estruturais cuja estrutura interna requer maior controle dos elementos componentes durante a prensagem, de forma a mantê-los em posição com a configuração desejada. Disso, resulta consumo relativamente alto de energia na produção das lâminas ou fitas e nos processos de seleção, posicionamento dos componentes e colagem, além de, à exceção da transformação em fitas, formação de alto percentual de resíduos e não aproveitamento dos trechos do bambu com menor espessura de parede.

Tendo-se conhecimento das limitações apresentadas pelas barras laminadas coladas de bambu, a presente invenção apresenta uma estruturação interna completamente diversa das estruturações até então realizadas, uma vez que a barra apresenta alta resistência mecânica, com um consumo minimizado de energia de produção e geração mínima de resíduos, devido ao amplo aproveitamento da matéria prima, proporcionado pelas esterilhas.

Esterilha (em espanhol, esterilla) é o nome tradicionalmente utilizado em países latinos, como Colômbia, Peru e Equador, para uma esteira alongada que se obtém com a abertura total do corpo do bambu em tiras longitudinais, sem que essas tiras se separem totalmente umas das outras, ficando presas por alguns pontos, através de fibras comuns às tiras vizinhas (Jorge A. Gutierrez, Structural Adequacy of Traditional Bamboo Housing in Latin America, Ed. IN BAR, Beijing, 2000).

A facilidade com que se faz uma esterilha está imediatamente relacionada à anatomia dos bambus. Neles, as fibras resistentes caminham apenas longitudinalmente, circundadas por um tecido poroso que se rompe facilmente quando há tensões normais às fibras, de modo que várias trincas se propagam no sentido longitudinal do bambu, formando as tiras, conforme a tese de doutorado de Luís Eustáquio Moreira, intitulada Aspectos Singulares das Treliças de Bambu - Flambagem e Conexões, PUC-Rio, 1998.

As tiras que compõem a esterilha, pela maneira aleatória com que são formadas, podem ter larguras diferentes umas das outras. Uma esterilha apresenta comprimento igual ao do segmento de bambu transformado e largura aproximadamente igual ao número π (pi) vezes o diâmetro do tubo em determinada posição. Como o diâmetro do bambu diminui da base para o topo, a esterilha resultante apresenta uma forma trapezoidal, ainda que a altura do trapézio, igual ao comprimento do tubo, seja, normalmente, muito maior que a base maior do trapézio.

De geometria natural como o próprio bambu, as esterilhas são utilizadas como forros de telhados, divisórias, revestimento de paredes, entre outras aplicações. Placas de esterilhas coladas entre si, em direções ortogonais, também são utilizadas, a exemplo das placas compensadas de madeira. Porém, não consta no estado da técnica o empilhamento de esterilhas coladas numa mesma direção para a realização de barras, que podem ser utilizáveis como vigas ou colunas em diferentes objetos. Na presente invenção, diversas camadas unidirecionais de esterilhas são, opcionalmente, integradas por outro elemento, diferente do bambu, como tecidos, telas ou chapas maleáveis.

DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

A Figura 1 mostra, de forma não limitante, a seção transversal da barra matriz de esterilhas de bambu coladas.

A Figura 2 mostra, de forma não limitante, a célula constituinte da barra de esterilhas de bambu coladas.

A Figura 3 mostra, de forma não limitante, a seção transversal da barra de esterilhas de bambu coladas desdobrada e as tensões de cisalhamento atuantes em diferentes planos.

A Figura 4 mostra, de forma não limitante, a foto de esterilhas aplainadas para construção da barra de esterilhas de bambu coladas.

A Figura 5 mostra, de forma não limitante, lâminas de esterilhas, após acabamento.

A Figura 6 mostra, de forma não limitante, a foto da barra PVA simples

(A); barra PVA sanduíche (B); e barra poliuretano simples (C).

A Figura 7 mostra, de forma não limitante, a foto de seções da barra PVA simples (A); barra PVA sanduíche (B); e barra poliuretano simples (C).

A Figura 8 mostra, de forma não limitante, o desenho experimental do ensaio de flexão em três pontos.

A Figura 9 mostra, de forma não limitante, a foto do resultado do ensaio de flexão em três pontos para a barra PVA sanduíche.

A Figura 10 mostra, de forma não limitante, o gráfico do resultado do ensaio de flexão em três pontos para a barra PVA sanduíche.

A Figura 11 mostra, de forma não limitante, a foto do resultado do ensaio de flexão em três pontos para a barra PVA simples. A Figura 12 mostra, de forma não limitante, o gráfico do resultado do ensaio de flexão em três pontos para a barra PVA simples.

A Figura 13 mostra, de forma não limitante, a foto do resultado do ensaio de flexão em três pontos para a barra poliuretano simples.

A Figura 14 mostra, de forma não limitante, o gráfico do resultado do ensaio de flexão em três pontos para a barra poliuretano simples.

A Figura 15 mostra, de forma não limitante, o gráfico do resultado do ensaio de flexão em três pontos para a barra poliuretano simples.

A Figura 16 mostra, de forma não limitante, o gráfico do resultado de um novo teste de flexão em 3 pontos, com camadas de esterilhas coladas com resina poliuretana. A seção transversal da viga é de 107 mm de largura por 67 mm de altura. Trata-se de um teste de flexão em 3 pontos, com vão livre de 1 ,2 m e comprimento da barra de 1 ,5 m.

A Figura 17 mostra, de forma não limitante, o gráfico do resultado do teste de flexão em 3 pontos, com as lâminas de esterilha colocadas verticalmente, com base de 67 mm e altura de 107 mm.

A Figura 18 mostra o gráfico do teste de relaxação, com as lâminas de esterilhas colocadas verticalmente, com base de 67 mm e altura de 107 mm.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO A barra de esterilhas de bambu coladas compreende, pelo menos, duas esterilhas (1), compostas de tiras (2) dispostas substancialmente paralelas na direção do eixo cartesiano (6), pelo menos um tipo de adesivo e, opcionalmente, pelo menos um ligante sólido maleável (3), sendo que pelo menos duas camadas de esterilhas (1) estruturam-se por empilhamento ou justaposição longitudinal e unidirecional (Figuras 1 e 2).

As tiras (2) não têm necessariamente a mesma largura, resultado do processo de obtenção das esterilhas. Cada tira (2) tem uma seção transversal que é aproximadamente um arco de círculo, tanto mais visível quanto maior a largura da tira (2), de modo que de um lado da esterilha (1 ), vê-se o lado convexo de todas as tiras (2) e do outro, vê-se o lado côncavo. O lado côncavo das tiras coincide com a face interna do tubo do bambu, enquanto que o lado convexo coincide com a face externa do bambu. Desse modo, denominamos face externa da esterilha (1) a face que corresponde à face externa do tubo, e face interna da esterilha (1) a face que corresponde à face interna do tubo.

O empilhamento das esterilhas (1) é feito de modo que a face interna da esterilha de cima esteja em contato com a face externa da esterilha de baixo, sem a necessidade de que as tiras (2) sobrepostas tenham a mesma largura e que as esterilhas (1) tenham o mesmo número de tiras (2) (Figuras 1 ,2 e 3).

O adesivo é espalhado sobre as faces interna e externa das esterilhas (1), que recebem, opcionalmente, o elemento ligante sólido maleável (3) na interface das esterilhas, conforme Figura 2, onde é mostrado o módulo ou célula da barra de esterilhas de bambu coladas que, ao repetir-se em um número qualquer de vezes, produz a barra de esterilhas de bambu coladas com diferentes alturas.

Quanto aos materiais componentes da barra de esterilhas de bambu coladas, de acordo com as Figuras 1 , 2 e 3, as esterilhas (1) são o bambu aberto em tiras (2). O adesivo é um elemento fluido capaz de colar celulose e outros tipos de materiais, como tecidos, plásticos ou metais. O elemento ligante sólido maleável (3) é uma membrana maleável selecionada do grupo compreendendo tecidos, telas plásticas ou metálicas e/ou chapas metálicas de pequena espessura.

Quanto ao funcionamento da barra de esterilhas de bambu coladas, as tensões internas causadas por esforços solicitantes de flexão, corte, tração, compressão ou torção, dependerão da direção de solicitação e são estimadas pelas equações correntes da resistência dos materiais. Como em todo laminado colado, os maiores cuidados estão relacionados com as tensões de cisalhamento (10 e 11) entre as lâminas, de forma que elas possam ser devidamente absorvidas (Figura 3). Nesse caso, a força cortante (7), devido à flexão simples da barra por ação de cargas transversais na direção do eixo (5), produz as tensões de cisalhamento (10), que devem ser controladas por dimensionamento correto para que não rompam a colagem das esterilhas (1) sobrepostas. Por outro lado, na eventualidade de surgirem tensões de cisalhamento (11), causadas por forças cortantes (8), elas agirão no sentido de cortar tanto as ripas (2) quanto o elemento ligante sólido, quando este estiver presente (3).

Caso se aplique torção na barra (9), surgirão ambas as tensões de cisalhamento (10 e 11 ), com valor máximo no centro de cada lado da seção transversal da barra de esterilhas de bambu coladas e próximas à superfície da barra, devendo ser, do mesmo modo, devidamente investigadas para um correto dimensionamento estrutural.

Tem-se também o efeito de Poisson, que consiste das deformações transversais ao eixo de uma viga, ainda que na ausência de tensões normais nessa direção. Nesse caso, poderia acontecer que tiras (2) vizinhas pudessem se afastar lateralmente umas das outras, nas zonas sob tensões normais de compressão no sentido longitudinal da barra, durante a flexão (R.C. Hibbeler, Resistência dos Materiais, Prentice Hall Ed., 5^a Ed., 2004). Já que algumas tiras (2) podem estar empilhadas com mesma largura, a presença do elemento sólido maleável (3) evitaria que a barra de esterilhas de bambu coladas fosse partida longitudinalmente e verticalmente, mantendo-se, portanto, íntegra.

Como a barra de esterilhas de bambu coladas é uma barra composta, baseada em um elemento colante, todas as recomendações técnicas dos adesivos, exigidas para uma colagem eficaz, devem ser corretamente seguidas. Devem ser controlados, por exemplo, alguns parâmetros: preparo e limpeza da superfície adesiva dos bambus, tempos de molhagem, cura, umidade dos aderentes, temperatura de colagem, pressão e tempo de prensagem dos componentes, tempo de repouso após a colagem, dentre outros cuidados. Como a face externa das esterilhas (1) contém sílica, cera e alta concentração de fibras, elas devem ser lixadas previamente à abertura do bambu em esterilhas, para retirada da cera e parte da sílica, sem retirada excessiva do tecido resistente, conseguindo-se, desse modo, a limpeza e regularização dessa face mais resistente da esterilha. Contrariamente, a face interna das esterilhas tem baixa resistência mecânica, tendo em vista a baixa concentração de fibras, sendo que na superfície não existem fibras, podendo ser aplainadas, para se obter a regularização, sem perda de material resistente. Desse modo, ao ser empilhada, a face interna da esterilha de cima assenta-se com um mínimo de vazios (12) sobre a face externa da esterilha de baixo, já que as tiras tiveram a curvatura reduzida pelos desbastes de lixamento e aplainamento, conseguindo-se assim, a configuração apropriada para um funcionamento mecânico adequado da barra de esterilhas de bambu coladas.

Os processos de fabricação da barra de esterilhas de bambu coladas consistem, também, no corte diametral prévio do bambu em duas partes, que facilita a produção de esterilhas, dando velocidade ao processo, ainda que as esterilhas obtidas tenham a metade da largura de uma esterilha feita a partir da abertura de um tubo completo. Desse modo, os nós do bambu ficam expostos e podem ser facilmente retirados por martelamento, enquanto que o semi- cilindro resultante da abertura do bambu em duas partes já é uma superfície aberta, podendo ser facilmente achatada e transformada em esterilha.

Posteriormente, é realizada a abertura das esterilhas em pequenas larguras, da ordem de, aproximadamente, um décimo do diâmetro externo do bambu, que resultam em esterilhas com tiras (2) aparelhadas, de, aproximadamente, 1 cm, e geometria mais adequada ao bom funcionamento da barra de esterilhas de bambu coladas. O processo de fabricação de esterilhas apropriadas ao objeto da matéria tratada complementa-se com a abertura de tiras sendo executada pela cravagem de lâmina(s) cortantes tanto na face externa como na face interna dos bambus.

Os processos de empacotamento da barra de esterilhas de bambu coladas dependerão de muitas variáveis. Por exemplo, o empacotamento das esterilhas (1), Figura 1 , poderá ser feito de diversas maneiras, seja por sobreposição, justaposição e/ou fixação de cada esterilha (1) na posição adequada, antes da prensagem, que poderá exigir gabaritos ou formas específicas. Tem influência no processo de fabricação a forma dada ao eixo da barra de esterilhas de bambu coladas, se retilínea ou curva. Do mesmo modo, poderá influenciar também no processo de fabricação o tipo de elemento ligante sólido maleável (3), quando utilizado, se um tecido, se uma tela plástica ou se uma chapa metálica de pequena espessura, bem como o tipo de adesivo e o tipo de prensagem, se a quente ou a frio. As quatro faces longitudinais e as faces transversais extremas da barra de esterilhas de bambu coladas têm frestas, devido às irregularidades das esterilhas, e podem demandar um acabamento final, que pode incluir corte com serra, para se chegar a uma seção transversal constante, e preenchimento das frestas, preferencialmente, com massa composta de serragem e cola. Do mesmo modo, da barra matriz de esterilhas de bambu coladas, Figura 1 , podem ser retiradas várias vigas da barra de esterilhas de bambu coladas de menor largura, Figura 3; processo conhecido como desdobramento da barra.

A barra de esterilhas de bambu coladas é caracterizada por poder ser aplicada em estruturas reticuladas da construção civil.

A presente invenção pode ser mais bem compreendida através dos seguintes exemplos, não limitantes:

Exemplo 1 - Barra PVA sanduíche.

Bambus de, aproximadamente, 10 cm de diâmetro e 9 mm de espessura de parede foram abertos e aplainados no plano horizontal para produzir esterilhas (Figura 4). Para o acabamento, utilizou-se, no lado externo do bambu, o lado que brilha e que é mais resistente, uma lixadeira e, no lado interno, que é menos resistente, uma plaina. Posteriormente, utilizou-se uma plaina também no lado lixado, com cuidado para não retirar muito material resistente. O acabamento das esterilhas produz longas placas com espessura de parede constante, as lâminas (Figura 5).

As falhas entre as tiras de esterilha foram preenchidas com uma massa composta de serragem e de adesivo (PVA), nas duas faces da esterilha. O empilhamento foi realizado antes que a cola entrasse em reação. Após empilhamento, as lâminas foram comprimidas a frio, umas sobre as outras, formando a barra de esterilhas de bambu coladas, de uma forma bruta. Para o acabamento das barras, utilizou-se serra circular para a retirada dos excedentes e plaina para o acabamento final.

Para a construção da barra PVA sanduíche, utilizou-se cola de acetato de polivinila (PVA) como adesivo para unir as lâminas. A barra de PVA sanduíche foi construída com 1 ,35m de comprimento usando cola PVA e um tecido de algodão entre as lâminas, na barra central, com o objetivo de integrar o produto final (Figuras 6B e 7B). A Tabela 1 mostra a geometria da barra de PVA sanduíche.

Tabela 1 - Tipo e geometria das barras

A Figura 8 mostra o desenho experimental do ensaio de flexão em três pontos. Desprezando-se o peso das barras, as tensões normais e de cisalhamento máximas podem ser estimadas através de equações simples de Resistência de Materiais (a) e (b). Da mesma maneira, os módulos de elasticidade em flexão podem ser estimados pela equação (c), (ver R.C. Hibbeler, Resistência dos Materiais, Prentice Hall Ed., 5^a Ed., 2004).

Px l₀ x H

8/

3P

(b)

4M

As Figuras 9 e 10 mostram o resultado do ensaio de flexão em três pontos para a barra PVA sanduíche. Observa-se que a relação foi linear. O rápido relaxamento da barra foi evidente durante o carregamento da barra porque os resultados não estabilizaram a cada deslocamento controlado. A barra deformou-se muito, sem se romper. Imediatamente após a descarga, a barra estava totalmente deformada, como mostrado na Figura 9. Porém, após 7 dias, apenas um arco com flecha de 2,8 cm permaneceu. Isso mostra que a barra apresentou um relaxamento elastoplástico.

A Figura 10 mostra os resultados do teste mecânico. O momento de inércia (I) para a barra sanduíche foi de 334 cm⁴. A tensão de compressão normal e de cisalhamento máximas obtidas, estimadas através das Eq. (a) e (b), foram, respectivamente:

Esses valores são muito menores do que a resistência média do bambu Phyllostachys pubencens sob tensões de compressão e de cisalhamento paralelo às fibras, 80 MPa e 8 MPa, respectivamente.

Já a Eq. (c) fornece um módulo de elasticidade na flexão (E_b) igual a

„ 160x l000³ _xrD

E. = = 998 MPa

48 x334x 10

Esse valor relativamente baixo em relação ao módulo de compressão paralelo às fibras para esta espécie de bambu, medida como E_c =11300 MPa, mostra a grande influência da tensão de cisalhamento na linha elástica e o comportamento plástico da cola PVA. Esse resultado mostra também que o módulo transversal G para a barra sanduíche com cola PVA é muito pequeno, embora não computado nestas investigações.

O dobramento da curva na Figura 10 mostra um passo de carga seguido de relaxamento. Na realidade, o relaxamento desta barra foi constante e a linha reta da Figura 10 foi obtida apenas porque não foi dado tempo suficiente para relaxação da barra. Esta barra perdeu rapidamente sua capacidade de carga pela relaxação. Porém, a barra não perdeu sua forma original nem colapsou, apesar do grande deslocamento obtido, mantendo uma integridade formal.

Exemplo 2 - Barra PVA simples.

Para a construção da barra PVA simples, utilizou-se cola de acetato de polivinila (PVA) como adesivo para unir as lâminas. A barra PVA simples foi construída com 2,7m de comprimento usando cola PVA, sem tecido de algodão entre as lâminas (Figuras 6A e 7A). Os procedimentos de produção da barra foram realizados como descrito para a barra PVA sanduíche. A Tabela 1 mostra a geometria da barra PVA simples.

As Figuras 11 e 12 mostram o resultado do ensaio de flexão em três pontos para a barra PVA simples. Observou-se uma acomodação interna para a barra PVA simples. Porém, essa foi menor do que a observada para a barra PVA sanduíche. A curva de deslocamento de carga também ficou, aproximadamente, linear. A barra também se manteve em perfeito estado até a falha entre as lâminas pela tensão de cisalhamento.

A flecha máxima diminuiu, consideravelmente, em relação à barra PVA sanduíche e, 7 dias após o descarregamento, a barra não apresentou deformação plástica visível. Portanto, essa barra apresentou deformação mecânica com relaxamento elástico.

O momento de inércia (I) para esta barra simples foi de 376 cm⁴. As tensões de compressão normal máxima e de cisalhamento máximo obtidas, estimadas através das Eq. (a) e (b), foram, respectivamente,

Esses valores são também muito menores do que a resistência média do material da espécie Phyllostachys pubencens sob tensões normais e cisalhamento paralelo, 80 MPa e 8 MPa, respectivamente. A falha, nesse caso, ocorreu pela tensão de cisalhamento entre as lâminas, e o baixo valor de resistência obtido é um problema a ser solucionado. O módulo de elasticidade (E_b) foi calculado em

_^ 88.25 x 2500³ _{l jrn}

E. =— j- = 7640 MPa

b 48 x376x l0⁴

Esse resultado mostra que a tensão de cisalhamento continua a influenciar a flecha máxima, visto que o módulo de elasticidade à compressão paralela às fibras foi igual a E_c =1 1300 MPa; mas houve um ganho de rigidez de 7,65 vezes em relação à barra sanduíche. Novamente, observou-se o relaxamento da barra, embora menor do que o da barra PVA sanduíche; e a barra manteve sua configuração adequada até a falha.

Exemplo 3 - Barra poliuretano simples

Para a construção da barra poliuretano simples, utilizou-se resina poliuretana monocomponente derivada do óleo de mamona como adesivo para unir as lâminas. A barra poliuretano simples foi construída com 1 ,35 m de comprimento, sem tecido de algodão entre as lâminas (Figuras 6C e 7C). Os procedimentos de produção da barra foram realizados como descrito para a barra PVA sanduíche. A Tabela 1 mostra a geometria da barra poliuretano simples.

Esta resina semi-biológica resistente e de baixo custo é 50% feita com óleo de mamona. Esse fato é coerente com o interesse global no uso de recursos sustentáveis e não-poluentes. As Figuras 14 e 15 mostram o resultado do ensaio de flexão em três pontos para a barra poliuretano simples.

As Figuras 14 e 15 apresentam a curva de Carga versus Deslocamento para a barra colada com resina de poliuretano. O momento de inércia (I) para esta barra simples foi de 376 cm⁴. As tensões normais de compressão e de cisalhamento máximas, estimadas pelas Eq. (a) e (b) foram, respectivamente

2900 x 1200x 67 _Λ

a_b = — = 11.4 MPa

8 x 256 10' Esses valores são também muito menores que a resistência média do material da espécie Phyllostachys pubencens sob tensão de compressão e de cisalhamento paralelo às fibras, 80 MPa e 8 MPa, respectivamente. A falha, nesse caso, ocorreu por flambagem local da lamina superior, Figura 13. Esta flambagem começou com uma tensão de compressão de 11 ,4 MPa e avançou até a tensão limite de 19,7 MPa. Nesse momento, a resistência da seção transversal diminuiu e a capacidade de carga local caiu subitamente de 5 kN para 3,2 kN; mas a carga se manteve estável. Para a cola de poliuretano não foi observado relaxamento ou acomodação interna do material. A viga continuou estável até o início da flambagem local. Esse comportamento favorável não foi observado para as barras anteriores, que apresentaram uma relaxação contínua, demonstrada pela queda constante da carga aplicada. As tensões normal e de cisalhamento para a carga máxima aplicada foram

O módulo de elasticidade em flexão E_b foi calculado em

541,69 * 1200^

48 x 256 x IO⁴

Esse resultado mostra que a tensão de cisalhamento continua influenciando a flecha máxima, visto que o módulo de compressão paralela às fibras foi de E_c =11300 MPa; mas em uma menor quantidade do que a da barra sanduíche. Diferentemente de outros adesivos, essa barra não apresentou acomodação durante o teste. A carga foi estável até o valor de 3000 N. A partir deste valor até a carga final, a flambagem local progressiva tornou a carga aplicada instável.

Essa barra se mostrou viável para elementos estruturais, porque nenhuma instabilidade da carga aplicada foi observada até o início da flambagem local.

O relaxamento observado na barra sanduíche foi devido ao tecido de algodão embebido com cola PVA. A cola PVA demonstrou-se muito flexível e plástica. Na realidade, a superfície fraca de uma lâmina é colada ao tecido, que é colado à superfície resistente da lâmina inferior. Então, é fácil prever a distorção causada pela tensão de cisalhamento nesta espessura fraca, que é também seguida de relaxamento interno. Outros tipos de reforços podem ser experimentados com outros tipos de cola. A igualdade entre os módulos de elasticidade das barras simples de PVA e de resina de poliuretano mostra que este é o módulo de elasticidade em flexão possível para este tipo de configuração, que é 0,67% do módulo de elasticidade sob compressão, ou E_b=0,67E_c.

A Figura 16 refere-se a um novo teste de flexão em 3 pontos, com camadas de esterilhas coladas com resina poliuretana. A seção transversal da barra é de 107 mm de largura por 67 mm de altura. Trata-se de um teste de flexão em 3 pontos, com vão livre de 1 ,2 m e comprimento da barra de 1 ,5 m. A barra apresentou comportamento perfeitamente linear carga versus flecha vertical medida no centro da barra, o que representa um material Hookeano. Dessa reta pode-se obter o módulo de elasticidade em flexão E_b = 8070 MPa.

A mesma barra foi também testada com as lâminas de esterilha colocadas verticalmente, ou seja, com base de 67 mm e altura de 107 mm. A Figura 17 mostra o resultado do teste em três pontos da viga nessa posição. Novamente, o comportamento linear elástico é verificado e o módulo de elasticidade, nesse caso, caiu para E = 6755 MPa. Contudo, a integridade e o bom funcionamento da barra é totalmente favorável, demonstrando que ela pode também ser utilizada como coluna, desde que seja dimensionada com os diferentes módulos de elasticidade, um para cada direção. A Figura 18 mostra o teste de relaxação. A relaxação é a perda de capacidade de carga em relação à duração do carregamento; fenómeno observado em todos os materiais celulósicos, incluindo aí as madeiras em geral. Essa relaxação deve ser avaliada e antecipada, para o dimensionamento adequado dos elementos estruturais. Deste teste, resultou uma equação logarítimica com 96% de ajuste, de acordo com o parâmetro R². Considerando- se uma duração do carregamento de 6 meses, ou 4320 horas, teríamos uma carga resistente de 6703 N, o que corresponde a uma perda de 25 % da carga inicial aplicada, considera ndo-se um deslocamento fixo. Para um ano, ou 8640 horas, teríamos uma carga resistente de 6492 N; uma perda de 28 % em relação à carga inicial e somente de 3 % em relação à carga resistente aos 6 meses. Pode-se traduzir a relaxação, de maneira simplificada, como uma perda diretamente proporcional do módulo de elasticidade, de 28%, para um carregamento permanente. Disso, resulta uma flecha total igual a 1 ,38 vezes a flecha elástica, caso fosse utilizado o módulo, sem considerar a perda por relaxação. Este valor é totalmente compatível com os resultados encontrados para as madeiras em geral, que dão valores máximos de 1 ,5; para madeiras secas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. BARRA DE ESTERILHAS DE BAMBU COLADAS, caracterizada por compreender uma estrutura interna composta de, pelo menos, duas esterilhas (1) sobrepostas ou justapostas longitudinalmente e unidirecionalmente; e conectadas por meio de, pelo menos, um tipo de adesivo.

2. BARRA DE ESTERILHAS DE BAMBU COLADAS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo empilhamento das esterilhas (1) ser feito de modo que a face interna da esterilha de cima esteja em contato com a face externa da esterilha de baixo, sem a necessidade de que as tiras (2) sobrepostas tenham a mesma largura e que as esterilhas (1) tenham o mesmo número de tiras (2).

3. BARRA DE ESTERILHAS DE BAMBU COLADAS, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizada pelo adesivo ser espalhado sobre as superfícies interna e externa das esterilhas (1), que podem receber um elemento ligante sólido maleável (3) na interface das esterilhas, conforme a Figura 2.

4. BARRA DE ESTERILHAS DE BAMBU COLADAS, de acordo com as reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo adesivo ser um elemento fluido capaz de colar celulose e outros tipos de materiais, como tecidos, plásticos ou metais.

5. BARRA DE ESTERILHAS DE BAMBU COLADAS, de acordo com as reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo adesivo ser preferencialmente resina poliuretana derivada do óleo de mamona.

6. BARRA DE ESTERILHAS DE BAMBU COLADAS, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo elemento ligante sólido maleável

(3) ser uma membrana maleável selecionada do grupo compreendendo tecidos, telas plásticas ou metálicas e/ou chapas metálicas de pequena espessura.

7. BARRA DE ESTERILHAS DE BAMBU COLADAS, de acordo com as reivindicações 1 a 6, caracterizada pelas esterilhas (1) serem aparelhadas ou regularizadas por remoções de material nas suas faces interna e externa, previamente à montagem e colagem da barra, sendo a face externa, preferencialmente, lixada; e a face interna, preferencialmente, aplainada.

8. BARRA DE ESTERILHAS DE BAMBU COLADAS, de acordo com as reivindicações 1 a 7, caracterizada pelas esterilhas apresentarem tiras (2) aparelhadas, de aproximadamente 1 cm.

9. BARRA DE ESTERILHAS DE BAMBU COLADAS, de acordo com as reivindicações 1 a 8, caracterizada pelas frestas devido às irregularidades das esterilhas serem preenchidas, preferencialmente, com massa composta de serragem e cola.

10. BARRA DE ESTERILHAS DE BAMBU COLADAS, de acordo com as reivindicações 1 a 9, caracterizada por poder ser fabricada com eixo reto ou curvo.

11. BARRA DE ESTERILHAS DE BAMBU COLADAS, de acordo com as reivindicações 1 a 10, caracterizada por admitir ser desdobrada em elementos menores, após a cura completa do elemento colante.

12. BARRA DE ESTERILHAS DE BAMBU COLADAS, de acordo com as reivindicações 1 a 11, caracterizada por poder ser aplicada em estruturas reticuladas da construção civil.

13. PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE BARRA DE ESTERILHAS DE BAMBU COLADAS, caracterizado por compreender as seguintes etapas: a) lixagem da parte externa do bambu;

b) abertura das esterilhas (1) em tiras (2), preferencialmente por lâmina(s) cravada(s) na face externa do tubo de bambu e também na face interna;

c) regularização das esterilhas (1) por desbaste de plaina e/ou lixadeira;

d) empacotamento das esterilhas utilizando adesivo e, opcionalmente, um elemento ligante sólido maleável.

14. PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE BARRA DE ESTERILHAS DE BAMBU COLADAS, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pela esterilha poder ser fabricada a partir de um corte longitudinal do bambu por um plano de corte passando pelo centróide da seção transversal.

15. PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE BARRA DE ESTERILHAS

DE BAMBU COLADAS, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelas tiras (2) apresentarem pequenas larguras, da ordem de aproximadamente 1/10 do diâmetro externo do tubo, ou aproximadamente 1 cm.

16. PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE BARRA DE ESTERILHAS

DE BAMBU COLADAS, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo empacotamento ser realizado por sobreposição, justaposição e/ou fixação de cada esterilha (1), antes da prensagem.