Abstract Synthetic fibres applied as reinforcement in glued laminated timber (glulam) intend to increase the mechanical performance of beams, changing the brittle to ductile mechanical behaviour of wooden beams. This paper investigates the experimental results of glulam beams reinforced with synthetic fibre subjected to bending and compares them with those obtained by both an analytical method and the numerical method using the Ansys® software. Glulam beams were produced with a low-grade strength class wood species (Pinus elliottii) glued with an adhesive of emulsion isocyanate polymeric and reinforced with Vectran® synthetic fibres, positioned on the bottom of the beam. This type of fibre is not yet widely used for structural reinforcement. A three-point bending test was performed for loading in the elastic regime of the glulam beams. The results obtained indicate acceptable approximations of vertical displacements and normal stresses due to the bending of the beam with eight layers of synthetic fabric, both favourable to structural safety, in addition to the significant increase in stiffness of glulam with the introduction of Vectran® fibre reinforcement.

Resumo O uso de fibras sintéticas como reforço em madeira lamelada colada (MLC) tem a finalidade de melhorar o desempenho mecânico de vigas, alterando o mecanismo de ruptura de frágil para dúctil. Este artigo tem por objetivo investigar resultados experimentais de flexão estática de vigas MLC reforçadas com fibras sintéticas e comparar com resultados obtidos tanto por método analítico quanto por numérico com o auxílio do software Ansys ® . As vigas de MLC foram produzidas com Pinus elliottii, uma espécie de madeira de baixa resistência, colada com adesivos de emulsão polimérica de isocianato (EPI) e reforçadas com tecido de fibras sintéticas de Vectran ® posicionado na face inferior da viga. Este tipo de fibra ainda não é largamente utilizado para reforço estrutural. Foi realizado ensaio de flexão a três pontos com carregamento no regime elástico das vigas de MLC. Os resultados obtidos mostram aproximações aceitáveis do deslocamento vertical e tensões normais devido à flexão da viga com reforço de oito camadas de tecido sintético, ambos a favor da segurança, além do expressivo aumento de rigidez da viga ao se introduzir o reforço de fibras de Vectran ® .

Resumo As placas de madeira lamelada colada cruzada (em inglês, cross laminated timber [CLT]) vêm sendo utilizadas na construção civil devido a seu elevado desempenho arquitetônico e estrutural e por questões de sustentabilidade. Por ser um produto compósito ortotrópico, o conhecimento das características mecânicas de sua matéria prima nas direções em que são utilizadas é relevante para o projeto estrutural destas placas. O presente trabalho avalia os resultados experimentais de amostras extraídas de placas industrializadas de CLT produzidas com madeira da espécie Pinus taeda L. Foram realizados ensaios de compressão paralela e normal às fibras e ensaios de flexão. Verificou-se a conformidade da distribuição dos resultados experimentais com distribuições gaussianas. Foi utilizada a transformação de Johnson em resultados não compatíveis com a distribuição normal. Além disso, foram obtidos e discutidos coeficientes de correlação, valores característicos e classes de resistência de camadas do CLT. Identificou-se associação significativa entre as variáveis e um comportamento não linear na relação força × deslocamento de uma das amostras. Os resultados apresentados neste estudo podem ser empregados em projetos de placas de CLT considerando-se a diferença de materiais entre as camadas por métodos analíticos, numéricos ou de confiabilidade.

Abstract Cross Laminated Timber (CLT) plates are used in the construction industry both due to their high architectural and structural performance and for sustainability reasons. Because it is an orthotropic composite product, knowledge of the mechanical characteristics of its raw material in the directions of use is relevant to the structural design of such plates. This paper analyses the experimental results of samples extracted from industrialised CLT plates. The plates were produced with wood of the species Loblolly Pine (Pinus taeda L.). Compression tests parallel and perpendicular to the grain, as well as bending tests were carried out. The conformity of the results distribution with Gaussian distributions was verified. Johnson’s transformation was used for results not compatible with the normal distribution. In addition, the correlation coefficient, characteristic values and strength classes of CLT layers are presented and discussed. A significant association between the variables and nonlinear behaviour in the force × displacement relationship of one of the samples was identified. The results presented in this study can be used in CLT plate design, considering the difference in materials between layers by analytical, numerical or reliability methods.

Resumo A confiabilidade está relacionada ao grau de confiança de um sistema, o qual deve ser estabelecido em projeto, prevendo-se e especificando-se suas condições de operação. O Anexo E da norma NBR 7190:1997 destinada a projetos de estruturas de madeira apresenta resultados de uma ampla amostragem de diferentes espécies de dicotiledôneas e coníferas, com grande variação no número de exemplares, fixando um coeficiente de variação (CV) para solicitações normais e tangenciais igual a 18% e 28%, respectivamente. Este trabalho avaliou, com enfoque probabilístico, a distribuição de frequência de resistência à compressão paralela às fibras das amostras apresentadas no modelo normativo, buscando especificar-se o índice de confiabilidade estabelecido. Os resultados apontam que os dados propostos podem não ser normalmente distribuídos, acarretando distorções na obtenção da resistência característica. A adoção de um único coeficiente de variação para coníferas e dicotiledôneas não foi ratificada na análise dos dados e, ao se considerar a homogeneização de classes, também são gerados diferentes coeficientes de variação. Sobre a proposta de revisão da NBR 7190, conclui-se que a inclusão de mais uma classe de resistência (D50) melhora a distribuição das amostras, contudo, a supressão do Anexo E dificulta a categorização das classes por espécies.

Abstract Reliability is related to the degree of reliability of a system, which must be established in the design, which should predict and specify itsoperating conditions. Annex E of standard NBR 7190:1997 for wooden structure projects presents results from a wide sampling of different dicotyledonous and coniferous species, with great variation in the number of specimens, fixing a coefficient of variation (CV) for normal and shear strength equal to 18% and 28%, respectively. This study evaluated, by using a probabilistic approach, the frequency distribution of samples of compressive strength parallel to the grain presented in the standard, seeking to specify the reliability index established. The results indicate that the data proposed may not be normally distributed, leading to distortions in the obtention of the characteristic strength. The adoption of a single coefficient of variation for the coniferous and dicotyledonous species is not ratified in the analysis of the data and, when considering the homogenisation of classes, different coefficients of variation are also generated. Regarding the proposed revision of NBR 7190, it is concluded that the inclusion of one more resistance class (D50) improves the distribution of the samples, however, the suppression of Annex E hinders the categorisation of classes by species.

Resumo Alguns fatores, tais como ações ambientais e aumento de carga, podem causar a necessidade de restaurar um elemento estrutural. Um método eficiente tipicamente utilizado é reforçar a estrutura com um material que apresente altas propriedades mecânicas. Neste estudo foi desenvolvida uma abordagem numérica de vigas de madeira laminada colada reforçadas com as seguintes fibras sintéticas: Vectran®, carbono e vidro. As fibras de Vectran® têm alto desempenho e são empregadas em várias áreas, mas ainda não como reforço estrutural. Os modelos das vigas foram desenvolvidos no software Ansys versão 12, e os resultados foram analisados considerando-se as máximas tensões e os deslocamentos. Quando comparado com vigas sem reforço, o reforço de fibra absorveu grande parte das tensões atuantes e reduziu os valores máximos de tensão de tração e de deslocamento. Considerando-se as propriedades mecânicas e o custo do material, a fibra de Vectran® é uma alternativa interessante para reforço estrutural, estando seu desempenho mecânico em um nível intermediário entre a fibra de carbono e a fibra de vidro.

Abstract Some factors, such as environmental actions and load increases, can cause a necessity to restore a structural element. An efficient method typically used is to reinforce the structure with a high mechanical property´s material. In this study, a numerical approach of glued laminated timber beams reinforced with the following synthetic fibers: Vectran®, carbon and glass fibers was developed. Vectran® fibers have high performance and are employed in various areas, but not yet as a structural reinforcement. The beam models were designed on Ansys software-version 12 and the results were analyzed regarding the maximum stresses and displacements. When compared to unreinforced beam, the fiber reinforcement absorbed a great part of the acting stresses, reducing the tensile stress and the displacement maximum values. Considering mechanical properties and the material cost, Vectran® fiber is an interesting alternative for structural reinforcement, fitting its mechanical performance at an intermediate level between carbon fiber and glass fiber.

A retração na madeira pode ser analisada sob o ponto de vista de sua influência em tensões, deformações e deslocamentos, presentes nas estruturas. Essa retração pode ser computada como parcela nas relações tensão-deformação, considerando-se nessa análise uma peça de madeira em forma de tronco cilíndrico sem forças externas, num sistema de coordenadas cilíndricas. Devido à simetria radial o campo de deslocamentos é função do raio e o deslocamento na direção angular é nulo. Considerando-se também que a deformação longitudinal seja constante, as deformações são escritas em função dos coeficientes de deformação reduzida e de um coeficiente associado denominado de k, apresentados por Lekhnitskii, os quais dependem das propriedades de elasticidade do material. Com isso a equação diferencial que rege esse problema é função dos coeficientes de deformação e consequentemente da retração. Para exemplificar o uso da equação regente do problema e consequente determinação de tensões nas direções radial e tangencial e deslocamentos radiais foram utilizados os coeficientes de elasticidade da espécie de madeira Pinus caribaeaobtidos em procedimento experimental auxiliar. De um modo geral, os resultados mostraram a importância de se verificar a influência da retração no estado de tensão radial e tangencial e nos deslocamentos radiais em peças de madeira.

The shrinkage in wood can be analyzed under the point of view of the influence on stresses, strains and displacements present in the structures. Thus, the shrinkage can be computed as parcel in the stress-strain relationship, considering in this analysis a piece of wood in form of cylindrical stem without external forces, in a system of cylindrical coordinates. Due to the radial symmetry, the field of displacements is function of radius and the angular displacement is null. Considering also the longitudinal strain is constant, the strains are written in function of the reduced strain coefficients and an associate coefficient denominated byk, presented by Lekhnitskii, which depend on the material elastic properties. With this, the differential equation that conducts this problem is function of the coefficients of strain and consequently of the shrinkage. As example of the use of the regent equation and consequently determination of stresses in the radial and tangential directions it was used the elastic coefficients of the wood species Pinus caribaea obtained in auxiliary experimental procedure. In general, the results indicated the importance of verifying the influence of the shrinkage in the of radial and tangential stress state and also in displacements of the wood pieces.

A concern with a great number of bridges with significant pathological problems was the motivating factor to carry out this research. Small and medium size bridges have significant relevance for the economic and social development of the country, because they must ensure the transit of people, vehicles with raw material and local produce. However, the precarious conditions of bridges in the urban and rural areas make the displacement difficult, causing discomfort and unsafety for users. Furthermore, the transportation costs for producers and the maintenance for the local government continue to increase. This article intends to show the conservation conditions of small and medium sized bridges in the urban and rural region of Campinas (SP)-Brazil. Thus, this study is based on the analysis of four bridges of this region, in which is presented several examples in situ of the pathological manifestations in concrete, steel and wood bridges. This article also focuses on the design of bridges and its relationship with the pathological condition establishing concepts that could be applied to the corrective method and the pathology identification in concrete, steel and wood bridges. Finally, it aims to conclude that the most appropriate way to avoid a pathological state is preventive maintenance.

La preocupación con un gran número de puentes con importantes problemas patológicos fue el factor de motivación para llevar a cabo esta investigación. Puentes de tamaños mediano y pequeño tienen relevancia significativa en el desarrollo económico y social del país, pues deben garantizar el tránsito de personas, vehículos, materias primas y productos locales. Sin embargo, las precarias condiciones de los puentes en las zonas urbanas y rurales hacen difícil el desplazamiento, causando incomodidad e inseguridad para los usuarios. Por otro lado, los costos de transporte para los productores y el mantenimiento para los gobiernos locales continúan aumentando. Este artículo tiene la intención de evaluar las condiciones de conservación de puentes pequeños y medianos en la región urbana y rural de Campinas (SP)-Brasil. Así, este estudio se basa en el análisis de cuatro puentes de esta región, en los que se presentan varios ejemplos sobre el terreno de las manifestaciones patológicas en puentes de concreto, acero y madera. Este artículo también se centra en el diseño de puentes y la relación con su estado patológico estableciendo conceptos que podrían aplicarse al método correctivo y a la identificación de la patología en puentes de concreto, acero y madera. Por último, el objetivo es concluir que la forma más adecuada para evitar un estado patológico es el mantenimiento preventivo.

As estruturas sanduíche têm despertado grande interesse e já estão bastante difundidas em diversos segmentos industriais, sendo suas principais utilizações nas indústrias aeroespacial, militar e civil. Este fato se deve à sua propriedade de combinar alta rigidez à flexão e baixo peso, resultando em uma estrutura muito eficiente. Neste trabalho foram analisadas as estruturas tipo sanduíche, considerando seu comportamento mecânico e possíveis aplicações na construção civil. É apresentada uma rotina para elaboração de projetos para a construção civil utilizando as estruturas sanduíche, com ênfase em estruturas planas, tais como vigas e placas. Emprega-se também uma ferramenta, planilha eletrônica, para analisar e avaliar a aplicação de diversos materiais de construção em estruturas tipo sanduíche.

Sandwich structures have aroused much interest and are already widespread in different industrial sectors, especially in aerospace, military and construction. This is due to their characteristic of being able to combine high bending rigidity and low weight, resulting in a very efficient structure. In this paper, sandwich structures were analyzed considering their mechanical behavior and possible applications in the building industry. A routine is presented for the development of designs for the construction industry, using sandwich structures, emphasizing flat structures, such as beams and plates. A spreadsheet is also used to analyze and evaluate the application of various building materials in sandwich structures.

De modo geral, a aplicação racional de materiais de construção requer o desenvolvimento ou aprimoramento de técnicas construtivas. Nesse sentido, a utilização do concreto e da madeira, materiais tradicionais e de grande aceitação em construções rurais, formando estruturas mistas, constitui-se em uma solução viável por apresentar desempenhos estrutural e econômico adequados, bem como boa durabilidade. Particularmente, a efetivação desse sistema estrutural deve ser assegurada por meio de uma ligação na interface dos materiais, podendo ser do tipo discreta (elementos metálicos: parafusos, barras de aço, pregos, etc.) ou contínua (adesivo epóxi). Na construção civil, diversos tipos de aplicações podem ser contemplados com esse sistema estrutural, tais como restaurações ou construções de novas pontes. De fato, em estradas vicinais, existe um grande número de pontes de madeira que necessitam de reformas e também há a necessidade de construção de pontes novas. De maneira geral, as pontes são expostas a condições severas de intemperismo e carregamento, necessitando, desse modo, de estudos cuidadosos para que se possa avaliar com maior precisão os mecanismos da ligação, bem como o comportamento da estrutura mista em toda sua vida útil. Nesse contexto, ao serem analisados, neste artigo, os diversos aspectos que envolvem o desempenho das estruturas mistas em madeira-concreto e também o comportamento mecânico das ligações nessas estruturas, pode-se concluir que essa técnica é viável para construção de pontes das estradas vicinais. Além disso, pesquisas adicionais sobre efeitos de carregamento de longa duração, variações de temperatura e umidade são necessárias para melhorar os modelos de simulações.

In general, the rational application of construction materials requires the development or improvement of building techniques. Thus, the use of concrete and timber, traditional materials largely accepted in rural buildings, making composite structures, constitutes a possible solution for presenting adequate structural and economical performances and durability too. In particular, the effectiveness of this structural system must be assured by a connection at the interface of the materials, and it can be of discrete (metallic elements: screws, steel bars, nails etc) or continuous types (epoxy adhesive). Several kinds of civil construction applications can be contemplated by this structural system, as in restorations or construction of new bridges. In fact, along the vicinal roads, there is a large number of timber bridges that need restorations and there is a need to construct new bridges as well. General speaking, bridges are exposed to severe weather and loading conditions, and, thus, they must be carefully studied, so that the connection mechanisms can be more precisely evaluated, as well as the composite structure behavior during its entire life. In this context, by analyzing the several aspects that involve the performance of the timber-concrete composite structures and, also the mechanical behavior of the connections in these structures, we conclude, in this article, that this construction technique is feasible for bridges in vicinal roads. Further, additional research on the long-term loading effects, temperature and moisture variations, is necessary to improve the simulation models.

The study of the stiffness of laterally loaded semi-rigid connections in plywood-timber beams is justified by the influence that the deformation of the connection has on the overall displacements of the structure. Semi-rigid connections are characterized by the occurrence of a slip between the connected pieces. The characterization of a connection is usually based on an isolated single connector behavior, which is described by its load-slip relationship expressed by the slip modulus, and so it is extended to the group of connectors. Although the method of analysis is well established, the concept of equivalent slip modulus, defined as the slip modulus per unit length of a connection, has not been totally explored. In this study, we focus on the experimental determination of the equivalent slip modulus for mechanically analyzing plywood-timber beams with continuous connections. The results demonstrated that the test is suitable for obtaining experimental values of the equivalent slip modulus.

Wood is generally considered an anisotropic material. In terms of engineering elastic models, wood is usually treated as an orthotropic material. This paper presents an analysis of two principal anisotropic elastic models that are usually applied to wood. The first one, the linear orthotropic model, where the material axes L (Longitudinal), R( radial) and T(tangential) are coincident with the Cartesian axes (x, y, z), is more accepted as wood elastic model. The other one, the cylindrical orthotropic model is more adequate of the growth caracteristics of wood but more mathematically complex to be adopted in practical terms. Specifically due to its importance in wood elastic parameters, this paper deals with the fiber orientation influence in these models through adequate transformation of coordinates. As a final result, some examples of the linear model, which show the variation of elastic moduli, i.e., Young´s modulus and shear modulus, with fiber orientation are presented.

Among the construction materials, wood reveals an orthotropic pattern, because of unique characteristics in its internal structure with three axes of wood biological directions (longitudinal, tangential and radial). elastic symmetry: longitudinal, tangential and radial, reveals an orthotropic pattern. The effect of grain angle orientation onin the elastic modulus constitutes the fundamental cause forof wood anisotropy. It is responsible for the greatest changes in the values of the constitutive tensor components, and, thus in the elastic constant values of wood. The goal of this article is to verify the adequacy of the orthotropic model for wood, basically expressed by the modulus of elasticity Ei related to a determined direction. It was considered a cCoordinate transformation between the materials axes (L, R and T) and Euler′s angles is considered to use a constitutive equation for orthotropic materials. The main purpose of this analysis is to theoretically explore the coordinate transformation in the three - dimensional point of view and also to statistically compare the results of modulus of elasticity from compression test in a Brazilian wood species, Guapuruvú (Schizolobium parahyba), with values obtained from a theoretical expression. The results from the analysis, in which the coefficient of determination (R-sq) was equal to 0.965 for a linear least squares analysis, showed that the orthotropic model is adequate to be applied

La madera, entre los materiales de construcción, presenta un comportamiento ortotrópico, esto debido a su estructura interna con tres ejes elásticos de simetría: longitudinal, tangencial y radial. El efecto de la orientación angular de las fibras en el módulo elástico constituye la causa fundamental de la anisotropía en la madera. Este efecto es responsable por los grandes cambios en los valores de los componentes del tensor constitutivo, y, consecuentemente en los valores de las constantes elásticas de la madera. El objeto de este artículo es verificar la adecuación del modelo ortotrópico para la madera, expresado básicamente por el módulo de elasticidad Ei referido a una dirección determinada. Se consideró una transformación de coordenadas entre los ejes del material (L, R y T) y los ángulos de Euler para utilizar una ecuación constitutiva para materiales ortotrópicos. El propósito principal de este análisis es explorar teóricamente la transformación de coordenadas, desde el punto de vista tridimensional y también, comparar estadísticamente los resultados del módulo de elasticidad obtenido a través del ensayo de compresión en la madera brasileña de la especie, Guapuruvú, con los valores obtenidos por medio de una expresión teórica. Los resultados de este análisis, en el que el coeficiente de determinación (R-sq) fue igual a 0.965 en un análisis de mínimos cuadrados lineal, mostró que el modelo ortotrópico es válido para ser aplicado