Análise numérica comparativa de reforços em vigas de madeira

Abstract

A crescente utilização de estruturas de madeira na construção civil brasileira enfrenta desafios relacionados à sua durabilidade, manutenção, alteração de uso e resistência. Técnicas de reforço são destacadas como soluções viáveis. Este estudo analisa três técnicas de reforço, barras de aço protendidas, polímeros reforçados com fibra de carbono (CFRP) e polímeros reforçados com fibra de vidro (GFRP), em vigas de madeira, considerando seus impactos nas posições, resistências e custos. A modelagem numérica por elementos finitos foi utilizada para simular o comportamento das vigas reforçadas e não reforçadas, utilizando o direcionamento de Hill desconsiderando o cisalhamento na plastificação para a madeira Pinus Elliottii. Essa modelagem foi previamente avaliada através de estudos de caso comparados com resultados experimentais já disponíveis na literatura. Os reforços reforçados melhorias na resistência e estreitas das vigas, sendo o aço protendido a opção de maior resistência e os GFRP a escolha mais econômica em termos de custo-resistência. O aumento na altura das vigas influenciou o modo de falha predominantemente, e as simulações numéricas foram consistentes com valores de carga de ruptura por tração comparados com modelos numéricos simplificados. Este estudo contribui para a seleção eficaz e eficiente de métodos de reforço estrutural em vigas de madeira.

Abstract: The growing use of wood structures in Brazilian construction faces challenges related to their durability, maintenance, change of use and resistance. Reinforcement techniques have emerged as viable solutions. This study analyzed three reinforcement techniques, prestressed steel bars, carbon fiber reinforced polymers (CFRP) and glass fiber reinforced polymers (GFRP), in timber beams, considering their impacts on displacements, strengths and costs. Finite element numerical modeling was used to simulate the behavior of reinforced and unreinforced beams, using Hill's criterion and disregarding shear during plasticization for Pinus Elliottii wood. This modeling was previously evaluated through case studies compared with experimental results already available in the literature. The reinforcements showed improvements in the strength and stiffness of the beams, with prestressed steel being the strongest option and GFRP the most economical choice in terms of cost-strength. The increase in beam height influenced the predominant failure mode, and the numerical simulations were consistent with tensile failure load values compared to simplified numerical models. This study contributes to the effective and efficient selection of structural reinforcement methods for timber beams.