​Estimativa da rigidez axial e capacidade de carga de pilares de madeira parcialmente reforçados por materiais compósitos laminados

dc.contributor.advisor1Christoforo, André Luis
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7623383075429186
dc.contributor.authorJardim, Pedro Ignácio Lima Gadêlha
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/6028687809417062
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0000-0002-4448-6554
dc.contributor.refereeSilva, Leandro José da
dc.contributor.refereeBertolini, Marília da Silva
dc.contributor.refereePedroti, Leonardo Gonçalves
dc.contributor.refereeChahud, Eduardo
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/3410027147747579
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/0280120880255759
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/8770106216994640
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/7061747933713446
dc.date.accessioned2026-06-18T18:53:42Z
dc.date.issued2026-06-02
dc.description.abstractWood is a material widely used in construction since antiquity, commonly found in historical buildings around the planet. As wood is a biodegradable material, historical buildings that use it as a structural typology, without the knowledge of current techniques to ensure the durability of this element, require greater care regarding their protection. Several studies have been observed addressing techniques for strengthening and recovering timber structures, with the use of fiber-reinforced polymers (FRP) being a solution of growing interest in the scientific community. A gap was observed in published studies regarding the application of localized FRP reinforcement in timber columns with longitudinal openings. Thus, obtaining an equation to determine the ultimate load and axial stiffness is necessary to make the strengthening method viable. The present study proposed an equation capable of describing the ultimate load of timber columns with longitudinal openings and partial FRP reinforcement, considering multiplying factors related to instability and the confinement effect generated by the reinforcement. Furthermore, a factor for adjusting the axial stiffness was also proposed. For this, a broad parametric study was carried out through finite element method simulations, comprising 1392 models. The following parameters were considered: wood species, column diameter and length, opening proportion, fiber type, number of layers, and FRP spacing. For the model prediction, a 'white-box' evolutionary algorithm was adopted: symbolic regression. This solution was chosen due to its high capacity for data evaluation and physical interpretation, allowing for the topological dynamism of the generated model. The results of the parametric study revealed that the effectiveness of the reinforcement is not universal, being strictly dictated by the dominant collapse mode. In slender members, the application of low FRP rates optimized the structural response by generating local confinement and mitigating early transverse deformations. In contrast, in robust columns, excessive reinforcement demonstrated marginal efficiency due to premature failures induced by stress concentrations at the wood-composite interface. The predictive models generated by symbolic regression show significant statistical robustness (R2 = 0.92 for load capacity) and surpass pre-existing empirical models in the literature by introducing a slightly conservative variance, ensuring that eventual deviations act in favor of structural safety.eng
dc.description.resumoA madeira é um material amplamente utilizado em construções desde a antiguidade, comumente encontrada em construções históricas em todo o planeta. Como a madeira é um material biodegradável, as construções históricas que a utilizam como tipologia estrutural, sem o conhecimento das técnicas atuais de garantia da durabilidade deste elemento, necessitam de maiores cuidados quanto sua proteção. Foram observados diversos estudos que abordam técnicas de reforço e recuperação de estruturas de madeira, sendo a utilização de polímeros reforçados com fibras (PRF) uma solução com crescente interesse da comunidade científica. Observou-se uma lacuna nos estudos publicados quanto à aplicação do reforço localizado de PRF em pilares de madeira com aberturas longitudinais concêntricas. Dessa forma, a obtenção de uma equação para a determinação da carga última e rigidez axial se faz necessária para a viabilização do método de reforço. O presente estudo propôs equações capazes de descrever a rigidez axial e a carga última de pilares de madeira com abertura longitudinal e com reforço parcial de PRF, considerando fatores multiplicadores referentes à instabilidade e o efeito do confinamento gerado pelo reforço. Para a previsão do modelo, foi adotado o uso de um algoritmo evolutivo ‘caixa-branca’: regressão simbólica. Esta solução foi considerada por possuir uma elevada capacidade de avaliação dos dados e interpretação física, permitindo o dinamismo topológico do modelo gerado. A geração de dados para a aplicação da regressão simbólica foi feita por meio de um amplo estudo paramétrico, via simulação pelo método dos elementos finitos, contando com 1392 modelos. Foram considerados os seguintes parâmetros: a espécie da madeira, o diâmetro e o comprimento do pilar, a proporção da abertura, o tipo de fibra, a quantidade de camadas e o espaçamento do PRF. Os resultados do estudo paramétrico revelaram que a eficácia do reforço não é universal, sendo estritamente ditada pelo modo de colapso dominante. Em peças esbeltas, a aplicação de baixas taxas de PRF otimizou a resposta estrutural ao gerar confinamento local e mitigar deformações transversais precoces. Em contrapartida, em pilares robustos, taxas elevadas de reforço demonstraram eficiência marginal devido a falhas prematuras induzidas por concentrações de tensão na interface madeira-compósito. Os modelos preditivos gerados a partir da regressão simbólica apresentam expressiva robustez estatística, obtendo R2 = 0,92 para previsão da capacidade de carga de pilares avaliados experimentalmente em outros estudos, e superam modelos empíricos preexistentes na literatura por introduzirem uma variância ligeiramente conservadora, garantindo que eventuais desvios atuem a favor da segurança estrutural.por
dc.description.sponsorshipNão recebi financiamento
dc.identifier.citationJARDIM, Pedro Ignácio Lima Gadêlha. ​Estimativa da rigidez axial e capacidade de carga de pilares de madeira parcialmente reforçados por materiais compósitos laminados. 2026. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) – Universidade Federal de São Carlos, Campus São Carlos, 2026. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/24252.*
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/24252
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.centerCentro de Ciências Exatas e de Tecnologia - CCET
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Civil - PPGECiv
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectPilares de madeirapor
dc.subjectPolímeros reforçados com fibraspor
dc.subjectRegressão simbólicapor
dc.subjectReforço estruturalpor
dc.subjectMétodo dos elementos finitospor
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::ESTRUTURAS
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::ESTRUTURAS::ESTRUTURAS DE MADEIRAS
dc.subject.ods9. Indústria, Inovação e Infraestrutura
dc.title​Estimativa da rigidez axial e capacidade de carga de pilares de madeira parcialmente reforçados por materiais compósitos laminadospor
dc.title.alternativeEstimation of axial stiffness and load capacity of timber columns partially reinforced by laminated composite materialseng
dc.typeTese

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