Análise de confiabilidade em projetos de elementos de treliças planas de madeira considerando a variabilidade da inclinação das fibras
| dc.contributor.advisor-co1 | Pereira Junior, Wanderlei Malaquias | |
| dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/2268506213083114 | por |
| dc.contributor.advisor-co1orcid | https://orcid.org/0000-0002-7404-3666 | por |
| dc.contributor.advisor1 | Christoforo, André Luis | |
| dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/7623383075429186 | por |
| dc.contributor.advisor1orcid | https://orcid.org/0000-0002-4066-080X | por |
| dc.contributor.author | Fraga, Iuri Fazolin | |
| dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/3180484792983028 | por |
| dc.contributor.authororcid | https://orcid.org/0000-0003-0310-0237 | por |
| dc.date.accessioned | 2024-10-10T12:00:06Z | |
| dc.date.available | 2024-10-10T12:00:06Z | |
| dc.date.issued | 2024-09-02 | |
| dc.description.abstract | Wood, widely used in civil construction in various regions of the world, stands out for its sustainability, low energy consumption, and remarkable mechanical properties. In Brazil, although its application in structural systems is less predominant compared to countries in the Northern Hemisphere, wood plays a significant role, especially in roofing structures. The country preserves some historical roofing structures that remain in use, demonstrating the material’s durability when properly treated. In this context, three scenarios deserve attention: the restoration of historical structures, the transition to prefabricated systems, and the uncertainties in design and service conditions throughout the lifespan of the structures. The difficulty in accurately establishing the properties of materials, actions, and inherent defects often leads engineers to adopt deterministic approaches, despite many of these variables being random. Thus, reliability analysis becomes essential for decision-making regarding the structure’s fate. Given the above, this study emphasized reliability analysis in the design of flat timber truss elements, considering grain orientation as the main random variable, which, under certain conditions, significantly impacts the material’s mechanical properties. Models were developed that incorporate this variability, considering different species of hardwood, comparing the reliability indices (β) obtained with normative standards and the ideal condition of perfect fiber parallelism. The methodology employed included Monte Carlo Simulation (MCS), using random variables representing wood properties, grain inclination, actions, and loads. The physical and mechanical properties of three types of wood were characterized: Cambará, Angelim-pedra, and Angelim-vermelho. Regression models were developed to estimate these properties at different fiber inclinations, demonstrating statistical significance and satisfactory determination coefficients (R2). The results indicated that the instability of axially compressed members is crucial in the design and reliability of flat wooden trusses, with a concerning reduction in β values in larger spans, compromising reliability and suggesting the need for adjustments. New simulations revealed that thicker profiles improve reliability indices (β), even while maintaining the cross-sectional area. The wood species had little influence on β values, while variability, represented by Coefficients of Variation (CV), and the proximity of limit state equations to the null value play a crucial role. The p-values of the t-test evidenced the statistical significance of failure probabilities from a 2° inclination, challenging the Hankinson model, which suggests limited impact for inclinations up to 6°. The research reinforces the importance of grain inclination variability in the reliability of elements, highlighting the need for adjustments in the modification factor, although this requires a comprehensive study of the probabilistic modeling of fiber inclination. Therefore, this research represents an initial advance in integrating this variability into wooden structural designs, with the potential for significant improvements in structural reliability and the adoption of safer and more effective design practices. | eng |
| dc.description.resumo | A madeira, amplamente empregada na construção civil em diversas regiões do mundo, destaca-se por sua sustentabilidade, baixo consumo energético e notáveis propriedades mecânicas. No Brasil, embora sua aplicação em sistemas estruturais seja menos predominante em comparação com países do Hemisfério Norte, a madeira desempenha um papel significativo, especialmente em estruturas de cobertura. O país preserva algumas estruturas históricas de cobertura que permanecem em uso, evidenciando a durabilidade do material quando submetido a tratamento adequado. Nesse contexto, três cenários merecem destaque: a restauração de estruturas históricas, a transição para sistemas pré-fabricados e as incertezas no projeto e nas condições de serviço ao longo da vida útil das estruturas. A dificuldade em estabelecer com precisão as propriedades dos materiais, as ações e os defeitos inerentes frequentemente leva os engenheiros a adotarem abordagens determinísticas, apesar de muitas dessas variáveis serem aleatórias. Assim, a análise de confiabilidade torna-se essencial para a tomada de decisões sobre o destino da estrutura. Diante do exposto, este estudo enfatizou a análise de confiabilidade em projetos de elementos de treliças planas de madeira, considerando a inclinação das fibras como a principal variável aleatória, que, em certas condições, impacta significativamente as propriedades mecânicas do material. Foram desenvolvidos modelos que incorporam essa variabilidade, levando em conta diferentes espécies de madeira do grupo das folhosas, comparando os índices de confiabilidade (β) obtidos com padrões normativos e com a condição ideal de paralelismo perfeito das fibras. A metodologia empregada incluiu a Simulação de Monte Carlo (SMC), utilizando variáveis aleatórias que representam as propriedades da madeira, a inclinação das fibras, as ações e os carregamentos. Foram caracterizadas as propriedades físicas e mecânicas de três tipos de madeira: Cambará, Angelim-pedra e Angelim-vermelho. Modelos de regressão foram desenvolvidos para estimar tais propriedades em diferentes inclinações das fibras, demonstrando significância estatística e coeficientes de determinação (R2) satisfatórios. Os resultados indicaram que a instabilidade de peças em compressão axial é crucial no dimensionamento e na confiabilidade de treliças planas de madeira, com uma redução preocupante nos valores de β em maiores vãos, comprometendo a confiabilidade e sugerindo a necessidade de ajustes. Novas simulações revelaram que perfis mais espessos melhoram os índices de confiabilidade (β), mesmo mantendo a área da seção transversal. A espécie de madeira teve pouca influência nos valores de β, enquanto a variabilidade, representada pelos Coeficientes de Variação (CV), e a proximidade das equações de estado-limite ao valor nulo desempenham papel crucial. Os valores-p do teste t evidenciaram a significância estatística das probabilidades de falha a partir da inclinação de 2°, desafiando o modelo de Hankinson, que sugere um impacto limitado para inclinações até 6°. A pesquisa reforça a importância da variabilidade da inclinação das fibras na confiabilidade dos elementos, destacando a necessidade de ajustes no coeficiente de modificação, embora isso requeira um estudo abrangente da modelagem probabilística da inclinação das fibras. Portanto, este trabalho representa um avanço inicial na integração dessa variabilidade em projetos estruturais de madeira, com potencial para melhorias significativas na confiabilidade estrutural e na adoção de práticas de projeto mais seguras e eficazes. | por |
| dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) | por |
| dc.description.sponsorshipId | CAPES: Código de financiamento 001 | por |
| dc.identifier.citation | FRAGA, Iuri Fazolin. Análise de confiabilidade em projetos de elementos de treliças planas de madeira considerando a variabilidade da inclinação das fibras. 2024. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/20775. | * |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/20775 | |
| dc.language.iso | por | por |
| dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | por |
| dc.publisher.address | Câmpus São Carlos | por |
| dc.publisher.initials | UFSCar | por |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil - PPGECiv | por |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil | * |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ | * |
| dc.subject | Treliças de madeira | por |
| dc.subject | Análise de confiabilidade | por |
| dc.subject | Inclinação das fibras | por |
| dc.subject | Propriedades mecânicas | por |
| dc.subject | Variabilidade | por |
| dc.subject | Timber trusses | eng |
| dc.subject | Reliability analysis | eng |
| dc.subject | Grain orientation | eng |
| dc.subject | Mechanical properties | eng |
| dc.subject | Variability | eng |
| dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::ESTRUTURAS | por |
| dc.title | Análise de confiabilidade em projetos de elementos de treliças planas de madeira considerando a variabilidade da inclinação das fibras | por |
| dc.title.alternative | Reliability analysis in the design of flat timber truss members considering the variability of grain inclination | eng |
| dc.type | Tese | por |
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