Resistência e módulo de elasticidade à flexão do colmo
Este método de ensaio consiste na flexão em colmos de bambu para verificação do seu comportamento e obtenção da resistência e módulo de elasticidade à flexão. Realiza-se o ensaio de flexão de quatro pontos, com obtenção da curva carga-deflexão vertical
Aparelhagem
Para a realização do ensaio é necessário um equipamento capaz de medir a carga com precisão de 1% da carga máxima esperada, e deformação com precisão de 1 mm. Bem como, uma sistema capaz de assegurar a flexão do colmo de quatro pontos, aplicando uma carga no meio do vão. Para evitar o esmagamento do colmo, as cargas e as reações nos apoios devem ser aplicadas próximas aos nós, por meio de dispositivo de madeira, conforme a Figura 1. Nos apoios deve ser permitida a rotação.
Preparação dos corpos de prova
Os colmos a serem ensaiados devem estar isentos de defeitos visíveis. A fim de obter falha por flexão, o vão livre deve ser de pelo menos 30 vezes o diâmetro externo médio da peça. O comprimento total da vara deve ser de pelo menos 30 vezes seu diâmetro mais meio entrenó em cada extremidade.
Procedimento
Determinar os valores médios do diâmetro externo D e da espessura da parede t. Calcular o momento de inércia pela seguinte equação:
Onde, I é o momento de inércia da seção transversal, expresso em milímetros à quarta potência (mm4); D é o diametro externo médio e t é a espessura da parede do colmo, ambos expressos em milímetros (mm).
A seguir um exemplo de cálculo do momento de inércia utilizando valores hipotéticos:
Cálculadora de momento de inércia
Diâmetro externo médio do colmo:
Espessura da parede do colmo:
Colocar o colmo nos suportes de apoio e deixar que ele se acomode naturalmente. Em seguida, colocar os dispositivos que dividem a carga no topo do colmo, permitindo que ele se acomode. Alinhar o colmo e os quatro dispositivos, a carga e os suportes visualmente em um plano vertical.
A velocidade de ensaio é de aproximadamente 0,5 mm/s. A carga máxima deve ser determinada com precisão de 10 N. Deve ser anotada a presença de fissuras e também deve ser relatado o tipo de falha na ruptura. Obter o diagrama carga-deflexão.
Após o ensaio, determinar o diâmetro externo D e a espessura de parede t, o mais próximo possível dos pontos de carga. A média dos diâmetros e das espessuras das paredes deve ser utilizada para recalcular o momento de inércia I, com a equação que consta no inicio desta subseção.
Determinar o teor de umidade 👆 do corpo de prova extraído próximo a um ponto de falha.
Cálculo e expressão dos resultados
Para ruptura em flexão dentro do trecho central do colmo o momento último é dado pela seguinte equação:
Fmáx é a força máxima aplicada no centro do dispositivo de ensaio, expressa em newtons (N) e a é a distância indicada na figura 1 do esquema de ensaio, expressa em milímetros (mm).
A seguir um exemplo de cálculo do momento último utilizando valores hipotéticos:
Cálculadora de momento último
Força máxima aplicada no centro do dispositivo de ensaio:
Distância indicada na Figura 1 do esquema de ensaio:
A resistência à flexão, em megapascals, é dada pela seguinte equação:
Onde, D é o diâmetro externo médio do colmo, obtido nas proximidades do local de ruptura, expresso em milímetros (mm) e i é o momento de inércia da seção transversal, obtido nas proximidades do local de ruptura, expresso em milímetros quarta potência (mm4).
A seguir um exemplo de cálculo para resistência à flexão utilizando valores hipotéticos:
Cálculadora de resistência à flexão
Momento de inércia:
Momento último:
Diâmetro externo médio do colmo:
O módulo de elasticidade do colmo em flexão, em megapascals, é dado pela inclinação do trecho linear do diagrama carga-deflexão, entre 20% e 60% da carga máxima, e é obtido pela seguinte equação:
F60 é a força correspondente a 60% da carga de máxima no ensaio e F20 é a força a 20% da carga de máxima no ensaio, ambas expressas em newtons (N); a é a distância indicada na figura 1 do esquema de ensaio, expressa em milímetros (mm); L é a distância entre centro a centro do apoio (ver Figura 1), expressa em milímetros (mm); i é o momento de inércia da seção transversal, obtido nas proximidades do local de ruptura, expresso em milímetros quarta potência (mm4); δ60 é a deflexão correspondente a F60 e δ20 é a deflexão correspondente a F20, ambas expressas em milímetros (mm).
A seguir um exemplo de cálculo para módulo de elasticidade do colmo em flexão:
Cálculadora do módulo de elasticidade à flexão
Força correspondente a 60% da carga de máxima no ensaio:
Força correspondente a 20% da carga de máxima no ensaio:
Distância "a" indicada na Figura 1:
Distância "L" entre centro a centro do apoio (ver Figura 1)
Momento de inércia nas proximidades do local de ruptura:
Deflexão correspondente a F60
Deflexão correspondente a força F20
Relatório de ensaio
O relatório de ensaio deve conter as informações apresentadas na seção de métodos de ensaios 👆 acrescido do esquema de ensaio com as dimensões do colmo; curva carga-deflexão e valores de FMo e Eco para cada colmo.