[pt] O bambu é um material compósito lignocelulósico natural, local, renovável e abundante, importante para o sequestro de carbono da atmosfera, caracterizado pela classificação funcional multidimensional e pela matriz consideravelmente porosa reforçada por fibras longas. Tais configurações proporcionam baixa densidade aliada a propriedades mecânicas adequadas à construção civil. Este trabalho propõe combinar aproveitamento adequado e alto desempenho, aplicando configurações diferenciadas a compósitos laminados, utilizando material proveniente de diferentes trechos da parede do colmo, de acordo com os requerimentos estruturais, de uma maneira viável para o desenvolvimento de formas complexas. Foram sistematizadas e propostas novas configurações para normas de ensaios de controle bem como procedimentos e ensaios específicos para a caracterização mecânica de lâminas, e para compósitos laminados de bambu. No intuito de quantificar e caracterizar a organização morfológica do bambu, principalmente relacionada à sua alta porosidade, foram conduzidas análises microestruturais diversas. Os dados foram correlacionados com as propriedades mecânicas obtidas experimentalmente de regiões similares. Desenvolveu-se ainda um método simplificado para estimar o teor total de vazios em lâminas baseado em ensaios de variação de umidade. Observou-se que a fração de vazios varia de acordo com uma classificação funcional e influencia, não somente na densidade do material, mas também em suas propriedades mecânicas. Os empacotamentos propostos para os laminados foram analisados em programa comercial de Elementos Finitos. / [en] Bamboo is a natural, local, renewable and abundant lignocellulosic material, important to mitigate greenhouse gases emissions. It is characterized by the multidimensional functionally graded structure and for its long fiber reinforced porous matrix. Such configurations provide the combination of low density and high mechanical properties, which are compatible with the ones of usual construction materials. Laminated bamboo composites are currently produced aiming either high productivity and complex geometry with low performance, or simple geometry for structural purposes with a very low productivity. This work proposes a protocol to combine productivity, possibility of complex geometry and high performance, by applying laminae obtained from different parts of the culm wall, regarding to the radial axis, according to the structural requirements. New configurations for standard mechanical test methods were proposed for material s compliance checking and both for laminae and laminates characterization. In parallel, aiming to quantify and morphologically characterize, mainly the bamboo porosity variation, several microstructural analyzes have been used. The results were compared with the ones obtained on the experimental mechanical characterization protocol. A simplified method to quantify bamboo porosity based on humidity variation tests has been developed and validated by the comparison with digital image processing. It has been observed that bamboo s porous volume fraction is functionally graded and has influence on the material s density as long as on its mechanical properties. The proposed laminate configuratons were analyzed on a commercial Finite Element Method software.

[pt] O principal objetivo da presente tese é investigar o efeito do calor nas propriedades físicas e mecânicas do bambu Dendrocalamus giganteus. A análise química foi realizada para estudar e comparar componentes químicos de diferentes espécies e partes internas e externas do bambu Dendrocalamus giganteus. Para estabelecer a faixa de aquecimento e seus intervalos, foi realizado o teste de análise termogravimétrica (TGA) para estudar a degradação de diferentes gêneros e espécies de bambu nos níveis macro, meso, micro e nano. Baseado em ensaios preliminares de exposição ao calor e nos resultados da TGA, ensaios executados a temperaturas iniciais de 25 graus Celsius (considerado como temperatura ambiente), 100 graus Celsius, 125 graus Celsius, 150 graus Celsius, 175 graus Celsius, 200 graus Celsius e 225 graus Celsius foram expostos por um período de 3 horas, considerado como curto prazo, e 24 horas, considerado como um longo prazo de exposição ao calor. Processamento de imagem foi realizado para investigar a meso estrutura do bambu, como functionally graded material (FGM), e a distribuição das fibras da parte interna à parte externa da parede de espessura do bambu, ao longo da direção radial. A fração volumétrica das fibras e da matriz para a parte interna e externa da seção do bambu foi estabelecida e utilizada na investigação da absorção de água por cada componente do bambu. O microscópio eletrônico de varredura (MEV) e a microtomografia de raios X foram usados para estudar os efeitos de diferentes exposições ao calor na microestrutura da fibra e da matriz. As microfissuras iniciam e propagam após 175 graus Celsius. Também foram investigados a influência do calor na higroscopicidade, a absorção de água, o encolhimento e o inchamento das amostras do bambu nas direções longitudinal, radial e tangencial sob diferentes temperaturas e exposições de tempo. O encolhimento não uniforme e a absorção da água de amostras do teste com o bambu, medido na direcção tangencial nos lados internos e externos, permitiram estabelecer a propriedade higroscópica de cada componente. Os resultados mostram que, com a exposição ao calor superior a 175 graus Celsius, a capacidade de absorção de água reduz significativamente. Resistência à tração, compressão e cisalhamento estabelecida ao longo das fibras e somente experimento de tração transversal realizado transversalmente às fibras. Além disso, o módulo dinâmico de elasticidade em flexão, usando a técnica de excitação por impulso aplicada a espécimes considerados. A variação tangível nas propriedades mecânicas ocorreu após a exposição do calor a 175 graus Celsius durante 3h ou a 150 graus Celsius por 24h. Os módulos de elasticidade e resistência à compressão não são reduzidos significativamente e, quase, permanecem os mesmos para amostras tratadas a 225 graus Celsius durante 3h e 200 graus Celsius por 24h mas para as amostras de tração, cisalhamento e tração transversal, a resistência mecânica diminui cerca de 70 por cento - 90 por cento a esta temperatura-tempo. / [en] The principal objective of the present thesis is to investigate the effect of heat on physical and mechanical properties of Dendrocalamus giganteus bamboo. The chemical analysis carried out to study and compare chemical components among different species and the internal and external parts of Dendrocalamus giganteus bamboo. To establish the heating range and its intervals the thermogravimetric analysis test (TGA) carried out to study the degradation of different bamboo genera and species at macro, meso, and micro and nano level. Based on preliminary heat exposure tests and the results of TGA, the tests executed at initial temperatures 25 degrees Celsius considered as ambient temperature, 100 degrees Celsius, 125 degrees Celsius, 150 degrees Celsius, 175 degrees Celsius, 200 degrees Celsius and 225 degrees Celsius for 3 hours duration as short term, and 24 hours duration as long term heat exposure. Image processing carried out to investigate the meso structure of bamboo as a functionally graded material (FGM) and the fiber distribution alongside the radial direction from internal to external bamboo wall thickness. The volume fraction of fibers, matrix and voids for internal and external part of bamboo section established and used in the investigation of water absorption of each component of the bamboo. The scanning electronic microscope (SEM) and X-ray microtomography used to study the effects of different heat exposures on micro structure of fiber and matrix. The micro cracks initiate and propagate after 175 degrees Celsius. The influence of heat on hygroscopicity, water absorption, shrinkage and swelling of bamboo specimens in longitudinal, radial and tangential directions at different temperatures and time exposures investigated. The non-uniform shrinkage and water absorption of bamboo test specimens, measured in tangential direction at internal and external sides which permitted to establish the hygroscopic property of each component. The results show by heat exposure higher than 175 degrees Celsius the water absorption capacity reduces significantly. The tensile, compression, and shear resistance established along the fibers and only tensile experiments realized transversal to the fibers. In addition, the dynamic bending modulus of elasticity using impulse excitation technique applied to considered specimens. The result of mechanical tests shows a close relation between transversal tensile and shear strength with matrix strength. The tangible variation in mechanical properties occurred after heat exposure-time at 175 degrees Celsius-3h or 150 degrees Celsius-24h. The modulus of elasticity and compression strength are not reduced significantly and nearly remain the same for samples treated at 225 degrees Celsius-3h or 200 degrees Celsius-24h while for the tensile, shear and transversal tensile samples, the mechanical strength decreases about 70 percent to 90 percent at these temperature-time.