Ligações estruturais de peças de madeira por meio de adesivo em áreas reduzidas associado a elementos de pinos

• Main Author: Marcio Sampaio Sarmet Moreira
• Other Authors: Edgar Vladimiro Mantilla Carrasco
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal de Minas Gerais 2004
• Online Access: http://hdl.handle.net/1843/PASA-89RH5K

=== This work had the purpose of investigating both theoretically and experimentally the behavior of wood joints of reduced area in which an adhesive was used in conjunction with a mechanical connector (dowel), so as to describe their strength and their use as structural connection in general joints members, in joints of compound members and in joints of de trusses and frames. Air-dried eucalypt lumber was used in the experiments, of boards with 25 mm and 32 mm thick; it was later determined that they consisted of the species Eucalyptus grandis and Eucalyptus saligna. They were separated into two classis of specific gravity, from 550 to 750 kg/m3 or from 750 to 950 kg/m3. The adhesive used was a commercial resorcinol-formaldehyde resin. Compression tests were conducted in specimens built up of three wood pieces, glued together so that either the three pieces had their grains parallel to the direction of the applied load or the two lateral pieces were so placed that their fibers were perpendicular to the grain of the central piece. The nominal thickness of the lateral pieces was 24mm; the central piece was 24, 30 or 48mm thick. In addition to the adhesive, a central dowel, or a central dowel plus bolts of small diameters or a larger diameter, centrally driven bolt were also used. Statistical analysis indicated that the strength of the parallel-members joints were influenced by the thickness of the central piece and by the specific gravity of wood, but not by type of the mechanical connector. Rupture occurred suddenly, thus indicating fragility, but strength was high, when compared to the crushing strength of the central member. Efficiency was close to 100% when the hc/tc ratio between the length of the glue line and the thickness of the central member was of the order of 4 to 5. Significant losses of strength and stiffness were detected when the loads were applied off-center. Strain-gages were used to measure stresses along the glue line. The experimental results were close to those obtained by a numerical analysis. The mathematical formulation so developed gave good estimates of the rupture forces found on the laboratory. Shear stresses in the glue line given by analytical reasoning or by numerical analysis agreed closely, although the effect of stress concentrations at both ends of the glue line was more accentuated when numerical evaluation was used. Statistical analysis of data from orthogonally-glued members indicated that strength and stiffness were influenced by wood density but not by the presence of mechanical connectors or by the thickness of the central member. The strength of the joints was controlled by the low stiffness and low strength of the lateral members that were loaded perpendicularly to the grain. The analytical evaluations also agreed well with the experimental results. For eccentric loading, the average loss of strength varied from almost nil to about 30%, depending on joint model. The good results of glued joints assessed in this work, mainly the high strength of parallel-member joints, shows the potential of use of this solution for small and medium size structures. === Este trabalho teve como objetivo geral o estudo teórico e experimental de ligações de peças de madeira efetuadas por meio de adesivos em áreas reduzidas associadas a elementos mecânicos adicionais de pinos, visando uma avaliação de seu comportamento resistente e sua adequação ao emprego como ligação estrutural em emendas de peças em geral, em ligações de peças compostas e em ligações de pórticos e treliças. Utilizou-se madeira de eucalipto seca em estufa, com tábuas de espessuras de 25 mm e 32 mm. Foram identificadas madeiras das espécies Eucalyptus grandis e Eucalyptus saligna. A madeira foi separada em duas faixas de densidade, de 550 a 750 kg/m3 e de 750 a 950 kg/m3. Foi utilizada mistura adesiva à base de resorcinol-formaldeído. Foram realizados ensaios de compressão, em corpos-de-prova com três peças de madeira, coladas paralelas entre si ou com as peças laterais ortogonais à peça central. A espessura nominal das peças laterais foi de 24 mm e das peças centrais de 24, 30 e 48 mm. Foram utilizados os seguintes elementos mecânicos adicionais: cavilha central, cavilha central e parafusos de diâmetros reduzidos e parafuso central de maior diâmetro. As análises estatísticas indicaram que as resistências das ligações coladas paralelas foram influenciadas pela espessura da peça central e pela faixa de densidade da madeira e que não foram influenciadas pelo tipo de elemento mecânico. As rupturas obtidas foram frágeis e as resistências elevadas, quando comparadas às resistências à compressão paralela das correspondentes peças centrais, com eficiência próxima a 100% para relações, entre o comprimento da lâmina de cola e a espessura da peça central, da ordem de quatro a cinco. Nos ensaios sob força excêntrica, ocorreram perdas significativas de resistência e de rigidez. Os resultados das avaliações das tensões na linha adesiva, nos ensaios experimentais com emprego dos extensômetros elétricos, foram próximos aos obtidos com as análises numéricas. A formulação analítica desenvolvida conduziu a estimativas de força de ruptura próximas às obtidas experimentalmente. As distribuições de tensões cisalhantes na lâmina adesiva, obtidas com a avaliação analítica e com a análise numérica, foram bastante próximas entre si, embora o efeito de concentração de tensões nas extremidades da linha adesiva tenha sido mais acentuado nas avaliações numéricas. As análises estatísticas dos resultados de ligações coladas normais indicaram que as resistências e rigidezes foram influenciadas pela faixa de densidade da madeira e não pelo tipo de elemento mecânico adicional e pela espessura da peça central. As resistências das ligações foram condicionadas pela baixa rigidez e resistência à compressão normal das peças laterais. As estimativas por meio de avaliações analíticas apresentaram boa concordância com os resultados experimentais. Nos ensaios realizados com força excêntrica, a perda média de resistência variou de quase 0 a 30%, em função do tipo de ligação. Os bons resultados obtidos nas ligações coladas avaliadas, principalmente as elevadas resistências das ligações coladas paralelas, comprovaram o enorme potencial de uso em estruturas de pequeno a médio porte.