ensaios de madeiras

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MTODO DE ENSAIO DE LIGAES DE ESTRUTURAS DE MADEIRA POR CHAPAS COM DENTES ESTAMPADOSLvio Tlio Baraldi1 & Carlito Calil Junior2

RESUMO

Este trabalho apresenta uma proposta de mtodo de ensaio para determinao da resistncia de ligaes em peas estruturais de madeira por chapas com dentes estampados e tambm verifica os modos de ruptura destas ligaes. Para esta finalidade foram realizados ensaios com cinco espcies de madeira classificadas de acordo com as classes de resistncia apresentadas na norma brasileira para estruturas de madeira, a NBR 7190/1997 - Projeto de estruturas de madeira. No trabalho so verificados trs modos bsicos de ruptura das ligaes, a saber: trao da chapa, cisalhamento da chapa e arrancamento dos dentes da chapa da pea de madeira. Dentro de cada modo de ruptura verificam-se os efeitos da variao da posio da chapa em relao direo de aplicao da fora. Determina-se tambm a resistncia da ligao de acordo com o proposto pela norma brasileira para estruturas de madeira. Palavras-chave: Estruturas de madeira; chapa com dentes estampados; ensaios.

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INTRODUO

Para a disseminao do emprego da madeira como material estrutural de construo necessria a industrializao dos sistemas construtivos. Em nvel mundial o desenvolvimento da indstria de estruturas de madeira ocorreu, principalmente, na Europa do ps-guerra devido necessidade de reconstruo rpida e econmica das cidades destrudas pela guerra. O desenvolvimento da indstria da madeira para estruturas de cobertura propiciou o surgimento de um novo conector, que viabilizou a montagem das estruturas em escala industrial, as chapas com dentes estampados, doravante denominadas CDE. Dentro desta linha de conectores destacam-se os fabricados pela GANGNAIL, inventados nos Estados Unidos em 1955 por J. Calvin Jurgit (GANG-NAIL, 1980), presidente da Automated Building Components, Inc. No Brasil, de acordo com BARROS (1989), as estruturas de madeira no atingiram um alto nvel de industrializao devido principalmente aos seguintes1 2

Professor Doutor, Universidade de Marlia, [email protected] Professor Titular, Departamento de Engenharia de Estruturas da EESC-USP, [email protected]

Cadernos de Engenharia de Estruturas, So Carlos, n. 18, p. 1-23, 2002

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Lvio Tlio Baraldi & Carlito Calil Junior

aspectos: a falta de conscientizao dos proprietrios quanto elaborao tcnica dos projetos de cobertura, que na maioria das vezes fica a cargo de carpinteiros; poucos so os profissionais da rea da Engenharia Civil e da Arquitetura que conhecem as propriedades e sabem trabalhar com o material madeira; e a inexistncia de polticas pblicas para utilizao adequada e racional da madeira. Este baixo ndice ocorre, alm dos motivos citados anteriormente, devido pouca divulgao por parte das universidades e indstrias do Brasil deste tipo de conector, e tambm por se tratar de um conector ainda no normalizado, uma vez que o texto da norma brasileira para estruturas de madeira foi escrito antes da industrializao deste conector. Enquanto em outros pases as pesquisas e normas foram sendo atualizadas juntamente com o avano tecnolgico, no Brasil s no incio dos anos 90 iniciou-se a reviso da norma brasileira para estruturas de madeira. Neste texto (NBR 7190, 1997), procurou-se suprir a deficincia apresentada em relao a utilizao de conectores do tipo CDE. Este trabalho surgiu pela necessidade da Comisso de Estudos da ABNT, para a reviso da norma de estruturas de madeira, com a finalidade da proposta de um mtodo de ensaio para ligaes por CDE. Este trabalho tem, portanto, como objetivo principal, a definio de um mtodo de ensaio e sua verificao experimental para ligaes em estruturas de madeira por CDE, com nfase proposta para a determinao da resistncia e rigidez destas ligaes para a NBR 7190/1997 e a verificao dos modos de ruptura avaliados nos ensaios.

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REVISO BIBLIOGRFICA

A bibliografia para a realizao deste trabalho pode ser dividida em dois grupos principais: o primeiro est relacionado com as normas referentes a estruturas treliadas de madeira utilizando-se CDE; o segundo refere-se aos artigos publicados em revistas tcnicas das pesquisas sobre este tipo de conector realizadas no Brasil e no exterior. As normas foram importantes para a realizao da primeira etapa do trabalho contendo um mtodo de ensaio para o estudo do comportamento da ligao. J os estudos realizados por outros pesquisadores foram importantes para a verificao da validade dos resultados obtidos nos ensaios. Foram estudadas as seguintes normas : British Standard Institution (1989) - BS 6948 - Methods of test; Instituto Nacional de Normalizacin. NCH 1198 - Madera : Construciones de madera - Calculo; Deutsche Institut fr Normung (1988). DIN 1052 - Structural use of wood; CEN-TC 124 (1994). pr EN 1075 - Timber structures - Test methods - Joints made with punched metal plate fasteners; American National Standards Institute/Truss Plate Institute (1995). ANSI/TPI 1 (Draft 6) - National design standard for metal plate connected wood truss construction; American Society for Testing and Materials (1992). ASTM E489 - Test methods for tensile strength properties of steel truss plates;

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Mtodo de ensaio de ligaes de estruturas de madeira por chapas com dentes estampados

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American Society for Testing and Materials. ASTM E767 - Test methods for shear resistance of steel truss plate; Canadian Standards Association (1980). CSA S347 - Methods of test for evaluation of truss plate used in lamber joints; Associao Brasileira de Normas Tcnicas (1997). NBR 7190 - Projeto de estruturas de madeira. A partir destes estudos o trabalho concentrou-se principalmente em trs normas: a inglesa BS 6948, a europia prEN 1075 e a americana ANSI/TPI 1. Estas normas apresentam mtodos de ensaio baseados em trs modos de ruptura a serem analisados, que so: Trao da chapa de ao; Cisalhamento da chapa de ao; Arrancamento dos dentes da chapa da pea de madeira. Para cada modo de ruptura as normas especificam variaes da posio da chapa, definindo ngulos do eixo longitudinal da chapa em relao direo das fibras da madeira (CH) e o ngulo entre a direo da fora e as fibras da madeira (). Apresentam ainda as dimenses a serem utilizadas na confeco das peas de madeira que compem os corpos-de-prova. De acordo com a NBR 7190 (1997), a resistncia das ligaes por CDE definida pelo escoamento da chapa metlica, ou pelo incio de arrancamento da chapa metlica, ou por qualquer fenmeno de ruptura da madeira, no se tomando valor maior que a carga aplicada ao corpo-de-prova, para uma deformao especfica residual da ligao de 0,2%, medida em uma base de referncia padronizada, igual ao comprimento da chapa metlica na direo do esforo aplicado, como mostra o diagrama da figura 1. Para esta finalidade a deformao especfica residual da ligao medida a partir da interseco da reta secante, definida pelos pontos (F71;71) e (F85;85) do diagrama fora deformao especfica, representados pelos pontos 71 e 85 do diagrama de carregamento da figura 2, com o eixo das deformaes. A partir desta interseco constri-se uma reta paralela afastada de 0,2% at a interseco do diagrama fora deformao especfica da ligao. A fora correspondente definida como a resistncia da ligao R. A rigidez da ligao corresponde inclinao da reta utilizada na determinao da resistncia da ligao.

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F

R

F85 F712

Arctg k

(

m m

)

Figura 1 - Determinao da resistncia (R) e rigidez (k) da ligao. Fonte: NBR 7190/1997

R est1,087 86 05 04 03 02 15 24 23 22 21 31 42 45 44 43 55 64 63 62 61 71 82 83 85 84 89 88

F

0,5

0,1

01

30s

30s

30s

30s

tempo (s)

Figura 2 : Diagrama de carregamento. Fonte: NBR 7190/1997

Da reviso bibliogrfica conclui-se que os modos de ruptura que ocorrem nas ligaes por CDE so : a)Ruptura da chapa de ao por trao; b)Ruptura da chapa de ao por cisalhamento; c)Ruptura por arrancamento dos dentes da chapa das peas de madeira; d)Ruptura da madeira por cisalhamento, fendilhamento, ou trao.

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Mtodo de ensaio de ligaes de estruturas de madeira por chapas com dentes estampados

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O mtodo de ensaio proposto deve permitir a determinao da resistncia e rigidez da ligao de acordo com a definio apresentada na norma brasileira para estruturas de madeira (NBR 7190, 1997).

3 3.1

MTODO DE ENSAIO PROPOSTO Consideraes gerais

Os ensaios foram realizados em cinco espcies diferentes de madeira, sendo duas de reflorestamento e trs nativas. Apresenta-se na tabela 1 a relao das espcies de madeira utilizadas nos ensaios e suas classificaes de acordo com as classes de resistncia apresentadas pela norma brasileira para estruturas de madeira (NBR 7190, 1997). Para a realizao dos ensaios, utilizou-se a madeira no estado verde, por apresentar menor variabilidade nos valores de suas propriedades de resistncia e elasticidade e, tambm, menores valores de resistncia para as ligaes. Para a saturao das peas de madeira, estas foram colocadas em um reservatrio com gua e feito o controle do peso, at o equilbrio, garantindo-se assim a saturao das fibras da madeira. Todas as vigas de madeira utilizadas nos ensaios passaram por inspeo visual e foram caracterizadas para obter-se as seguintes propriedades para projeto de estruturas:

Densidade Resistncia ao cisalhamento; Resistncia trao normal s fibras; Resistncia trao paralela s fibras; Resistncia compresso normal s fibras; Resistncia compresso paralela s fibras; Mdulo de elasticidade paralelo s fi

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