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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]

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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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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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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 fibras; Mdulo de elasticidade normal s fibras.

Tabela 1 - Agrupamento de classes de resistncia

Caractersticas das espcies de madeira Espcie Pinus (Pinus elliottii) Cupiba (Goupia glabra) Garapa (Apuleia leiocarpa) Jatob (Hymenaea stilbocarpa) Eucalipto (Eucalyptus citriodora) Classe C20 C30 C40 C60 C60 fc0,k (MPa) 20 30 40 60 60 fv,k (MPa) 4 5 6 8 8 Ec0,m (MPa) 9500 14500 19500 24500 24500 bas,m (Kg/m3) 500 650 750 800 800 apa (Kg/m3) 650 800 950 1000 1000

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Foram utilizados nos ensaios conectores fabricados e fornecidos pela GANGNAIL do BRASIL, selecionados aleatoriamente de um lote de produo normal. Os conectores so fabricados com ao galvanizado a quente, de primeira qualidade, com as seguintes especificaes fornecidas pelo fabricante : Obedece os requisitos da ASTM A446-72 Grau A; Tenso admissvel trao: 14 kN/cm2; Cisalhamento admissvel: 9,8 kN/cm2; Limite de escoamento: 23,2 kN/cm2; Alongamento em 5 cm : 20% (mnimo); Limite de resistncia trao: 31,64 kN/cm2.

A GANG-NAIL do BRASIL prescreve ainda as seguintes caractersticas para os conectores: Nmero de dentes : 1,5 dentes/cm2;

Peso : 1,05 g/cm2; Espessura : 1,23 mm (podendo variar at um mximo de 1,38 mm); Comprimento dos dentes : 7,8 mm; Ao efetivo longitudinalmente : 32,7%; Ao efetivo transversalmente : 70,2%.

Para a confeco dos corpos-de-prova os seguintes procedimentos foram adotados : Primeiro passo : Todas as vigas foram numeradas por espcie; Segundo passo : Foram extrados de cada viga os corpos-de-prova necessrios para sua caracterizao, os quais foram acondicionados em um tanque de gua at atingirem o ponto de saturao das fibras, para em seguida, serem feitos os ensaios de classificao. Cada corpo-de-prova recebeu o nmero da viga a que correspondia; Terceiro passo : Do restante de cada viga foram confeccionadas as peas dos corpos-de-prova para o ensaio das ligaes. Cada conjunto de peas foi numerado de acordo com o nmero da viga correspondente e o cdigo "CP" foi acrescentado para especificar que estavam relacionados com os ensaios de ligaes por CDE. Quarto passo : As peas foram acondicionadas em um tanque de gua at atingirem o ponto de saturao das fibras. Este controle foi feito por medies do peso de testemunhos colocados juntos s peas no tanque. Quinto passo : As peas foram retiradas do tanque e os corpos-de-prova foram montados no mximo 24 horas antes de serem ensaiados. Para a prensagem dos conectores nas peas de madeira utilizou-se um prtico de reao com um cilindro hidrulico acoplado, comandado por um sistema VICKERS. Na base do pisto do cilindro foi acoplada uma chapa metlica para distribuir a fora sobre toda a rea do conector com o objetivo de conseguir uma penetrao dos dentes mais uniforme possvel. A fora de prensagem do conector variou de 6 a 16 toneladas, de acordo com o tamanho do conector e a densidade da madeira. Sexto passo : Em seguida os corpos-de-prova foram preparados para o ensaio com os relgios comparadores.

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Todos os modelos de corpos-de-prova foram montados com dois conectores, sendo um em cada face das peas de madeira, e foram fixados simetricamente para evitar os efeitos da excentricidade nas ligaes. Os valores de ruptura estimados para os ensaios foram obtidos a partir dos resultados de ensaios preliminares. As sees transversais da extremidade das peas carregadas compresso foram preparadas de modo a apresentar uma superfcie plana e lisa, com ngulos retos em relao ao eixo paralelo s direes das fibras da madeira. As peas que compem um corpo-de-prova devem apresentar a mesma espessura para evitar problemas na fixao dos conectores.

3.2

Procedimentos de ensaio

a) Estimou-se um valor de carga mxima (Fest) para cada tipo de modelo testado; b) Aplicou-se a carga a uma razo constante de 0,2Fest por minuto. Para corpos-de-prova que utilizaram dispositivos de adaptao para o ensaio, a velocidade de carregamento at atingir o valor de 0,2Fest foi mais lenta para que houvesse a acomodao do dispositivo, a partir deste ponto retomou-se a velocidade de 0,2Fest por minuto; c) Mediu-se e registrou-se o deslocamento da ligao pelo menos a cada incremento de carga de 0,1Fest. As medies foram feitas com relgios comparadores colocados em pontos correspondentes a lados opostos do modelo. Utilizou-se valores mdios nos clculos. d) Registrou-se a carga mxima para cada ensaio.

3.3

Ensaio de trao da chapa

As peas de madeira apresentavam seo transversal com altura mnima de 9,7cm e largura mnima de duas vezes o comprimento dos dentes mais 0,5cm ou 3,3cm, sendo empregado sempre o maior valor. O comprimento das peas foi no mnimo de 20cm.h = mnimo 9,7 cm

Mnimo 20 cm Mnimo 2 x comp. do dente + 0,5 cm ou 3,3 cm

Figura 3 - Descrio das peas de madeira para ensaio de trao da chapa

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As dimenses do conector (comprimento x largura) foram calculadas para que a ruptura ocorresse no conector em sua seo resistente sem que houvesse o arrancamento dos dentes do conector das peas de madeira ou ruptura da madeira por trao paralela s fibras. O ensaio foi realizado com a aplicao de uma fora de trao axial no corpode-prova, onde a direo de aplicao desta fora formava um ngulo de =0 em relao s fibras da madeira. Foram ensaiados dois modelos de corpo-de-prova, diferindo entre si pela posio das chapas em relao a direo das fibras, formando ngulos de CH = 0 e 90.Fora de trao

2 mm entre peas

Relgios comparadores

CH = 90

CH = 0

Figura 4 - Corpos-de-prova para ensaios de trao da chapa de ao

Apresentam-se na tabela 2 as dimenses da chapa utilizada, com suas dimenses na seo de solicitao:Tabela 2 - Dimenses das chapas utilizadas nos ensaios de trao

ENSAIO DE TRAO DA CHAPA ESPCIE Pinus Garapa Cupiba Eucalipto Jatob ch=0 4x23 5x16 5x16 7x14 7x14 Lrup(cm) 4 5 5 7 7 ch=90 5x14 11x10 7x8,5 11x12 11x8 Lrup(cm) 14 10 8,5 12 8

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Para os ensaios de trao da chapa, a base de medida para os relgios comparadores foi de 100mm para todas as espcies, com exceo do Pinus elliottii onde foi utilizada uma base de medida de 120mm.

3.4

Ensaio de cisalhamento da chapa

As peas de madeira apresentavam seo transversal com espessura mnima de duas vezes o comprimento dos dentes do conector mais 0,5cm, ou 4,7cm, sendo empregado sempre o maior valor. As demais dimenses das peas esto mostradas na figura 5. As dimenses do conector (comprimento x largura) foram calculadas para que a ruptura ocorresse por cisalhamento do conector de ao em sua seo resistente, sem que houvesse o arrancamento dos dentes do conector das peas de madeira ou ruptura da madeira. Alm disso procurou-se manter uma proporo entre o comprimento e a largura do conector de aproximadamente 1:1 para CH=0, aumentando para 2:1 com CH=90, e no se prolongando por mais de 75% da espessura da pea de madeira.0,5 cm Mnimo 2 x comp. do dente + 0,5 cm ou 4,7 cm 2,5 cm

9,7 cm (mnimo) 24,0 cm 4,0 cm

10,0 cm

19,4 cm (mnimo)

Figura 5 - Descrio das peas de madeira para ensaio de cisalhamento da chapa

Os ensaios foram realizados por meio da aplicao de uma fora de compresso no corpo-de-prova. A direo de aplicao desta fora formou um nguloCadernos de Engenharia de Estruturas, So Carlos, n. 18, p. 1-23, 2002

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=0 em relao s fibras da madeira. Foram feitas quatro variaes da inclinao do conector em relao s fibras da madeira, com CH=0, 30, 60 e 90, como mostrado na figura 6.Relgios comparadores

CH = 0

CH = 90 2 mm entre peas

CH = 30 e 60

Fora de compresso

Figura 6 - Corpos-de-prova para ensaio de cisalhamento da chapa de ao

Apresentam-se na tabela 3 as dimenses das chapas utilizadas, com suas dimenses na direo da solicitao, para cada tipo de ensaio:Tabela 3 - Dimenses das chapas utilizadas nos ensaios de cisalhamento

ESPCIE Pinus Garapa Cupiba Eucalipto Jatob

ch=0 14x6 7x8 7x8 7x8 7x8

ENSAIO DE CISALHAMENTO DA CHAPA Lr Lr Lr ch=60 ch=30 (cm) (cm) (cm) 6 7x20 12 7x20 8 8 7x10 12 7x12 9 8 7x14 12 7x14 8 8 7x14 12 7x14 8 8 7x14 12 7x14 8,5

ch=90 7x20 7x14 7x14 7x8 7x8

Lr (cm) 7 7 7 7 7

Foram adotadas as seguintes bases de medida: Cupiba: 120mm; Pinus elliottii: 125mm; Garapa, Jatob e Eucalipto citriodora: 140mm.

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3.5

Ensaio de arrancamento da chapa

3.5.1 Arrancamento paralelo s fibras da madeira As peas de madeira dos corpos-de-prova para ensaios de arrancamento paralelo s fibras seguem as mesmas especificaes apresentadas para as peas utilizadas nos ensaios de resistncia trao da chapa. As dimenses do conector (comprimento x largura) foram calculadas para que a ruptura ocorresse por arrancamento dos dentes do conector das peas de madeira, sem que houvesse ruptura da madeira por trao paralela s fibras ou do conector em sua seo resistente. O ensaio foi realizado por meio da aplicao de uma fora de trao no corpode-prova, formando um ngulo =0 em relao s fibras da madeira. Foram feitas trs variaes da inclinao do conector em relao s fibras da madeira, com ngulos CH= 0, 45 e 90.Fora de trao

2 mm entre peas

Relgios comparadores

CH = 90

CH = 0

CH = 45

Figura 7 - Corpos-de-prova para ensaio de arrancamento paralelo s fibras

Apresentam-se na tabela 4 as dimenses das chapas utilizadas, com o nmero de dentes trabalhando na ligao, para cada tipo de ensaio:Tabela 4 - Dimenses das chapas utilizadas nos ensaios de arrancamento paralelo s fibras

ENSAIO DE ARRANCAMENTO PARALELO S FIBRAS ESPCIE Pinus Garapa Cupiba Eucalipto Jatob ch=0 7x8 7x8 7x8 7x8 7x8 NO DENTES 160 160 160 160 160 ch=45 7x8 7x8 7x8 7x8 7x8 NO DENTES 160 160 160 160 160 ch=90 7x8 7x8 7x8 7x8 7x8 NO DENTES 160 160 160 160 160

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Foram adotadas as seguintes bases de medidas: Jatob, Cupiba, Eucalipto citriodora e Garapa: 100mm; Pinus elliottii: 120mm. 3.5.2 Arrancamento perpendicular s fibras da madeira O corpo-de-prova composto por duas peas unidas formando um dispositivo de ligao em forma de T. O elemento transversal (mesa) do corpo-de-prova apresentava seo transversal com largura mnima de duas vezes o comprimento dos dentes do conector mais 0,5 cm, ou 3,3 cm, sendo empregado sempre o maior valor, e uma altura mnima de 9,7 cm. O comprimento era de no mnimo 50 cm. O elemento longitudinal (alma) segue as especificaes das peas do corpo-de-prova para ensaios de trao da chapa.h = mnimo 9,7 cm

Mnimo 50 cm Mnimo 2 x comp. do dente + 0,5 cm ou 3,3 cm

Figura 8 - Descrio das peas de madeira para ensaio de arrancamento perpendicular s fibras da madeira

As dimenses do conector (comprimento x largura) foram calculadas para que a ruptura ocorresse por arrancamento dos dentes do conector da pea de madeira na transversal sem que houvesse o arrancamento dos dentes do conector da pea longitudinal do corpo-de-prova, ruptura da madeira por trao paralela s fibras ou ruptura do conector em sua seo resistente. O ensaio foi realizado por meio da aplicao de uma fora de trao perpendicular pea transversal do corpo-de-prova. Foram feitas trs variaes do ngulo que o comprimento do conector formava com as fibras da pea de madeira na transversal do corpo-de-prova (CH=0, 45 e 90), de acordo com a figura 9.

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Figura 9 - Corpos-de-prova para ensaio de arrancamento perpendicular s fibras da madeira

Apresentam-se na tabela 5 as dimenses das chapas utilizadas, com o nmero de dentes trabalhando na ligao, para cada tipo de ensaio:Tabela 5 - Dimenses das chapas utilizadas nos ensaios de arrancamento perpendicular s fibras

ENSAIO DE ARRANCAMENTO PERPENDICULAR S FIBRAS ESPCIE Pinus Garapa Cupiba Eucalipto Jatob ch=0 7x14 7x16 7x16 7x14 7x14 NO DENTES 80 80 80 80 80 ch=45 7x14 7x14 7x14 7x8/7x14 7x14 NO DENTES 100 100 100 80/100 100 ch=90 7x8 11x8 7x8 7x8 7x8 NO DENTES 80 80 48 80 80

Foram adotadas as seguintes bases de medida: Pinus elliottii: 130mm; Garapa e Cupiba: 110mm; Eucalipto citriodora: 85mm; Jatob: 130mm.

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RESULTADOS

Para cada espcie de madeira foram ensaiados trinta e dois corpos-de-prova, com um total de cento e sessenta ensaios realizados. No captulo 5 so feitas consideraes a respeito dos resultados obtidos nos ensaios.Tabela 6 - Resultados - Agrupamento de classes de resistncia Espcies fc0,m (kN/cm2) Pinus elliottii Cupiba Garapa Eucalipto citriodora Jatob 7,076 1,015 14,3 6,73 C60 1,986 4,374 4,858 6,389 0,3185 0,672 0,6295 0,7908 16,04 15,4 12,9 12,4 x (n) (%) fc0k,12 (kN/cm2) 1,92 4,35 4,89 6,64 C20 C40 C40 C60 Classe

Tabela 7 - Resultados : Pinus elliottiiEnsaio Arrancamento (=0) CH=0 CH =45 CH =90 (=90) CH =0 CH =45 CH =90 Trao (=0) CH =0 CH =90 Cisalhamento (=0) CH =0 CH =30 CH =60 CH =90 14x6 (lRUP=6cm) 7x20 (lRUP=12cm) 7x20 (lRUP=8cm) 7x20 (lRUP=7cm) 5,5 9,7 10,8 11,7 arrancou madeira 1,12kN/cm arrancou 1,21kN/cm arrancou arrancou madeira 0,69 kN/cm 0,84 kN/cm 4x23 (lRUP=4cm) 5x14(lRUP=14cm) 46,6 48,0 madeira dispositivo madeira dispositivo madeira dispositivo madeira dispositivo 7x14 (80 dentes) 7x14 (100 dentes) 7x8 (80 dentes) 28,7 36,8 madeira madeira madeira madeira madeira madeira 7x8 (160 dentes) 7x8 (160 dentes) 7x8 (160 dentes) 31,5 38,1 35,3 0,07kN/dente 0,08kN/dente 0,08kN/dente 0,05 kN/dente 0,06 kN/dente 0,05 kN/dente CHAPA RIGIDEZ (kN/mm) Ruptura Resistncia (NBR 7190, 1997)

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Mtodo de ensaio de ligaes de estruturas de madeira por chapas com dentes estampados Tabela 8 - Resultados : CupibaEnsaio Arrancamento (=0) CH=0 CH =45 CH =90 (=90) CH =0 CH =45 CH =90 Trao (=0) CH =0 CH =90 Cisalhamento (=0) CH =0 CH =30 CH =60 CH =90 7x8 (lRUP=8cm) 7x14(lRUP=12cm) 7x14(lRUP=8cm) 7x14(lRUP=7cm) 26,5 33,7 26,3 27,1 1,37kN/cm 1,4kN/cm 1,34kN/cm 1,02kN/cm 0,98 kN/cm 1,16 kN/cm 1,09 kN/cm 0,86 kN/cm 5x16 (lRUP=5cm) 7x8,5(lRUP=8,5cm) 68,6 145,1 3,55kN/cm arrancou 2,53 kN/cm arrancou 7x16 (80 dentes) 7x14 (100 dentes) 7x8 (48 dentes) 36,1 46,4 madeira madeira madeira madeira madeira madeira 7x8 (160 dentes) 7x8 (160 dentes) 7x8 (160 dentes) 67,3 59,9 65,9 0,19kN/dente 0,16kN/dente 0,16kN/dente 0,11 kN/dente 0,11 kN/dente 0,12 kN/dente CHAPA RIGIDEZ (kN/mm) Ruptura Resistncia

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(NBR 7190, 1997)

Tabela 9 - Resultados : GarapaEnsaio Arrancamento (=0) CH=0 CH =45 CH =90 (=90) CH =0 CH =45 CH =90 Trao (=0) CH =0 CH =90 Cisalhamento (=0) CH =0 CH =30 CH =60 CH =90 7x8 (lRUP=8cm) 7x10 (lRUP=12cm) 7x12 (lRUP=9cm) 7x14 (lRUP=7cm) 27,1 30 27,5 27,4 1,48kN/cm 1,45kN/cm 1,33kN/cm 1,12kN/cm 1,09 kN/cm 1,1 kN/cm 1,22 kN/cm 0,87 kN/cm 5x16 (lRUP=5cm) 11x10 (lRUP=10cm) 91,4 169,3 3,67kN/cm 2,23kN/cm 3,03 kN/cm 1,93 kN/cm 7x16 (80 dentes) 7x14 (100 dentes) 11x10/7x8(80/60 dentes) 99,9/30,1 57,3 madeira madeira madeira madeira madeira madeira 7x8 (160 dentes) 7x8 (160 dentes) 7x8 (160 dentes) 87,3 68,3 94,2 0,23kN/dente 0,2kN/dente 0,19kN/dente 0,15 kN/dente 0,13 kN/dente 0,14 kN/dente CHAPA RIGIDEZ (kN/mm) Ruptura Resistncia (NBR 7190, 1997)

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Tabela 10 - Resultados : Eucalipto CitriodoraEnsaio Arrancamento (=0) CH=0 CH =45 CH =90 (=90) CH =0 CH =45 CH =90 Trao (=0) CH =0 CH =90 Cisalhamento (=0) CH =0 CH =30 CH =60 CH =90 7x8 (lRUP=8cm) 7x14 (lRUP=12cm) 7x14 (lRUP=8cm) 7x8 (lRUP=7cm) 19,1 24,5 17,8 17,6 1,36 kN/cm 1,41kN/cm 1,25kN/cm 1,40kN/cm 1,05 kN/cm 1,1 kN/cm 1,08 kN/cm 1,06 kN/cm 7x14 (lRUP=7cm) 11x12 (lRUP=12cm) 98,3 249,8 madeira dispositivo madeira dispositivo madeira dispositivo madeira dispositivo 7x16 (80 dentes) 7x8/7x14 (80/100 dentes) 7x8 (80 dentes) 33,4 40,2 madeira madeira madeira madeira madeira madeira 7x8 (160 dentes) 7x8 (160 dentes) 7x8 (160 dentes) 105,8 77,3 97,4 0,23kN/dente 0,17kN/dente 0,18kN/dente 0,18 kN/dente 0,14 kN/dente 0,15 kN/dente CHAPA RIGIDEZ (kN/mm) Ruptura Resistncia (NBR 7190, 1997)

Tabela 11 - Resultados : JatobEnsaio Arrancamento (=0) CH=0 CH =45 CH =90 (=90) CH =0 CH =45 CH =90 Trao (=0) CH =0 CH =90 Cisalhamento (=0) CH =0 CH =30 CH =60 CH =90 7x8 (lRUP=8cm) 7x14 (lRUP=12cm) 7x14 (lRUP=8,5cm) 7x8 (lRUP=7cm) 25,9 34,6 28,2 26,2 1,45kN/cm 1,44kN/cm 1,26kN/cm 1,39kN/cm 1,04 kN/cm 1,2 kN/cm 1,07 kN/cm 1,07 kN/cm 7x14 (lRUP=7cm) 11x8 (lRUP=8cm) 123,1 116,4 3,47kN/cm 2,23kN/cm 2,82 kN/cm 1,84 kN/cm 7x14 (80 dentes) 7x14 (100 dentes) 7x8 (80 dentes) 73,2 116,2 madeira madeira madeira madeira madeira madeira 7x8 (160 dentes) 7x8 (160 dentes) 7x8 (160 dentes) 87,5 88,5 86,5 0,24kN/dente 0,21kN/dente 0,18kN/dente 0,16 kN/dente 0,14 kN/dente 0,14 kN/dente CHAPA RIGIDEZ (kN/mm) Ruptura Resistncia (NBR 7190, 1997)

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

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5 5.1

DISCUSSO DOS RESULTADOS Ensaios de trao da chapa

5.1.1 Trao longitudinal chapa (CH=0) Neste ensaio observou-se uma variao muito pequena nos valores mdios de ruptura. Isto pode ser atribudo ao fato de se tratar de uma ruptura dependente somente da chapa de ao, desde que esteja garantido um nmero de dentes suficientes para impedir o arrancamento da chapa da pea de madeira, mesmo que no totalmente, ou a ruptura da madeira. Alguns corpos-de-prova apresentaram ruptura no ponto de fixao do dispositivo de ensaio, principalmente no caso do Pinus elliottii e do Eucalipto citriodora. No caso do Eucalipto no foi possvel a verificao da resistncia da chapa, pois todos os corpos-de-prova ensaiados romperam na madeira. Devido baixa resistncia do Pinus elliottii ao arrancamento da chapa e ao embutimento, no foi possvel a ruptura da chapa, pois em todos os ensaios a ruptura se deu por arrancamento da chapa ou ruptura da madeira no ponto de fixao do dispositivo. A ligao apresentou um comportamento prximo do linear at valores da ordem de 40% da fora de ruptura, passando, a partir deste ponto, a apresentar grandes deformaes, sendo importante nos clculos este controle para evitar grandes deslocamentos da estrutura. Apresenta-se na figura 10 uma curva modelo do comportamento da ligao para este tipo de solicitao, incluindo a reta para determinao da resistncia e rigidez da ligao.

Fora kN 40

30

20

10

0

1

2

3

4

5

6

DEFORMAO ESPECFICA(1/1000)

Figura 10 - Grfico modelo de ensaio de trao da chapa

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Na determinao da rigidez da ligao para este ensaio, observou-se um acrscimo com o aumento da densidade da madeira, ao contrrio do observado para os valores de ruptura, que no apresentaram grandes variaes com a mudana da espcie de madeira. 5.1.2 Trao transversal chapa (CH=90) Os valores mdios de ruptura dos ensaios realizados no apresentaram variao. A comparao destes valores com os obtidos nos ensaios de trao longitudinal mostraram uma menor resistncia no sentido transversal devido menor rea resistente de ao nesta direo. Assim como nos ensaios de trao longitudinal chapa, onde alguns corposde-prova romperam por arrancamento dos dentes da chapa da madeira ou por ruptura da madeira no ponto de fixao do dispositivo de ensaio, neste caso tambm ocorreram estas falhas principalmente para o Pinus e o Eucalipto. A ligao apresentou um comportamento semelhante ao verificado nos ensaios de trao longitudinal chapa com um comportamento linear at valores da ordem de 40% da fora de ruptura, como pode ser observado na figura 10. Tambm neste caso a rigidez aumentou proporcionalmente densidade da madeira, s que com taxas maiores que os apresentados para a trao longitudinal. Isto se deve, principalmente, pelo fato dos dentes serem solicitados na direo de maior inrcia.

5.2

Ensaios de arrancamento

5.2.1 Arrancamento paralelo s fibras (=0) Os valores de resistncia apresentados nos ensaios para este tipo de solicitao mostraram que com o aumento da densidade da madeira ocorre tambm um aumento da resistncia, partindo do Pinus (Classe C20) com uma resistncia menor e aumentando at chegar ao Jatob (Classe C60). Outra observao importante refere-se variao da resistncia dentro de uma mesma espcie com a mudana da posio da chapa. Mesmo no sendo uma variao muito elevada, necessrio levar em conta uma reduo no valor da resistncia de acordo com a posio da chapa em relao direo de aplicao da carga. O pr-dimensionamento da chapa para este ensaio permitiu que a ruptura sempre ocorresse por arrancamento, pois a ordem de grandeza das foras de ruptura por arrancamento so muito mais baixas que as de ruptura por trao da chapa ou ruptura da madeira. A ligao apresentou uma deformao muito grande devida flexo dos dentes mesmo com cargas pequenas, mostrando tratar-se de uma ligao deformvel. Apresenta-se a seguir um grfico mostrando o comportamento tpico desta ligao:

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FORA (kN) 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

DEFORM AO ESPECFICA (1/1000)

Figura 11 - Grfico modelo de ensaio de arrancamento

Do mesmo modo que o descrito para o ensaio de trao da chapa, o modelo de ensaio proposto para o ensaio de arrancamento permite a determinao da resistncia e rigidez da ligao. A rigidez da ligao maior para ligaes executadas em espcies de alta densidade, e tambm ocorre uma pequena variao de acordo com a posio da chapa. 5.2.2 Arrancamento perpendicular s fibras (=90) Todos os corpos-de-prova ensaiados para esta solicitao romperam por trao normal s fibras da madeira na pea transversal, o que tornou impossvel a determinao dos valores de resistncia ao arrancamento neste caso.

5.3

Ensaios de cisalhamento da chapa

De acordo com os dados obtidos nos ensaios os seguintes aspectos devem ser destacados: Dentro de uma mesma espcie a posio da chapa em relao direo do carregamento pode variar os valores de ruptura da ligao; Por ltimo cabe destacar que, para a mesma posio da chapa independente da espcie de madeira, os valores de ruptura apresentaram pouca variao.

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Dois problemas ocorreram nos ensaios: o primeiro refere-se montagem dos corpos-de-prova pois, dependendo da posio das chapas e das peas de madeira, com a deformao da ligao pode ocorrer o contato entre as peas de madeira gerando uma fora de atrito que aumenta o valor da resistncia da ligao. Para se evitar este problema devem ser obedecidas as posies das peas de madeira e das chapas como mostradas no captulo 4; o segundo refere-se ruptura das peas do corpo-de-prova, como mostra a figura 12.

Linha de ruptura para falhas em ensaios de cisalhamento

Figura 12 - Falha nos ensaios de cisalhamento

O comportamento da ligao mostrou-se prximo do apresentado nos ensaios de trao da chapa com um comportamento linear para valores de at 40% da ruptura, como pode ser observado na figura 13.

FORA (kN)18 16 14 12 10 8 6 4 2

0

2

4

6

8

10

12

14

DEFORMAO ESPECFICA (1/1000)

Figura 13 - Grfico modelo do ensaio de cisalhamento da chapa

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Tambm para este modelo de ensaio pode-se verificar que possvel a determinao da resistncia e rigidez da ligao. Para a rigidez verificou-se que a variao foi pequena de uma espcie para a outra e tambm em relao posio da chapa no ensaio para uma mesma espcie. Por outro lado, a rigidez influenciada pelo comprimento de ruptura da chapa pois, com o aumento deste comprimento, observou-se um aumento na rigidez. Para os ensaios com CH=30, com maior dimenso da chapa na seo de solicitao, a rigidez se mostrou maior que os apresentados para as outras trs posies da chapa, que apresentaram valores menores, mas prximos entre si.

6

CONCLUSES

O mtodo de ensaio proposto mostrou-se adequado e serve de base para a aferio de critrios de dimensionamento de ligaes em estruturas de madeira por CDE. Dos ensaios realizados recomenda-se a verificao dos seguintes modos de ruptura : Trao da chapa; Cisalhamento da chapa; Arrancamento dos dentes da chapa da pea de madeira. Nos ensaios podem ocorrer os seguintes modos de ruptura : Ruptura da chapa por trao; Ruptura da chapa por cisalhamento; Ruptura por arrancamento; Ruptura da madeira por cisalhamento ou trao normal.

Para os ensaios de resistncia trao e cisalhamento da chapa, os ensaios no devem ser executados com espcies de baixa densidade, pois dificilmente a ruptura ocorrer na chapa, mas sim por arrancamento. Nos ensaios de arrancamento perpendicular s fibras da madeira o modo de ruptura caracterstico por trao normal s fibras da madeira na pea transversal do corpo-de-prova. A resistncia e a rigidez da ligao podem ser determinadas pelo mtodo de ensaio proposto neste trabalho, e devem ser levadas em considerao nos clculos devido s variaes apresentadas de acordo com a espcie de madeira e o tipo de solicitao. Para a continuidade deste trabalho sugerem-se os seguintes tpicos : Critrios de dimensionamento; Realizao de um nmero maior de ensaios com uma mesma espcie para obteno de valores de resistncia para a utilizao no desenvolvimento de projetos, e a verificao dos valores de resistncia e rigidez em funo do tamanho e posio da chapa; Verificao do modo de ruptura apresentado nos ensaios de arrancamento perpendicular s fibras da madeira com o aumento da parcela da chapa presa na pea transversal do corpo-de-prova;

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Verificao da resistncia da ligao para carregamentos fora do plano; Verificao da resistncia ao arrancamento para madeiras da classe C30.

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