Comportamento mecânico de ligações do tipo cavilha em estruturas de madeira - Santos, Cristóvão Lucas dos (2014)
O aspecto crítico do projecto de estruturas em madeira são as ligações entre os elementos estruturais, nas quais se incluem as ligações do tipo cavilha. As ligações são componentes críticos das estruturas de madeira que transmitem cargas estáticas e dinâmicas entre os membros estruturais. O comportamento de uma estrutura de madeira depende fortemente da sua configuração estrutural e do desempenho das suas ligações. O colapso completo de um edifício ou a ocorrência de outros acidentes menos extensos começa geralmente com uma falha localizada numa ligação ou na sua proximidade. A tendência para projectos de estruturas de madeira cada vez maiores e mais complexas, obriga ainda mais a uma concepção mais eficiente das ligações. Assim, para aumentar a competitividade da madeira como material estrutural, é fundamental desenvolver novas metodologias de projecto que permitam o fabrico de juntas com propriedades mecânicas bem definidas. Neste âmbito, este trabalho apresenta um estudo relativo ao desenvolvimento de uma técnica inovadora de reforço de ligações do tipo cavilha para estruturas de madeira. A madeira usada foi o pinho bravo (Pinus pinaster Ait.), uma vez que é uma das espécies com maior abundância em Portugal e a técnica proposta consistiu na colagem de insertos metálicos na zona envolvente dos furos das peças de madeira, realizando-se um rebaixo nestas zonas de modo a acomodar o reforço sem aumentar a espessura destes elementos. Na colagem dos insertos à madeira foram usados adesivos epóxidos. Foi desenvolvido um programa experimental, que incluiu ensaios de esmagamento localizado nas direcções radial e longitudinal, segundo os procedimentos da norma EN383, com o intuito de demonstrar o desempenho desta técnica de reforço. Adicionalmente, representando um dos detalhes estruturais mais comuns em estruturas de madeira, o programa experimental incluiu uma série de ensaios numa ligação em T com um único ligador, testada com e sem reforço. A análise experimental permitiu a avaliação da rigidez e cargas últimas de rotura, tendo sido demonstrado o bom desempenho da solução reforçada, quer no que concerne à melhoria destas propriedades de resistência mecânica das ligações, quer na redução de modos de rotura frágeis. Ainda nesta fase, foi incluída a comparação desta técnica de reforço com outra técnica com o mesmo fim, caracterizada pela colagem de laminados de CFRP nas zonas dos furos. À semelhança da técnica baseada nos insertos metálicos, esta técnica usou um adesivo epóxido e foi aplicada em peças de pinho bravo. A comparação dos resultados foi feita ao nível dos ensaios de esmagamento e ao nível de ensaios da ligação em T e revelou que a nova técnica embora confira menor rigidez às peças, anula os modos de rotura frágeis. Por fim, este estudo também propõe um conjunto de modelos de elementos finitos 3D. Estes modelos tiveram em conta o contacto entre o ligador e a madeira, permitiram, numa primeira fase, captar o comportamento elástico dos ensaios de esmagamento localizado. Posteriormente foram implementados modelos de plasticidade e foi possível obter a previsão do comportamento elasto-plástico dos ensaios de esmagamento. Estes modelos foram calibrados usando os resultados experimentais disponíveis, nomeadamente os módulos de fundação ou equivalentes módulos de rigidez. Adicionalmente foram construídos modelos de elementos finitos tridimensionais para simular a ligação em T. Esta modelação incluiu modelos de plasticidade para simular o comportamento dúctil da ligação e, simultaneamente foi implementado um modelo de dano coesivo para simular o comportamento frágil das peças laterais de madeira. Esta modelação permitiu um ajuste muito satisfatório do comportamento não linear da ligação, incluindo a previsão da carga de colapso.