ligaÇÕes coladas madeira-betÃo£o_oliveira_oliveira... · menos viscosa. 4 - programa ex...

8º Congresso Nacional de Mecânica Experimental Guimarães, 21-23 de Abril, 2010

LIGAÇÕES COLADAS MADEIRA-BETÃO

Negrão, J.1; Oliveira, F. 2; Oliveira, C. 3; Cachim, P. 4

1 Departamento de Engenharia Civil, CIEC, Universidade de Coimbra 2 Engenheiro Civil, MSc 3 Engenheira Civil, MSc

4 Departamento de Engenharia Civil, LABEST, Universidade de Aveiro

RESUMO Neste trabalho estuda-se a resistência ao corte de ligações coladas madeira-betão, com vista à sua possível utilização como alternativa aos conectores metálicos planos ou filiformes. A questão fundamental é a de clarificar o efeito de alguns factores, passíveis de ocorrer em condições reais de serviço, na resistência ao corte da interface. Com esse objectivo, estudou-se o efeito do teor em água no momento da colagem e o da sua variação subsequente, a espessura do filme de cola, a rugosidade da superfície de colagem, o tipo de cola utilizada, o uso de betão fresco ou pré-fabricado e as suas condições de cura. O estudo foi feito por via experimental, sendo realizadas séries de provetes mistos diferindo entre si por uma das características apresentadas. Complementarmente, foram produzidos e analisados modelos de elementos finitos, com vista ao esclarecimento do regime de tensões existente no modelo seleccionado. Como principal conclusão, salienta-se a elevada resistência demonstrada para condições correspondentes a classes de serviço I e II, segundo a classificação do Eurocódigo 5, bem como a grande rigidez, que permite assegurar um comportamento compósito perfeito de vigas mistas coladas até à carga última.

1 - INTRODUÇÃO

As vigas mistas madeira-betão exploram de forma racional e económica o potencial resistente de cada um dos dois materiais. Por essa razão, a sua aplicação tem sido utilizada com sucesso, um pouco por todo mundo e desde há várias décadas. Em todas as aplicações conhecidas, a ligação entre o betão e a madeira tem sido conseguida pela inserção de conectores metálicos, discretos ou contínuos, eventualmente combinados com um perfil denteado da superfície de interface.

Este tipo de ligação é relativamente dúctil e estruturalmente fiável. No entanto, a rigidez finita dos conectores metálicos impede a concretização do comportamento

compósito perfeito havendo, em relação a este, uma perda de resistência e um aumento de deformabilidade, sendo qualquer destes efeitos pouco desejável. Adicionalmente, a necessidade de realizar furações na madeira, para os ligadores, requer uma quantidade apreciável de mão de obra, causa o enfraquecimento da secção transversal e facilita o acesso de água ao interior da madeira.

A colagem directa da madeira ao betão pode reduzir estes inconvenientes, mas introduz novos problemas, como a da falta de fiabilidade da ligação em condições termo-higrométricas variáveis e o efeito, sobre a resistência da ligação, de aspectos como a rugosidade superficial, a espessura do filme de cola e outros.

Ligações coladas mistas madeira-betão

102

Com o objectivo de clarificar estes aspectos, foi conduzida uma campanha experimental sobre um elevado número de provetes pequenos mistos colados. Estes foram agrupados em séries de cerca de 20 unidades, diferindo entre si por um dos parâmetros considerados de maior influência no comportamento de ligações coladas.

O estudo dos efeitos dos carregamentos de longa duração e dos carregamentos cíclicos, se bem que incontornável para concluir da aplicabilidade prática deste tipo de ligação, não pode ainda ser levado a cabo, por dificuldades logísticas, mas deverá ser levado a cabo no futuro.

Tendo em vista a possibilidade de utilização desta técnica tanto em trabalhos de reabilitação como na produção de estruturas novas, o programa de ensaios foi dividido em dois ramos paralelos e semelhantes na medida do possível. Num deles foram utilizados provetes produzidos com elementos de betão fresco, colados na moldagem contra a peça de madeira. No outro, foram previamente produzidos os elementos de betão, tendo a sua colagem à madeira sido feita posteriormente.

2 - METODOLOGIA DE ENSAIO

Dada a limitada disponibilidade de vigas de madeira lamelada colada das quais foram extraídos os elementos de madeira, optou-se por conceber provetes constituídos por duas peças laterais de betão e uma peça central de madeira lamelada colada, como esquematizado na Fig. 1.

Com esta geometria e esquema de ensaio, a peça de madeira comporta-se praticamente como uma viga curta, pelo que o estado de tensão na área de colagem não é de corte puro, mas antes de corte combinado com esforço axial, sendo este de tracção na base da zona de colagem e de compressão na superior, como pode concluir-se por simples considerações estáticas e é ilustrado na Fig.2.

Fig. 1 – Geometria dos provetes mistos.

Fig. 2 – Equilíbrio de forças do provete em carga.

Sendo assim, a resistência ao corte a determinar por este esquema de ensaio será um valor médio para a área de contacto. No entanto, como se trata de um valor conservador, uma vez que a rotura é condicionada pela zona inferior da interface, em corte e tracção, considera-se segura a sua utilização. Na secção 5 será lançada alguma luz sobre a verdadeira distribuição de tensões na interface colada.

O carregamento foi aplicado seguindo a função de carga-tempo estabelecida pela norma EN26891/ ISO6891 (1991). Esta norma foi estabelecida para o ensaio de ligações com conectores mecânicos mas, à falta de uma especificação para ligações coladas, utilizou-se igualmente no caso presente, o que também facilitará a comparação de resultados, com eventuais ensaios de provetes com conectores mecânicos.

Alguns ensaios preliminares, em correspondência com o esperado, mostraram que a ligação colada tem um comportamento do tipo rígido-frágil, com

Negrão J., Oliveira F., Oliveira C., Cachim P.

103

deslizamento reduzido (cerca de 0,5mm na rotura). Deste modo, e com o fito de simplificar o esquema de ensaio, dispensou-se a colocação de sistemas de medição de deformações, como LVDTs. A mesma justificação fundamenta a admissão da hipótese de comportamento compósito perfeito, que permitiu uma drástica simplificação no modelo de análise das vigas mistas em flexão, estudo do qual este trabalho constituiu a primeira fase.

3 - PRODUÇÃO DOS PROVETES

3.1 - Elementos de madeira A secção transversal dos elementos

era de 90x90mm2, com 135mm na direcção da carga, tanto para os prismas de madeira como para os de betão. Aquela secção resultou da necessidade de aproveitar as vigas de madeira lamelada colada disponíveis, que tinham 90mm de largura e 180mm de altura. A opção por madeira lamelada colada deveu-se à maior regularidade deste material, em comparação com a madeira maciça de pinho, opção mais corrente e acessível no mercado nacional. Dadas as pequenas dimensões dos elementos, no entanto, as propriedades mecânicas necessárias foram obtidas na norma EN338, para a classe de resistência correspondente à madeira maciça constituinte das lamelas.

Fig. 3 – Dimensão das janelas de colagem.

As janelas rectangulares de colagem tinham 60x80mm2, sendo esta última dimensão designada por comprimento de colagem na direcção da carga, e eram centradas na área de interface entre os dois elementos.

Como um dos parâmetros estudados foi o comprimento de colagem, numa série aquele valor foi duplicado e noutra triplicado, como mostra a Fig. 3.

A delimitação das janelas de colagem foi feita com película adesiva plástica, para impedir a adesão da madeira ao betão. Nos casos em que se pretendia um filme de cola espesso, foi colocada cartolina com 0,5mm de espessura sob esta película. A Fig. 4 ilustra os dois tipos de solução.

Fig. 4 – Delimitação das janelas de colagem.

3.2 - Elementos de betão Os elementos de betão fresco e pré-

fabricado foram produzidos de forma diferente. No primeiro caso, as operações de cofragem, betonagem e descofragem tiveram lugar no laboratório. No segundo, a cofragem foi produzida no laboratório e depois transportada para a central de betonagem, onde recebeu o betão pronto. A Fig.5 ilustra os processos.

Fig. 5 – Produção dos elementos de betão.

Após a cura, os elementos foram tratados a jacto de areia, por forma a remover a camada superficial de goma e cimento não reagido (Fig. 6).


104

Também a colagem dos elementos de madeira e de betão foi diferente, por força das particularidades da produção. No caso do betão fresco, a cola foi aplicada nas janelas de colagem de um mesmo lado e, após a betonagem e endurecimento do betão, o conjunto foi voltado e o processo repetido. Quanto aos provetes com betão pré-fabricado, a resina foi aplicada simultaneamente nas duas faces e procedeu-se à sua colagem imediata.

Fig. 6 – Remoção da goma com jacto de areia.

Em ambos os casos, o betão utilizado foi da classe de resistência C20/25, segundo a EN1992-1:2004 (Eurocódigo 2, Parte 1-1), De todas as operações de betonagem foram produzidos cubos para controle de resistência aos 28 dias.

3.3 - Resinas Foram usadas duas resinas

comercialmente disponíveis, ambas produzidas pela Sika AG, respectivamente a ICOSIT K101-N, usada como resina de controle, na generalidade das séries, e a ICOSIT K220/60, usada como alternativa numa das séries. De acordo com a documentação técnica do fabricante, trata-se de colas estruturais com aptidão para ligar os materiais envolvidos no presente trabalho. Embora de utilização menos comum, a ICOSIT K220/60 revelou-se mais fácil de trabalhar e distribuir uniformemente na área de colagem, por ser menos viscosa.

4 - PROGRAMA EXPERIMENTAL

O objectivo principal do programa de ensaios era o de investigar o efeito, sobre o desempenho e comportamento mecânico da colagem, de variações num conjunto de factores considerados influentes desse ponto de vista. Tinha-se em vista, nomeadamente, demonstrar que a colagem em si mesma não é o elo mais fraco numa ligação colada, isto é, que a rotura ocorre maioritariamente por corte num dos materiais ligados. Esta constatação permitiria remover muita da suspeição que a comunidade técnica nutre a respeito deste tipo de solução.

Os factores considerados influentes no desempenho da ligação foram o teor em água na madeira, a espessura do filme de resina, a rugosidade do acabamento da superfície de colagem e a qualidade da resina usada. A estes factores acrescem as condições de cura (húmida ou seca) do betão, no caso dos provetes de betão fresco, uma vez que esta é passível de afectar o desempenho da ligação colada. Também foi considerada, ainda que com séries de dimensão restrita, a influência do comprimento de colagem.

4.1 - Séries de betão pré-fabricado Na Tabela 1 são descritas as séries

de provetes produzidos com betão pré-fabricado. Cada série foi constituída por um número de provetes não inferior a 20.

A série 1A é a que corresponde às condições de referência, diferindo as restantes dela pela introdução de uma alteração num dos parâmetros relevantes, assinalados na Tabela. Nesta série, os provetes começam por ser condicionados até 12% de teor em água (TAC na Tabela 1), por armazenamento prolongado numa câmara climática com condições termo-higrométricas constantes de 20ºC de temperatura e 65% de humidade relativa do ar. O controlo foi feito com medições com humidímetro e pesagens periódicas dos provetes, até se obter uma variação praticamente nula entre pesagens consecutivas do mesmo provete. Para


105

validar estas medições, alguns provetes foram secos em estufa, após estabilização, tendo sido comparada a perda de massa com a que correspondia ao teor em água determinado. Os resultados apresentaram sempre boa concordância, com diferenças de teor em água não superiores a 2%.

Após o condicionamento inicial, procedeu-se à colagem dos elementos de madeira e betão. Em primeiro lugar, colou-se um dos elementos de betão, deixando-se curar a colagem por cerca de 24h. Depois virou-se o conjunto ao contrário e procedeu-se à colagem do outro elemento de betão. A Fig. 7 ilustra o processo de colagem.

Tabela 1 – Séries de betão pré-fabricado Séries TAC TAE Resina Espessura Betão Rugosidade

1A 12% 12% 1 E P Liso

2A 12% 20% 1 E P Liso

3A 20% 12% 1 E P Liso

4A 20% 20% 1 E P Liso

5A 12% 12% 1 F P Liso

6A 12% 12% 1 E P Rugoso

7A 12% 12% 2 E P Liso

8A 12% 12% 1 E L Liso Legenda: TAC – Teor em água de condicionamento TAE – Teor em água no ensaio E – filme de resina espesso ; F – Filme fino P – Fornecedor externo ; L - Produzido no laboratório Resina 1 – ICOSIT K101-N ; 2 – ICOSIT KC220/60

Fig. 7 – Produção das séries de betão pré-fabricado.

Os provetes foram mantidos na sala climatizada até ao momento do ensaio, pelo que o teor em água se manteve inalterado (TAE) até essa altura.

As séries 2A, 3A e 4A diferiram da de referência apenas pelas condições de

humidificação ou secagem dos elementos de madeira. Assim, na série 2A, o teor em água na madeira foi mantido em cerca de 12% até à cura da colagem. No entanto, esses provetes foram depois introduzidos numa câmara com condições termo-higrométricas de cerca de 30ºC e 90% de humidade relativa, com vista a uma rápida elevação do teor em água da madeira até cerca de 20%. O controlo foi feito de forma análoga ao descrito anteriormente para a série 1A. Estabilizado o teor em água em torno deste valor, procedeu-se ao ensaio. Para a série 3A, começou-se por condicionar os elementos de madeira a um teor em água de 20%, introduzindo-os na câmara climática sob as condições anteriormente referidas. Uma vez estabilizados, procedeu-se à colagem, deixando-se depois os provetes na sala climatizada, até a madeira atingir de novo um teor em água próximo dos 12%, após o que foi realizado o ensaio. Finalmente, na série 4A tanto a colagem como o ensaio são levados a cabo com um teor de água na madeira próximo de 20%.

As restantes séries foram produzidas sob condições termo-higrométricas iguais às da série 1A, tendo-se variado outros parâmetros.

Assim, na série 5A foi utilizada uma camada fina de resina, o que foi conseguido pela remoção da moldura de cartão, aplicada nas restantes séries para garantir a espessura adequada.

Nos provetes da série 6A procedeu-se à picagem da superfície de colagem na madeira, com um vulgar martelo de carne, a fim de aumentar a rugosidade da interface.

Na série 7A foi utilizada a resina alternativa ICOST KC220/60.

Finalmente, na série 8A foram usados provetes pré-fabricados produzidos com um betão amassado no laboratório. Este betão tinha composição e, consequentemente, características mecânicas iguais às do betão pronto usado no outro ramo da investigação, destinando-se a permitir a comparabilidade de resultados entre ambos.


106

4.2 - Séries de betão fresco Foram também produzidas diversas

séries com betão fresco focadas, ainda que com as necessárias modificações, na variação dos parâmetros referidos a respeito do betão pré-fabricado. A enumeração e descrição destas séries apresenta-se na Tabela 2. As séries “D” e “T” são constituídas por 4 e 6 provetes com comprimentos de colagem duplo (D) e triplo (T), respectivamente, a respeito do da série de referência e têm o objectivo de clarificar o efeito do comprimento de colagem no desempenho da ligação colada.

Tabela 2 – Séries de betão fresco Séries TAC TAE Resina Espessura Cura Rugosidade

1B 12% 20% 1 E H Liso

2B 12% 12% 1 E S Liso

3B 20% 20% 1 E H Liso

4B 20% 12% 1 E S Liso

5B 12% 12% 1 E S Rugoso

6B 12% 20% 2 E H Liso

7B 12% 12% 2 E S Liso

8B 12% 12% 1 F S Liso

D 12% 12% 1 E S Liso

T 12% 12% 1 E S Liso Legenda: TAC – Teor em água de condicionamento TAE – Teor em água no ensaio E – filme de resina espesso ; F – Filme fino H – Cura húmida do betão ; S – Cura seca do betão Resina 1 – ICOSIT K101-N ; 2 – ICOSIT KC220/60

A série de referência foi a 2B. Os elementos de madeira foram inicialmente condicionados a 12%, num procedimento igual ao da série de referência dos provetes pré-fabricados. Procedeu-se então à betonagem contra os elementos de madeira e, 3 dias depois, a cofragem foi removida e os provetes ficaram na sala climatizada, durante o período de endurecimento do betão, após o que foram ensaiados. O teor em água na madeira mantinha, na altura do ensaio, um teor em água em torno de 12%.

Na série 1B o procedimento foi semelhante, mas o endurecimento do betão foi feito em câmara de cura saturada, apresentando os elementos de madeira, no final, um teor em água próximo de 20%.

Na série 3B, os elementos de madeira começaram por ser condicionados a cerca de 20% de teor em água. Em seguida, procedeu-se à betonagem, seguida de endurecimento em câmara de cura saturada. O resultado é o de provetes com a madeira num estado permanente de humidificação em torno de 20%.

A série 4B tem uma preparação semelhante à anterior, excepto em que o endurecimento do betão se faz na sala climatizada, conduzindo a um valor final do teor em água nos elementos de madeira em torno de 12%.

As séries 1B a 4B têm por finalidade investigar o efeito do teor em água e da sua variação no valor médio da resistência ao corte da interface colada.

Na série 5B, foi imposta uma rugosidade artificial à superfície da madeira e na área de colagem, pelo mesmo processo utilizado para a série 6A.

Nas séries 6B e 7B foi utilizada a resina alternativa ICOSIT K220/60, tendo o betão sofrido cura húmida no primeiro caso e seca no segundo.

Finalmente, na série 8B foi utilizado um filme fino de resina, obtido da mesma forma que o descrito para a série 5A.

Nas séries D e T, o número de provetes produzidos e ensaiados foi bastante menor do que nas restantes séries, dada a escassez de madeira existente na altura da sua produção. Ainda assim, considera-se que o número foi suficiente para apontar uma tendência para a sensibilidade da resistência ao corte a respeito deste parâmetro.

5 - RESULTADOS

Apresentam-se, nas Figuras 8 a 12, os histogramas relativos a todas as séries ensaiadas. Para cada série, são igualmente apresentados os valores médios, os desvios-padrão e os valores característicos da resistência ao corte média da interface, definida esta como o quociente entre a força última de corte e a área de colagem.


107

Estes valores foram determinados

tendo somente em conta os valores estatisticamente significativos, isto é, excluindo os resultados anormais com causa claramente identificada e ainda aqueles que, sem motivo aparente, apresentam desvios excessivos mesmo tendo em conta o carácter probabilístico dos parâmetros em estudo.

Para identificação destes casos, foi usada a bateria de procedimentos definidos na norma ASTM E178-02 (2002), que define critérios de exclusão de eventos

extremos de séries aleatórias com distribuição de tipo normal.

Admitiu-se uma distribuição normal

logarítmica para o parâmetro em estudo, que era a resistência ao corte média na interface.

A título simplificativo, considerou-se que a força aplicada se repartia igualmente pelas duas janelas de colagem (ver Fig. 1).

Embora pequenos defeitos ou excentricidades alterem esta simetria

τmean=4,35MPa ; σdev =1,26MPa ; τ0,05 =2,75MPa ;(2 exclusões à esqª)

τmean=4,73MPa ; σdev =1,56MPa ;τ0,05 =1,99MPa ; (sem exclusões)

τmean=4,48MPa ;σdev =1,18MPa ; τ0,05 =3,22MPa ;(3 exclusões à esqª)

τmean=3,77MPa ; σdev=1,51MPa ; τ0,05 =1,68MPa ;(2 exclusões à esqª)

Fig. 9 – Histogramas - Séries 5B-8B (betão fresco).

τmean=4,85MPa σdev =1,25MPa τ0,05=3,12MPa (2 exclusões à esqª)

τmean=4,59MPa ;σdev =1,55MPa ; τ0,05=1,97MPa (2 exclusões à esqª)



Fig. 8 – Histogramas - Séries 1B-4B (betão fresco).


108

perfeita e a hipótese não seja, a rigor, correcta, pensa-se que o resultado assim obtido é conservador, porque corresponderá à rotura de um dos lados, enquanto o outro apresentará ainda uma pequena reserva de resistência.

O valor médio da resistência ao corte

média, para a série de referência de betão pré-fabricado (1A) é de 4,36N/mm2, com um valor característico de 2,68N/mm2 e um desvio-padrão de 1,29N/mm2, ao qual

corresponde um coeficiente de variação de cerca de 29%.

O valor característico é similar ao

prescrito pelas normas de produto para Madeira maciça e lamelada colada e é mais de cinco vezes superior à resistência nominal mínima do betão não armado, conforme especificada pela EN1992-1 (Eurocódigo 2). Este aspecto é importante, porque reforça a confiança em que, numa ligação colada, o interface colado não

τmean= 4,36MPa ; σdev = 1,29MPa ; τ0,05 =2,68MPa ; (0 exclusões)



τmean= 2,71MPa ; σdev = 1,62MPa ; τ0,05 =1,09MPa ; (1 exclusão à esqª)

Fig. 10 – Histogramas - Séries 1A-4A (betão p-f.).





Fig. 11 – Histogramas - Séries 5A-8A (betão p-f.).


109

constituirá um elo mais fraco do que os correspondentes aos materiais ligados.

O uso de uma camada fina de resina resultou num aumento substancial da resistência ao corte para o caso de betão pré-fabricado (série 5A), sendo mesmo esta a série que evidencia melhores valores médio e característico. No entanto, este comportamento não é confirmado para a série com betão fresco, sendo a resistência inferior à obtida com um filme de maior espessura, ainda que os valores ainda permitam a utilização prática. Uma explicação possível para isto é a de que o derramamento e vibração do betão sobre a zona de colagem remove e dispersa parte do adesivo na massa de betão. Este efeito foi evidenciado por Brunner ë Schnüriger (2004), que usaram um adesivo corado, de forma a permitir visualizar a sua dispersão dentro da massa de betão.

A série 2A, que traduz o efeito do inchamento após colagem, foi a que apresentou piores resultados de entre todas as relativas a betão pré-fabricado. Um valor médio muito baixo da resistência ao corte, combinado com um elevado coeficiente de variação, resultaram num valor característico de apenas 0,16N/mm2, claramente insuficiente para a maioria das aplicações estruturais.

Observa-se novamente uma diferença significativa em relação ao caso do betão fresco. Neste, é a série 1B (cura húmida) que apresenta condições mais próximas das da série 2A. Ao comparar os seus resultados com a da série de referência 2B (cura seca), correspondendo, em termos gerais, à série 1A, constata-se existir apenas uma ligeira redução dos valores médio e característico da resistência mão corte média.

Nas séries 3A e 4A, a colagem dá-se com elevados teores em água na madeira, tendo por consequência comum uma redução significativa de resistência e um aumento da variabilidade, efeitos que, combinados, resultam em valores característicos da resistência ao corte média excessivamente baixos, inviabilizando a aplicação desta solução em condições semelhantes. Idênticas

conclusões podem extrair-se para as séries 3B e 4B. Uma conclusão a reter é a de que a presença de água durante a colagem inviabiliza uma colagem eficiente, ainda que a peça venha a estar sob condições higrotérmicas secas, em serviço. Duas justificações possíveis são a de que a água preenche os vazios superficiais e diminui o entrosamento mecânico entre os materiais e, por outro lado, tem um efeito lubrificante da superfície da madeira, reduzindo a sua aderência ao betão.

Em relação ao efeito da rugosidade superficial, os resultados foram opostos ao esperado, verificando-se redução de resistência em relação às situações de referência. Pensa-se que tal se deverá ao enfraquecimento da madeira devida à ocorrência de múltiplas micro-fracturas causadas pela percussão exercida para causar a rugosidade superficial. Ademais, como as depressões provocadas foram dispersas e pouco profundas, é possível que o efeito mecânico pretendido não tenha sido conseguido.

As séries produzidas com a resina alternativa ICOSIT K220/60 apresentaram resultados muito semelhantes aos das séries de referência, tanto no caso do betão fresco como no do pré-fabricado, considerando-se que as diferenças observadas caem dentro da natural variabilidade do fenómeno em estudo. Portanto, pode concluir-se que esta cola é também adequada para a aplicação em estudo.

A comparação das séries 8A e 2B tem por objectivo caracterizar o efeito da betonagem em fresco versus pré-fabricação. Os elementos da série 8B, betonados em fresco contra a madeira, foram depois reaproveitados para a série 2A, por forma a garantir que o betão era exactamente igual. Embora o valor médio da resistência ao corte média tenha resultado inferior para o caso pré-fabricado, o menor coeficiente de variação acabou por determinar um valor característico ligeiramente superior. Em ambos os casos, no entanto, os valores são semelhantes e perfeitamente dentro da gama considerada aceitável para utilização prática.


110

A Fig. 12 representa os histogramas para as séries de comprimento de colagem duplo e triplo. Embora o pequeno número de provetes testado para cada série não permita um confiança estatística elevada, é possível verificar que o valor médio da resistência ao corte média é inferior ao da série correspondente com comprimento simples (1B). Esta tendência parece confirmar a ideia de que a eficiência da colagem diminui com o comprimento de colagem, dada a falta de ductilidade da ligação. No entanto, a referida tendência não é observável dos provetes D para os T, como seria de esperar, o que pode ser um efeito da pequena dimensão da amostra.

Quanto aos modos de rotura,

constatou-se que, na quase totalidade dos casos, a rotura ocorreu na madeira ou no betão e, mais raramente, no adesivo, o que reforça a confiança quanto à sua utilização. A repartição entre estas formas de rotura variou de série para série mas, em termos médios, pode indicar-se que percentagem de roturas pelo betão rondou os 70%, a da madeira os 20% e a da resina os 10%.

As Fig. 13, 14 e 15 representam casos típicos de cada uma destas formas de rotura.

Fig. 13 – Rotura dominante pelo betão.

Fig. 14 – Rotura dominante pela resina.

Fig. 15 – Rotura dominante pela madeira.

A prevalência de roturas pelo betão foi superior, no caso do betão fresco, à do caso de betão pré-fabricado. Também se verificou que as roturas pela madeira ocorreram com muito maior frequência nas séries nas quais esta foi sujeita a alta humidificação, como era de esperar, dado o enfraquecimento das suas propriedades mecânicas.

A rotura pela cola foi mais frequente quando se utilizou a ICOSIT K220/60, sobretudo no caso da madeira seca. Foi igualmente elevada no caso do interface picado.

τmean=3,10MPa ; σdev.= 1,68MPa ; τ0,05 =0,72MPa

τmean=3,39MPa ; σdev.= 1,10MPa ; τ0,05 =2,68MPa ;

Fig. 12 – Histogramas - Séries D e T.


111

Um último passo deste estudo consistiu na modelação numérica e análise por elementos finitos de um provete. Para tal, foi utilizado o programa ABAQUS. O betão e a resina foram modelados como materiais isotrópicos. Quanto à madeira, consideraram-se modelos constitutivos isotrópicos e monotrópicos, tendo os resultados relevantes sido semelhantes em ambos os casos. O aspecto essencial a clarificar era o da distribuição de tensões na janela de colagem, e os resultados mostraram que essa distribuição não é uniforme, tendo as tensões tangenciais um padrão de distribuição no contorno da área colada, como ilustra a Fig. 16.

Este resultado confirma que, de acordo com o que já foi expresso neste trabalho, os valores da resistência ao corte aqui obtidos não devem ser considerados no sentido estrito do termo, isto é, propriedades intrínsecas desta combinação de materiais, mas antes valores médios destinados a averiguar da exequibilidade de aplicações estruturais baseadas nesse sistema, para os quais, mais do que um valor preciso da resistência, interessa conhecer uma ordem de grandeza aproximada do seu valor.

6 - CONCLUSÕES

O estudo descrito envolveu o ensaio de mais de 300 provetes mistos madeira-betão colados, sujeitos a diferentes condições de produção, condicionamento e ensaio. A análise dos resultados demonstra que a colagem é uma alternativa viável para a ligação de elementos estruturais mistos madeira-betão. A técnica apresenta

diversas vantagens em relação aos conectores metálicos, nomeadamente a superior rigidez, que permite a realização de um comportamento compósito perfeito, e o menor custo de material e mão de obra.

No entanto, o seu campo de aplicação possui limitações, não podendo ser usada em situações de grande variabilidade termo-higrométrica, que conduzam a variações elevadas do teor em água da madeira e à consequente delaminação da interface colada.

Outros factores, como o da rugosidade da interface, a espessura do filme de cola e o comprimento colado na direcção da força de corte afectam a eficiência da ligação. Geralmente, no entanto, estes efeitos são moderados e, mesmo quando a sua influência é negativa, a ligação mantém capacidade resistente suficiente para aplicação prática, nomeadamente em vigas mistas madeira-betão, aquela que se considera ser a sua principal utilização potencial.

Fora do presente estudo, mas de importância fulcral para clarificar a fiabilidade deste sistema de ligação e, por conseguinte, a requerer estudos adicionais, está o estudo do carregamento cíclico e/ou de longa duração, a empreender futuramente.

7 - AGRADECIMENTO

Os autores agradecem à Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) e ao Programa Operacional Ciência e Inovação (POCI 2010), co-financiado pelo Fundo FEDER da União Europeia, pelo apoio concedido através do Projecto de Investigação nº POCI/ECM/60089/2004.

8 - REFERÊNCIAS

CEN-Comité Européen de Normalization

1991. EN 26891 - Timber structures - Joints made with mechanical fasteners - General principles for the determination of strength and deformation characteristics (ISO 6891:1983), Brussels, Belgium.

Fig. 16 – τxy na zona da interface.


112

CEN-Comité Européen de Normalization 2004. EN1992-1 - Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings, Brussels, Belgium.

ASTM - American Standards and Testing Machines 2002. ASTM E178-02 - Standard Practice for Dealing With Outlying Observations.

Brunner, M. and Schnüriger, M. 2004. Adhesive Connection for Timber-Concrete Composite, Proc. WCTE 2004 - The Eight World Congress on Timber Engineering, Lahti, Finland.

ligaÇÕes coladas madeira-betÃo£o_oliveira_oliveira... · menos viscosa. 4 - programa ex...

Documents