Análise teórica, experimental e numérica da resistência ao embutimento de pinos de aço em corpos de prova de madeiras de Cedro Indiano, Cedro Australiano e Garapeira

Abstract

Este trabalho teve como objetivo estudar a resistência da madeira ao embutimento de pinos metálicos em peças de madeira. Para tanto, foram consideradas três principais abordagens: teórica, numérica e experimental. Inicialmente foi efetuado um levantamento teórico sobre o tema, com base na literatura disponível, para avaliação da normalização nacional e internacional pertinente ao assunto. Na sequência foram realizados os ensaios experimentais em corpos de prova de madeiras de Cedro Indiano, Cedro Australiano e Garapeira com ligações metálicas efetuadas por pinos com diâmetros aproximados de 6,72 mm e 10 mm. Os ensaios foram realizados de acordo com as recomendações das normas: ABNT NBR 7190 (1997), EUROCODE 5 (2004) e ASTM D5764 (2007) com posterior comparação entre os resultados obtidos para a resistência ao embutimento. Também foram realizadas simulações numéricas no software ANSYS, que tem como base o Método dos Elementos Finitos para avaliação das distribuições de tensões e deformações nas regiões de contato do pino com a madeira. Os resultados obtidos mostram diferenças significativas entre os valores experimentais de resistência ao embutimento obtidos através das normas estudadas quando comparados entre si. Em geral a norma europeia se mostrou mais adequada para confecção dos corpos de prova, maior facilidade de obtenção das forças de embutimento, maiores valores de resistência ao embutimento como também melhor aproximação entre os valores experimentais e analíticos. Os modelos numéricos propostos foram capazes de prever a concentração das tensões nas regiões de contato entre o pino e a madeira justificando os modos de ruptura obtidos nos ensaios experimentais.

This work aimed to study the resistance of wood to the embedding of metal pins in wooden parts. Therefore, three main approaches were considered: theoretical, numerical and experimental. Initially, a theoretical survey on the subject was carried out, based on the available literature, to assess the national and international standardization pertinent to the subject. Next, experimental tests were carried out on specimens of Indian Cedar, Australian Cedar and Garapeira wood with metallic connections made by pins with approximate diameters of 6.72 mm and 10 mm. The tests were carried out in accordance with the recommendations of the standards: ABNT NBR 7190 (1997), EUROCODE 5 (2004) and ASTM D5764 (2007) with subsequent comparison between the results obtained for the inlay strength. Numerical simulations were also carried out in ANSYS software, which is based on the Finite Element Method to evaluate the stress and strain distributions in the regions of contact between the post and the wood. The results obtained show significant differences between the experimental values ​​of embedding resistance obtained through the studied standards when compared to each other. In general, the European standard proved to be more suitable for making the specimens, easier to obtain the embedment forces, higher values ​​of resistance to embedding as well as a better approximation between experimental and analytical values. The proposed numerical models were able to predict the stress concentration in the contact regions between the post and the wood, justifying the failure modes obtained in the experimental tests.