Resistência ao fogo de ligações açomadeira-aço (S-W-S)

As ligações são dos pontos mais frágeis de uma estrutura e por esse motivo o seu correto dimensionamento é fundamental para que sejam asseguradas as condições de segurança. As ligações que foram estudadas são do tipo aço-madeira-aço em duplo corte ligadas por cavilhas metálicas. O dimensionamento à temperatura ambiente foi baseado nas equações simplificadas presentes no Eurocódigo 5-1-1 com o intuito de determinar o número de cavilhas necessárias segundo as caraterísticas das ligações. Contudo, para obter informação sobre a influência dessas características foram estudadas ligações com diâmetros de cavilhas de 6, 8, 10 e 12 mm, madeira do tipo GL20h, GL24h, GL28h e GL32h e sob carregamento axial à tração de 10, 15 e 20 kN. Com base nos resultados obtidos, conclui-se que quanto menor o diâmetro da cavilha e maior o carregamento imposto, maior o número de cavilhas necessárias para assegurar a resistência da ligação. Posteriormente, foi efetuado o dimensionamento das ligações a elevadas temperaturas segundo o Eurocódigo 5-1-2 e Eurocódigo 3-1-2 que têm como objetivo a determinação da espessura da proteção para uma exposição ao fogo no mínimo de 30 min. Os materiais de proteção utilizados foram a madeira lamelada colada e o gesso do tipo F. A proteção em madeira apresentou espessuras compreendidas entre 8 e 10 mm e a proteção em gesso entre 13 e 14 mm. A partir da geometria das ligações com e sem proteção, foi realizado o estudo utilizando o Método de Elementos Finitos com o auxílio do programa ANSYS Student 2019 R3. Foi possível observar o gradiente de temperatura na ligação e a camada carbonizada caracterizada pela linha isotérmica de 300°C e verificar desta forma, a resistência ao fogo das ligações. As velocidades da carbonização obtidas foram inferiores às estabelecidas no Eurocódigo 5-1-2. As ligações desprotegidas apresentam fraca resistência ao fogo, no entanto quando protegidas, conseguem resistir a 30 min de exposição ao fogo. Conclui-se assim, que quanto maior o diâmetro das cavilhas e maior a massa volúmica da madeira, maior a resistência ao fogo da ligação.The connections are the weakest parts of the structures so, it is essential the correct design to assure the safety conditions. The steel-wood-steel connections in double shear with steel dowels were studied. The connections design at room temperature were based in simplified equations present in Eurocode 5-1-1 to determine the number of dowels needed based on connection’s characteristics. However, to analyse the influence of these characteristics, connections with dowels diameters with 6, 8, 10 and 12 mm, the wood type GL20h, GL24h, GL28h and GL32h and the load of 10, 15 and 20 kN were studied. Conclusions about the results were obtained, with the decreasing of the dowels diameter and increasing the applied load, the number of the dowels is increased. The high temperature design of the connections was based on the Eurocode 5-1-2 and Eurocode 3-1-2, to obtain the insulation thickness capable to protect the connections and to resist at least 30 min of fire exposure. The insulation materials used were the glued laminated timber and type F gypsum plasterboard. The timber protection thickness varies between 8 and 10 mm and the gypsum plasterboard thickness vary between 13 and 14 mm. After obtaining the geometry of the connections with and without protection, a finite element method was used with software ANSYS Student 2019 R3. The numerical model allows to analyse the temperature gradient of the connections and observe the char layer formation that are characterized by 300°C isotherm in order to verify the fire resistance. The numerical obtained charring rate was lesser than charring rate stablished in Eurocode 5-1-2. Unprotected connections presented weak fire resistance, but protected connections were capable to resist for 30 min of fire exposure. As a general conclusion, with the increasing of the dowel diameters and increasing the wood density, it is possible to observe that the connection fire resistance increase