Tensile and shear strength in the wood bonding surface, its impact on the finger geometry and on the mechanical properties of the finger joints

A presente pesquisa teve como objetivo estudar a resistência ao cisalhamento no plano de cola de corpos de prova especiais e avaliar o seu impacto na geometria do dente, na resistência à tração de emendas dentadas e nas propriedades oriundas da flexão de vigas simples e compostas. A resistência ao cisalhamento no plano de cola foi estudada segundo o seu ângulo de inclinação em relação às fibras, desde 0 até 90o na madeira de Eucalyptus grandis e Pinus elliottii. O Eucalyptus grandis foi favorecido por pequenos ângulos de inclinação do plano de cola contrariamente ao que aconteceu com o Pinus elliottii e, portanto, apresentou maior eficiência na colagem, o que é desejável para viga laminada colada. Os valores obtidos foram divididos pela resistência ao cisalhamento da madeira maciça para encontrarem-se as eficiências das ligações coladas com vários adesivos. O valor da resistência ao cisalhamento no ângulo de 5° foi utilizado conjuntamente com a resistência à tração da madeira maciça de Eucalyptus grandis para calcular o comprimento do dente a partir de uma teoria simples que o relaciona aos demais parâmetros já conhecidos ou simulados da emenda dentada. Essa teoria, resumida numa única identidade, foi desenvolvida para otimizar a emenda em termos de seus esforços solicitantes majoritários.A emenda dentada foi testada à tração paralela em lâminas emendadas com dentes verticais e horizontais. O perfil vertical apresentou maior resistência à tração e a diferença foi explicada pela área de colagem individual do dente. No caso do dente vertical essa área era menor e, portanto, penalizava menos quando havia algum defeito no dente. Na análise dos tipos de ruptura apresentados verificou-se que a ruptura do tipo 1 que denota má colagem por causa intrínseca do adesivo ou falta de pressão na colagem e ruptura do tipo 5 ou 6 que evidenciam pontos excessivamente fracos da barra ligada ou pontos de concentração de tensões imposta pelas garras da máquina no ensaio de tração contribuíam significativamente para redução da resistência à tração da emenda dentada. Essa resistência deve ser caracterizada por ocorrência alternada de rupturas por cisalhamento misto na superfície do dente e ruptura por tração na seção reduzida da barra ou na raiz do dente como acontece na ruptura do tipo 3. Na flexão foram ensaiadas lâminas emendadas trabalhando como viga sujeita a tensões normais de tração e de compressão e lâminas emendadas trabalhando como componente de viga laminada posicionada na borda tracionada. Não houve diferença entre esses dois casos em qualquer dos estados limites. A eficiência da viga laminada colada com emenda no meio do vão foi muito baixa em relação à viga maciça, mas somente para o módulo de ruptura à flexão. Essa eficiência foi expressa como a relação entre o momento de inércia real e o teórico. A emenda dentada não influenciou a elástica da viga laminada que apresentou o mesmo módulo de elasticidade da viga maciça.The objective of the present study was to determine the shear strength in the bonding surface of special samples and to evaluate their impact on the geometric parameters of the finger, the tensile strength of the finger joints and the intrinsic flexural properties of simple and composed beams. The shear strength on the bonding surface was studied as a function of the inclination angle related to the wood fibers direction, from 0 to 90o in Eucalyptus grandis and Pinus elliottii species. Small inclination angles of the bonding surface performed very well in E. grandis samples and therefore it showed higher bonding efficiency when compared to P. Elliottii. The efficiency of the glued joints with different adhesives was determined by dividing the measured values by the shear strength of the solid wood. A simple theory relates the other known or simulated parameters of finger joints to the length of the finger. Using the values of the shear strength obtained experimentally with an inclination angle of 5o and the tensile strength of the solid wood of E. grandis finger length was calculated. Such theory, summarized in a unique equality, was developed to optimize the finger joints in terms of major acting efforts. The finger joints which had vertical and horizontal finger were tested in parallel traction to evaluate the maximum carrying load. The vertical profile had higher tensile strength and the difference was explained by the area of the glued joints in the finger. In the case of the vertical finger the area of glued joints was smaller and therefore had less impact when there was a defect in the finger or problem with the adhesion. Analyses of the modules of rupture revealed that rupture type 1 and type 5 or 6 contributed significantly to the reduction in the tensile strength of the finger joints. Rupture type 1 refers to failure due to causes intrinsic to the adhesive or to lack of pressure in the bonding process. Rupture type 5 or 6 refers to the presence of excessively weak points in the bar or to points of concentration of stress imposed by the clamps of the machine during the test. Such tensile strength must be characterized by the alternate presence of ruptures by mixed shear strength in the surface of the finger tip and the rupture by traction in the reduced section of the bar or in the base of the finger tip similar to a type 3 rupture. In flexural tests laminas which had a finger joint in the middle of the span ware tested as a beam subjected to tensile and compression normal stresses and also as a component of the laminated beam located in the traction edge. There were no significant differences between these two cases in any of the limiting states. The efficiency of the glued laminated beam with the finger joints located in the middle of the distance among points of support was very low in relationship to the efficiency of the solid wood, but only for the modulus of rupture in the flexure. This efficiency was expressed as the ratio of the moment of inertia to the theoretical moment. The finger joint did not influence the elasticity of the laminated beam since it had the same modulus of elasticity as the one found for solid wood