Análise térmica e mecânica de ligações aço-madeira solicitadas à tração e ao fogo

• Main Author: Gomes, Carlos Misael Silva
• Publication Date: 2022
• Format: Master thesis
• Language: por
• Source: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
• Download full: http://hdl.handle.net/10400.22/20993
• topic: Madeira; Fogo; Ligações aço-madeira; Cavilhas de aço; Método de elementos finitos; Wood; Fire; Steel-wood connections; Steel dowels; Finite Element Method

Com a crescente preocupação das alterações climáticas, a utilização da madeira na construção é apresentada como uma solução a este problema. A principal razão prendese com a contribuição positiva no ciclo de carbono, sendo que para além deste aspeto, a madeira consegue apresentar boas características de resistência ao fogo como também uma boa relação entre a resistência mecânica e a massa volúmica. Com este trabalho, inicialmente efetuou-se uma revisão bibliográfica dos temas inerentes à análise termomecânica de três tipos de ligações aço-madeira com cavilhas metálicas, nomeadamente: ligações totalmente em madeira (WWW) e ligações com elementos internos ou externos em aço (WSW e SWS). Abordaram-se os temas relativos às propriedades mecânicas e térmicas dos materiais das ligações; os processos envolvidos na combustão da madeira; as normas aplicáveis no dimensionamento das ligações e os modos de transferência de calor envolvidos numa situação de incêndio. Após essa revisão de literatura, concluiu-se que existe uma lacuna de estudos na quantificação da resistência da madeira ao fogo, comparativamente a outros materiais. Adicionalmente, a revisão bibliográfica, possibilitou um conhecimento e a compreensão para uma base mais clara do tema a ser desenvolvido na dissertação de mestrado. Para o desenvolvimento do tema de dissertação, apresentou-se uma análise numérica termomecânica de diferentes tipos de ligações aço-madeira com cavilhas em aço, solicitadas à tração quando expostas ao fogo. Foram considerados três tipos de materiais de madeira com massa volúmica distinta. As simulações realizadas permitem determinar o campo de tensões de origem térmica e mecânica, através de um problema de análise conjunta numérica. Inicialmente calculou-se o campo de temperaturas nas ligações, através de uma análise térmica em regime transiente. O perfil de temperatura calculado, correspondente a um determinado instante de exposição ao fogo, que em conjunto com uma carga de tração incremental, permitiu determinar a resistência mecânica máxima da ligação. Além disso, os resultados numéricos permitiram verificar a influência da massa volúmica da madeira, na resistência mecânica da ligação exposta ao fogo. Como conclusão geral, a capacidade de carga diminui com a exposição ao fogo e com a menor massa volúmica do material em madeira.