Influência de temperaturas elevadas e do ângulo de inserção do parafuso na resistência ao arrancamento de parafusos autoatarraxantes

Abstract

Esta tese teve como objetivos: avaliar a influência da temperatura e do ângulo de inserção do parafuso autoatarraxante na resistência ao arrancamento dos parafusos; propor um modelo analítico para os fatores de modificação que pode ser usado em modelagem numérica; avaliar os modelos teóricos presentes em normas internacionais para o cálculo da resistência ao arrancamento do parafuso; validar o modelo analítico proposto por meio de ligações com três peças de madeira e parafusos inseridos a 90º e 45º em relação às fibras. Os ensaios de arrancamento foram realizados em uma amostra com 780 corpos de prova de Pinus elliottii, proveniente de florestas plantadas do estado de Santa Catarina, com massa específica média de 450 kg/m³ e teor de umidade de 14,8%, que foi dividida em 65 grupos, com massas específicas homogêneas e 12 corpos de prova cada. Os grupos combinaram 13 níveis de temperatura, entre 20 e 200 ºC, e 5 ângulos de inserção do parafuso, entre 90º e 30º. E, uma amostra da mesma espécie com 60 corpos de prova de ligações, de massa específica média de 435 kg/m³ e teor de umidade 14,9%. Para o Pinus elliotti, o ângulo de inserção do parafuso não influenciou a resistência ao arrancamento, enquanto que, o aumento da temperatura provocou redução não linear da resistência. O modelo teórico da norma DIN 1052:2008 associado ao modelo analítico dos fatores de modificação da influência da temperatura apresentou os melhores resultados para a estimação dos valores experimentais. A capacidade de carga das ligações reduziu com aumento da temperatura, para os dois ângulos de inserção do parafuso, e ocorreu de forma não linear. Os valores estimados das capacidades de carga das ligações por meio do modelo teórico presentes em normas levaram a uma boa estimativa dos valores experimentais, mas podem ser melhorados com modelos mais refinados da temperatura interna nas ligações aparafusadas.

Abstract : The aim of this thesis was: to evaluate the influence of the temperature and the insertion angle of the self-tapping screw on the withdrawal strength of the screws; propose an analytical model for the modification factors that can be used in numerical modeling; to evaluate the theoretical models present in international standards for the calculation of screw withdrawal strength; validate the proposed analytical model by means of connections with three pieces of wood and screws inserted at 90º and 45º in relation to the fibers. The withdrawal tests were performed in a sample of 780 specimens of Pinus elliottii from planted forests of the state of Santa Catarina, with average density of 450 kg / m³ and moisture content of 14.8%, which was divided in 65 groups, with homogeneous density and 12 specimens each. The groups combined 13 temperature levels, between 20 and 200 ° C, and 5 screw insertion angles, between 90 ° and 30 °. E, a sample of the same species with 60 test specimens, with average density of 435 kg / m³ and moisture content of 14.9%. For Pinus elliottii, the insertion angle of the screw did not influence the tear strength, while the increase in temperature caused non-linear reduction of the resistance. The theoretical model of DIN 1052: 2008 associated with the analytical model of the influence factors of the temperature showed the best results for the estimation of the experimental values. The load-carrying capacity of the connections decreased with increasing temperature for the two screw insertion angles, and occurred non-linearly. The estimated values of the load-carrying capacities of the connections using the theoretical model present in standards led to a good estimation of the experimental values, but can be improved with more refined models of the internal temperature in the bolted connections.