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/ 4 - Curriculum vitae of For more information on Europass go to http://europass.cedefop.europa.eu Pedro Brito © European Union, 2002-2010 24082010

Europass Curriculum Vitae

Personal information

First names / Surname Pedro João Valença Pais de Brito

Address Rue du Zodiaque, 32 1190 Brussels

E-mail(s) [email protected]

Nationality Portugal

Date of birth 18/03/1964

GSM 0032 473 509 934 –

00351 969909558

www.woodtech.yolasite.com

Work experience

Dates

Occupation or position held

Main activities and responsibilities

Name and address of employer

Since January 2013

Production et Commercial Ébénisterie, Menuiserie et Restauration d’Antiquités Menuiserie Indépendent Belguique www.sospeter.com

Dates

Occupation or position held

Main activities and responsibilities

Name and address of employer

Dates

02/09/2012 - Dec/2012

Production Manager

Planning, Production and Installation of furniture and DesignFireplaces; Specialised on Spazio 3D CAD/CAM Software; Workout machinery CNC Morbideli and Universal cutting Casadei; Heat Transfer Measurements; Fire Safety and Protection (Appendix 6); Fire Dynamic Simulations – FDS.

www.depuydthaarden.be Depuydt Haarden, BVBA Finlandstraat 19 B-9940 Evergen Gent

01/01/1994 - 31/06/2009

Occupation or position held Production Manager

Main activities and responsibilities Construction of timber structures, rehabilitation of historic timber structures and furniture; Cabinet Making Industrial processing and application of engineered wood products; Wood protection treatments. Timber frame assembly, Structural Timber Design – EuroCode 5; Dynamic Models – Engineering, Development and Prototyping http://www.youtube.com/watch?v=81FywyXzS9I (Appendix 4)

Name and address of employer Beira Alta Marceneiros, Ldª Rua Dr Abel Pais Cabral - 3520 Nelas,

Type of business or sector Construction and Rehabilitation of Wood Structures (Appendix 2 and 3).

http://europass.cedefop.europa.eu/

mailto:[email protected]

http://www.woodtech.yolasite.com/

http://www.sospeter.com/

http://www.depuydthaarden.be/

http://www.youtube.com/watch?v=81FywyXzS9I


Dates 01/09/2009 - 31/06/2012

Occupation or position held Teacher Trainer

(Part-Time Activity)

Main activities and responsibilities Teaching professional courses for students and development accreditation for teachers on: CNC - Computer Numerical Control applied to prototyping router; Cabinet-Making Industrial Techniques; Frame Carpentry, Inlays and Carving; Furniture finishing.

Name and address of employer Portugal Ministry of Education and Science Av. 24 de Julho nº 126 - Lisboa,

Type of business or sector Education

Dates 01/09/1993 – 31/09/2012

Occupation or position held Product Development

(Main Activity)

Main activities and responsibilities Machine tool design (SolidWorks 3D); Structural frame assembly (CadWork3D); Connectors design for structures; Life Cycle Assessment (Appendix 5 ); CE Marking Process; High Format Prototyping http://concursotaxistand.wordpress.com/noticias/

Name and address of employer Independent Consultants

Rua Palmira Bastos, nº 13 - 7º Esq ; 2685 Portela-Lisboa,

Type of business or sector Industrial sector

Education and training

Dates 29/09/2010 - 31/06/2012

Title of qualification awarded Post Graduation in Civil Engineering – Structures

Principal subjects / occupational skills

covered

Name and type of organisation providing education and training

Level in national or international classification

Advanced Mechanics of Materials; Conception, Dimensioning and Rehabilitation of Structures – Robot Structural Analisys; Experimental Techniques; Numerical Methods; Finite Element Modeling and Analysis – ABAQUS; Wood and Masonry Structures (Eurocode 5-1.1); Behaviour of Timber Joints Subjected to Fire; Structural Resistance to Fire.

Phd in Civil Engineering – Structures (Appendix 7 ) – status: Interrupted University of Coimbra - Department of Civil Engineering - Portugal

Higher education/University | Post-Graduation (60 ECTS - Appendix 9 )

Dates 15/09/2006 - 25/09/2009

Title of qualification awarded Wood Engineering

Principal subjects / occupational skills

covered Materials and Wood Technology; Forestry ; Wood Chemistry; Wood Preservation; Product Development and Quality Control of Furniture; Management, Production and Logistics; Mechanics and Strength of Materials; Mathematical Analysis; Numerical Methods; Statistical Methods; Technical Drawing; Design of Timber Structures - Eurocode 5; CNC- Wood-Processing Machines; Timber and Composite Construction; Life Cycle Assessment – Sima-Pro software (Appendix 5 ) .

Name and type of organisation

providing education and training Level in international classification

Polytechnic Institute of Viseu - Portugal Bachelor (180 ECTS - Appendix 8 )


http://concursotaxistand.wordpress.com/noticias/


Dates

Title of qualification awarded

Principal subjects / occupational skills covered

Name and type of organisation

providing education and training

06/10/1986 - 20/09/1989 Technical Degree Wood Technology; Wood Anatomy; Wood Drying; Wood Protection; Machining, Tools and Process Control; Carpentry - Design and Construction; Furniture Design and Construction - Cabinet Making, Carving and Marquetry; History of Art; History of Furniture; Heritage Conservation and Restoration.

Fundação Ricardo Espírito Santo Silva - Instituto de Artes e Oficios – Lisboa, Portugal www.fress.pt

Personal skills and competences

Organisational skills and competences 2003/2005

Member of the IRG-WP International Research Group on Wood Preservation (Appendix 1.2).

Since 2007

Adviser of the CT 14 - Wood Technical Commission for Standardization of Portuguese Institute for Quality for implementation of European Standards (CEN/TC 124 - Timber Structures and CEN/TC 38 - Wood Preservatives).

Technical skills and competences Highly competent with all equipment, machinery and tools for wood. Competent with equipment and technical devices for laboratory tests.

Computer skills and competences Competent with softwares: Spazio 3D CAD/CAM; AutoCad; SolidWorks 3D; CadWork 3D;

Vectorworks; Abaqus; Robot Structural Analysis; Fire Dynamics Simulator (FDS); MS Project; Sima- Pro Life Cycle Assessment; Ms Office.

Web pages designer. Easily adapted to all software.

Artistic skills and competences Sculpturer of Wood high-format pieces.


http://www.fress.pt/


Understanding Speaking W r i t i n g

Listening Reading Spoken interaction Spoken production

C2 Proficient user C1 Proficient user C1 Proficient user C1 Proficient user B2 Independent user

C2 Proficient user C1 Proficient user C1 Proficient user C1 Proficient user B1 Independent user

C1 Proficient user C1 Proficient user C1 Proficient user B2 Proficient user A2 Basic User

A1 Basic User A1 Basic User

Communications PAPERS PUBLISHED IN INTERNATIONAL CONGRESS PROCEEDINGS

Brito, P., Negrão, J. (2011) “Hidden and Removable Timber Connector”, Proceedings of CIMAD 11, 1st Ibero-American Congress of Timber in Construction, Coimbra. (in Portuguese). (Appendix 1.1).

Gomez,L.;Brito,P.; Valle,A; Figueroa,M; Moraes,P; Rodrigues,J.;Negrão (2013) “Fire Resistance of Reinforced Glulam Beams” 2nd Ibero-American Congress of Fire Safety, Coimbra (in Portuguese). (Appendix 1.2).

ORAL PRESENTATION OF SCIENTIFIC PAPER IN INTERNATIONAL CONGRESS

Brito, P., Negrão, J. (2011) “Hidden and Removable Connector System”, Proceedings of CIMAD 11, 1st Ibero-American Congress of Timber in Construction, Coimbra. (in Portuguese). (Appendix 1.1).

POSTER IN INTERNATIONAL CONGRESS

Brito, P,, Nunes, L., Rodrigues,J. (2004) Treatment of Antique Furniture: an old problem that needs new answers, International Research Group on Wood Preservation 35st Annual Meeting in Ljubljana, Slovenia. (Appendix 1.3).

Mother Tongue Portuguese

Other Languagess

Self-assessment

European Level (*)

English

French

Spanish; Castilian

Nederlands

(*)Common European Framework of Reference (CEF) level


http://europass.cedefop.europa.eu/LanguageSelfAssessmentGrid/en

10.1987

1º ano a Lecionar: Carpintaria de Limpos ao 12º Ano Técnico

Profissional de Construção Civil

Escola Secundária Machado de Castro , Lisboa

Alguns Modelos Reproduzidos

PpB 1/6

Pedro João Valença Pais de Brito Outubro 1987 a Setembro de 2013 www.woodtech.yolasite.com Portefolio

Licenciado em Engenharia de Madeiras (180 ECTS) Habilitação Própria para o Grupo 530 (Portaria n.º 867/2000, de 26 de Setembro) Pós Graduação em Estudos Avançados em Engenharia Civil – Estruturas (60 ECTS) - Universidade de Coimbra. Curso “A Arte de Trabalhar Madeira”- Instituto de Artes e Ofícios da Fundação Ricardo Espírito Santo Silva, em Lisboa. 26 anos de Experiência Profissional No ensino de tecnologias de madeiras iniciados no ano Letivo 1987/88 na Escola Secundária Machado de Castro, em Lisboa. Assim como na conceção, desenvolvimento e produção de mobiliário, estruturas de madeira, protótipos e engenhos de scena.


Entre 10.1988 e 07.2012 Lecionou: T.O. Madeiras / Carpintaria / Marcenaria e por CNC – Controlo Numérico Computorizado Diversas Escolas Secundárias :Machado de Castro, Lisboa Santa Comba Dão; Carregal do Sal; Vialonga; Bom Sucesso. Tangil – Monção 2011/12.

Alguns Modelos Executados pelos alunos

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Entre 1986 e 2012

Restauro e Conservação de Mobiliário e Património Histórico Edificado

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Entre 2004 e 2012 Consultadoria, Peritagens, Investigação e Desenvolvimento em Engenharia e Tecnologia de Madeiras Instituto Politécnico de Viseu Universidade de Coimbra – FCTUC-ACIV

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Alguns Trabalhos


Entre 2006 e 2010 Coordenação de Desenvolvimento e Produção de Protótipos e Engenhos Cénicos. Instituto Politécnico de Viseu

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09.2012 e 12.2012

Wood Production Manager at Depuydt Haarden bvba Gent - Belgium

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02.2013 e 10.2013 Woodworking Technology and Restoration Support at s.o.s. Peter nv Brussels - Belgium

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http://www.depuydtnv.be/haarden/houtgestookt/

http://www.sospeter.com/


Appendix 1.1

CIMAD 11 – 1º Congresso Ibero-LatinoAmericano da Madeira na Construção, 7-9/06/2011, Coimbra, PORTUGAL

1

SLOAm Sistema de Ligador Oculto e Amovível

Pedro Pais de Brito João Henrique Negrão Engenheiro de Madeiras, Doutorando Professor Associado, Dep. Eng. Civil DEC – Universidade de Coimbra Universidade de Coimbra

[email protected] [email protected]

Palavras-chave – Ligação, amovível, oculta, colada, rigidez, reabilitação. Keywords – Connection, removable, hidden, glued, stiffness, rehabilitation

RESUMO

A crescente aplicação de madeira estrutural em edificações novas, assim como o progressivo aumento de intervenções de reabilitação e reforço estrutural em edificações antigas, muitas vezes de elevado interesse arquitectónico ou histórico, leva-nos a constatar a exiguidade conceptual das soluções técnicas convencionais, baseadas quase exclusivamente nos sistemas de ligadores metálicos “à vista”, como por exemplo: o parafuso, porca e/ou cavilha; cintas metálicas; estribos metálicos; chapas perfuradas e/ou denteadas; etc.

Estas soluções de ligação entre peças de madeira, embora assegurem as exigências normativas de resistência e durabilidade, são muitas vezes aplicadas por “exclusão de possibilidades” e apesar de diversos factores negativos intrínsecos, como sejam: o impacto visual considerável (por vezes intrusivo), a enorme vulnerabilidade em situação de incêndio e a relativamente baixa rigidez destas ligações.

Com o presente trabalho pretendem-se desenvolver, experimental e numericamente, novos sistemas de ligação estrutural para madeira esteticamente neutros, baseados em ligações por parafuso de porca ocultos e amovíveis, procurando incrementar o desempenho mecânico ao nível da rigidez e fiabilidade destas ligações na transmissão de esforços, assim como optimizar a resistência ao fogo destas em comparação com sistemas alternativos actualmente disponíveis no mercado.

ABSTRACT The increasing use of structural timber in new building, as well as rehabilitation and structural

strengthening of old buildings, often of high interest architectural or historic, leads us to note the




2

Figura 1

paucity of conceptual solutions when used conventional techniques, based almost exclusively on “visible” metal connectors, for example: bolts, dowels, screws, punched metal plates, etc..

These connection solutions for timber structures are designed according to standards and regulations ensuring strength and durability, however they are often applied despite several negative factors, such as: the considerable visual impact (sometimes invasive) the vulnerability on a fire situation and the relatively low stiffness of these connections.

The present work intended to develop experimentally and numerically new systems for timber structural connection aesthetically neutral, based on bolt and dowels removable and hidden, intend to increase the mechanical performance in terms of stiffness and reliability of these connections and also optimize the fire resistance of SLOAm in comparison with alternative systems currently available.

1. Introdução

As ligações entalhadas (carpentry joints) são tão antigas quanto a própria construção em madeira, e baseiam-se na transmissão directa de forças de contacto entre as peças a unir, sem intermediação de outros elementos de ligação, sendo o seu uso adequado para o caso em que as acções não tendem a causar a separação das peças ligadas, como é o caso das forças gravíticas nas tradicionais ligações em mecha e respiga da junção perna-linha, de asnas de madeira. Quando na condição de serviço forem consideradas combinações de acções que tendam a causar a separação das peças, como pode acontecer com a inversão de esforços devida à sucção do vento, deverá complementar-se a ligação entalhada com a aplicação de parafusos ou braçadeiras (Negrão-Faria). Este procedimento de reforço da ligação (Figura 1) poderá ser adequado também a situações de reabilitação de estruturas existentes, independentemente destas serem em madeira maciça ou lamelado colado. Este tipo de ligação entalhada (carpetry joint) tem processos de produção e montagem com custos efectivos muito elevados, além de uma súbita escassez do número de carpinteiros tecnicamente competentes para desenvolver esta tarefa estar a condicionar a evolução das técnicas de ligação assambladas tradicionais (Inoue et al, 1995) no sentido da sua substituição

por sistemas de ligadores metálicos mais práticos e mais económicos, como os atrás referidos (parafusos, cavilhas, cintas metálicas, braçadeiras, chapas perfuradas ou denteadas, etc). Porém, este tipo de ligações poderão apresentar inconvenientes, como sejam: uma baixa capacidade de carga, uma baixa rigidez articular que potencia o deslocamento das peças e a deficiente transmissão de esforços, a vulnerabilidade da ligação em situação de incêndio e um considerável impacto estético (Estévez et al 2010).

Figura 1

Appendix 1.1


3

2. Objectivo

Com o presente trabalho pretendem-se criar, testar e desenvolver sistemas de ligação metálicos alternativos para peças de madeira, que possam obviar os factores condicionantes já referidos e dar uma resposta mais eficiente na combinação das exigências específicas em cada situação, tentando assegurar a versatilidade decorrente da amovibilidade total ou parcial do sistema de ligação. Procurando tirar o máximo partido do conhecimento ancestral, traduzido nas evoluções observáveis em obras, que resultam claramente do refinamento da experiência empírica e de um progressivo melhor domínio da tecnologia disponível, patente especialmente no fabrico de ligações mais elaboradas, bem como do conhecimento científico das propriedades dos materiais e do comportamento das estruturas, reflectido em dimensionamentos mais eficientes (Dias et al). Mantendo sempre presente as características críticas dos materiais madeira/metal como sejam a anisotropia, a higroscopicidade, e a condutividade térmica.

“Sistema de Ligador Oculto e Amovível”, adiante referido como SLOAm, foi a denominação

atribuída. 3. Materiais e Métodos

3.1 Materiais

3.1.1 Metálicos

Foram utilizados parafusos e varões roscados de aço com diâmetros 6 mm; 8 mm; 10 mm e 12 mm, com diferentes valores de resistência interna 400 MPa, 600 MPa, 800 MPa e 1 GPa.

Foram utilizadas buchas e porcas metálicas de diversos tipos e para diversas aplicações comuns, tendo sido também concebidas, produzidas e adaptadas para este fim especifico diversas buchas e porcas metálicas, pinhões denteados, polies, parafusos de dupla rosca e dispositivos metálicos de ensaio (Figura 2).

Foram feitos ensaios de caracterização resistência em diversos tipos de cabo de aço e correntes.

3.1.1 Madeiras

Foram utilizados provetes de madeira lamelada colada de Castanho (Castanea sativa) e Pinho (Pinus pinaster) com dimensões de 110 mm x 150 mm x 300 mm, existentes no

Laboratório de Estruturas, tendo sido considerado que os ensaios a que estes tinham sido sujeitos anteriormente não só não comprometeriam o desempenho como reproduziam com verosimilhança factores associados à madeira existente em obras para reabilitação estrutural.

3.1.1 Adesivos

Foi utilizada uma argamassa epoxídica da SIKA – Sikadur 30

3.1 Métodos

Nos provetes de madeira foram aplicados por ancoragem e enroscando, varões em aço com diâmetros de 6mm, 8 mm, 10 mm e 12 mm. Realizaram-se depois ensaios de arrancamento do parafuso por tracção axial simples até à ruptura (Figura 3), os testes foram organizados por séries em função dos diferentes tipos de ligação e dos valores sucessivos de resistência interna Figura 3

Figura 2


4

dos ligadores em aço: 400 MPa, 600 MPa, 800 MPa e 1GPa , sendo estes valores previamente

validados em ensaios de resistência última ( ƒu ).

Foi definida a metodologia experimental para validação de várias hipóteses e consequente sistematização de apuramento de resultados por tentativa e erro, com exclusão/inclusão de técnicas e dispositivos. Como dados comparativos de resistência foram considerados os valores de resistência última ( ƒu ) dos dispositivos metálicos utilizados em oposição aos valores da resistência ao arrancamento do sistema SLOAm.

4. Resultados

4.1 Ligação Simples de Topo

Escolhido o sistema de ligação mais eficiente, foram realizados 32 ensaios de arrancamento por tracção axial em várias séries de provetes. Apresentamos na Figurav4 os resultados obtidos para o SLOAm na 1ª série do ensaio de arrancamento por Tracção Axial em 12 provetes de castanho (Figura 4), em que a ruptura verificada foi frágil, tendo acontecido homogeneamente entre os 32 e os 37 kN (Figura 5) e o seu modo foi por corte na madeira no interface com a cola, como

mostramos na Figura 6, (o caso máximo de carga: 43,86 kN com varão M10 – 8.8).

Foi realizado em paralelo o mesmo ensaio em 6 Provetes de lamelado de Pinho Marítimo (Pinus pinaster), com resultados em tudo semelhantes aos

do castanho, apresentado estes o mesmo modo de ruptura frágil e por corte na madeira no interface com a cola.

Salientamos que o valor de resistência última (ƒu ) dos varões de 10 milímetros de diâmetro (M10), é de 800 N/mm2 ou seja 46,4kN para a força última.

O Ligador Seleccionado (SLOAm): tendo sido

desenvolvidos vários sistemas de ligadores optou-se pelo mais eficiente, validado pelos resultados obtidos e correspondendo ás exigências traçadas nos objectivos, assim: foi criado um sistema inovador que permite enroscar e/ou desenroscar um parafuso sem limitações de frequência, assente no princípio de ancoragem no interior da peça de madeira de um dispositivo metálico que inclui uma porca.

Para estes parafusos de 10 milímetros de diâmetro (M10), este dispositivo é inserido através de através de um furo de 18 milímetros de diâmetro e 90 milímetros de profundidade, sendo maquinada uma cápsula em forma de cone com uma base de 28 mm de diâmetro, onde é fixo o SLOAm e posteriormente preenchida com a cola.

Figura 4

Figura 5

Figura 6

Appendix 1.1


5

4.2 Ligação Dupla (tipo Perna-Linha) em desenvolvimento:

Numa primeira fase, foi criado e desenvolvido para o sistema SLOAm um dispositivo de aperto ajustável e simultâneo [1], não reversível, para ligação de duas peças de madeira por parafuso oculto (Figura 7).

Está previsto efectuar ensaios de caracterização da Mecânica da ligação SLOAm à Tracção e ao Corte.

Será dada continuidade aos ensaios preliminares efectuados para testar a condutibilidade térmica [1] e a capacidade de manutenção de propriedades da ligação perna-linha quando sujeita a situação de incêndio, comparando os resultados obtidos pelo sistema SLOAm com sistemas alternativos já referenciados, para este tipo de ligações: parafuso, cinta, chapa perfurada, etc.

O objectivo principal será assegurar a mesma resistência comparativa de ligação com o SLOAm, em semelhantes condições de carga e de temperatura, mas durante mais tempo do que com outros ligadores.

5. Conclusões

Consideram-se muito satisfatórios os resultados obtidos para o SLOAm aplicado em ligações de topo (Figura 5), uma vez que os resultados verificados são da mesma ordem de grandeza que os obtidos através de um varão fixo por ancoragem, mas com a vantagem adicional de o SLOAm poder ser apertado e desapertado sempre que pretendido;

A ligação SLOAm perna-linha requer um maior desenvolvimento, estando abertas várias linhas de investigação potenciadoras de resultados interessantes, quer ao nível da transmissão de esforços, como da resistência em situação de incêndio e sem impacto estético. Agradecimentos

Ao Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Coimbra.

Referências Bibliográficas

Negrão, J.; Faria, A. - “Projecto de Estruturas de Madeira”, Publindústria Estévez, J.; Otero, D.; Martin, E.; Vázquez, J.–“The use of Adesive Bulbs in the end of drills in order to Improve the Axial Strength of Stell Threaded Bars Glued in Timber.” – WCTE 2010 (on CD).

Figura 7


6

Inoue, M; Goto, Y; Eto, Goto, Y. – “Strength of Wooden Frames jointed by Metal Connector and Adhesive.” – International Wood Engineering Conference ’96. Dias, A.; Cruz, H.; Machado, J.S.; Custódio, J.; Palma, P. “Avaliação, Conservação e Reforço de Estruturas de Madeira”, Verlag Dashofer – 2009. Infografia [1] http://www.angelhouse.eu/timber.php

http://www.angelhouse.eu/timber.php

Appendix 1.2

2º CILASCI – Congresso Ibero-Latino-Americano sobre Segurança contra Incêndio

Coimbra, Portugal, 29 de Maio a 1 de Junho, 2013

RESISTÊNCIA AO FOGO DE VIGAS DE MADEIRA LAMINADA COLADA

REFORÇADAS

Luis Alberto Gómez- Professor, UFSC – Florianópolis, Brasil

Pedro J. V. P. de Brito – Engenheiro de Madeiras – Coimbra, Portugal

Ângela do Valle* - Professor, UFSC – Florianópolis, Brasil

Manuel J. Manriquez Figueroa - Professor, UMAG – Punta Arenas, Chile

Poliana Dias de Moraes- Professor, UFSC – Florianópolis, Brasil

João P. Correia Rodrigues - Professor, UC – Coimbra, Portugal

João H. Negrão - Professor, UC – Coimbra, Portugal

Palavras-chave: Incêndio, Madeira laminada Colada, Resistência, Reforço.

1. INTRODUÇÃO

A técnica da madeira laminada colada permite a fabricação de elementos de formas variadas e

com grandes seções transversais. Embora a madeira seja um material combustível e, quando

de seu uso em elementos estruturais, possa despertar algumas preocupações, seções de

grandes dimensões apresentam bom desempenho ao fogo devido ao fator de massividade [1].

No entanto, a ação do fogo causa redução da seção transversal inicial, bem como das

propriedades mecânicas da madeira aquecida pela proximidade da frente de carbonização.

O projeto de elementos estruturais de madeira laminada colada exige o conhecimento das

propriedades mecânicas dos membros de madeira laminada colada em temperatura ambiente

e em situações de incêndio [2, 3, 4]. Alguns estudos sobre o comportamento estrutural da

madeira e a madeira laminada colada em situação de fogo foram realizados [5, 6]. Para os

membros estruturais submetidos à flexão durante a exposição ao fogo, a falha ocorre quando a

capacidade de flexão máxima é excedida, devida à redução do módulo resistente da seção e

da resistência mecânica da madeira causada pela elevação da temperatura [7].

No caso de elementos que sofreram algum tipo de dano ou nos quais haverá um acréscimo de

carga pela alteração de função da edificação, uma solução é o uso de reforços. Há vários tipos

de reforços estruturais que podem ser aplicados a elementos de madeira laminada colada, tais

como, o acréscimo de lâminas de madeira ou de peças metálicas, como chapas ou perfis, a

inserção de mantas ou faixas de fibras naturais ou sintéticas de alta resistência, como as de

carbono ou de vidro. Como os elementos de madeira laminada colada são compostos por

lâminas de madeira unidas entre si por adesivos, é possível posicionar um material de reforço

*

Autor correspondente – Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Catarina. Rua João Pio Duarte Silva, s/n. Campus UFSC.

Caixa Postal 476. CEP 88040-900 Florianópolis. BRASIL. Telef.: +55 48 37218540 Fax: +55 48 37215191. e-mail: [email protected]

entre as lâminas. Este posicionamento do reforço protegido pela madeira tem a vantagem de

proporcionar isolamento térmico ao material.

O objetivo deste artigo é avaliar a resistência ao fogo de vigas em madeira laminada colada

reforçadas com três técnicas diferentes: (a) inserção de fibra de carbono em fábrica colada com

adesivo à base de resorcinol-formol; (b) inserção in loco com fibra de carbono colada com

resina epóxi e (c) reforçadas in loco com chapa de aço colada com resina epóxi, as quais

devem manter ou aumentar a capacidade portante do elemento original. A escolha da

aplicação do reforço in loco tem por objetivo simular o reforço de um elemento em serviço.

2. MATERIAIS E MÉTODOS

2.1 Madeira, adesivos e reforços utilizados

A espécie de madeira usada para fabricação de todas as vigas foi o Pinus spp., oriundo de

florestas plantadas do sul do Brasil. As lâminas de madeira apresentavam dimensões de

90 mm x 40 mm x 2600 mm e passaram por processo de seleção visual e mecânica. Por meio

de um ensaio de 3 pontos na fase elástica, determinaram-se os módulos de elasticidade à

flexão das lâminas, os quais situaram-se entre 5600 MPa e 13470 MPa. As lâminas de módulo

de elasticidade mais elevado foram posicionadas nas faces externas e as de menor rigidez na

parte central da viga. O arranjo das lâminas em função do módulo de elasticidade foi feito de

modo a se obter o máximo momento de inércia equivalente, os quais situaram-se, para as 19

vigas testadas, no intervalo de 68820752 mm4 a 93519731 mm

4.

O adesivo usado para colagem das lâminas de madeira e para fixação da fibra de carbono nas

vigas reforçadas durante a fabricação foi o Cascophen RS-216-M, à base de resorcinol-formol,

recomendado para colagens resistentes à água fria ou fervente, com temperatura de trabalho

especificada pelo fabricante de 25 °C a 30 °C [8]. Para fixação dos reforços in loco foi usada

resina epóxi Sikadur 330, que possui especificação do fabricante para temperatura de

aplicação entre – 40 °C a 45 °C [9].

As vigas foram reforçadas com fibra de carbono unidirecional Sikawrap-230C ou chapa de aço

S235. A faixa de reforço de fibra de carbono possui largura de 50 mm e foi colocada na linha

de cola adjacente à última lâmina inferior. A resistência à tração do tecido da fibra é de

3450 MPa e a sua massa específica é de 230 g/m2 [10], conforme especificaçao do fabricante.

O reforço com chapa de aço possui dimensões de 30 mm x 3 mm x 2600 mm, com tensão de

escoamento 235 MPa.

2.2 Geometria e tipo de reforço aplicado nas vigas

As vigas testadas apresentavam seção transversal de 90 mm x 200 mm e comprimento de

2600 mm. Foram produzidos 4 tipos de vigas em tamanho estrutural: sem reforço (Figura 1.a),

4 exemplares; reforçadas com fibra de carbono colada com adesivo resorcinol-formol em

fábrica (Figura 1.b), 6 exemplares; reforçadas in loco com fibra de carbono colada com resina

epóxi, 5 exemplares (Figura 1.b); reforçadas in loco com chapa de aço colada com resina epóxi

(Figura 1.c), 4 exemplares.

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2400

a) b) c)

Figura 1: (a) viga sem reforço; (b) viga com reforço em fibra de carbono; (c) viga com reforço

em chapa de aço (dimensões em mm).

Nas vigas reforçadas na fábrica, a fibra foi colada com mesmo adesivo usado para colar as

lâminas de madeira. Nas vigas reforçadas a in loco, a faixa de fibra de carbono foi colada com

resina epóxi. O reforço com chapa de aço foi aplicado em uma ranhura vertical e perpendicular

à face inferior da viga, na qual foi colada com resina epóxi.

2.3. Fabricação das vigas

As vigas foram fabricadas em uma empresa de madeira laminada colada do sul do Brasil, sob a

supervisão do Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Catarina.

As lâminas, em estado seco ao ar e previamente identificadas em função de seu módulo de

elasticidade, foram levadas até a fábrica, onde foi feita a sua colagem com adesivo resorcinol-

formol. A Figura 2.a apresenta a aplicação do adesivo em ambas às faces de cada lâmina e a

Figura 2.b mostra as vigas posicionadas em um berço para aplicação da pressão de colagem

durante a cura, por 24 horas.

(a) (b)

Figura 2: Fabricação das vigas (a) etapa de colagem das vigas; (b) aplicação de pressão de

colagem por 24 h na fábrica.

Algumas vigas foram reforçadas na fábrica com a adição de uma faixa de fibra de carbono,

enquanto em outras o reforço foi aplicado in loco, com a intenção de simular um elemento

estrutural em serviço que venha a necessitar de um incremento em sua capacidade portante.

2.3.1 Viga reforçada com fibra de carbono na fábrica

As vigas que foram reforçadas na fábrica receberam uma faixa de fibra de carbono na linha de

cola mais próxima à face inferior. O adesivo era aplicado nas duas superfícies a serem coladas

e a faixa de fibra de carbono era posicionada centralizada na seção (Figura 3.a). Após esta

montagem, a viga era deslocada cuidadosamente para o berço para receber a pressão de

colagem.

2.3.2 Viga reforçada com fibra de carbono in loco

Para a realização do reforço de fibra de carbono in loco com resina epóxi, foi feito um entalhe

longitudinal na lâmina de madeira da face inferior da viga, de forma que a fibra fosse embutida

na madeira. A resina epóxi foi aplicada na superfície da madeira do entalhe, no qual foi

posicionada a fibra de carbono (Figura 3.b). Após a aplicação de mais uma camada de resina

epóxi sobre a fibra e na face da madeira, a última lâmina de madeira foi colocada na viga e

fixada com parafusos autoatarraxantes.

2.3.3 Viga reforçada com chapa de aço in loco

Para a execução do reforço com chapa de aço, uma ranhura de 40 mm de profundidade,

perpendicular à face externa da lâmina inferior da viga, foi feita com uma serra elétrica. O

adesivo epóxi foi aplicado na ranhura e a chapa de aço foi inserida com auxílio de um martelo.

Após a chapa de aço estar inserida na ranhura (Figura 3.c), foi aplicado novamente o adesivo

epóxi e cortadas as extremidades exedentes da chapa metálica.

(a) (b) (c)

Figura 3: Aplicação de reforço nas vigas (a) fibra de carbono na fábrica; (b) fibra de carbono in

loco; (c) chapa de aço in loco.

2.4 Método de ensaio

As vigas foram testadas no laboratório do Departamento de Engenharia Civil (DEC) da

Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra (FCTUC), Portugal. Elas

foram acondicionadas em um ambiente semicontrolado, com temperatura ambiente em torno

de 20 oC e umidade relativa em torno de 65%, por cinco semanas, de modo que as amostras

tivessem um teor médio de umidade de 12% no momento do ensaio. Os testes seguiram dois

protocolos de ensaio: um à temperatura ambiente e o outro sob a ação de curva padrão de

elevação de temperatura definida pela norma ISO 834 [11].

2.4.1 Ensaios à temperatura ambiente

Os ensaios à temperatura ambiente foram realizados com as vigas V1 e V2 e tinham por

objetivo determinar a capacidade de carga das vigas sem reforço. Eles apresentavam um

arranjo em quatro pontos (Figura 4), seguindo especificações das normas ASTMD198-09 [12],

D4761-11 [13], EN 408:2003 [14] e NF B51-016-1987 [15], o qual leva as vigas à ruptura por

flexão. A aplicação da carga foi realizada de forma automática por meio de um controlador

Digicon 2000 da W+B, com uma taxa de 0,015 mm/s. As flechas foram medidas em relação à

linha neutra em ambas as faces laterais da viga, a fim de eliminar o erro introduzido pelo

esmagamento da viga nos apoios. Também foram registrados os deslocamentos verticais na

face inferior da viga, no meio do vão, e o deslocamento longitudinal para garantir a aplicação

simétrica do carregamento. A coleta de dados foi realizada usando um Data Logger TML TDS

530. Os deslocamentos foram registrados com extensômetros de deslocamento.

Figura 4: Esquema estático de ensaio das vigas (dimensões em cm).

O Quadro 1 apresenta o tipo de reforço aplicado e a condição de temperatura imposta durante

os ensaios para cada uma das 19 vigas testadas. As condições de temperatura propostas para

os ensaios foram três: temperatura ambiente, curva de temperatura da ISO834 até o tempo de

aquecimento de 30 min e curva de temperatura da ISO834 até o tempo de aquecimento de 45

min.

Quadro 1: Tipo de reforço e condição de temperatura das 19 vigas testadas

Número

da viga

Tipo de viga Condição

ensaio

1 Sem reforço Ambiente

2 Sem reforço Ambiente

3 Sem reforço ISO 30 min

6 Sem reforço ISO 45 min

7 Aço + Epoxi + in loco ISO 30 min




13 FC + Resorcinol + fábrica ISO 30 min




17 FC + Resorcinol + fábrica ISO 45min

18 FC + Resorcinol + fábrica ISO 45min

21 FC + Epoxi + in loco ISO 30 min





Obs: FC – Fibra de Carbono, ISO 30 min – aquecimento pela curva ISO834 até 30

min, ISO 45 min – aquecimento pela curva ISO834 até 45 min

2.4.2. Ensaios com elevação de temperatura

Os ensaios com elevação de temperatura foram realizados no interior de um forno elétrico

composto por três módulos de 15 kW cada um, acopláveis entre si, com alimentação através

de um controlador de thyristores realimentado por meio de termopares (um por módulo) (Figura

5). O esquema estrutural dos ensaios foi o mesmo usado nos ensaios à tempertura ambiente

(Figura 4), porém os deslocamentos foram registrados com medidores de posição tipo

“encoder”, localizados fora dos fornos.

A carga aplicada durante os ensaios foi 50% da carga teórica de serviço à temperatura

ambiente da viga sem reforço. A carga era mantida constante até o colapso da viga, por meio

de controle de deslocamento.

Após todos os ensaios realizados, foi comparado o desempenho entre as vigas testadas sob

incêndio, usando como parâmetro o tempo de sobrevivência das vigas antes do colapso.

(a) (b)

Figura 5: Forno elétrico (a) exterior dos 3 módulos; (b) módulo com uma viga em seu interior.

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Nesta seção serão apresentados os resultados à temperatura ambiente e aqueles obtidos na

situação de incêndio.

3.1 Resistência à temperatura ambiente

A Figura 6 ilustra a relação força deslocamento das duas vigas, na qual é possível verificar

que a carga de ruptura das vigas sem reforço V1 e V2 foi de 60 kN e de 55 kN,

respectivamente. No gráfico da Figura 6 também se observa que o valor de 50 % da carga

teórica de serviço da viga sem reforço em temperatura ambiente (9 kN) encontra-se na faixa de

comportamento elástico do elemento estrutural. Nos ensaios, constatou-se também que a falha

se deu por tração das fibras da madeira na face inferior da viga.

Figura 6: Relação força deslocamento à temperatura ambiente.

3.2 Temperatura no forno durante os ensaios

As curvas de temperatura em cada um dos três módulos do forno durante os ensaios são

apresentadas na Figura 7, juntamente com a curva padrão da ISO834 [11]. Verifica-se que a

temperatura inicial do forno inicia em valor superior à temperatura ambiente devido aos testes

do sistema de controle de aquecimento realizados antes dos ensaios da viga. Apesar da

programação do sistema de controle da temperatura do forno ter seguido a curva padrão,

verifica-se que as temperaturas nos três módulos são diferentes entre si e inferiores, àquelas

prescritas pela ISO834 [11] nos primeiros minutos. A disparidade das temperaturas dos

módulos está relacionada à existência de sistemas de controle de temperatura independentes

para cada módulo e também pela combustão da viga de madeira durante o ensaio. Já a

temperatura inferior à prescrita é devida à potência limitada e à grande inércia térmica do forno.

Figura 7: Curvas de temperatura do forno.

3.3. Tempo de resistência ao fogo

Os tempos de resistência ao fogo obtidos nos ensaios das 17 vigas em situação de incêndio

estão apresentados no Quadro 2. Os tempos médios de resistência ao fogo variaram de 23 a

26 minutos, os quais indicam que as vigas não atingiram o tempo de resistência requerido para

ser classificada como T30, correspondente a 30 minutos desde o início do ensaio até o

colapso. Foi observada pouca diferença no tempo de resistência ao fogo entre as vigas com

reforço de fibra de carbono aplicado in loco (91,2 % em relaçao ao valor médio das vigas sem

reforço) e as vigas com reforço colado na fábrica (94,7 % em relaçao ao valor médio das vigas

sem reforço). Entre as vigas reforçadas, as que apresentaram melhor desempenho foram as

reforçadas com fibra de carbono em fábrica (94,7 % em relaçao ao valor médio das vigas sem

reforço), enquanto as que apresentaram pior desempenho foram as reforçadas com chapa de

aço (88,3 % em relaçao ao valor médio das vigas sem reforço).

Observou-se, de modo geral, que as vigas reforçadas apresentam tempo médio de resistência

ao fogo menor e menor deformação que aqueles das vigas sem reforço, O menor tempo de

resistência ao fogo apresentado pelas vigas reforçadas pode estar relacionado com uma

influência desfavorável do reforço na adesão das lâminas de madeira, a qual é mais acentuada

nas vigas com reforços aplicados in loco. Contudo, a menor deformação apresentada pelas

vigas reforçadas é devida ao aumento da rigidez das mesmas pela introdução de um material

com maior módulo de elasticidade. A condição de falha das vigas era sua ruptura.

Quadro 2: Tempo médio de resistência ao fogo das vigas testadas

Tipo de viga

Número de

vigas

testadas

Tempo médio de

resistência ao fogo

[min]

Sem reforço 2 26'58"

Reforço em fibra de carbono - Resorcinol - fábrica 6 25'33"

Reforço em fibra de carbono - Epoxi - In loco 5 24'36"

Reforço em chapa de aço - Epoxi - In loco 4 23'50"

Entre os tipos de reforços testados, houve diferentes desempenhos. Aquele que apresentou

melhor tempo médio de resistência ao fogo foi o reforço com fibra de carbono feito na fábrica. A

execução deste reforço, por ter sido feita em fábrica, pode ter proporcionado maior adesão à

madeira do que nos realizados in loco, os quais são passíveis de ocorrer maiores problemas na

execução. O tipo de reforço que apresentou menor tempo médio de resistência ao fogo foi o

reforço com chapa de aço, feito in loco. Isto pode ser atribuído ao aço apresentar maior

condutibilidade térmica em comparação às fibras de carbono e à madeira, aquecendo com

mais rapidez após a falência da proteção térmica da madeira que o envolvia inicialmente.

Observou-se que nas vigas 21 a 25, reforçadas in loco, as faixas de fibra de carbono

apresentaram resíduos com menor deterioração que nas vigas 13 a 18, cujos reforços foram

feitos na fábrica. Talvez este comportamento esteja relacionado com a natureza do adesivo

usado na fixação do reforço à madeira. Enquanto nas vigas 21 a 25 foi usada resina epóxi, nas

vigas 13 a 18 foi usado o adesivo resorcinol-formol.

Estes resultados são preliminares e evidenciam a necessidade de mais pesquisas sobre o

efeito da temperatura em reforços de madeira laminada colada a fim de se determinar critérios

de projeto que levem em consideração a ação térmica e o fogo.

4. CONCLUSÕES

Foram testadas 19 vigas de madeira laminada colada em Pinus spp. oriundo de florestas

plantadas do sul do Brasil. O efeito da temperatura sobre 17 vigas foi analisado

experimentalmente para três configurações de reforços: reforço de fibra de carbono realizado

em fábrica; reforço de carbono aplicado in loco e reforço de aço aplicado in loco. Os testes

foram feitos conforme determinação das normas ASTMD198-09 [12], D4761-11 [13], EN

408:2003 [14] e NF B51-016-1987 [15] e seguiram a curva de temperatura apresentada pela

norma ISO834 [11].

Entre os tipos de reforços testados, o reforço com fibra de carbono feito na fábrica apresentou

melhor tempo médio de resistência ao fogo e o reforço com chapa de aço feito in loco foi o que

apresentou menor tempo médio de resistência ao fogo. Contudo as vigas sem reforço

apresentaram maior tempo médio de resistência ao fogo e maior deformação em relação às

vigas reforçadas. Estes resultados são preliminares e indicam a necessidade de pesquisas

adicionais para se determinar critérios de projeto de vigas de madeira laminada colada

reforçadas em situação de incêndio.

6. AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem à CAPES e à FCT pelo apoio financeiro, à Hexion Química Ind. e Com.

Ltda. pela doação do adesivo Cascophen RS-216-M, à ESMARA Estruturas de Madeira Ltda.

pela fabricação das vigas e ao Departamento de Engenharia Civil da UFSC pelo financiamento

do transporte das vigas até Portugal.

7. REFERÊNCIAS

[1] Yang, T., Wang, S., Tsai, M., Lin C., Chuang Y.– Effect of fire exposure on the mechanical

properties of glued laminated timber, Materials and Design, no. 30, 2009, p. 698 –703.

[2] Firmanti, A.;Subiyanto, B.;Takino, S., Kawai, S.– The critical stress in various stress levels

of bending member on fire exposure for mechanical graded lumber, Journal of Wood

Science, vol. 50, no. 5, 2004, p. 385–390.

[3] Yang, H., Wang S., Tsai, M., Lin C.-The charring depth and charring rate of glued laminated

timber after a standard fire exposure test. Building and Environment, n° 44, 2009, p. 231–

236.

[4] Yang, T., Wang, S., Tsai, M., Lin, C. - Temperature distribution within glued laminated

timber during a standard fire exposure test, Materials and Design, n° 30, 2009, p. 518–25.

[5] Schaffer, E.L. - Structural fire design: wood, FPL 450, Forest Product Laboratory, US

Department of Agriculture, Madison, 1984, p. 1–16.

[6] American Forest and Paper Association - Calculating the fire resistance of exposed wood

member. Technical Report 10, American Wood Council, 1999, p. 1–23.

[7] Figueroa, M.J.M. – Coeficientes de modificação das propriedades mecânicas da madeira

devidos à temperatura, Tese de Doutorado, Programa de Pós-graduação em Engenharia

Civil, Universidade Federal de Santa Catarina Florianópolis, 2012, 259 p.

[8] Cascophen RS-216-M. [Boletim técnico]. Hexion Química Ind. e Com. Ltda. 2007. 6 p.

[9] Sikadur 330. [Catálogo do fabricante]. Sika Corporation. 2010. 2 p.

[10] Sikawrap-230C. [Catálogo do fabricante]. Sika Corporation. 2011. 2 p.

[11] ISO 834-1:1999 - Fire-resistance tests - Elements of building construction - Part 1: General

requirements, 1999.

[12] ASTM D198 - 09 - D198-09 Standard Test Methods of Static Tests of Lumber in Structural

Sizes, 2009.

[13] ASTM D4761 - 11 D4761-11 Standard Test Methods for Mechanical Properties of Lumber

and Wood-Base Structural Material, 2011.

[14] EN 408:2003 - Timber structures. Structural timber and glued laminated timber.

Determination of some physical and mechanical properties, 2003.

[15] NF B51-016-1987 - Bois. Essai de flexion statique. Détermination du module d’élasticité

flexion statique de petites éprouvettes sans défaut. AFNOR, 1987

Appendix 1.3

Poster presented in IRG-WP Meeting – Ljubljana Slovenia, 6 - 10 June 2004

Appendix 2 Old Motivation

in Expresso Newspaper - Published 26.06.2004 - Lisbon

http://www.architecturaldigest.com/ad/travel/2007/campion-platt-lisbon-portugal-article

http://www.architecturaldigest.com/ad/travel/2007/campion-platt-lisbon-portugal-article

Appendix 6

29-9-2011

Universidade de Coimbra | Pedro João Valença Pais de Brito

UC PhD in Civil Engineering Thesis Project in Structures

“Behaviour of Timber Joints Subjected to Fire”

Appendix 7

PhD in Civil Engineering -Thesis Project in Structures

“Behaviour of Timber Joints Subjected to Fire” […] Moment-Resisting Connections

PpB Page 2

1. Introduction:

This paper intend to be a first proposal to discussion with scientific supervisors D. Dhima and J.P.

Rodrigues, about the adjustment until final draft of my Thesis Project named “Behavior of timber joints

subjected to fire”. Thereby, for now, I’ll not make general considerations, presentation of the state of

the art, neither exact references of authors, publications or scientific works. However I assume total

identification with the research guidelines recently followed by K. Laplanche, B. Xu, M. Audebert,

giving sequence to the works of P. Racher, A. Bouchair, D. Dhima et al. Also accompanying the works

from ETH Zurich and Canterbury research groups, as well as the extensive work on fire structural

behavior of J.P Rodrigues. The regulamentation is given by EN 1995-1-1 and EN 1995-1-2.

2. Aim:

To make an experimental and modeling approach to the fire resistance of a bolted moment-resisting

timber-to-timber connection in a knee joint on a frame (Figure 1), with a crown of 8 bolts with 12 mm

diameter, connecting columns and rafter construction in Laminated Veneer Lumber. Both experimental

and numerical results will be compared with EC 1995-1-1 load and deformations results, also with the

obtained results from simplified rules (6.2.1.1) EN 1995-1-2, in order to validate and check eventual

deviations from these rules and/or methods in relation to reality and propose amendments, if considered

more realistic.

Appendix 7



PpB Page 3

2.1 General Concepts:

“Moment-resisting connections containing

mechanical fasteners play an important role in energy-

absorption capability, and therefore can have a

considerable resistance against collapse of timber

frames, even when subjected to loading from extreme

events.”

Accurate characterization of moment–rotation

response of these connections is an important prerequisite for reliable prediction of this timber frame

response. For these joint calculations, the global analysis of the structure and the local analysis of the

connection shell booth be considered. The stiffness of the joint can affect the structural distribution of

forces and deformations

However, installing joints working in accordance with diagram (Figure 1) also requires the designer to

be aware of the possible additional stresses perpendicular to the grain, induced by swelling or shrinkage

across the restrained cross-section. Apart from the possibility of splitting, this connection offers many

advantages, for long-span structures they are an effective way of overcoming transport limitations

and/or using economic timber sizes. Although curved frames or arches work more efficiently, timber

frames are often designed with tapered members connected by moment-resisting joint, this design

maximizes internal space in the building. Understand these characteristics oblige to a high level of

knowledge about the behavior of such structures at normal temperatures as well as in fire situations.

The resistance of the timber structure depends on the accuracy of the thermo-mechanical behavior of the

structural components like the beams, the columns and the connections. Due to the complex

geometrical, physical and material configurations of the connections, the behavior in fire situation is

difficult to predict.

The EN 1995-1-2 regulates the design of timber connections subjected to fire, however exists a large

gap of data and limitations on proposed simplified calculation rules. The aim is to obtain experimental

results in order to develop and validate numerical models that can contribute for the accuracy and better

understanding of the mechanical behavior of timber connections subjected to fire.

Figure 1

Appendix 7



PpB Page 4

2.2 Structural Influences:

Current design calculations assume that this connection can be considered pinned, semi-rigid or

fixed. Embedding deformations in the timber resulting from loaded bolts counteracting the applied

moment often produce joints deformation; therefore the modeling assumption should consider the joint

stiffness. Furthermore, the loads on the bolts are transmitted at a varying angle to the grain, so must be

considered the orthotropic behavior of the wood to calculate the load values that depends of the slip

modulus in the direction of the load [.].

Considering the example of figure 2, we can

assume that the joint rotation, induced by the

moment M, is centered in C and produces the

rotational displacement ɠ of the 8 bolts and the

consequent embedment deformations in different

angles with the grain.

The ultimate strength of bolted connections in

timber members at ambient temperatures have

been assessed using Johansen’s yield equations,

however more research must be done to verify the

accuracy of Johansen’s yield equations and

optimize the calculation methods of EN 1995-1-1

and of EN 1995-1-2, to the prediction of failure

strength of bolted connections when subjected to

fire.

EN 1995-1-2, proposes different calculation

methods for unprotected connections with side

members of wood: a) Simplified rules; b)

Reduced load method.

a) Simplified Rules for fire resistance of unprotected wood-to-wood bolted members with

thickness greater than 45 millimeters, can maintain the edge, end distances and side members

comply with requirements in EN 1995-1-1, for 15 minutes (td,fi=15), if connected with dowels

for 20 minutes(td,fi = 20). More than this time fire resistance shall be calculated the increasing

dimensions of thickness, width, end and edge by afi factor:

afi = βn x kfux x (treq – tfi,d)

with:

βn is the charring rate (0,7 mm/min - LVL),

kfux is a coefficient taking into account fastener increased heat flux

Figure 2

Appendix 7



PpB Page 5

treq is the required time of standard fire resistance

tfi,d is the time of the fire resistance of the unprotected connection

The coefficient kfux is 1,5 and only valid for fire resistance not exceeding 30 minutes and only for

nails, screws with nom-projecting heads and dowels. For a fire resistance greater than 30 minutes no

value of kfux is given in EN 1995-1-2, due to insufficient experimental background.

b) Reduced load method

For standard fire exposure, the load-carrying capacity of a connection with fasteners in shear

can be calculated as a relation between load ratio and time to failure, and can be described by

a one-parameter exponential model:

Fv,Rk,fi = η Fv,Rk

With: η =

Where:

Fv,Rk is the load-carrying capacity of the connection with fasteners in shear at normal

temperature;

Fv,Rk,fi is the load-carrying capacity of the connection with fasteners in shear at standard fire

exposure;

K is a coefficient given in 1995-1-2 (Table 6.3)

td,fi is the design fire resistance of the unprotected connection, in minutes.

The maximum period of validity of parameter K is 30 minutes, for more than this time the

connection must be protected, or the end and edge distances have to be increased afi factor.

3. Experimental Setup:

3.1.1 Single bolt specimens

Mode 1 - The first series of tests (Table 1) will be made at ambient temperature (20ºC), with

specimens in double shear wood-to-wood connected with one bolt (12 mm d) loaded in tension

Appendix 7



PpB Page 6

parallel (0º) to the grain, oblique (45º) and perpendicular (90º) to the grain in the 9 possible

combinations (Figure 3), in order to obtain the slip modulus, the load carrying capacity, the

embedment strength and the failure mode of each tested connection.

The dimensions of the specimens to ambient temperature (20ºC) are in accordance with Figure 4.

Mode 2 - In order to develop a method

of predicting the load-carrying capacity and deformation of the connection when exposed to a known

heat flux, a second series of tests (Table 2) will be done, with 3 replications from 0º, 45º and 90º

versus grain direction each one of the 9 different combinations (Figure 3) and Figure 5, heated until

timber stabilization at 50ºC, 100ºC, 180ºC and 260ºC, and loaded in tension according with protocol

of EN 26891.

Figure 4 – Specimen dimensions at ambiente temperature (20 ºC)

Figure 3

Appendix 7



PpB Page 7

EN 1995-1-2 does not give the Kflux coefficient when the required time is more than 30 minutes. One

objective of this work is to improve this method for simplified calculation in order to obtain values

for Kflux coefficient. The dimensions of the specimens subjected to standard fire protocols (ISO 834)

taking to account 30 minutes of fire resistance, will be increased at end and edge distances a3 and a4,

as represented on Figure 5 in order to compare this results with the ambient temperature testes. Will

be made tests on samples with 4 fasteners in order to compare results with the single fastener

connection.

Mode 3 - Fire resistance tests will be made on specimens with dimensions increased afi = 21

millimeters on end and edge a3 and a4, according to Figure 5 in a third series (Table 3), the load will

be applied in tension according with the EN 26891 protocol, starting with 40% of Nu,max , decrease to

10% of Nu,max and then apply a constant load of 30%, 20% or 10% of Nu,max , that are the ηfi ratios

proposed for the loads in 3 replications on each 0º, 45º and 90º versus grain direction.

All the test devices must assure that only the connection area and zone tampon will be heated.

3.1.2 Complete bolted crown connection tests (Table 4)

Figure 5 – Specimen dimensions with afi = 21 mm on a3 and a4

Appendix 7



PpB Page 8

Mode 4 - Will be made a fourth series of standard fire (ISO 834) resistance tests on samples with

complete bolted crow, with dimensions as represented in Figure 6, loaded according with EN 26891,

starting with 40% of Nu,max , decrease to 10% of Nu,max and then apply a constant load of 30%, 20%

or 10% of Nu,max , that are the ηfi ratios defined for the loads. Nu,max will be obtained at 20ºC.

Mode 5 - A fifth series of standard fire (ISO 834) resistance tests will be made, with specimens

increased afi 21 millimeters on end and edge a3 and a4 as represented in Figure 7, loaded according

with EN 26891, starting with 40% of Nu,max , decrease to 10% of Nu,max and then apply a constant

load of 30%, 20% or 10% of Nu,max , that hare the ηfi ratios defined for the loads. Nu,max will be

obtained at 20ºC. Will be made 2 tests (Mode 5.T) with afi 21 millimeters on thickness, end and edge

t1, a3 and a4.

Figure 6 - Specimen dimensions – Mode 4

Figure 7 - Specimen dimensions with afi = 21 mm on a3 and a4 - Mode 5

Appendix 7



PpB Page 9

Hypotheses for test devices and furnaces, from ambient temperature, medium temperatures and

standard fire ISO 834.

Figure 8.2 – Tests Mode 1, 2 and 3

Figure 9.2 – Tests Mode 4 and 5

Figura 8.1 - Tests Mode 1, 2 and 3

Figure 9.1 - Tests Mode 4 and 5

Appendix 7



PpB Page 10

Tables and Schedule

Rafter

Column

0º 45º 90º

0º

3 3 3

45º 3 3 3

90º 3 3 3

Table 1 – Number of Tests Mode 1 – 20ºC

Rafter

Column 0º 45º 90º

0º

50ºC

3

100ºC

3

180ºC

3

260ºC

3

50ºC

3

100ºC

3

180ºC

3

260ºC

3

50ºC

3

100ºC

3

180ºC

3

260ºC

3

45º 50ºC

3

100ºC

3

180ºC

3

260ºC

3

50ºC

3

100ºC

3

180ºC

3

260ºC

3

50ºC

3

100ºC

3

180ºC

3

260ºC

3

Figure 10 – Testes Mode 4 and 5 Figure 10.1 - Testes Mode 4 and 5

Appendix 7



PpB Page 11

90º 50ºC

3

100ºC

3

180ºC

3

260ºC

3

50ºC

3

100ºC

3

180ºC

3

260ºC

3

50ºC

3

100ºC

3

180ºC

3

260ºC

3

Table 2 – Number of Tests Mode 2

Rafter

Column

0º 45º 90º

0º

10% Nu

3

20% Nu

3

30% Nu

3

10% Nu

3

20% Nu

3

30% Nu

3

10% Nu

3

20% Nu

3

30% Nu

3

45º 10% Nu

3

20% Nu

3

30% Nu

3

10% Nu

3

20% Nu

3

30% Nu

3

10% Nu

3

20% Nu

3

30% Nu

3

90º 10% Nu

3

20% Nu

3

30% Nu

3

10% Nu

3

20% Nu

3

30% Nu

3

10% Nu

3

20% Nu

3

30% Nu

3

Table 3 – Number of Tests Mode 3 - Standard Fire ISO 834 with afi ( 21 mm)

Fire Resistance Nu,max

20 ºC

10% Nu,max

IS0_834

20% Nu,max

IS0_834

30% Nu,max

IS0_834

Number of Mode 4 (EC 1995-1-1) 1 1 1 1

Appendix 7



PpB Page 12

Table 5 - Schedule

Laminated Veneer Lumber quantities depending on chosen increasing factor afi

Moment-Resisting Connection

afi = + 21 mm

Mode Conditions Nr Test Elemts Thickness Width Length Volume (m3)

1 C - 20 ºC - column 27 54 45 100 400 0,0972

1 R - 20 ºC - rafter 27 27 75 100 400 0,0810

2 C- 50ºC/100ºC/180ºC/260ºC - afi 21 135 270 45 142 476 0,8212

2 R - 50ºC/100ºC/180ºC/260ºC - afi 21 135 135 75 142 476 0,6844

3 C - ISO 834 - afi 21 81 162 45 142 476 0,4927

3 R - ISO 834 - afi 21 81 81 75 142 476 0,4106

4 C -EC-20 ºC + ISO 834 column 4 8 45 300 845 0,0913

4 R - EC-20 ºC + ISO 834 rafter 4 4 75 300 845 0,0761

5 C- ISO 834 - afi 21 - a3 and a4 4 8 45 342 929 0,1144

5 R - ISO 834 - afi 21 - a3 and a4 4 4 75 342 929 0,0953

5.T C- ISO 834 - afi 21 - a3, a4 and t1 2 4 66 342 929 0,0839

5.T R - ISO 834 - afi 21 - a3, a4 and t1 2 2 75 342 929 0,0477

Volume Total LVL (m3)

3,0957

Tests Mode 5

(Ec 1995-1-2)

afi (21 mm) a3 and a4 1 1 1 1

Mode 5.T

(Ec 1995-1-2)

afi (21 mm) t1, a3, and a4 1 1

Table 4 – Number of Tests Mode 4 and Mode 5 - Standard Fire ISO 834 with afi (21 mm) May

1 2

6/day

20ºC

3 4 5 6

7 8

27

9

6/day

50ºC

10 11 12

13 14 15

+27

54

16

4/day

100ºC

17

18 19 20 21 22 23 24

+27

81

25

2/day

180ºC

26

27

28 29 30 31

June 1 2 3

4 5 6 7 8 9

10 11 12 13

+27

108

14

2/day

260ºC

15 16 17 18 19 20 21 22

23 24 25 26

27 28 29

30

July 1 2 3

+27

135

4

10%

Nu

5

1/day

ISO

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

31

September 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10

11

27

12

20%

Nu

13

1/day

ISO

14

15 16 17 18 19 20

21 22 23 24 25 26 27 28

29 30

October 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

15 16 17 18

+27

54

19

20%

Nu

20

1/day

ISO

21 22 23 24 25

26 27 28

29 30 31

November 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

15 16 17 18 19 20

21 22 23 24 25

26

27 28

+27

81

29

M4

20º

30

M5

20º

December 1

2 3

M5.T

20º

4

M4

ISO

5

6

M4

ISO

7

8 9

10

M4

ISO

11 12

M5

ISO

13 14

M5

ISO

15 16

17

M5

ISO

18 19

M5.T

ISO

20

21

22

+10

226

23 24 25

26

27 28

29 30 31

Number of tests per day Test Type/Conditions

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