Experimental evaluation of timber-to-timber connections using wood dowels

Abstract

Nowadays an increase of interest in wood as a construction material is being noticed and also in old structural timber elements strengthening, mostly due to the principal characteristic of wood that is sustainability. With this in mind, it was found important to evaluate timber to timber connections with wood dowels instead of the most current: steel dowels. For this purpose, two engineered products were used, namely glue laminated timber or glulam and cross laminated timber, also called as CLT (both made of Norway spruce). Concerning the inherited old buildings chestnut was chosen since it is the most common species found in Portuguese historical timber buildings. As a dowel it was decided to use two types of material: laminated venner lumber or LVL, that was proposed by a Scandinavian company (StoraEnso); and massaranduba timber due to its behavior in a series of experiments conducted in the University of Minho where the main goal was not the dowel behavior but instead the global joint performance. Therefore, five types of experiments were performed: three with the goal to increase the knowledge about massaranduba mechanical characteristics, namely compression characterization, dowel-bearing strength and yield moment and embedment strength. To finalize double shear tests were performed in order to have knowledge about the failure mode of that type of fastener. The wood dowel dimension was the same in all experiments, 12 mm. The conducted experiments showed that the massaranduba dowel is a viable option for steel. Nevertheless, more experiments need to be done to create a large database with reliable results. However, the LVL dowel with 12 mm of diameter is not a viable option due to its failure.

Atualmente tem sido notado um aumento do interesse na madeira como material de construção e também no reforço de elementos estruturais de madeira, principalmente devido à principal característica da madeira que é a sustentabilidade. Com isto em mente, achou-se importante avaliar as ligações do tipo madeira-madeira com cavilhas de madeira ao invés das mais utilizadas: cavilhas de aço. Para este propósito, dois produtos de engenharia foram usados, nomeadamente, glue laminated timber ou glulam, e cross laminated timber também chamado de clt (ambos feitos de abeto norueguês). No que diz respeito aos edifícios herdados, optou-se pelo castanho visto que é a espécie mais comummente encontrada nos edifícios históricos de madeira em Portugal. Como cavilha decidiu-se usar dois tipos de material: laminated venner lumber ou LVL, que foi proposto por uma empresa escandinava (StoraEnso); e massaranduba devido ao seu comportamento numa série de ensaios realizados na Universidade do Minho nos quais o principal objectivo não foi a comportamento da cavilha mas sim o desempenho global das ligações. Por isso, foram realizados cinco tipos de ensaios: três com o objetivo de aumentar o conhecimento acerca das características mecânicas da massaranduba, nomeadamente, caracterização da compressão, do esmagamento localizado da cavilha e resistência de rotação; caracterização da resistência ao esmagamento localizado da madeira; e para finalizar realizaram-se testes de duplo corte por forma a ter conhecimento do modo de ruptura da cavilha. Foi usada a mesma dimensão diametral da cavilha em todos os ensaios, respectivamente, 12 mm. Os ensaios realizados mostraram que a massaranduba é uma opção viável para o aço. No entanto, mais experiências necessitam de ser efetuadas com o intuito de criar uma base de dados com resultados fiáveis. Contudo, a cavilha de LVL com 12 mm de diâmetro não é uma opção viável tendo em conta a sua ruptura frágil.