madeira em estruturas. programas de cálculo e normalização
TRANSCRIPT
UUnniivveerrssiiddaaddee ddoo MMiinnhhoo
EEssccoollaa ddee EEnnggeennhhaarriiaa
DDeeppaarrttaammeennttoo ddee EEnnggeennhhaarriiaa MMeeccâânniiccaa
Madeira em Estruturas
Programas de cálculo e
Normalização
Marques Pinho
[email protected] Telf. 253 510 230 Fax. 253 516 007
A.C. Marques Pinho 2 11/2005
Índice
1 - Introdução ......................................................................................................... 1 2 - Objectivos ......................................................................................................... 2 3 - Conjuntura actual do sector .............................................................................. 3 4 - Caracterização da madeira para fins estruturais ............................................... 4 5 - Programas de cálculo de estruturas .................................................................. 14 6 - Certificação/Normalização ............................................................................... 29 7 - Aplicações estruturais ...................................................................................... 33
1 – Introdução
Com este texto pretende dar-se uma pequena contribuição na divulgação das
potencialidades do material madeira em aplicações nobres nomeadamente no domínio estrutural da
construção.
Este tipo de iniciativas são fundamentais por permitirem despontar a consciência em toda a
população, e em particular em todas as entidades e técnicos directa ou indirectamente relacionados
com a aplicação da madeira, sobre a necessidade urgente da sua utilização como um material
estrutural natural, disponível mas abandonado, que para além de ser competitivo e só deixou de o
ser por desinvestimento e desinteresse comparativamente com os seus directos concorrentes, caso
do betão e do aço, é amigo do ambiente, mais resistente ao fogo (ao contrário da falsa imagem que
lhe é imputada), e ainda incomparavelmente superior aos seus concorrentes quando se avaliam
aspectos arquitectónicos, de conforto, energéticos, etc.
A.C. Marques Pinho 3 11/2005
O tempo encarregar-se-á de provocar a mutação no sector da construção quando
reconhecerem que tais materiais, aço e betão, já não são competitivos. A título de exemplo, e nos
últimos dois anos, o preço do aço usado na construção duplicou! Quanto ao betão há muito que já
não é competitivo. Agora só falta romper a barreira da apatia e de cultura para que a madeira volte
a ter a relevância que lhe é devida, como aconteceu há muitos séculos atrás.
Quando se enraizar que a madeira é um material essencial para o desenvolvimento do
nosso País, quer pelas suas aplicações nobres, quer como forma de equilibrar o meio ambiente, aí
todos unirão esforços no sentido de valorizar as florestas nacionais começando por evitar tragédias
como as dos incêndios que devastam milhares de hectares todos os anos. O modelo de floresta que
foi seguido até há poucos anos veio a revelar-se errado. Portugal gabava-se de ter a maior mancha
contínua de pinheiro da Europa, o que equivale a dizer que cometemos o maior erro de
planeamento florestal a nível europeu, tendo em conta a espécie, a forma de plantação e o clima. As
condições particularmente favoráveis ao fogo florestal em 2003 e em 2005 vieram revelar a
enormidade do erro cometido, com a devastação provocada pelos fogos. Como tem sido dito por
vários especialistas “O fogo florestal não se combate – evita-se”. Assim, floresta portuguesa tem de
ser adaptada às nossas condições particulares, tanto na escolha das espécies como na forma de
gestão. A diversificação com espécies folhosas pouco susceptíveis aos fogos, carvalhos e outras, a
compartimentação e gestão com intervenções periódicas são a única forma de ter floresta produtiva
em Portugal. O dinheiro que agora é gasto nos meios de combate deve ser, antes, aplicado ao
incentivo de políticas correctas e na prevenção.
Por último, nunca é demais relembrar que a madeira para além de ser um material natural,
100 % renovável, é amiga do ambiente e contribui, ainda na fase de crescimento da árvore, para a
fixação do carbono, enriquecimento do ar em oxigénio, manutenção da biodiversidade animal e
vegetal, manutenção da capacidade produtiva dos terrenos, contribuindo ainda para efeitos de
valorização paisagísticos e de promoção do eco-turismo, aspectos fundamentais para a
sobrevivência de todos os seres vivos, em particular da espécie humana.
2 – Objectivos
Este texto tem por objectivo a divulgação dos principais aspectos técnicos relacionados
com a melhor utilização e valorização da madeira, nomeadamente regras de boas práticas de
utilização em construção, assim como de aspectos arquitectónicos de valor inigualável, quando
comparados com os seus mais directos concorrentes. Para além disso será discutida a aplicação de
diferentes métodos de dimensionamento que podem ser utilizados no cálculo de uma estrutura de
madeira. As dificuldades que se encontram no cálculo de uma estrutura de madeira são
fundamentalmente devidas às propriedades mecânicas (resistência) que variam conforme se está a
analisar a direcção paralela (direcção do fio da madeira) ou nas outras direcções, radial e
A.C. Marques Pinho 4 11/2005
tangencial, pelo que será, de forma muito breve, apresentada uma discussão sobre as propriedades
específicas da madeira, físicas e mecânicas, quando comparadas com as dos seus directos
concorrentes em aplicações estruturais.
3 – Conjuntura actual do sector
A conjuntura económica actual reflecte-se, naturalmente, em todos os sectores e em
particular nos mal sedimentados como acontece no sector de construção em madeira, em particular
nas aplicações estruturais, por falta de cultura. O avanço tecnológico e o desenvolvimento de novos
materiais, como é o caso do aço e do betão, evidenciado desde o início do século passado, a preços
mais competitivos, principalmente quando os custos energéticos directamente envolvidos na sua
produção eram significativamente baixos e porque não se tinham em conta os malefícios
incalculáveis causados ao meio ambiente cujas consequências começam agora a ser globalmente
sentidas, remeteram a madeira para segundo plano, principalmente no nosso país, que não tem
aproveitado devidamente as suas caracteísticas naturais muito menos a exploração florestal. Por
isso a floresta, em Portugal, apresenta-se de forma desordenada e não sustentável ao contrário do
que aconteceu noutros países, nomeadamente nos nórdicos. Convém no entanto ressalvar que,
outros sectores afins como o dos derivados, do papel, de materiais de acabamento (soalhos, tacos,
revestimentos, etc.) e do mobiliário, souberam aproveitar alguns desses recursos, tornando-se,
alguns deles, de referência a nível mundial e, assim, com o seu forte enraizamento industrial, estão
a conseguir resistir à forte crise em que nos encontramos. Por outro lado, a falta de investimento
das entidades governamentais, de normalização e mesmo de ensino ao longo das últimas décadas
fizeram com que o sector fosse perdendo relevo em termos económicos sobressaindo-se
negativamente em momentos de crise como o actual.
Felizmente que a realidade nacional não é extensiva a outros países como os americanos ou
mesmo europeus verificando-se, por exemplo, que no continente americano a construção em
madeira, nomeadamente na habitação, representa cerca de 80%, o que é espantoso!
Por outro lado, no continente europeu, nomeadamente nos países nórdicos e Rússia, desde
o início do século XX, tem-se verificado um crescimento sustentado da floresta, na ordem dos
70%. Isto é por cada 100 hectares de floresta cortada foram plantados 170 hectares recorrendo a
espécies adequadas, devidamente identificadas e controladas, tornando-se num bem valiosíssimo.
Naturalmente que esta aposta estratégica na qualificação e crescimento da floresta é o reflexo de
cultura desses povos assim como das solicitações requeridas pelo sector industrial da madeira
nomeadamente o da construção, não só para consumo próprio mas também para exportação.
Portugal importa quase toda a madeira de que necessita para fins estruturais, vinda
A.C. Marques Pinho 5 11/2005
fundamentalmente dos países nórdicos e da Europa central. Tal deve-se à caracterização da nossa
floresta que não foi devidamente estruturada para este fim e por isso a madeira estrutural existente
não é competitiva por comparação com a importada. Contudo, a utilização de estruturas em
lamelado colado faz um bom aproveitamento da madeira que, não sendo da melhor qualidade, é
contrabalançado pelas melhores características (ou propriedades) mecânicas da madeira nacional
pelo que poderá vir a ser competitiva. Nesse sentido começa a vislumbrar-se, embora de forma
muito ténue, a utilização da madeira nacional por empresas portuguesas, a qual deverá, por isso, ser
estimulada. Alguns exemplos são apresentados no final deste texto.
4 – Caracterização da madeira para fins estruturais
Um dos grandes obstáculos à utilização da madeira em componentes estruturais tem sido a
dificuldade de cálculo, falta de informação segura sobre as características mecânicas, derivada da
grande variabilidade das propriedades físicas e mecânicas da madeira e da presença frequente e
aleatória de defeitos e heterogeneidades. Por estes motivos o cálculo estrutural referente à madeira
defende-se com coeficientes de segurança, factores de correcção e tratamento estatístico, que
muitas das vezes colocam as estruturas em condições de sobredimensionamento, garantia de não
poder vir a deparar-se com um problema de cedência inesperada. Uma forma de obviar ou diminuir
o risco do cálculo em madeira é o controlo da qualidade a 100% das peças fabricadas. No caso
particular de vigas em lamelado colado, ou mesmo de madeira maciça, de dimensões médias (até
uma dezena de metros), a avaliação do comportamento mecânico a 100% é possível e de grande
utilidade prática. Para isso e recorrendo ao ensaio de flexão de vigas seria possível retirar a
deformação ou flecha assim como o módulo de elasticidade de flexão e carga de rotura. Por outro
lado o ensaio permitiria avaliar a eficácia da colagem, a escolha da madeira efectuada e o efeito
negativo dos defeitos ou alterações químicas e biológicas.
Como é do conhecimento geral a madeira é classificada como um material ortotrópico, isto
é, apresenta propriedades distintas nos 3 eixos ortogonais (direcção axial ou paralela, radial e
tangencial) e que definem a peça de forma tridimensional. Ao contrário o aço é um material
isotrópico, ou seja, apresenta comportamento igual qualquer que seja a direcção. O betão apresenta-
-se, também, como um material anisotrópico, quer dizer apresenta um comportamento diferente
quando é traccionado ou comprimido.
A madeira enquanto árvore, pela sua constituição anatómica, desenvolve-se de forma
natural, pois vai criando meios de resistência às condições climatéricas e tipologia do terreno, entre
outras. Assim, o efeito do vento e de eventuais inclinações no terreno provocam solicitações de
flexão assim como a acção da gravidade, nomeadamente através dos pesos da copa e do próprio
toro da árvore, que são significativos, provocando solicitações de compressão. Quanto às
A.C. Marques Pinho 6 11/2005
solicitações de flexão na realidade são convertidas em solicitações de compressão de um lado e de
tracção no lado oposto (ver figura 1). Se as condições ambientais e do terreno forem favoráveis,
então os anéis de crescimento serão concêntricos e simétricos em relação ao eixo da árvore. O caso
contrário é apresentado na figura 1 b).
a)
b) Figura 1. Acções que influenciam o crescimento do fio da madeira: a) esforços; b) assimetria dos
anéis de crescimento.
Por outro lado as condições orgânicas do terreno assim como o clima onde está inserida a
árvore fazem com que varie a espessura dos anéis de crescimento o que se traduz em propriedades
mecânicas (de resistência) diferenciadas, sendo normalmente as de crescimento lento mais
resistentes.
Direcção do vento
Compressão Tracção
Eixo da árvore
Peso da árvore + copa
Compressão Compressão
A.C. Marques Pinho 7 11/2005
Figura 2. Anéis de crescimento diferenciados.
Por tais razões as propriedades mecânicas, ou de resistência, da madeira são intrínsecas às
solicitações a que a árvore esteve sujeita durante o período de crescimento pelo que os valores de
resistência são muito diferentes conforme as direcções, paralela (axial) “L”, radial (perpendicular)
“R”e tangencial “L”. A título de exemplo ver a figura 3 e a tabela 1. Ainda na tabela 1 estão
indicados os valores médios para os materiais estruturais concorrentes da madeira.
Tabela 1. Comparação de valores das propriedades mecânicas de alguns materiais estruturais.
Tensão de rotura de:
Módulo de Elasticidade
Material Tracção Compressão Corte Flexão de Flexão
Par
alel
a
Per
pend
icul
ar
Par
alel
a
Per
pend
icul
ar
Valor médio
Pinho Bravo
Classe C18*
(ou E**)
11 0,5 18 2,2 2 18 12000
Pinho Bravo
Classe C35*
(ou EE**)
21 0,6 25 2,8 3,4 35 14000
Abeto GL28h *** 19,5 0,45 26,5 3,0 3,2 28 12600
Alumínio estrutural de alta resistência
420 420 210 420 72000
Betão 1,3 25 1,3 16 20000
Aço 360 360 180 360 207000
Valores característicos: *) EN 338; **); Norma NP 4305 e ***) Norma EN 1194.
A.C. Marques Pinho 8 11/2005
Figura 3. Definição das direcções paralela, radial e tangencial da madeira.
A madeira apresenta uma relação densidade/resistência inigualável quando se compara com
os seus directos concorrentes, nomeadamente em aplicações estruturais na construção (ver figura
4). Assim constata-se que para a mesma aplicação estrutural a madeira é mais leve cerca de 4 vezes
para o aço e 9 vezes no caso do betão armado (considerando o aço nervurado A400 ou mesmo
A500) que sendo de betão simples sobe para cerca de 15 vezes. O alumínio aqui considerado,
também designado de alumínio estrutural de alta resistência, que não é muito frequente, apresenta
uma tensão de rotura de 420 MPa mas o seu preço por quilo é incomportável em aplicações
estruturais (cerca de 5 vezes superior ao da madeira), por tal razão não é utilizado na construção. A
redução do peso de uma estrutura é fundamental sobretudo porque reduz a dimensão das sapatas
assim como facilita a construção em terrenos fracos.
Relação peso/tensão de rotura - Proporção relativa
1 1
4
9
1
3
5
7
9
11
Madeira Alumínio Aço Betão
Figura 4. Relação peso/resistência de diferentes materiais comparados com a madeira.
Radial
Tangencial
Paralela
A.C. Marques Pinho 9 11/2005
Como foi referido, na introdução, a madeira é amiga do ambiente e contribui, ainda na
fase de crescimento da árvore, para a fixação do carbono, enriquecimento do ar em oxigénio,
aspectos fundamentais para a sobrevivência de todos os seres vivos, em particular da espécie
humana. A título de informação a emissão de CO2 é cerca de 60 vezes para o alumínio, 20 vezes
para o betão armado e 15 vezes para o aço, quando comparados com a madeira no fabrico da
mesma aplicação estrutural (ver figura 5). Por outro lado, como é sabido, enquanto árvore a
madeira armazena CO2 numa quantidade que é de cerca de 20 vezes o que é consumido na mesma
aplicação. Portanto o saldo é francamente favorável para a madeira.
Emissão de CO2 - Proporção relativa
1
1520
60
1
16
31
46
61
76
Madeira Aço Betão Alumínio
Figura 5. Emissão de CO2 dos diferentes materiais estruturais.
Por outro lado, em termos de condutibilidade térmica e tendo como referência a madeira
estrutural (pinho bravo ou abeto) verifica-se que o alumínio é cerca de 2000 vezes superior, o aço
de construção cerca de 300 vezes superior e o betão armado 10 vezes superior (ver figura 6).
O2
O2
CO2
CO2
A.C. Marques Pinho 10 11/2005
Condutibilidade térmica - Proporção relativa
1 10
300
2000
-100
200
500
800
1100
1400
1700
2000
Madeira Betão Aço Alumínio
Figura 6. Condutibilidade térmica dos diferentes materiais estruturais.
No projecto de uma estrutura outro aspecto relevante é o da sua resistência ao fogo. Assim
é fundamental escolher entre os materiais estruturais disponíveis o que melhor resiste ao fogo.
Como foi já referido na introdução deste texto, contrariamente à opinião geral, em
particular dos portugueses, a madeira é sem dúvida o material mais resistente ao fogo quando se
pensa em aplicações estruturais, ver figura 7.
J.A.Santos
Figura 7. Efeito do fogo em estruturas de aço e madeira, numa habitação.
Por outro lado o autor deste texto gostaria de partilhar uma experiência que efectuou no
Laboratório de Ensaio de Materiais, do Departamento de Engenharia, da Universidade do Minho,
aquando do 30º aniversário da Escola de Engenharia, no âmbito de visitas de alunos de escolas
secundárias da região.
A.C. Marques Pinho 11 11/2005
Experiência
A experiência a seguir descrita tem por objectivo comparar o comportamento de duas
vigas, uma de aço e outra de madeira, de igual vão (comprimento da viga e distância entre apoios)
igual peso e preço semelhante, ambas submetidas a uma flexão em 3 pontos com carga permanente
igual e sujeitas a fogo directo, através de queimadores iguais e colocados à mesma distância (100
mm) da superfície da viga (ver representação esquemática na figura 8 e situação real nas figuras 9 e
10).
A geometria escolhida para cada uma das vigas/material teve em consideração o perfil que
normalmente se usa em estruturas, ou seja, no caso do aço escolheu-se um perfil em I (INP 80) e no
caso da madeira uma secção rectangular, ver figura 11. A carga de flexão imposta aos provetes teve
em consideração as tensões admissíveis máximas para os dois materiais, ou seja, 170 MPa para o
aço de construção e 16 MPa no caso do pinho bravo (considerou-se o lamelado colado GL32, uma
vez que se usaram lamelas de pinho de primeira escolha às quais se atribuiu a classe EE). Na
realidade a secção da viga de madeira não corresponde à configuração normal de projecto, que
recomenda que a cota da altura poderá atingir 3 vezes a da largura (na prática este coeficiente é
ultrapassado muitas vezes! devendo ter-se cuido para evitar os efeitos de bambeamento e de
torção). No presente caso e para aproveitamento de vigas existentes em laboratório, esse
coeficiente foi apenas de 1,2 o que corresponde a uma secção tecnicamente desfavorável, devido ao
momento de inércia da secção baixo. Dito de outra forma, diminuindo a largura da viga e
aumentando ligeiramente a altura obter-se-ia para os mesmos peso e secção uma resistência muito
superior (dado que o momento de inércia da secção é obtido pelo produto da largura pela altura ao
cubo a dividir por doze). Assim, num caso prático, ao baixar significativamente a secção da viga de
madeira, que na presente experiência poderia ir até cerca de metade, reduzir-se-ia de igual forma o
seu peso/preço.
Ponto de queima
1500 mm
550 mm
12000 N (1200kgf)
Figura 8. Representação esquemática das vigas usadas na experiência.
A.C. Marques Pinho 12 11/2005
Figura 9. Fotografia da experiência da queima com vigas de aço e madeira.
Figura 10. Fotografia da experiência da queima com vigas de aço e madeira.
Figura 11. Secção das vigas ensaiadas; a) pinho bravo lamelado colado e b) aço INP 80.
a)
b)
A.C. Marques Pinho 13 11/2005
Antes de se iniciar a experiência os presentes foram confrontados com duas questões
relacionadas com a selecção do material estrutural para uma casa, a saber: 1ª: Entre os materiais
estruturais: aço, betão e madeira, qual escolheria? 2ª: E tendo em conta a segurança face ao fogo,
entre o aço e a madeira qual escolheria? Foi interessante constatar que em relação à primeira
questão apenas 14 % escolheriam a madeira como material estrutural, dos quais 90 % eram
professores, que também se pronunciaram. Quanto à segunda questão apenas 3 professores se
inclinaram para a escolha da madeira o que correspondeu a 5% da totalidade, ver figuras 12, 13 e
14.
Figura 12. Questionário sobre os objectivos práticos da experiência.
Qual o material que escolheria para a sua casa?
14
26
60
0
20
40
60
80
Aço Betão Madeira
Pe
rce
nta
ge
m [
%]
Figura 13. Resultado estatístico sobre a escolha do material estrutural.
A.C. Marques Pinho 14 11/2005
Qual é o material mais resistente ao fogo?
95
5
0
20
40
60
80
100
Aço Madeira
Pe
rce
nta
ge
m [
%]
Figura 14. Resultado estatístico sobre a escolha do material estrutural.
Por último e após a evidência dos factos, figura 15, que demonstraram ser a madeira o
material mais resistente ao fogo, em igualdade de circunstâncias, os presentes foram novamente
questionados tendo elegido, por unanimidade, a madeira como material estrutural para construção
da sua futura casa. Seria bom que tal se tornasse realidade! Os gráficos representados nas figuras
16 a) e 16 b) apresentam para um dos ensaios, FOGO T1, o comportamento das vigas de aço e de
madeira durante o ensaio.
Figura 15. Colapso da viga de aço.
A.C. Marques Pinho 15 11/2005
Força - Deslocamento FOGO-T1
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
0 20 40 60 80 100
Deslocamento [mm]
Fo
rça a
meio
-vão
[N
]
Viga de madeira
Viga de aço
a)
Deslocamento - Tempo FOGO-T1
0
20
40
60
80
100
0,00 3,00 6,00 9,00 12,00 15,00
Tempo [min]
Deslo
cam
en
to [
mm
]
Viga de madeira
Viga de aço
b)
Figura 16. Ensaio T1: a) gráfico da força versos deslocamento; b) gráfico do deslocamento versos tempo.
5 – Programas de cálculo de estruturas
O projecto de estruturas de madeira, assim como noutros materiais, passa em primeiro
lugar pela definição da arquitectura pretendida assim como pelo cálculo estrutural da mesma. No
que diz respeito ao cálculo estrutural alguns aspectos relevantes deverão ser considerados tais como
a tipologia da estrutura, o material a utilizar e as acções:
A.C. Marques Pinho 16 11/2005
i) No que diz à tipologia da estrutura esta dependerá da dimensão do edifício e do fim a que
se destina. Como exemplo de comparação imagine-se como funciona o tráfego de uma cidade
quando um grande fluxo de trânsito converge entre avenidas e ruas. Sabe-se que se nada de
anormal ocorrer ao longo das avenidas, e das ruas que a elas afluem, as zonas críticas ocorrem nos
cruzamentos. Coloca-se então a seguinte questão: como resolver o conflito nos cruzamentos? A
resolução deste imbróglio passa por adoptar alguns procedimentos tais como, a colocação de
polícias sinaleiros, de semáforos a criação de rotundas e de passagens desniveladas e a
regulamentação do trânsito, entre outras. De igual forma se passa no caso das estruturas, ou seja, se
os pilares e vigas da estrutura não apresentarem defeitos, como por exemplo nós, no caso da
madeira, e se os cálculos desses elementos estruturais estiverem correctos então as zonas críticas
ocorrerão nas ligações, também designadas por nós da estrutura, onde são exigidos cuidados
especiais para que a transmissão de esforços entre barras duma dada ligação seja feita sem provocar
o colapso da estrutura. Portanto o cálculo de uma estrutura para além de definir as dimensões dos
elementos estruturais deve ter em conta a forma como são feitas as ligações, o que nem sempre é
garantido com alguns dos métodos de cálculo existentes para o efeito.
No que diz respeito ao tipo de estruturas, estas são normalmente designadas por estruturas
reticuladas e articuladas, conforme as ligações (ou nós) entre barras. Assim nas primeiras os nós
(ou ligações) são rígidos, onde todos os esforços são transmitidos aos elementos (barras) a ele
ligados e nas segundas os nós são móveis (ou articulados), onde apenas alguns dos esforços são
transmitidos às barras (como é o caso do esforço axial ou quando a acção actua directamente sobre
a barra então esta sofre um esforço de flexão).
ii) Quanto ao material vários aspectos deverão ser tidos em conta nomeadamente se é
isotrópico ou anisotrópico, se é higroscópico, se sofre o efeito de fluência, a sua resistência ao fogo,
o seu peso específico, entre outros. No caso específico da madeira, esta é um material anisotrópico,
apresenta alterações de comportamento mecânico e dimensional conforme as condições ambientais,
nomeadamente em função da humidade em que se encontra, e de fluência, ou seja, deforma-se
continuamente quando está sujeita a carga permanente. Quanto ao fogo, a madeira é sem dúvida,
entre os materiais estruturais, o mais resistente. No que diz respeito às dimensões do edifício a
madeira quase não tem limitações no que diz respeito à dimensão do vão. No que diz respeito à sua
utilização em altura, ou seja em andares, não é frequente encontrarem-se edifícios de madeira com
mais de três andares, fundamentalmente pela complexidade dos esforços que tais estruturas
induzem nos seus componentes estruturais (vigas e colunas) que devido à sua anisotropia (com
propriedades mecânicas significativamente diferentes conforme a direcção em análise) e a
dificuldade em executar ligações eficientes, não permite a sua utilização para este fim.
A.C. Marques Pinho 17 11/2005
O facto das propriedades mecânicas da madeira serem distintas conforme os eixos assim
como apresentarem valores muito diferentes conforme as direcções e sentido de carregamento
(tracção ou compressão) dificulta imenso o cálculo estrutural, fazendo com que determinados
métodos de cálculo, analíticos ou numéricos, não possam ser utilizados ou fiquem muito
debilitados no caso da sua aplicação.
O cálculo de estruturas recorre, hoje em dia, a ferramentas numéricas (software comercial)
que se fundamentam no método dos deslocamentos e no método dos elementos finitos,
seguidamente explicados de forma sucinta.
iii) Quanto às acções estas devem satisfazer os regulamentos e normas existentes para o
efeito e são as mesmas qualquer que seja o material, igualmente referenciados mais adiante.
Método dos deslocamentos
A maior parte dos programas de cálculo recorre ao método dos deslocamentos o que no
caso da madeira apenas permite, basicamente, obter os esforços e as flechas nas barras (vigas e
colunas) da estrutura. Assim, este método não permite obter com rigor a distribuição de tensões
nesses elementos da estrutura assim como não fornece as tensões efectivas nas ligações (nós), onde
se encontram, muitas vezes, as tensões críticas. Mesmo sabendo que algum software comercial
permite a introdução de algumas das propriedades mecânicas da madeira tendo em vista a obtenção
de algumas das tensões instaladas nas barras, na verdade essas tensões podem não corresponder à
realidade assim como não são determinadas as restantes tensões, que podem muito bem ser
preponderantes no comportamento da estrutura.
No caso das estruturas reticuladas, que por simplificação permitem também resolver o caso
mais simples das estruturas articuladas, teremos nas ligações entre barras (nós) os seguintes
esforços, forças “F “ e momentos “M “, conforme os eixos:
no plano → Fx, Fy, e Mf
no espaço → Fx, Fy, Fz, Mfx, Mfy, Mfz e Mtorsor
No caso bidimensional, pórtico plano, figura 17, é assim definido:
A.C. Marques Pinho 18 11/2005
Figura 17. Pórtico plano – método dos deslocamentos.
A equação que exprime o equilíbrio dos nós da estrutura reticulada à custa dos seus
deslocamentos e das solicitações exteriores, também designada por equação fundamental do
método dos deslocamentos, é dada por:
xi = xij ⋅⋅⋅⋅ ∆∆∆∆j + xi0
onde, i = n.º de incógnitas ou deslocamentos;
xi representa as acções totais do exterior sobre cada nó;
xij representa as acções do exterior sobre os nós considerando ∆j = 1 (∆j = 1 e os restantes igual a
zero);
∆j representa as deslocamentos dos nós, incógnitas hipergeométricas;
xi0 representa as acções do exterior sobre os nós considerando ∆j = 0 (∆j = 0 e solicitação exterior a
actuar).
Como exemplo veja-se o cálculo de uma estrutura com rés-do-chão e 1º andar, cujas dimensões
se podem ver na figura 18, onde, para o efeito, se recorreu a madeira de pinho bravo nacional. Este
método apenas recorre a uma parte das propriedades mecânicas da madeira pelo que, não considerando
qualquer coeficiente de segurança, permitiu obter os seguintes resultados genéricos, ver figura 19.
A.C. Marques Pinho 19 11/2005
Pin
ho B
ravo
3.2
Pin
ho B
ravo
3.4
Pin
ho B
ravo
3.2
Pin
ho B
ravo
3.4
Pinho Bravo10
15
15
Pinho Bravo5
Pinho Bravo5
Pinho Bravo5.1923 15
15
Pin
ho
Bra
vo
1.4Pinho Bravo
5.1923
15
15
Pin
ho B
ravo
3.2
Pin
ho B
ravo
3.4
Pin
ho B
ravo
3.2
Pin
ho B
ravo
3.4
Pinho Bravo10
15
15
Pinho Bravo5
Pinho Bravo5
Pinho Bravo5.1923 15
15
Pin
ho
Bra
vo
1.4Pinho Bravo
5.1923
15
15
Pin
ho B
ravo
3.2
Pin
ho B
ravo
3.4
Pin
ho B
ravo
3.2
Pin
ho B
ravo
3.4
Pinho Bravo10
15
15
Pinho Bravo5
Pinho Bravo5
Pinho Bravo5.1923 15
15
Pin
ho
Bra
vo
1.4Pinho Bravo
5.1923
15
15
3.2
3.4
8
5
10
X
Y Figura 18. Estrutura da casa em Pinho Bravo – elementos estruturais de secção rectangular com 150 x
400 mm2. Carga uniformemente distribuída na laje e cobertura e igual a 15 kN/m.
3.2
3.4
8
5
10
X
Y
Figura 19. Deslocamentos/flechas dos elementos estruturais (vigas e colunas). Máximo de 43,3 mm a
meio-vão da viga da laje.
Por último foi utilizado um software, CYPE, com um módulo de cálculo de estruturas de
madeira, recentemente desenvolvido e que dentro de dias estará disponível no mercado, que permitiu
150 mm
400
mm
Secção
43.3 mm
A.C. Marques Pinho 20 11/2005
por um lado avaliar os resultados obtidos com o mesmo software e com o excel, o que se revelou
coincidente, por outro porque permitiu fazer o dimensionamento da estrutura seguindo o Eurocódigo 5,
inserido no software, cujos resultados podem ser avaliados pela figura 20. Como o pinho bravo não faz
parte da base de dados do referido software, seleccionou-se o lamelado colado GL36h, por apresentar
características semelhantes.
V-4
80x160
3.2
V-4
80x160
3.2
V-580x16010
1.5
1.5 V-4
80
x1
60
3.4
V-4
80
x1
60
3.4
V-400x1605
V-520x1605.1923
1.5
1.5
V-400x1605
V-4
00x160
1.4
V-520x160
5.1923
1.5
1.5
12
34
567
8910
3.2
3.4
8
55
GL36h
GL36h
GL36h
GL3
6h
GL3
6h
GL36h
GL36h
GL36h
GL
36
hGL36h
Figuar 20. Dimensionamento da estrutura segundo o Eurocódigo 5.
A.C. Marques Pinho 21 11/2005
Método dos elementos finitos
A filosofia deste método consiste na divisão do sistema (estrutura) em partes mais
pequenas, também designadas por elementos, e em número finito. Cada elemento é caracterizado
por um conjunto de pontos também designados por nós do elemento. Assim, cada barra da
estrutura, bem como cada ligação (nó da estrutura), pode ser dividida num conjunto de elementos,
de forma a obter um conjunto de elementos, também designada por rede ou malha da estrutura, que
por intermédio de algoritmos, representados seguidamente e fundamentados em princípios da teoria
da elasticidade, que permitem obter os deslocamentos, as deformações e as tensões nos pontos (de
Gauss) ou nós dos elementos e consequentemente em qualquer ponto da estrutura, bastando que a
malha de elementos e de nós seja ajustada para o efeito, por isso é designado por método discreto.
Para o cálculo das tensões, e como estamos na presença do domínio elástico, é usada a
fórmula (matricial)
σ ε{ } { }×= D
onde {σ} representa o vector das tensões, [D] é a matriz de elasticidade e {ε} representa o vector
das deformações que é definido por
ε δ{ } { }×= B
onde [B] representa a matriz de deformações e {δ} é vector dos deslocamentos nodais.
Estando em equilíbrio, podemos relacionar as forças com os deslocamentos nodais no
elemento e a equação a usar é
F K{ } { }×= δ
onde [K] é a matriz de rigidez do elemento e obtém-se da seguinte forma
[K]= ∫v B D B dVT
× × ×
onde B T representa a transposta da matriz de rigidez do elemento e dV representa o elemento de
volume.
Uma vez conhecidos todos os deslocamentos nodais da estrutura as tensões são calculadas,
para o elemento, por
σ δ{ } = { }× ×D B .
Existem vários tipos de elementos sendo os mais usados, para o plano, os triangulares de
deformação constante e os isoparamétricos. Os elementos triangulares apresentam uma formulação
simples mas têm o inconveniente de não admitir no seu interior variação no campo de tensões.
Assim, quando há uma grande variação de tensões na peça é exigido um grande número de
A.C. Marques Pinho 22 11/2005
elementos triangulares de deformação constante. Por isso e quando as estruturas apresentam formas
curvas necessitam de elementos distorcidos e indiferentemente orientados em relação ao sistema de
referência global. Os elementos que possuem essa propriedade designam-se por elementos
isoparamétricos.
Devido à complexidade dos esforços ao longo da estrutura, em particular nas ligações,
recorreu-se, no estudo da estrutura apresentada neste texto, a elementos sólidos isoparamétricos
com 20 nós (ver figura 21). Como foi referido, os elementos isoparamétricos são os que melhor
modelam a situação real.
19 2
3
4
56
7
8
10
11
12
13
14
1516
1718
1920
X
Y
Z
x
yz
ξ
ψζ
b)
Figura 21. Representação do elemento sólido isoparamétrico com 20 nós.
Como exemplo apresenta-se, de seguida, o mesmo caso estudado anteriormente pelo
método dos deslocamentos, representativo de uma casa cuja estrutura é em madeira de pinho bravo
com duas malhas de elementos finitos, a saber: 1152 elementos e 1750 nós, figura 22, e com 11360
elementos e 56790 nós, figura 23, tendo por objectivo avaliar a rapidez de convergência do método.
A.C. Marques Pinho 23 11/2005
Figura 22. Estrutura de Pinho Bravo, com 1152 elementos e 1750 nós.
Figura 23. Estrutura de Pinho Bravo, com 11360 elementos e 56790 nós.
A.C. Marques Pinho 24 11/2005
Para uma correcta aplicação do método devem ser fornecidos, entre outros, todos os dados
relativos às características mecânicas do material o que permite obter resultados coerentes com o
material estrutural aplicado, conforme é requerido pelo software, figura 24.
Figura 24. Requisitos do software quanto às propriedades mecânicas do material.
No exemplo que foi objecto de estudo neste texto recorreu-se ao pinho bravo de Leiria
cujas características são as constantes na tabela 2, em conformidade com o software:
Tabela 2. Propriedades mecânicas e físicas do pinho bravo de Leiria.
Módulo de elasticidade EL = 1.551000e+010 N/m2
Módulo de elasticidade ER = 7.010000e+008 N/m2
Módulo de elasticidade ET = 8.870000e+008 N/m2
Coeficiente de Poisson NULR = 3.100000e-001
Coeficiente de Poisson NURT = 4.700000e-001
Coeficiente de Poisson NULT = 4.900000e-001
Módulo de elasticidade transversal GLR = 6.530000e+008 N/m2
Módulo de elasticidade transversal GRT = 2.570000e+008 N/m2
Módulo de elasticidade transversal GLT = 7.970000e+008 N/m2
Densidade DENS = 6.000000e+002
A.C. Marques Pinho 25 11/2005
Os valores das propriedades mecânicas aqui utilizados, do Pinho Bravo Nacional, foram
objecto de estudos exaustivos no Departamento de Engenharia Mecânica, da Universidade do
Minho e no INETI, Instituto Nacional de Engenharia e Tecnologia Industrial, tendo os módulos de
elasticidade transversal sido obtidos por cálculo, devido à falta de equipamento adequado para o
efeito.
As cargas aplicadas foram mantidas iguais às do método dos deslocamentos, figura 25.
Figura 25. Estrutura de pinho bravo – Carregamento de 15 kN/m na laje e na cobertura.
As figuras 26 e 27 permitem comparar os resultados das flechas para as duas redes de
elementos finitos referidas anteriormente. Nas figuras seguintes, figuras 28 até 37, apresentam-se
diagramas de tensões nos diferentes eixos da estrutura (x, y e z) assim como pormenores da
distribuição de tensões em particular junto das ligações. Aí se pode avaliar como o estado de tensão
imposto pela ligação às barras (vigas e colunas) que é complexo, análise que o método dos
deslocamentos não faz.
A.C. Marques Pinho 26 11/2005
Figura 26. Deformada da estrutura para 1152 elementos e 1750 nós, flecha máxima 64 mm.
Figura 27. Deformada da estrutura, para 11360 elementos e 56790 nós, flecha máxima 70,6 mm.
A.C. Marques Pinho 27 11/2005
Figura 28. Tensão resultante de Von-Mises, para 11360 elementos e 56790 nós.
Figura 29. Tensão na direcção xx, para 11360 elementos e 56790 nós.
figura 29
A.C. Marques Pinho 28 11/2005
Figura 30. Pormenor da tensão na direcção xx, num nó da laje, para 11360 elementos e 56790 nós.
Figura 31. Tensão na direcção yy, para 11360 elementos e 56790 nós.
Figura 32
A.C. Marques Pinho 29 11/2005
Figura 32. Pormenor da tensão na direcção yy, num nó da laje, para 11360 elementos e 56790 nós.
Figura 33. Tensão na direcção zz, para 11360 elementos e 56790 nós.
Figura 34
A.C. Marques Pinho 30 11/2005
Figura 34. Pormenor da tensão na direcção zz, num nó da laje, para 11360 elementos e 56790 nós.
Figura 35. Tensão de corte xy, para 11360 elementos e 56790 nós.
Figura 36
Figura 37
A.C. Marques Pinho 31 11/2005
Figura 36. Pormenor da tensão de corte xy, num nó da laje, para 11360 elementos e 56790 nós.
Figura 37. Pormenor da tensão de corte xy, num nó da cobertura, para 11360 elementos e 56790
nós.
A.C. Marques Pinho 32 11/2005
Em conclusão, e pela análise de cálculo apresentada pode afirmar-se que o método dos
deslocamentos é limitado quando se pretende estudar ou calcular uma estrutura de material
ortotrópico, como é o caso da madeira, nomeadamente quanto ao valor da flecha e das tensões, uma
vez que o método dos deslocamentos não prevê o cálculo das tensões. Mesmo que um determinado
software possa fornecer algumas das tensões, essas são efectivamente obtidas num contexto de
mera substituição dos esforços, obtidos pelo método dos deslocamentos, em expressões clássicas
referentes a essa tensão. No caso do método dos elementos finitos, a distribuição das tensões, das
deformações e dos deslocamentos em toda a estrutura, resultam duma análise como um todo
incluindo o algoritmo da teoria da elasticidade, as propriedades do material e a especificidade dos
elementos finitos (através das suas funções de forma adimensionais).
Como termo de comparação e para o caso aqui estudado, a flecha máxima ocorrida na viga
da laje e obtida pelo método dos deslocamentos foi de 43,3 mm enquanto pelo método dos
elementos finitos foi de 70,6 mm (ver gráfico da figura 38). Não foi possível comparar os
resultados obtidos pelo Eurocódigo 5 (através do software CYPE) dado que não são conhecidas
todas as propriedades da madeira utilizada (GL36h - classificação segunda a norma NP EN 1194),
como é exigido pelo software de elementos finitos.
FLECHA DA LAJE
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Comprimento da VIGA [m]
Fle
ch
a [
mm
]
Método dosDeslocamentos
Método dosElementos Finitos
Figura 38. Comparação das flechas obtidas pelos métodos dos deslocamentos e dos elementos
finitos, na viga da laje.
Ainda para a mesma viga, pode observar-se, figura 39, as diferenças entre as tensões de
flexão obtidas pelos dois métodos. É interessante notar que a tensão máxima de flexão é mais baixa
no método dos deslocamentos, tanto nas ligações (nós) assim como a meio-vão. Tal facto, mais
uma vez, é devido ao facto do método dos deslocamentos considerar o comportamento do material
na análise das tensões de toda a estrutura.
A.C. Marques Pinho 33 11/2005
Tensão de flexão na laje - eixo neutro
-40
-20
0
20
40
60
0 2,5 5 7,5 10
Comprimento da viga [m]
Te
nsão
de f
lexão
[M
Pa
]
Método dos deslocamentos
Método dos elementos finitos
Figura 39. Flecha da laje: métodos dos deslocamentos e dos elementos finitos.
Na figura 40 pode observar-se que a distribuição das tensões na aresta do nó e para a parte
superior e inferior não é constante ao longo da espessura, devido ao efeito do nó sobre a barra. Por
outro lado os valores absolutos são distintos.
Distribuição das tensões de flexão
em cima da aresta do nó
-45
-35
-25
-15
-5
5
15
25
35
45
Espessura [mm]
Ten
são
de
fle
xã
o [
MP
a]
Aresta superior
Aresta inferior
Figura 40. Tensões de flexão na ligação: viga da laje-estrutura.
A.C. Marques Pinho 34 11/2005
6 – Certificação/Normalização
O sector da construção obedece a um conjunto de regras que envolve todo o projecto, e que
normalmente estão regulamentadas através de normas, regulamentos e leis. No que se refere ao
sector da construção em madeira, este encontra-se numa fase incipiente em Portugal. No entanto,
das poucas empresas existentes algumas são certificadas ou apresentam produtos com qualidade,
nomeadamente porque utilizam a matéria-prima certificada, quase sempre proveniente de países
estrangeiros. É evidente que muito ainda está por fazer mas tudo dependerá do desenvolvimento do
sector, nomeadamente da sua expansão.
Na realidade não há restrições impostas pelo poder legislativo que impeçam o
desenvolvimento do sector, nomeadamente o da construção. O que falta é o encorajamento por
parte de entidades públicas e privadas, como o governo, construtores, banca, seguradoras,
bombeiros etc., para que legislem e incentivem este sector consciencializando toda a população de
que a madeira é um material competitivo, com excelentes propriedades e amiga do ambiente. Os
primeiros passos estão já a ser dados por algumas entidades públicas, e mesmo privadas, caso de
entidades governamentais, autarquias, etc., que começam a escolher a madeira para obras
emblemáticas como aconteceu, por exemplo, com o Pavilhão do Atlântico, piscinas, igrejas,
restaurantes, etc. O sector da habitação está completamente adormecido e quanto a mim só com
uma “sapatada psicológica” e a consciencialização das entidades, públicas e privadas será possível
dar volta ao estado em que se encontra o sector da construção em madeira. Por último, penso que é
urgente a criação de legislação que incentive este sector que, por arrasto, valorizaria a floresta e
poderia incentivar os proprietários a cuidá-la melhor, reconvertendo-a e tornando-a sustentável.
Outras entidades, como as universidades, deveriam assumirem um papel de liderança dando
formação aos futuros projectistas nesta área da construção. Nos últimos anos tem-se assistido, em
Portugal, a algumas tentativas de alteração desta situação nomeadamente pelo arranque de novas
licenciaturas ligadas à fileira da madeira, especializações e mesmo novas disciplinas, inseridas em
licenciaturas clássicas, especificamente viradas para o ensino da madeira como material estrutural.
Como foi referido, já há legislação e regulamentos técnicos que permitem a aplicação da
madeira com sucesso. Porém, do muito que há ainda por fazer, pelo menos, deveria ser encetada
desde já a sua aplicação intensiva assim como prosseguir a melhoria contínua da regulamentação
existente. Nesse sentido alguma coisa está a ser feita por entidades que têm responsabilidades na
regulamentação do sector da construção, como é o caso do IPQ (Instituto Português da Qualidade).
Este é responsável pela normalização e integra o Comité Europeu de Normalização (CEN). O IPQ
superintende os ONS (Organismos de Normalização Sectorial) que através das suas Comissões
Técnicas muito tem feito nos últimos anos participando na elaboração e aprovação de normas quer
europeias quer nacionais, nomeadamente neste sector da madeira.
A.C. Marques Pinho 35 11/2005
Nestas últimas destacam-se a Comissão Técnica CT 14- Madeiras, dividida em 4
Subcomissões (SC 1 – Madeira redonda e serrada; SC 2 – Derivados de madeira; SC 3 –
Durabilidade da madeira e SC 4 – Estruturas de madeira), assim como a Comissão Técnica CT 115
– Eurocódigos Estruturais, em particular a sua Subcomissão SCT 5 “Eurocódigo 5 – Projecto de
Estruturas de Madeira). Estas comissões são constituídas por vogais provenientes de um conjunto
de instituições públicas, como universidades (caso da Universidade do Minho) e de investigação,
associações industriais assim como de algumas das principais empresas ligadas ao sector da
madeira, para além de pessoas singulares relevantes que integram as comissões técnicas como
peritos.
Nas últimas 3 décadas, a CT 14 tem realizado um trabalho fundamental no acompanhamento e
desenvolvimento de normas europeias – EN – em conjunto com as suas congéneres europeias,
assim como na tradução para português das normas mais relevantes, a um ritmo exponencial. Como
resultado desse trabalho de tradução, muito dele devido à carolice dos membros das diversas
Comissões e Subcomissões Técnicas, só na última década foram aprovadas algumas dezenas de
normas NP EN, sendo que só na SC 4 – Estruturas de madeira entre 2000 e 2003 foram aprovadas
10. Espera-se que todo este trabalho permita impulsionar a madeira tornando-a num material nobre
e competitivo para aplicações estruturais, ultrapassando preconceitos errados quanto aos seus
supostos malefícios, tais como: fraca resistência, atravancamentos limitados, fraca resistência ao
fogo, durabilidade limitada e até, na situação actual em que se encontram os materiais
concorrentes, o seu custo.
Por outro lado e em simultâneo é premente que seja encorajada a utilização da madeira nacional,
nomeadamente a do pinho bravo que se encontra já regulamentado através da sua classificação
nomeadamente pelas normas NP 4305 e NP EN 1912.
Outro aspecto fundamental prende-se com a necessidade urgente de consciencializar todo o
sector produtivo para a obrigatoriedade na marcação CE dos seus produtos, dentro de 2 anos, assim
como para aspectos relacionados com o tratamento dos resíduos.
De seguida apresenta-se uma listagem de algumas das principais normas ligadas ao
projecto/cálculo de estruturas de madeira:
NP 4305 Madeira serrada de pinheiro bravo para estruturas. Classificação visual. NP EN 300 Aglomerado de partículas de madeira longas e orientadas (OBS). Definições,
classificação e especificações. NP EN 335-1 Durabilidade da madeira e de produtos derivados. Definição das classes de risco de
ataque biológico. Parte 1: Generalidades. NP EN 335-2 Durabilidade da madeira e de produtos derivados. Definição das classes de risco de
ataque biológico. Parte 2: Aplicação à madeira maciça. NP EN 336 Structural timber – Coniferousand Poplar – Sizes – Permissible deviations NP EN 390 Glued laminated timber – Sizes – Permissible deviations NP EN 460 Durability of wood and wood-based products – Natural durability of solid wood –
Guide to the durability requirements for wood to be used in hazard classes
A.C. Marques Pinho 36 11/2005
NP EN 1059 Timber structures – Production requirements for fabricated trusses using punched metal plate fasteners
NP EN 1194 Timber structures – Glued laminated timber – Strength classes and determination of characteristic values
EN 301 Adhesives, phenolic and aminoplastic for load-bearing timber structures: Classification and performance requirements
EN 312-4 Particleboards – Specifications. Part 4: Requirements for load-bearing boards for use in dry conditions
EN 312-5 Particleboards – Specifications. Part 5: Requirements for load-bearing boards for use in humid conditions
EN 312-6 Particleboards – Specifications. Part 6: Requirements for heavy duty load-bearing boards for use in dry conditions
EN 312-7 Particleboards – Specifications. Part 7: Requirements for heavy duty load-bearing boards for use in humid conditions
EN 335-3 Durability of wood and wood-based products – Definition of hazard classes of biological attack. Part 3: Application to wood-based panels
EN 338 Structural timber – Strength classes EN 350-2 Durability of wood and wood-based products – Natural durability of solid wood.
Part 2: Guide to natural durability and treatability of selected wood species of importance in Europe
EN 351-1 Durability of wood and wood-based products – Preservative treated solid wood. Part 1: Classification of preservative penetration and retention
EN 383 Timber structures – Test methods – Determination of embedding strength and foundation values for dowel type fasteners
EN 384 Structural timber – Determination of characteristic values of mechanical properties and density
EN 385 Finger jointed structural timber – Performance requirements and minimum production requirements
EN 386 Glued laminated timber – Performance requirements and minimum production requirements
EN 387 Glued laminated timber – Large finger joints – Performance requirements and minimum production requirements
EN 408 Timber structures – Test methods – Solid timber and glued laminated timber – Determination of some physical and mechanical properties
EN 409 Timber structures – Test Methods – Determination of yield moment for dowel type fasteners – Nails
EN 518 Structural timber – Grading – Requirements for visual strength grading standards EN 519 Structural timber – Grading – Requirements for machine strength graded timber
and grading machines EN 594 Timber structures – Test methods – Racking strength and stiffness of timber frame
wall panels EN 622-2 Fibreboards – Specifications. Part 2: Requirements for hardboards EN 622-3 Fibreboards – Specifications. Part 3: Requirements for medium boards EN 622-4 Fibreboards – Specifications. Part 4: Requirements for softboards EN 622-5 Fibreboards – Specifications. Part 5: Requirements for dry process boards (MDF) EN 636-1 Plywood – Specifications. Part 1: Requirements for plywood for use in dry
conditions EN 636-2 Plywood – Specifications. Part 2: Requirements for plywood for use in humid
conditions EN 636-3 Plywood – Specifications. Part 3: Requirements for plywood for use in exterior
conditions EN 912 Timber fasteners – Specifications for connectors for timber EN 1075 Timber structures – Test methods. Testing of joints made with punched metal plate
fasteners EN 1380 Timber structures – Test methods – Load bearing nailed joints
A.C. Marques Pinho 37 11/2005
EN 1381 Timber structures – Test methods – Load bearing stapled joints EN 1382 Timber structures – Test methods – Withdrawal capacity of timber fasteners EN 1383 Timber structures – Test methods – Pull through testing of timber fasteners EN 1912 Structural timber – Strength classes – Assignment of visual grades and species EN 1990 Eurocode: Basis of structural design EN 1991-1-1 Eurocode 1: Actions on structures – Part 1-2: General actions – Densities, self-
weight and imposed loads EN 1991-1-2 Eurocode 1: Actions on structures – Part 1-2: General actions – Actions on
structures exposed to fire EN 1991-1-3 Eurocode 1: Actions on structures – Part 1-3: General actions – Snow loads EN 1991-1-4 Eurocode 1: Actions on structures – Part 1-4: General actions – Wind loads EN 1991-1-5 Eurocode 1: Actions on structures – Part 1-5: General actions – Thermal actions EN 1991-1-6 Eurocode 1: Actions on structures – Part 1-6: General actions – Actions during
execution EN 1991-1-7 Eurocode 1: Actions on structures – Part 1-7: General actions – Accidental actions
due to impact and explosions EN 1995-1-1 Eurocode 5: Design of timber structures – Part 1-1: General – Common rules and
rules for buildings EN 1995-1-2 Eurocode 5: Design of timber structures – Part 1-2: General – Structural fire design EN 1995-2 Eurocode 5: Design of timber structures – Part 2: Bridges EN 1998 Design of structures for earthquake resistance, when timber structures are built in
seismic regions EN 10147 Continuously hot-dip zinc coated structural steel sheet and strip – Technical
delivery conditions
EN 12369–1 Wood-based panels – Characteristic values for structural design – Part 1: OSB, particleboards and fibreboards
EN 13271 Timber fasteners – Characteristic load-carrying capacities and slip moduli for connector joints
ENV 13381-7 Test methods for determining the contribution to the fire resistance of structural members – Part 7: Applied protection to timber members
EN 13986 Wood-based panels for use in construction – Characteristics, evaluation of conformity and marking
EN 14080 Timber structures – Glued laminated timber – Requirements EN 14081-1 Timber structures – Strength graded structural timber with rectangular cross
section – Part 1, General requirements EN 14250 Timber structures. Production requirements for fabricated trusses using punched
metal plate fasteners EN 14279 Laminated veneer lumber (LVL) – Specifications, definitions, classification and
requirements EN 14358 Timber structures – Fasteners and wood-based products – Calculation of
characteristic 5-percentile value and acceptance criteria for a sample EN 14374 Timber structures – Structural laminated veneer lumber – Requirements EN 14544 Strength graded structural timber with round cross-section – Requirements EN 14545 Timber structures – Connectors – Requirements EN 14592 Timber structures – Fasteners – Requirements EN 26891 Timber structures. Joints made with mechanical fasteners. General principles for
the determination of strength and deformation characteristics EN 28970 Timber structures. Testing of joints made with mechanical fasteners; requirements
for wood density (ISO 8970:1989)
A.C. Marques Pinho 38 11/2005
7 – Aplicações estruturais
As aplicações estruturais de madeira em Portugal são quase nulas. No entanto, é importante
evitar erros, pois é conhecido o efeito multiplicativo do erro. Um insucesso numa aplicação em
madeira, por exemplo, o colapso de uma estrutura por má concepção ou erro de cálculo, é mais
desmotivador e mais divulgado do que uma dezena obras de sucesso e executadas com qualidade.
Aplicar madeira deve passar a ser da responsabilidade de especialistas competentes e bem
informados, em vez de ser entregue a curiosos ou aventureiros.
Outro aspecto ainda não referido prende-se com a resistência de estruturas de madeira
sujeitas a sismos e terramotos. Constata-se que estas, quando projectadas para o efeito, resistem
bem a este tipo de fenómeno como foi já demonstrado por estudos realizados em vários países,
como no Canadá, por exemplo ver www.cwc.ca. De seguida apresentam-se alguns casos retirados
da Internet sobre o efeito de terramotos em estruturas de madeira, sendo evidente a resistência das
estruturas de madeira.
Comportamento de estruturas de madeira sujeitas a sismos/terramotos
http://www.forintek.ca/public/pdf/fact%20sheets/earthquakeEnglish4oct2002.pdf
A.C. Marques Pinho 39 11/2005
In contrast, witness the dramatic partial collapse of a reinforced concrete structure nearby in central San Salvador. October 10, 1986 earthquake in El Salvador. http://www.conservationtech.com/RL's%20resume&%20pub's/RL-publications/Eq-pubs/1989-APT-Bulletin/APT_art.htm#_edn33
Estruturas de madeira
Um campo potencial de aplicação da madeira vai desde estruturas (construções) para
habitação, pavilhões, pontes, coberturas, etc., podendo apresentar-se como aplicação permanente
ou como construção pré-fabricada. Hoje em dia com a utilização de elementos estruturais (vigas,
etc.) em lamelado colado permite a construção de edifícios de grandes dimensões, praticamente
sem limitação dimensional. Por outro lado permite a execução de componentes curvos e de secção
variável o que para além de, em determinadas situações, ser mais resistente permite obter estruturas
mais harmoniosas, arquitectonicamente falando.
Alguns exemplos de aplicações práticas são apresentados seguidamente, em fotografias.
A.C. Marques Pinho 40 11/2005
Estruturas nacionais:
Pavilhão do Atlântico, Expo 98, http://www.atlantico-multiusos.pt/
Piscina Municipal de Guimarães.
A.C. Marques Pinho 41 11/2005
Estrutura de lamelado colado em pinho bravo para ambiente sob influência marítima (com detalhe da Pérgula) – Peniche.
Estrutura de lamelado colado em pinho bravo para suporte de cobertura de um pavilhão industrial –
Leiria.
A.C. Marques Pinho 42 11/2005
Estrutura da torre sineira do Convento de Mafra
A.C. Marques Pinho 43 11/2005
Passadiço pedonal sobre o rio que atravessa a cidade de Bragança
Obras da Tecniwood
A.C. Marques Pinho 44 11/2005
Salão recriativo – Tondela
A.C. Marques Pinho 45 11/2005
A.C. Marques Pinho 46 11/2005
Agradecimentos: o autor deste texto agradece ao Eng.º José António dos Santos, do INETI,
pela cedência de algum do material usado no texto. Agradece, igualmente, ao Grupo Madeicávado a cedência de algumas das fotografias de estruturas apresentadas.