Bem utilizar madeiras portuguesas na construção / reabilitação. José António Santos M. Carlota Duarte Joana M. Santos Luís Pestana

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1 Bem utilizar madeiras portuguesas na construção / reabilitação José António Santos M. Carlota Duarte Joana M. Santos Luís Pestana 8 Junho 2011

2 Sumário da apresentação o Que espécies temos o Em que é utilizada a madeira na construção o Propriedades pretendidas o Características mecânicas o Transformação da madeira o Futuro da utilização da madeira

3 Propriedades pretendidas: Material leve e resistente Material estável e durável Material fácil de trabalhar Preço acessível Esteticamente atraente Disponibilidade em Portugal: Utilizações: Revestimento de piso e de parede Desempenho estrutural Carpintarias Decorativo / isolamento Pinho bravo Eucalipto Carvalho

4 Evolução Temporal da Área por Espécie Inventário (x 1000 ha) Espécies Pinheiro-bravo (172) Eucalipto (119) Sobreiro * (28) Azinheira (4) Pinheiro-manso (2) Out. Resinosas (4) Carvalhos (15) Castanheiro * (1) Out. Folhosas (11) * Área subestimada por ainda não considerar novas arborizações ( ) Área de povoamentos ardidos

5 Tempo de formação de várias espécies até dimensão com interesse comercial para serração Para atingir diâmetro de serração 35 cm de diâmetro Carvalho 65 anos Pinheiro bravo 45 anos Eucalipto comum 25 anos

6 Características mecânicas orientadas da madeira Tensões de rotura / módulos elasticidade / módulo de corte / Coeficientes de Poisson Flexão Tracção paralela / transversal Compressão paralela / transversal Corte paralelo / transversal Elasticidade : flexão / compressão paralela / transversal

7 - Constantes elásticas (12) Segundo David W. Green et al. (1999) para caracterizar uma única propriedade elástica da madeira são teoricamente necessárias 12 Módulo de constantes, elasticidade na direcção paralela às fibras E 0 Módulo de elasticidade na direcção tangencial E 90,tang. Módulo de elasticidade na direcção radial E 90,rad. Módulo de corte G axial / tang. Coeficiente de Poisson CP tang./ axial Coeficiente de Poisson CP axial /tang. Módulo de corte G axial / rad. Coeficiente de Poisson CP rad. / axial Coeficiente de Poisson CP axial /rad. Módulo de corte G tang / rad. Coeficiente de Poisson CP tang./ rad. Coeficiente de Poisson CP rad./ tang.

8 Coeficiente Poisson Tensão de compressão transversal (MPa). Coeficiente de Poisson Compressão transversal do pinho bravo Pinho bravo - Compressão transversal tangencial 6,0 5,0 4,0 Δ linha vermelha Δ linha azul = TR 3,0 2,0 1,0 0,8 0,7 Pinho bravo - Coeficiente de Poisson (νtr) Compressão transversal tangencial 0,0-0,0075-0,0050-0,0025 0,0000 0,0025 0,0050 Deformação relativa (mm/mm) diminuição tangencial, // à força alargamento radial 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 F δl 0,1 0,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 υ LR Tensão de compressão transversal radial (MPa) l o J A Santos υ LR 8

9 Resultados globais dos ensaios mecânicos J A Santos 9

10 Fonte: Histograma do estudo de Tomás Mateus, Bases para o dimensionamento para estruturas de madeira

11 Tensões máximas propriedades axiais - Pinho Bravo Flexão 18,0 35, Tracção paralela 11,0 21,0 51,0 85 Compressão paralela 18,0 24,7 40,0 59 Corte paralelo 2,0 3,4 10,5 17,5 Tensão (MPa) Valor característico (classe E) Valor característico (classe EE) Limite proporcionalidade Cedência (madeira sem defeitos)

12 Propriedades mecânicas transversais - Pinho Bravo Compressão transversal tangencial 5,7 6,90 7,30 9,4 Compressão transversal radial 5,0 6,90 7,30 7,5 Compressão transversal diagonal 4,2 6,90 7,30 6,5 Tracção transversal radial 0,46 0,49 3,1 5,1 Tracção transversal tangencial 0,46 0,49 2,6 4,4 Tracção transversal diagonal 0,46 0,49 2,1 3,5 Tracção transversal lenho juvenil 0,46 0,49 1,9 3,1 Tensão (MPa) Valor característico (classe E) Valor característico (classe EE) Limite de proporcionalidade Cedência (madeira sem defeitos)

13 Módulo de elasticidade à flexão (MPa) Variação de rigidez numa direcção radial pinho bravo A

14 Módulo aparente de elasticidade (MPa) Variação de rigidez numa direcção radial eucalipto Eucalipto - Perfil do módulo de elasticidade à flexão na direcção radial Distância à medula (mm) 14

15 Eucalipto para estruturas Norma EN 1912: A2:2008 Madeira para estruturas. Classes de resistência. Atribuição de classes de qualidade e espécies. Passou a ser incluído no anexo A2, a madeira de eucalipto de Espanha (globulus), como madeira para estruturas. Características mecânicas EN 338 (valores característicos para cálculo estrutural) (Unidades MPa) Eucalipto Pinho bravo Abeto Classes EN 338:2003 Classe D40 Classe C18 Classe C14 Compressão paralela fibras 26 (máx. 65) 18 (máx. 60) 16 (máx. 45) Módulo elasticidade flexão (máx ) (máx ) (máx.7 000) Tensão ruptura flexão 40 (máx.125) Corte paralelo 3,8 (máx.18) 18 (máx.105) 2 (máx.17,5) 14 (máx. 45) 1,7 (máx. ) J A Santos

16 Flexão / modelo 16 J A Santos

17 compressão Compressão transversal tracção Corte paralelo J A Santos 17

18 J A Santos 18

19 J A Santos 19

20 J A Santos 20

21 Tração transversal e corte paralelo Tendência a ficarem direitas J A Santos 21

22 Esmagamento compressão transversal Esmagamento compressão paralela 22 J A Santos

23 O que limita o cálculo? As deformações! F = 2 kn L = 800 mm h = 35 mm b = 20 mm E = MPa a = 20 x 20 mm2 Tensão de compressão real 5 MPa Tensão máxima - 19 MPa (calcador central) Mossa de deformação real 0,26 mm Tensão de tracção // real 65 MPa Tensão máxima 90 MPa Flecha real 25 mm (L/300 = 2,7 mm) Limite máximo aceitável por razões estéticas J A Santos 23

24 Tracção transversal / modelos 24 J A Santos

25 No domínio elástico Madeira como um bi-material E1 E2 F 1 2 F F E1 E2 δ l F F = F 1 = F 2 e σ 1 = σ 2 E1 for muito superior a E2, quase toda a deformação vem do material E2. F 1 2 F F F 1 F E 1 E 2 total E1 E E 1 2 δ F E1 for muito superior a E2, o material 1 suporta quase sozinho a carga total. J A Santos 25

26 Madeira como um bi-material J A Santos 26

27 Corte / modelos 27 J A Santos

28 direcção das fibras Tensões de corte Direção das fibras Corte por enrolamento fibras direção das fibras Corte paralelo Corte transversal J A Santos 28

29 Corte paralelo! 29

30 Novo método de ensaio para determinação das tensões de corte Corte paralelo Corte por enrolamento Corte transversal J A Santos 30

31 Exemplos: análise das superfícies de ruptura Cedência por corte paralelo Visível esmagamento por compressão J A Santos 31

32 Métodos a análise de falha (combinação esforços): o Critério de von Mises; σ 2 tracção σ y σ 1 compressão -σ x σ x σ 1 tracção -σ y σ 2 compressão o Critério de Tresca; o Critério de Tsai-Hill (desenvolvido para materiais compósitos de fibras artificiais, mas que pode dar boa resposta para todos os materiais ortotrópicos orientados). J A Santos 32

33 Transformação industrial 33 J A Santos

34 Operação de serragem Optimização do número de rotações (toros 30 cm) para obter a máxima qualidade: maior resistência; e menor deformação 1º fio 2º fio Muito importante fazer um corte passando pela medula 4º fio 3º fio J A Santos

35 35

36 Condução de uma boa secagem 1 Manter uma relação equilibrada entre o teor em água médio da madeira e o teor em água de equilíbrio ambiente (E.M.C.) em todas as fases da evolução da secagem 7,5 % E.M.C. 21 % Teor em água de equilíbrio 1/3 do teor em água real 2 3 J A Santos

37 Condução de uma boa secagem 2 Manter uma relação equilibrada entre o teor em água médio da madeira na superfície e no teor em água médio no interior em todas as fases da evolução da secagem, mas em particular no seu início. 7 % 21 % Teor em água na superfície 1/3 do teor em água no interior 3 J A Santos

38 Condução de uma boa secagem 3 Condicionar mecanicamente as pranchas de forma a impedir a sua deformação. Na prática, colocar pesos sobre as pilhas ou condicioná-las com amarramentos ajustáveis kg / m kg / m2 J A Santos

39 Reabilitação J A Santos 39

40 Soalho Forro Vigas maciças J.A.Santos

41 Paredes de rodízio Paredes tabique J.A.Santos Marques Pinho Carlos Fonseca

42 Encaixe das vigas do piso nas paredes

43 Detalhe de fixação das vigas às paredes, através de cantoneira de ferro Cortesia: J.A.Santos e A. Marques Pinho

44 Estrutura da cobertura, em lamelado-colado de pinho bravo Preço de referência 500 a 600 / m3

45 45 Parede divisória autoportante Eucalipto aplicado em verde numa estrutura de reabilitação

46 Comparação de estrutura de piso em pinho lamelado colado Exemplo vão de 6x6 metros Vigas madeira Altura (cm) Largura (cm) Comprimento (cm) Peso (Kg) ,38 Espaçamento entre eixos de vigas 40 cm Número de vigas 15 Peso total da estrutura 1415,7 kg Peso por m2 39,3 kg/m2 Preço por m2 42,6 /m2 Vigotas préesforçadas e tijolo Peso vigotas préesforçadas 74 kg/m2 Abobadilha cerâmica 80,2 kg/m2 Espessura betonilha 2 cm Peso total por m2 154,2 kg/m2 Lage de betão com malha de ferro Espessura 7 cm Espessura betonilha 2 cm Peso total por m2 315 kg/m2 Custo total laje alvenaria 30 /m2 J.A.Santos

47 Conclusões O processamento da madeira (padrão de serragem e secagem) têm uma importância fundamental na definição da qualidade estrutural e estabilidade da madeira. Embora a combinação de esforços seja uma realidade com grande importância no cálculo estrutural e madeira, os métodos de análise de falha definidos na mecânica dos materiais para materiais isotrópicos, não dão uma resposta satisfatória para a madeira. As madeiras portuguesas dão uma resposta muito boa e economicamente vantajosa nas obras de reabilitação, nomeadamente com a utilização de componentes colados

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