6 – LITERATURA TÉCNICA SOBRE ESTRUTURAS OITOCENTISTAS

Devido à semelhança apresentada entre as asnas do palacete de estilo “neo-gótico” da Quinta da Tranqueira e as da Notre Dame de Paris e do Castelo de Sully – Sur - Loire, ambas desenhadas por Violllet-le-Duc, no seu “Dictionnaire Raisonné de l’Architecture Française du XIe au XVIe siècle, em 1859, far-se-á referência a este arquiteto.

Eugène Viollet le Duc (1814-1879), desde muito novo demonstra um gosto especial pelo desenho. No entanto, não tirou o curso de Arquitectura da Escola de Belas Artes, em Paris, como habitualmente se fazia para se ser arquiteto, ele formou-se diretamente nos ateliers Huvé e Achille Leclère. É o principal inspirador da reforma da Escola em 1863 e da criação da École Spéciale d’Architecture por Émile Trélat em 1864, sobre o modelo das escolas de Engenharia. Em 1830, é promovido a Conservador das residências reais, quando ainda era um jovem de vinte anos. Nos primeiros decénios do séc. XIX, o interesse pela arqueologia nacional tinha originado a criação da Comissão dos Monumentos Históricos, em França.

Viollet le Duc, durante toda a sua carreira, teve um papel determinante nessa instituição. Foi ele que ficou encarregue de restaurar monumentos importantes como a Notre Dame de Paris, (figura 2.9.a)) a Igreja da Madeleine em Vézelay, ou Saint-Sernin de Toulouse. (Jacques, 1995)

São de Viollet-le-Duc as imagens das figuras 2.7, 2.8 e 2.9, que representam estruturas semelhantes ao do Palacete da Qta. da Tranqueira.

No que diz respeito à armação da cobertura do salão do Castelo de Sully-Sur-Loire (figuras 2.7 e 2.8), datado dos finais do seculo XIV, esta sala localiza-se no 3º andar, a 14,30 metros da cota de soleira do terreno. É um sistema de construção admirável que coroa um grandioso edifício fortificado, defendido por mata-cães com caminho de ronda, de um lado com vãos abertos para o rio Loire e do outro lado o pátio.

As vigas do sobrado, com 0,63 x 0,50 m de secção, vencem um vão de 11,90m, apoiadas em mísulas de cantaria. Do piso até ao fecho da abóbada, tem um pé-direito de 10,20m.

37

38

A carpintaria da cobertura, figura 2.8, é constituída por uma série de caibros de suporte, sem pendural, mas todo o sistema da estrutura mantém-se solidário por duas madres K estribadas por uma sucessão de cruzes de Santo André L e grandes diagonais assembladas a meia-madeira M.

Figura 2. 8 - Corte longitudinal do Castelo Sully-Sur-Loire [Fonte: Viollet-le-Duc, 1859]

As vigas-linha de carvalho do séc. XII da cobertura da Notre Dame em Paris, Figura 2.9, têm cerca de 14m de comprimento e 24 x 25 cm de secção. (Courtenay, 1995)

39

a)

b) c)

Figura 2. 9 - a) Notre Dame, Paris; b) respiga e mecha, meia-madeira, malhete ou cauda de andorinha; c) escora de 4 direções (forquilha), Amiens, séc. XIII. [Fonte: Viollet-le-Duc,1859]

J. Rondelet desenvolveu, no seu tratado de construção de 1810, Traité Théorique et Pratique de l’Art de Bâtir, um capítulo sobre a construção de estruturas de madeira, figuras 2.10, 2.11 e 2.12. Compara diferentes técnicas de construção utilizadas na época, em coberturas. Selecionou-se as que mais se assemelham com a armação da cobertura do palacete da Quinta da Tranqueira.

40

41

Figura 2. 11 - Carpintaria de cobertura. [Fonte: Rondelet, 1810]

Figura 2. 12 - Carpintaria de cobertura do Teatro da Ópera de Paris, Rua de Rechelieu. [Fonte: Rondelet, 1810]

42

De acordo com Salavessa, (Salavessa, 2011), quanto à redução de secção diz Planat que se determinava o esforço a que cada peça está submetida, e qual a secção necessária para não ultrapassar o seu limite de resistência. Era importante ter em conta as reduções provocadas pelos entalhes necessários às samblagens. Quando uma peça submetida à compressão vem de encontro a uma outra peça, aplica-se uma respiga oblíqua na primeira, que se vai encaixar numa cavidade (mecha) da segunda, para evitar qualquer desaprumo; as faces laterais completam o contacto. Tal é a disposição adotada pela ligação entre as pernas das asnas sobre as linhas e os pendurais, das escoras sobre as pernas ou pendurais, etc.

Se a cabeça da respiga e as faces vão, simultaneamente, de encontro ao fundo da mecha, a superfície de contacto será igual à da peça comprimida, e para esta, não se considera qualquer redução. Assim que as samblagens de uma perna sobre a linha fiquem estabelecidas, pode-se com rigor dar a esta perna a secção estritamente necessária. Se houver dúvidas em obter as samblagens corretas, admite-se que só as faces estão em contacto e que a respiga apenas se apoia em parte. Esta ocupa em geral um terço da secção. Deve-se, por conseguinte, aumentar de um terço a secção teórica. (Figura 2.13 a) b))

a) b) c)

d) e) f)

Figura 2. 13 - a), b), c), d) Juntas; e) tirantes em ferro forjado; f) «Sistems do Coronel Emy» [Fonte: Salavessa, 2011]

43

A perna trabalha, não só à compressão, mas também à flexão, e as samblagens das extremidades, ao enfraquecê-las, não diminuem essa resistência, pois, no sítio onde uma peça fletida pousa sobre os apoios extremos, o momento fletor é nulo, tal como a flexão. Nos pontos intermédios, onde as escoras se inserem, a redução da secção terá uma influência apreciável, se se considerar a perna como peça contínua pousada sobre vários apoios. Mas se se considerar a perna como composta de vários troços, então a situação é diferente, pois sobre cada um dos apoios a flexão é nula. A repartição das cargas sobre os pontos de apoio, supondo que esses apoios são de nível e de secção constante, não é mais exata, mas mais complicada. Pois a delicadeza da peça devido a esses apoios, conduz necessariamente a uma repartição diferente daquela que assim se calculou. Geralmente é suficiente calcular as cargas sobre cada apoio, como se a perna fosse composta de troços distintos, colocados topo a topo. Para as escoras, mais do que para as pernas, é necessário aumentar a secção teórica de cerca de um terço, pois as suas ligações são geralmente mais defeituosas que aquelas de uma peça tão importante como a perna, e mais difíceis de determinar corretamente. Os pendurais que recebem a dupla samblagem das pernas e são entalhados de um lado e doutro devem ser aumentados numa proporção ainda mais forte. As peças que trabalham à tração, como as linhas, exigem uma atenção particular. Se elas apenas estiverem mantidas por respigas, as cavilhas que as atravessam, resistirão apenas ao esforço que tende a arrancar a peça da sua mecha e serão imediatamente cortadas. Também é necessário, depois de ter traçado o diagrama de tensões, discernir as peças que trabalham à tração das que trabalham à compressão, pois o modo de samblar que convém a umas não convém às outras.

Para este tipo de peças, se não for possível o recurso aos tirantes de ferro (Fig. 2.13 e)), emprega-se a ancoragem, pois enfraquece pouco as madeiras. Os conectores são mantidos sobretudo por aderência ou por atrito que produz o aperto dos parafusos; é suficiente entalhar ligeiramente os conectores e a peça sobre a qual elas estão ancoradas, simplesmente para assegurar o desempenho e mantê-lo no lugar, e evitar o ligeiro desaperto dos parafusos. Por outro lado, os conectores resistem, em caso de necessidade, à compressão que se pode produzir acidentalmente devido a repartições irregulares dos esforços sob as desigualdades de sobrecarga. Os conectores não necessitam portanto de secções muito mais fortes que aquelas indicadas na teoria: é preciso apenas compensar os entalhes ligeiros pelo que se reforça este modo de samblagem. Pelo contrário, é preciso administrar, nas extremidades de uma peça escorada, para lá da parte ligada com parafuso, um comprimento maior para que não se

44

veja a madeira separar-se, no caso de os parafusos ficarem um pouco apertados. (Fig. 2.13 c))

A resistência ao corte é importante nas extremidades das linhas. Pode-se calcular, aproximadamente, o comprimento que convém reservar para além dos entalhes. (Salavessa, 2011) Segundo Planat, não existiam na época dados científicos suficientes sobre a resistência que as madeiras oferecem ao corte longitudinal; no entanto, conheciam-se alguns valores que podiam guiar os construtores. Assim, para a casquinha, sabia-se que as madeiras só resistiam ao corte longitudinal a um esforço até 0,42 Kg/mm2. Submetida à tração, a casquinha resistia a esforços bem superiores, 6 a 8 Kg/mm2 para a rotura, e 0,6Kg a 0,8Kg como carga de segurança; mas sabia-se, por experiencia empírica, que a madeira resiste melhor no sentido das fibras do que no sentido transversal, à tração que ao corte longitudinal. Uma peça de madeira composta por fibras muito resistentes, coladas e aglutinadas umas contra as outras, separar essas fibras, umas das outras, exigia um esforço bem menos considerável que para romper as próprias fibras.

Segundo Planat, (Salavessa, 2011), o pinho e o castanho, que apresentam resistências à tração e à compressão semelhantes, resistem de maneira diferente ao corte longitudinal. Madeiras muito fibrosas como a casquinha, cujas fibras, muito distintas, estão menos bem aglutinadas, devem resistir menos ao corte longitudinal que as madeiras como a do castanho, muito homogéneas, muito compactas. Aliás, fendilha com maior facilidade uma peça de casquinha do que uma peça de castanho. A resistência do castanho, quando submetido à tração no sentido transversal, o que leva a abrir a madeira e não a quebrá- la, ela resiste a um esforço de rotura de cerca de 1,60 kg/mm2. Uma vez que a madeira trabalha assim, as suas fibras tendem a separar-se umas das outras, sem rotura das mesmas; as condições de rotura têm uma certa analogia com as que se produzem no corte longitudinal. Admitia-se para o castanho, como resistência ao corte longitudinal um décimo do valor precedente, ou seja 0,16 Kg/mm2. Assim, uma perna de pinho, B, exercendo em abcd, sobre o tirante A, (Fig. 2.13 d)) um esforço horizontal de 3Kg, por exemplo, e o tirante tendo 0,250m de largura na parte interessada, deve dar-se à parte C um comprimento de, pelo menos, 30cm, se a peça é em pinho. É preciso, com efeito, se for designado esse comprimento fc por l, que l x 250 x 0,042 = 3,000, de onde se tira para l o valor de 300 em milímetros. Encontraremos 80mm se a peça for de castanho, partindo da hipótese admitida. (Planat, 1887)

45

O designado «Sistema do Coronel Emy», segundo Planat, consiste numa estrutura composta que utiliza tábuas colocadas por baixo para formar arcos de secção retangular, sobrepostas sob a forma de lâminas de uma mola, forçando-as a curvarem-se e a manterem-se com essa forma por meio de braçadeiras de aperto. Figura 2.13 (Planat, 1887)

II.7. Características da madeira

A madeira, segundo (Mateus, 1961), foi um dos primeiros materiais a ser explorado pelo Homem, devido à sua abundância, leveza, resistência e fácil trabalhabilidade. Começou por ser utilizada para fazer o primeiro abrigo do Homem e a partir daí tem vindo a ser sempre usada ao longo dos tempos. Mesmo com o aparecimento de materiais sintéticos, a madeira continua a manter uma vasta variabilidade tanto de usos diretos como de matéria-prima para uma grande quantidade de produtos. Para além da construção civil, a madeira é utilizada em outras vertentes, como a papelaria, a marcenaria e a carpintaria, como também na construção de barcos e navios.

Sendo a madeira, um material orgânico oriundo do tecido formado por plantas lenhosas, as suas características não podem ser controladas durante o seu processo de crescimento. Trata-se de um material naturalmente resistente e relativamente leve, permitindo assim a sua aplicação para fins estruturais e de sustentação de construções. É importante ter em conta o grau de variabilidade dentro da própria espécie e as propriedades distintas que influenciam usos específicos.

Quando comparada a outros materiais utilizados na construção civil, a madeira apresenta uma maior complexidade e requer conhecimentos técnicos e científicos específicos quanto à sua utilização.

As características da madeira dependem, para além da sua espécie, do local do corte, da humidade, dos defeitos, como é o caso dos nós, e das propriedades organoléticas, como a cor, textura, desenho, odor, brilho e o peso. Também propriedades físicas, como a densidade, dureza, resistência mecânica, permeabilidade e trabalhabilidade são características que variam em função da espécie.

No entanto existem propriedades comuns a todas as espécies de madeira, tais como a estrutura celular de origem biológica, a natureza anisotrópica e a higroscópica, isto é, significa que as suas características variam com a direção considerada e absorve água

46

com facilidade. Também o facto de ser inflamável quando está seca e a sua suscetibilidade ao ataque dos agentes xilófagos, como fungos e insetos, são inconvenientes, próprios deste material que afetam a sua durabilidade.

A madeira, segundo (Martins, 2010), dentro de certos limites para as ações atuantes, pode ser considerada como um material de comportamento elástico, isto é, assume a sua forma original quando as tensões atuantes são removidas. Este comportamento verifica- se até ao limite elástico, implicando assim que os carregamentos que não atingem o limite elástico provocam apenas deformações recuperáveis. Caso este limite seja excedido passa a existir uma parcela de deformação irrecuperável com origem na estrutura interna do material.

Figura 2. 14 - Natureza elástica de uma peça de madeira [Fonte: Martins, 2010]

Na figura 2.14, conforme a mesma fonte (Martins, 2010), está representada a relação entre a tensão/carga e a deformação/deslocamento num elemento genérico de madeira exposto à compressão.

Na primeira parte da curva, Elastic zone, verifica-se que o material tem comportamento elástico, dividindo-se numa parte onde a deformação é diretamente proporcional ao carregamento e outra parte onde tal já não é verificado. Aumentando a carga, atinge-se o limite de proporcionalidade, Limit of proportionality, após o qual a deformação continua a aumentar, mas com regime não proporcional ao carregamento. Contudo até se atingir o limite elástico, Elastic limit, as deformações, depois de remover a carga aplicada, são recuperáveis. Se o valor da carga aplicada continuar a aumentar, o material

47

assume comportamento plástico, atingindo o ponto de carregamento máximo, Maximum load, onde o material entra rapidamente em cedência e colapsa, isto se a carga não for reduzida substancialmente.

Figura 2. 15 - Diagrama tensão/deformação do aço [Fonte: Martins, 2010]

A Figura 2.15, de acordo com a mesma fonte (Martins, 2010), representa o diagrama da relação da tensão/deformação de um elemento estrutural, o aço, submetido à tração. Verificam-se algumas diferenças substanciais, comparativamente ao caso da madeira, ao longo da progressão do diagrama. Pois o aço é um material que admite um comportamento plástico mais prolongado, sendo capaz de endurecer por deformação plástica e de absorver grandes deformações inelásticas após a cedência. Revelando desta forma um comportamento bastante dúctil.

O facto de a madeira apresentar deformações plásticas reduzidas mostra, comparativamente com o aço, ter ductilidade muito mais reduzida. Ainda assim trata-se de um material com uma ductilidade apreciável. É ainda possível identificar o patamar de cedência em que o aço aumenta a sua deformação sem ser necessário o acrescento de carga, não se verificando o mesmo com a madeira.

48

 Espécie da madeira e a sua Estrutura Anatómica

Através da preciosa ajuda do Professor José Luis Louzada, docente no Departamento Florestal da UTAD, avaliou-se a madeira do caso de estudo como sendo Castanea sativa Mill (Castanheiro Bravo). A madeira de Castanheiro Bravo encontra-se essencialmente a sul da Europa, Portugal, Espanha, Itália e Grécia. Em Portugal é abundante no interior norte.

Figura 2. 16 – Madeira Castanea Sativa Mill. (Castanheiro Bravo) [Fonte: Carvalho, 1997]

Conforme Carvalho (1997), o castanheiro trata-se de uma madeira com cerne distinto, castanho mais ou menos escuro, por vezes rosado de contorno regular e definido. De borne branco amarelado, com camadas de crescimento distintas à vista desarmada, devido aos grandes poros da zona de primavera, de contorno definido e regular. A sua porosidade é em anel, com a zona de primavera de poros muito grandes e a zona de outono com poros bastante mais pequenos. Tem fio reto, por vezes ondeado, grão grosseiro e textura media a desigual, de raios finos, indistintos na superfície tangencial e pouco distintos na radial. O seu veio é radial, exclusivamente fornecido pelas camadas de crescimento, que são quase sempre muito evidentes.

Segundo a Especificação do LNEC E-31, 1955, é uma madeira folhosa, pálida ou castanha, dura, leve, fácil de trabalhar e muito durável. É utilizado na produção de vigas, no fabrico de contraplacados e de madeira lamelada colada e para além da construção, tem aplicação também em mobiliário, decoração e tanoaria.

49

O castanheiro bravo, por se tratar de uma folhosa, em comparação com a madeira resinosa, tem uma estrutura celular mais complexa, como se pode ver na Figura 2.17. Com fibras dispostas longitudinalmente no caule, o seu diâmetro é variável e com dimensões reduzidas. Os raios lenhosos são faixas dispostas em fiadas radiais e é através da sua presença no lenho que obriga a um confinamento das fibras no sentido radial, sendo alteradas as características nesta direção.

As folhosas têm crescimento mais lento, em comparação com as resinosas, obtendo-se assim madeiras de maior densidade e com melhores capacidades resistentes. Devido à sua elevada densidade, este tipo de madeiras têm uma menor dependência de medidas preventivas para assegurar as suas qualidades de durabilidade.

Na figura 2.18 estão representados os anéis de crescimento, segundo (Martins, 2010) compostos por duas camadas, uma de cor clara com células largas de paredes finas formada durante a primavera/verão, Lenho de Primavera. E ainda outra camada de cor mais escura, composta por células estreitas de paredes grossas formada na época de verão/outono, Lenho de Outono.

1- Anel de primavera 2- Anel de outono 3- Parênquima 4- Fibras (prosênquima) 5- Vasos 6- Poros 7- Raio lenhoso

50

Figura 2. 18 - Anéis de Crescimento [Fonte: adaptado de Louzada J.L., 2003]

Na figura 2.19 está representada a secção transversal do tronco, sendo o tronco o que, segundo (Martins, 2010), sustenta as ramificações que constituem a copa e, por capilaridade, conduz a seiva bruta desde a raiz até às folhas e a seiva elaborada das folhas até ao lenho em fase de crescimento. A copa é onde se estendem os ramos e as folhas. O tronco é a parte utilizada na produção dos provetes de madeira para ensaios.

Através da Figura 2.19 pode-se verificar que o tronco é composto por três partes, a casca, o câmbio vascular e o lenho. Fazendo parte da casca também o ritidoma e o entrecasco e do lenho, o borne, o cerno e a medula.

1- Casca 2- Ritidoma 3- Entrecasco 4- Câmbio vascular 5- Borne 6- Cerne 7- Medula

51

Segundo (Martins, 2010) os anéis de crescimento para além de indicadores da idade da árvore são uma referência fundamental para o estudo da anisotropia da madeira. Como tal esta característica natural da madeira justifica a utilização de três direções principais para avaliar o desempenho físico e mecânico da peça. Portanto devem ser consideradas as seguintes direções nos ensaios, figura 2.20.

- Direção tangencial (transversal tangencial aos anéis de crescimento) - Direção radial (transversal radial aos anéis de crescimento)

- Direção axial (no sentido das fibras – longitudinal em relação ao caule).

Figura 2. 20 - Direções principais de uma peça de madeira [Fonte: Martins, 2010]

 Defeitos na madeira

A madeira, como um material orgânico, é natural que tenha defeitos. Tratando-se, segundo a Especificação LNEC E-31, (1955), de anomalias da estrutura do lenho, consequência de ataque ou imperfeição de laboração que possa determinar a diminuição do valor comercial dessa peça de madeira. Serão representados dois padrões de defeitos mais usuais na madeira, as fendas, (Figura 2.21) e os nós Figura 2.22).

______________________________________________________________________ 52 Fenda Anelar Fendas Radiais Fendas em Pé de Galinha

Figura 2. 21 - Tipos de fendas [Fonte: LNEC E-31, 1955]

Conforme a mesma fonte (LNEC E-31, 1955):

A fenda anelar, que em secção transversal segue uma direção radial.

As fendas radiais, que em secção transversal segue um anel de crescimento.

As fendas em pé de galinha, é um conjunto de fendas radiais que se aproximam da medula, podendo até mesmo atingi-la.

Quanto aos nós, trata-se de uma porção de um ramo contida na madeira por ter ficado incluído no lenho durante o crescimento da árvore.

Os nós agrupados são dois nós ou mais, de tal modo próximos que as fibras circundantes estão infletidas em torno do grupo formado por eles.

53

O nó deitado é característico pela secção muito alongada.

O nó em orelhas de lebre é o conjunto de dois nós elípticos que se inserem sensivelmente no mesmo ponto.

Nós Agrupados

Nó Deitado

Nó em Orelhas de Lebre

54

Existem ainda outros defeitos também importantes, tal como: a bolsa de goma, sendo a cavidade que aparecem em certas madeiras folhosas; a casca inclusa, que é uma porção de casca intercalada no lenho; a cicatriz, que é um vestígio de ferida; ou a podridão, que é um estado de decomposição proveniente do ataque de fungos, que alteram as características físicas e mecânicas da madeira.